WO2020217730A1 - 電極用結着剤組成物、電極用塗料組成物、蓄電デバイス用電極、および蓄電デバイス - Google Patents

電極用結着剤組成物、電極用塗料組成物、蓄電デバイス用電極、および蓄電デバイス Download PDF

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polyol
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綾乃 祖父江
聡哉 渡邊
恭輝 齊藤
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第一工業製薬株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode binder composition, an electrode paint composition containing the electrode binder composition, and an electrode for a power storage device containing the solid content of the electrode paint composition in an electrode mixture layer. , And a power storage device including the electrode.
  • lithium ion secondary batteries and lithium ion capacitors are expected as high voltage and high energy density power storage devices.
  • the electrodes used in the power storage device as described above are usually manufactured by applying and drying a mixture of electrode active material particles, conductive material particles, and a binder on the surface of a current collector.
  • Examples of power storage devices include lithium ion secondary batteries, electric double layer capacitors, lithium ion capacitors and the like. These power storage devices are mainly composed of members such as electrodes, a non-aqueous electrolyte solution, and a separator.
  • an electrode mixture solution for power storage devices in which an electrode active material and a conductive material are dispersed together with a binder in an organic solvent or water is applied onto a metal foil on the surface of a current collector. It is formed by drying.
  • the characteristics of the power storage device are greatly influenced by the main constituent materials such as the electrode particle material, electrolyte, and current collector used, but the binder, thickening stabilizer, and dispersant used as additives are of course. It also depends greatly on.
  • the electrode active material, the current collector, and the binder that imparts adhesive force between them have a large effect on the characteristics.
  • the amount and type of active material used determines the amount of lithium ions that can be combined with the active material, the higher the amount of active material, and the higher the capacity of the active material used. You can get a battery.
  • the binder has excellent adhesive force between the active materials and between the active material and the current collector, the movement of electrons and lithium ions is facilitated in the electrode, and the internal resistance of the electrode is reduced. Therefore, highly efficient charging / discharging becomes possible.
  • the binder has not only excellent adhesive strength but also excellent elasticity, and can maintain the original adhesive strength and restoring force even if the electrode volume repeatedly expands and contracts considerably. There must be. At the same time, it is desirable to uniformly disperse the conductive agent so that the electron conduction path can be maintained even if the electrode volume changes.
  • the present invention is an electrode binder composition showing high durability even when an active material having a large volume change is used, an electrode coating composition prepared by using the same, and an electrode coating composition prepared by using the same. It is an object of the present invention to provide an electrode for a power storage device and a power storage device including the electrode for the power storage device.
  • the present inventors have conducted extensive research in order to achieve the above object.
  • the present invention provides the following [1] to [10].
  • [1] (A) Polyurethane, (B) Fibrous nanocarbon having an average fiber length of 0.5 ⁇ m or more, a material and (C) water are contained, and the polyurethane is (a) polyisocyanate, (b) polyol, It is obtained by reacting (c) a compound having one or more active hydrogen groups and a hydrophilic group, and (d) a chain extender, and the above (b) polyol contains 1.5 or more active hydrogen groups.
  • a binder composition for an electrode which comprises an olefin-based polyol and / or a carbonate diol having less than 6 carbon atoms between carbonate-bonded chains.
  • the fibrous nanocarbon material (B) is one or more selected from single-wall carbon nanotubes, multi-wall carbon nanotubes, and nanocarbon fibers, [1] to The binder composition for electrodes according to any one of [3].
  • the olefin-based polyol is one or more selected from polybutadiene polyols, polyisoprene polyols, hydrogenated polybutadiene polyols, and hydrogenated polyisoprene polyols.
  • composition [8] An electrode coating liquid composition containing the electrode binder composition according to any one of [1] to [7]. [9] An electrode for a power storage device, characterized in that the solid content of the coating liquid composition for an electrode according to [8] is contained in an electrode mixture layer. [10] A power storage device including the electrode for the power storage device described in [9].
  • the binder composition for electrodes of the present invention has flexibility and adaptability to changes in the volume of the electrode, it has high binding properties and is characterized in that the electrode mixture layer is not easily peeled off during electrode processing. In addition, the resulting power storage device has high discharge performance and cycle stability.
  • the electrode binder composition of the present invention (hereinafter, may be simply referred to as a binder composition or a binder) contains a predetermined (A) polyurethane.
  • the polyurethane (A) is obtained by reacting (a) a polyisocyanate, (b) a polyol, (c) a compound having one or more active hydrogen groups and a hydrophilic group, and (d) a chain extender. is there.
  • (A) Polyisocyanate The above-mentioned (a) polyisocyanate is not particularly limited, and polyisocyanates generally used in the present technical field can be used. Specific examples thereof include aliphatic polyisocyanates, alicyclic polyisocyanates, aromatic polyisocyanates, and aromatic aliphatic polyisocyanates. Aliphatic polyisocyanates include tetramethylene diisocyanate, dodecamethylene diisocyanate, hexamethylene diisocyanate, 2,2,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, 2,4,4-trimethylhexamethylene diisocyanate, lysine diisocyanate, and 2-methylpentane-1.
  • alicyclic polyisocyanate examples include isophorone diisocyanate, hydrogenated xylylene diisocyanate, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate, 1,4-cyclohexanediisocyanate, methylcyclohexylene diisocyanate, and 1,3-bis (isocyanatemethyl) cyclohexane. Can be mentioned.
  • aromatic polyisocyanate examples include tolylene diisocyanate, 2,2'-diphenylmethane diisocyanate, 2,4'-diphenylmethane diisocyanate, 4,4'-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 4,4'-dibenzyldiisocyanate, and 1,5.
  • -Naftylene diisocyanate, xylylene diisocyanate, 1,3-phenylenediocyanate, 1,4-phenylenediocyanate and the like can be mentioned.
  • aromatic aliphatic polyisocyanate examples include dialkyldiphenylmethane diisocyanate, tetraalkyldiphenylmethane diisocyanate, ⁇ , ⁇ , ⁇ , ⁇ -tetramethylxylylene diisocyanate and the like.
  • dimers or trimers of these organic polyisocyanates and modified products such as buretted isocyanate can be mentioned. It should be noted that one of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
  • polyisocyanates alicyclic and / or aromatic isocyanates are preferable from the viewpoint of binding property and electrolytic solution resistance, and specifically, 4,4'-dicyclohexylmethane diisocyanate and isophorone. Diisocyanates and 1,3-bis (isocyanate methyl) cyclohexane are preferred.
  • polyol (b) contains an olefin-based polyol having an average of 1.5 or more active hydrogen groups per molecule and / or a carbonate diol having less than 6 carbon atoms between carbonate-bonded chains. Is.
  • the average number of active hydrogen groups per molecule of the olefin-based polyol is 1.5 or more.
  • the number of active hydrogen groups is 1.5 or more on average, a binder composition for electrodes having excellent durability can be obtained, which is preferable.
  • olefin-based polyol examples include polyols such as polybutadiene polyol, polyisoprene polyol, and polychloroprene polyol, hydrogenated polyols thereof, and polybutadiene-based polyols obtained by copolymerizing olefin compounds such as styrene, ethylene, vinyl acetate, and acrylic acid ester. Examples thereof include a copolymerized polyol and a hydrogenated polyol thereof.
  • polybutadiene polyols, polyisoprene polyols, hydrogenated polybutadiene polyols, and hydrogenated polyisoprene polyols are preferable. It should be noted that one of these may be used alone, or two or more thereof may be used in combination.
  • the content of the component (b) is preferably 40% by mass or more and 90% by mass or less with respect to 100% by mass of the polyurethane. When the content is within this range, the binding property and the electrolytic solution resistance are particularly excellent.
  • the above-mentioned polycarbonate diol has less than 6 carbon atoms between the carbonate-bonded chains.
  • the affinity with the electrolytic solution is good and the ionic conductivity is improved, which is preferable.
  • the above-mentioned polycarbonate diol can be obtained by transesterifying a carbonic acid ester with a diol and removing the produced alcohol by means such as distillation.
  • diol examples include an aliphatic diol having a linear, cyclic, or branched carbon number of 2 to 5. More specifically, 1,3-butanediol, 1,3-propanediol, 1,4-butanediol, 2,3-butanediol, ethylene glycol, diethylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol, 1,5- Pentandiol, neopentyl glycol, 2-methyl-1,3-propanediol, 2,2-methyl-1,3-propanediol, 2-ethyl-1,3-propanediol, 2,2-diethyl-1, Examples thereof include 3-propanediol.
  • One of the above diols may be used alone, or two or more of them may be used in combination.
  • Examples of the above-mentioned carbonic acid ester include alkylene carbonate, dialkyl carbonate, diaryl carbonate and the like.
  • Examples of the alkylene carbonate include ethylene carbonate, trimethylene carbonate, 1,2-propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 1,3-butylene carbonate, and 1,2-pentylene carbonate.
  • examples of the dialkyl carbonate include dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-butyl carbonate and the like
  • examples of the diaryl carbonate include diphenyl carbonate and the like.
  • ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and di-n-butyl carbonate are preferably used.
  • the catalyst used for the ester exchange reaction between the carbonate ester and the aliphatic diol is not particularly limited, but suitable catalysts include alkali metals such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, hydroxides of alkaline earth metals, and sodium.
  • suitable catalysts include alkali metals such as sodium hydroxide and potassium hydroxide, hydroxides of alkaline earth metals, and sodium.
  • Metalal collates such as methylate, potassium methylate, titanium tetraisopropilate and zirconium tetraisopropirate, titanium compounds such as tetraisopropoxytitanium and tetra-n-butoxytitanium, magnesium acetate, calcium acetate, zinc acetate, lead acetate and the like. Examples include the metal salt of acetic acid.
  • polycarbonate diol may be used alone or in combination of two or more.
  • the content is preferably 50% by mass or more and 90% by mass or less with respect to 100% by mass of the polyurethane.
  • the content is 50% by mass or more, the binding property is particularly excellent, and when the content is 90% by mass or less, the electrolytic solution resistance is particularly excellent, which is preferable.
  • the molecular weight of the polyol (b) is preferably 500 or more and 5,000 or less in terms of number average molecular weight. When the number average molecular weight is within this range, the binding property is particularly excellent, and when the component (B) is an olefin-based polyol, the electrolytic solution resistance is also particularly excellent, which is preferable.
  • the component (b) may be used in combination with, for example, polyether, polyester, polyether ester, polycarbonate, polythioether, polyacetal, acrylic, polysiloxane, fluorine-based, or vegetable oil-based compound. .. More specifically, ethylene glycol, propylene glycol, propanediol, butanediol, pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, hexanediol, neopentyl glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, polyethylene.
  • Glycol dipropylene glycol, tripropylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, bisphenol A, bisphenol F, bisphenol S, hydrogenated bisphenol A, dibromobisphenol A, dihydroxyethyl terephthalate, hydroquinone dihydroxyethyl ether, trimethylolpropane, glycerin , Polyhydric alcohols such as pentaerythritol, their oxyalkylene derivatives, or their polyhydric alcohols and oxyalkylene derivatives, and ester compounds from polyvalent carboxylic acids, polyvalent carboxylic acid anhydrides, or polyvalent carboxylic acid esters.
  • Polyol compounds such as polycarbonate polyol, polycaprolactone polyol, polyester polyol, polythioether polyol, polyacetal polyol, polytetramethylene glycol, fluorine polyol, silicon polyol, acrylic polyol, dimer acid-based polyol, castor oil-based polyol, and soybean oil-based polyol.
  • the denatured product is mentioned.
  • the alkylene oxide include ethylene oxide, propylene oxide, butylene oxide and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • a polycarbonate polyol other than the polycarbonate diol, a castor oil-based polyol, or a dimer acid-based polyol is preferably used in combination.
  • the number average molecular weight of the compound used in combination is preferably 500 or more and 5000 or less.
  • the component (c) is a compound having one or more active hydrogen groups and a hydrophilic group.
  • the hydrophilic group include an anionic hydrophilic group, a cationic hydrophilic group and a nonionic hydrophilic group, and specific examples of the anionic hydrophilic group include a carboxyl group and a salt thereof, a sulfonic acid group and a salt thereof.
  • Examples of the cationic hydrophilic group include a tertiary ammonium salt and a quaternary ammonium salt
  • examples of the nonionic hydrophilic group include a group consisting of a repeating unit of ethylene oxide, a repeating unit of ethylene oxide and a repeating unit of other alkylene oxide. Examples include groups consisting of units.
  • Examples of the compound containing one or more active hydrogen groups and a carboxyl group include 2,2-dimethylol propionic acid, 2,2-dimethylol butyric acid, 2,2-dimethylol valeric acid, dioxymaleic acid, and 2 , 6-Dioxybenzoic acid, 3,4-diaminobenzoic acid and other carboxylic acid-containing compounds and derivatives thereof, and salts thereof, as well as polyester polyols obtained by using them.
  • amino acids such as alanine, aminobutyric acid, aminocaproic acid, glycine, glutamic acid, aspartic acid and histidine
  • carboxylic acids such as succinic acid, adipic acid, maleic anhydride, phthalic acid and trimellitic anhydride can also be mentioned.
  • Examples of the compound having one or more active hydrogen groups, a sulfonic acid group and a salt thereof include 2-oxyethanesulfonic acid, phenolsulfonic acid, sulfobenzoic acid, sulfosuccinic acid, 5-sulfoisophthalic acid and sulfanic acid.
  • Sulfonic acid-containing compounds such as 1,3-phenylenediamine-4,6-disulfonic acid and 2,4-diaminotoluene-5-sulfonic acid and derivatives thereof, and polyester polyols and polyamide polyols obtained by copolymerizing these compounds. , Polyamide polyester polyol and the like.
  • the polyurethane finally obtained can be made water-dispersible.
  • the neutralizing agent include non-volatile bases such as lithium hydroxide, sodium hydroxide and potassium hydroxide, and tertiary amines such as trimethylamine, triethylamine, dimethylethanolamine, methyldiethanolamine and triethanolamine. Examples include volatile bases such as ammonia. Neutralization can be performed before, during, or after the urethanization reaction.
  • Examples of the compound containing the above one or more active hydrogen groups and a tertiary ammonium salt include alkanolamines such as methylaminoethanol and methyldiethanolamine.
  • Polyurethane can be made water-dispersible by neutralizing these with an organic carboxylic acid such as formic acid or acetic acid or an inorganic acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid to form a salt. Neutralization can be performed before, during, or after the urethanization reaction. Of these, from the viewpoint of ease of emulsification of polyurethane, those obtained by neutralizing methyldiethanolamine with an organic carboxylic acid are preferable.
  • the compound having one or more active hydrogen groups and a quaternary ammonium salt is the above-mentioned alkanolamine such as methylaminoethanol and methyldiethanolamine, an alkyl halide such as methyl chloride and methyl bromide, and a dialkyl such as dimethylsulfate. It is a compound quaternary with sulfuric acid. Of these, from the viewpoint of ease of emulsification of polyurethane, a compound obtained by quaternizing methyldiethanolamine with dimethyl sulfate is preferable.
  • the compound having one or more active hydrogen groups and a nonionic hydrophilic group is not particularly limited, but a compound containing at least 30% by mass or more of repeating units of ethylene oxide and having a number average molecular weight of 300 to 20,000 is preferable.
  • nonions such as polyoxyethylene glycol or polyoxyethylene-polyoxypropylene copolymer glycol, polyoxyethylene-polyoxybutylene copolymer glycol, polyoxyethylene-polyoxyalkylene copolymer glycol or its monoalkyl ether. Examples thereof include a sex group-containing compound or a polyester polyether polyol obtained by copolymerizing them.
  • the compound may be used alone or in combination of two or more.
  • the content of the component (c) is preferably 5 mgKOH / g or more, which represents the anionic hydrophilic group content. Further, it is preferably 50 mgKOH / g or less, and more preferably 45 mgKOH / g or less.
  • the acid value is 5 mgKOH / g or more, the dispersibility in water is particularly good, and when the acid value is 50 mgKOH / g or less, the electrolytic solution resistance is particularly excellent, which is preferable.
  • the acid value can be determined from the amount of KOH (mg) required to neutralize the free carboxyl group contained in 1 g of the solid content of the aqueous polyurethane dispersion in accordance with JIS K0070-1992.
  • a nonionic group-containing compound is preferably 1 to 30 parts by mass, and more preferably 5 to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of (A) polyurethane.
  • the component (C) a compound containing one or more active hydrogen groups and a carboxyl group in the molecule is preferable because it has good adhesion to the current collector.
  • (D) Chain extender a chain extender generally used in the present art can be used.
  • diamines and polyamines can be specifically used.
  • examples of the diamine include ethylenediamine, trimethylenediamine, piperazine, and isophoronediamine
  • examples of the polyamine include diethylenetriamine, dipropylenetriamine, and triethylenetetramine.
  • the polyurethane (A) of the present invention is preferably used in the state of an aqueous dispersion.
  • the method for producing the aqueous dispersion of polyurethane (A) (hereinafter referred to as polyurethane aqueous dispersion) is not particularly limited, but for example, the following method is used.
  • the anionic hydrophilic group and cationic hydrophilic group of the component (c) are neutralized or quaternized, and then dispersed emulsification is performed in water. Do. Then, (d) a chain extender is added in an emulsified micelle at an equivalent ratio smaller than the remaining isoanate groups, for example, an equivalent ratio of an isocyanate group to an active hydrogen group of the chain extender: 1: 0.5 to 0.9. Isocyanate group and (d) chain extender are interfacially polymerized to form a urea bond.
  • the crosslink density in the emulsified micelle is improved, and a three-dimensional crosslink structure is formed.
  • a coating film exhibiting excellent electrolytic solution resistance can be obtained.
  • the solvent used can be removed to obtain a polyurethane aqueous dispersion. Even if polyamine or the like is not used as the component (d), the chain can be extended by water molecules present in the system during dispersion emulsification in water.
  • a solvent that is inert to the isocyanate group and can dissolve the urethane prepolymer to be produced can also be used.
  • these solvents include dioxane, methyl ethyl ketone, dimethylformamide, tetrahydrofuran, N-methyl-2-pyrrolidone, toluene, propylene glycol monomethyl ether acetate and the like. It is preferable to finally remove these hydrophilic organic solvents used in the reaction.
  • polyurethane it may be used alone, in combination of two or more types, or in combination of two or more types of resin composite type.
  • the fibrous nanocarbon material is characterized by being composed of fibrous nanocarbon having an average fiber length of 0.5 ⁇ m or more.
  • the fiber width of the fibrous nanocarbon is preferably 1 nm or more and 200 nm or less.
  • the average fiber length and fiber width are the number calculated as an arithmetic average of 100 fibrous nanocarbon materials randomly selected by, for example, a transmission electron micrograph or a scanning probe type micrograph. It can be calculated as the average particle size.
  • fibrous nanocarbon material examples include single-wall carbon nanotubes (SWCNTs), multi-wall carbon nanotubes (MWCNTs), nanocarbon fibers, and the like, and SWCNTs are preferably used in terms of the effect on the amount of addition. Can be done.
  • SWCNTs single-wall carbon nanotubes
  • MWCNTs multi-wall carbon nanotubes
  • nanocarbon fibers and the like
  • SWCNTs are preferably used in terms of the effect on the amount of addition. Can be done.
  • the above compounds may be used alone or in combination of two or more.
  • the fibrous nanocarbon material (B) is preferably used in a state of being dispersed in a predetermined medium.
  • the dispersion is produced by dispersing the fibrous nanocarbon material (B) as a raw material in a medium to a nano size by a known method.
  • Water is usually used as the medium, but polar solvents such as alcohols and ketone solvents, or mixed solvents of these polar organic solvents and water can also be used.
  • Examples of the apparatus for producing the dispersion of the fibrous nanocarbon material (B) include a jet mill, a high-pressure disperser, an ultrasonic homogenizer, and the like.
  • the dispersion can be obtained more efficiently by adding the (D) cellulose material.
  • the (D) cellulose material celluloses such as hydroxymethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and alkali metal salts thereof, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, and hydroxyethyl methyl cellulose can be used.
  • the sodium salt of carboxymethyl cellulose can be particularly preferably used.
  • nanocellulose fibers having similar functions can also be used, and for example, cellulose nanofibers as described in Japanese Patent No. 5626828 and Japanese Patent No. 5921960 can be used in the same manner.
  • an electrode coating liquid composition having excellent coatability can be obtained, and the flexibility of the electrode layer and the binding property of the active material, the conductive auxiliary agent, etc. are excellent. It is preferable because an electrode for a power storage device having a low electric resistance can be obtained, and a power storage device having an excellent battery cycle life can be obtained.
  • the content of the (D) cellulose material added to the dispersion of (B) fibrous nanocarbon is preferably 5 parts by mass or more and 150 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of (B) fibrous nanocarbon.
  • the electrode coating liquid composition of the present invention contains an active material, a conductive auxiliary agent, a dispersant, and an electrode binder composition. It is preferable that the total amount of the dispersant and the binder composition for the electrode is 0.5 parts by mass or more and 20 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the solid content of the electrode coating liquid composition. Although it depends on the properties of the active material used, in general, when the content is in the above range, it is possible to obtain an electrode coating liquid composition having excellent dispersibility of the electrode active material and the conductive auxiliary agent and having appropriate thixophilicity. it can.
  • the content is preferably 1 part by mass or more, more preferably 1.5 parts by mass or more.
  • the blending ratio of the total amount of the dispersant and the binder composition with respect to the active material: the total amount of the dispersant and the binder composition 78: 22 to 98: 2 (mass ratio) is preferable.
  • Electrode binders can be added to the electrode coating liquid composition of the present invention as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the binder known ones can be used, and although there is no particular limitation, a polymer compound generally having water solubility and / or water dispersibility can be mentioned. Specific examples thereof include polyvinylidene fluoride.
  • Polyvinylidene fluoride copolymer resin such as vinylidene or polyvinylidene fluoride and a copolymer of hexafluoropropylene, perfluoromethylvinyl ether and tetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride resin such as polytetrafluoroethylene and fluororubber, and styrene-butadiene.
  • Polymers such as rubber, ethylene-propylene rubber, styrene-acrylonitrile copolymer, and aqueous dispersions such as polyurethane resin, acrylic resin, polyester resin, polyimide resin, polyamide resin, and epoxy resin can be used, but are limited to this. It is not something that is done. These additives may be used alone, in combination of two or more, or in combination of two or more resins.
  • a dispersant is added to the electrode coating liquid composition of the present invention as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the dispersant preferably contains one or more additives having a dispersing function.
  • Known additives having the above-mentioned dispersing function can be used, and the present invention is not particularly limited, and specifically, hydroxymethyl cellulose, carboxymethyl cellulose, and alkali metal salts thereof, methyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, and hydroxyethyl.
  • Celluloses such as methylcellulose;
  • Cellulose nanofibers such as chemically modified cellulose nanofibers as described in Patent No. 5626828 and Patent No.
  • Polycarboxylic acid compounds such as polyacrylic acid and sodium polyacrylic acid
  • Polypolypyrrolidone and the like Compound having vinylpyrrolidone structure; 1 or 2 or more selected from polyurethane resin, polyester resin, polyacrylic amide, polyethylene oxide, polyvinyl alcohol, sodium alginate, xanthan gum, carrageenan, guar gum, canten, starch, etc. can be used. Is. Of these, the carboxymethyl cellulose salt can be preferably used.
  • a conductive auxiliary agent is added to the electrode coating liquid composition of the present invention as long as the effects of the present invention are not impaired.
  • the conductive auxiliary agent any electronically conductive material that does not adversely affect the battery performance can be used. Normally, carbon black such as acetylene black and ketchin black is used, but natural graphite (scaly graphite, scaly graphite, earthy graphite, etc.), artificial graphite, carbon whisker, carbon fiber and metal (copper, nickel, aluminum, etc.) (Silver, gold, etc.) It may be a conductive material such as powder, metal fiber, or conductive ceramic material. These can be used as one kind or a mixture of two or more kinds.
  • the amount added is preferably 0.5 parts by mass and more preferably 1 part by mass with respect to 100 parts by mass of the solid content of the electrode coating liquid composition. Further, 10 parts by weight or less is preferable, and 4 parts by weight or less is more preferable.
  • the fibrous nanocarbon material which is a constituent component of the binder composition for electrodes of the present invention can also function as a conductive auxiliary agent.
  • the method and order of mixing the electrode materials are not particularly limited, and for example, the conductive auxiliary agent, the dispersant, and the binder composition are mixed and used in advance. Things are also possible.
  • the mixing / dispersing device used for the mixing / dispersing treatment of the composition is not particularly limited, and for example, a homodisper, a planetary mixer, a propeller mixer, a kneader, a homogenizer, an ultrasonic homogenizer, a colloid mill, a bead mill, a sand mill, and a high-pressure homogenizer. Etc. can be used.
  • Examples of the power storage device of the present invention include known power storage devices, but specific examples thereof include, but are not limited to, a lithium secondary battery and a lithium ion capacitor.
  • the positive electrode active material used for the positive electrode of the lithium secondary battery is not particularly limited as long as it can insert and remove lithium ions.
  • Examples include metal oxides such as CuO, Cu 2 O, MnO 2 , MoO 3 , V 2 O 5 , CrO 3 , MoO 3 , Fe 2 O 3 , Ni 2 O 3 , CoO 3 , Li x CoO 2 , Composite oxides of lithium and transition metals such as Li x NiO 2 , Li x Mn 2 O 4 , and LiFePO 4 , metal chalcogens such as TiS 2 , MoS 2 , and NbSe 3 , polyacene, polyparaphenylene, polypyrrole, and polyaniline. Such as conductive polymer compounds and the like.
  • a composite oxide of one or more selected from transition metals such as cobalt, nickel, and manganese which is generally called a high voltage system, and lithium is preferable in terms of lithium ion emission and high voltage can be easily obtained.
  • lithium composite oxides a small amount of fluorine, boron, aluminum, chromium, zirconium, molybdenum, those dove elements such as iron and the particle surface of the lithium composite oxide, carbon, MgO, Al 2 O 3.
  • Surface-treated products such as SiO 2 can also be used. It is also possible to use two or more kinds of the positive electrode active materials in combination.
  • the negative electrode active material used for the negative electrode of the lithium secondary battery a known active material can be used without particular limitation as long as metallic lithium or lithium ions can be inserted / removed.
  • carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, non-graphitized carbon, and easily graphitized carbon can be used.
  • metal materials such as metallic lithium, alloys and tin compounds, lithium transition metal nitrides, crystalline metal oxides, amorphous metal oxides, silicon compounds, conductive polymers and the like can also be used, and specific examples thereof include. , Li 4 Ti 5 O 12 , NiSi 5 C 6, and the like.
  • an allotrope of carbon is usually used as an electrode active material used for an electrode for an electric double layer capacitor.
  • allotropes of carbon include activated carbon, polyacene, carbon whiskers, graphite and the like, and powders or fibers thereof can be used.
  • a preferable electrode active material is activated carbon, and specific examples thereof include activated carbon made from phenol resin, rayon, acrylonitrile resin, pitch, coconut shell and the like.
  • the electrode active material used for the electrode for the lithium ion capacitor includes a material capable of reversibly supporting lithium ions and an anion such as tetrafluoroborate as the electrode active material used for the positive electrode of the electrode for the lithium ion capacitor. All you need is. Specifically, an allotrope of carbon is usually used, and an electrode active material used in an electric double layer capacitor can be widely used.
  • the electrode active material used for the negative electrode of the above-mentioned lithium ion capacitor electrode is a substance that can reversibly support lithium ions.
  • the electrode active material used in the negative electrode of the lithium ion secondary battery can be widely used.
  • a crystalline carbon material such as graphite or non-graphitized carbon, a polyacene-based substance (PAS) described as the positive electrode active material, or the like can be mentioned.
  • PAS polyacene-based substance
  • the content of the electrode active material in the electrode coating liquid composition of the present invention is not particularly limited, but is 70 parts by mass or more and 98 parts by mass or less out of 100 parts by mass of the total solid content.
  • any electronic conductor that does not adversely affect the configured battery can be used.
  • the current collector for the positive electrode in addition to aluminum, titanium, stainless steel, nickel, calcined carbon, conductive polymer, conductive glass, etc., aluminum is used for the purpose of improving adhesiveness, conductivity, and oxidation resistance.
  • Copper or the like whose surface is treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used.
  • the current collector for the negative electrode has adhesiveness, conductivity, and oxidation resistance.
  • those having a surface of copper or the like treated with carbon, nickel, titanium, silver or the like can be used.
  • the surface of these current collector materials can also be oxidized.
  • a film shape, a sheet shape, a net shape, a punched or expanded product, a lath body, a porous body, a foam body or the like is also used.
  • the thickness is not particularly limited, but one having a thickness of 1 to 100 ⁇ m is usually used.
  • the electrode of the power storage device of the present invention is obtained by mixing, for example, an electrode active material, a conductive auxiliary agent, a current collector of the electrode active material, and a binder for binding the electrode active material and the conductive auxiliary agent to the current collector. It can be produced by preparing a slurry-shaped electrode material and applying it to an aluminum foil or a copper foil serving as a current collector to volatilize the dispersion medium.
  • the method and order of mixing the electrode materials are not particularly limited.
  • the active material and the conductive auxiliary agent can be mixed and used in advance, and in that case, a mortar, a mill mixer, and a planetary type can be used for mixing.
  • a ball mill such as a ball mill or a shaker type ball mill, mechanofusion, or the like can be used.
  • the separator used in the power storage device of the present invention can be used without particular limitation, and examples thereof include a porous resin made of polyethylene, polypropylene, polyolefin, polytetrafluoroethylene, and ceramics. , Non-woven fabric and the like.
  • the electrolytic solution used in the power storage device of the present invention may be any electrolytic solution used in a normal power storage device, and general ones such as an organic electrolytic solution and an ionic liquid can be used.
  • Examples of the electrolyte salt used in the electricity storage device of the present invention include LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCl, LiBr, LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , and LiC (CF 3 SO). 2) 3, LiI, LiAlCl 4 , NaClO 4, NaBF 4, NaI , etc.
  • LiPF 6, LiBF 4, LiClO 4, inorganic lithium salts such as LiAsF 6, LiN (SO 2 C x F 2x + 1 ) (SO 2 CyF 2y + 1 ) can be mentioned as an organic lithium salt.
  • x and y represent 0 or an integer of 1 to 4, and x + y is 2 to 8.
  • Specific examples of the organic lithium salt include LiN (SO 2 F) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 2 F 5 ), and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 3 F 7 ).
  • LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) (SO 2 C 3 F 7 ), LiN (SO 2 ) C 2 F 5 ) (SO 2 C 4 F 9 ) and the like can be mentioned.
  • the above electrolyte salt may be used alone or in combination of two or more. It is desirable that such a lithium salt is usually contained in the electrolytic solution at a concentration of 0.1 to 2.0 moL / L, preferably 0.3 to 1.5 moL / L.
  • the organic solvent for dissolving the electrolyte salt used in the power storage device of the present invention is not particularly limited as long as it is an organic solvent used in the non-aqueous electrolyte solution of the power storage device, and is, for example, a carbonate compound, a lactone compound, an ether compound, or a sulfolane. Examples thereof include compounds, dioxolane compounds, ketone compounds, nitrile compounds, halogenated hydrocarbon compounds and the like.
  • carbonates such as dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, ethylene glycol dimethyl carbonate, propylene glycol dimethyl carbonate, ethylene glycol diethyl carbonate, vinylene carbonate, lactones such as ⁇ -butyl lactone, Ethers such as dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, tetrahydropyran, 1,4-dioxane, sulfolanes such as sulfolane and 3-methylsulfolane, dioxolanes such as 1,3-dioxolane, 4-methyl-2- Ketones such as pentanone, nitriles such as acetonitrile, pyropionitrile, valeronitrile, benzonitrile, halogenated hydrocarbons such as 1,2-dichloroethane, other methylformate
  • Examples thereof include ionic liquids such as lamium salt and quaternary ammonium salt. Further, it may be a mixture of these.
  • organic solvents it is particularly preferable to contain one or more non-aqueous solvents selected from the group consisting of carbonates because they are excellent in the solubility, dielectric constant and viscosity of the electrolyte.
  • the polymer When used as a polymer electrolyte or a polymer gel electrolyte in the power storage device of the present invention, the polymer compounds ether, ester, siloxane, acrylonitrile, vinylidene fluoride, hexafluoropropylene, acrylate, methacrylate, styrene, vinyl acetate, chloride Examples thereof include a polymer such as vinyl and oxetane, a polymer having a copolymer structure thereof, or a crosslinked product thereof, and the polymer may be one type or two or more types.
  • the polymer structure is not particularly limited, but a polymer having an ether structure such as polyethylene oxide is particularly preferable.
  • Inorganic substances such as metal oxides can also be used in combination.
  • a liquid battery contains an electrolytic solution
  • a gel battery contains a precursor solution in which a polymer is dissolved in an electrolytic solution
  • a solid electrolyte battery contains a polymer in which an electrolyte salt is dissolved before cross-linking. ..
  • the power storage device can be formed into a cylindrical type, a coin type, a square type, a laminated type, or any other shape, and the basic configuration of the battery is the same regardless of the shape, and the design is changed according to the purpose. Can be carried out.
  • a wound body in which a negative electrode formed by applying a negative electrode active material to a negative electrode current collector and a positive electrode formed by applying a positive electrode active material to a positive electrode current collector are wound through a separator. It is obtained by storing it in a battery can, injecting a non-aqueous electrolyte solution, and sealing it with insulating plates placed on top and bottom.
  • a disk-shaped negative electrode, a separator, a disk-shaped positive electrode, and a stainless steel plate When applied to a coin-type battery, a disk-shaped negative electrode, a separator, a disk-shaped positive electrode, and a stainless steel plate are stacked and stored in a coin-type battery can, and a non-aqueous electrolyte solution is injected and sealed. ..
  • Hydroxyl value 46.5 mgKOH / g, number of active hydrogen groups 2.32) 71.3 parts by mass, dimethylol propionic acid (number of active hydrogen groups 2) 4.2 parts by mass, dicyclohexylmethane diisocyanate 24.5 parts by mass, methyl ethyl ketone 100 parts by mass Was reacted at 75 ° C. for 4 hours to obtain a methyl ethyl ketone solution of a urethane prepolymer having a free isocyanate group content of 2.5% with respect to the non-volatile content.
  • the solution was cooled to 45 ° C., 1.25 parts by mass of sodium hydroxide was added for neutralization, and then 300 parts by mass of water was gradually added for emulsification and dispersion using a homogenizer. Subsequently, an aqueous solution obtained by diluting 1.6 parts by mass of ethylenediamine (2 active hydrogen groups) with 100 parts by mass of water was added, and a chain extension reaction was carried out for 1 hour. This was desolvated under reduced pressure and heating at 50 ° C. to obtain a polyurethane aqueous dispersion 1A having a non-volatile content of about 30%.
  • a methyl ethyl ketone solution of a urethane prepolymer having a free isocyanate group content of 2.1% with respect to the non-volatile content The solution was cooled to 45 ° C., 3.5 parts by mass of triethylamine was added for neutralization, and then 300 parts by mass of water was gradually added for emulsification and dispersion using a homogenizer. Subsequently, an aqueous solution obtained by diluting 1.5 parts by mass of diethylenetriamine (3 active hydrogen groups) with 100 parts by mass of water was added, and a chain extension reaction was carried out for 1 hour. This was desolved under reduced pressure and heating at 50 ° C. to obtain a polyurethane aqueous dispersion 1B having a non-volatile content of about 30%.
  • the solution was cooled to 45 ° C., 3.8 parts by mass of triethylamine was added for neutralization, and then 300 parts by mass of water was gradually added for emulsification and dispersion using a homogenizer. Subsequently, an aqueous solution obtained by diluting 1.9 parts by mass of ethylenediamine (2 active hydrogen groups) with 100 parts by mass of water was added, and a chain extension reaction was carried out for 1 hour. This was desolvated under reduced pressure and heating at 50 ° C. to obtain a polyurethane aqueous dispersion 1D having a non-volatile content of about 30%.
  • the weight of the non-volatile component of the obtained polyurethane aqueous dispersion was measured according to JIS K 6828-1: 2003.
  • the fibrous nanocarbon dispersions B-1 to B-6 for the examples had an average fiber width in the range of 1 to 200 nm and an average fiber length of 0.5 ⁇ m or more. ..
  • the average fiber lengths of the cellulose fibers B'-1 and B'-2 for the comparative example were out of the above range.
  • (Negative electrode 1) 95 parts (content ratio 20/80, content ratio 20/80) of SiO (average particle size 4.5 ⁇ m, specific surface area 5.5 m 2 / g) and graphite (average particle size 18 ⁇ m, specific surface area 3.2 m 2 / g) as the negative electrode active material.
  • C-1 in Table 2) acetylene black (manufactured by Denka, Li-400, D-1 in Table 2) as a conductive auxiliary agent, and carboxymethyl cellulose salt (first) as a dispersant and binder.
  • E-1 in Table-2 2 parts of polyurethane aqueous dispersion A-1 as a binder composition (number of solids) and fibrous A mixture of 0.2 parts (number of parts of solid content) of the nanocarbon dispersion B-1 was stirred with a homodisper to prepare a negative electrode slurry having a solid content of 40%.
  • This negative electrode slurry is coated on an electrolytic copper foil having a thickness of 10 ⁇ m with a roll coater (manufactured by Thunk Metal, product name: Chibi Coater), dried at 120 ° C., and then rolled pressed to obtain a negative electrode active material of 7 to 8 mg / cm 2 .
  • a negative electrode 1 was obtained.
  • Negative electrode 2-4 It was produced by the same method as that of the negative electrode 1 except that the polyurethane aqueous dispersion was changed to A-2 to A-4.
  • (Negative electrode 6) 0.7 parts of carboxymethyl cellulose salt (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., WS-C) and 0.1 part of cellulose nanofiber (manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., Leocrysta I-2SX 2 wt%) as a dispersant and binder. It was prepared in the same manner as the negative electrode 5 except that parts (number of solids) were used (referred to as E-2 in Table 2).
  • Negative electrode 8 Negative electrode except that fibrous carbon B-3 was changed to 0.5 parts (number of solids) of fibrous carbon B-4 shown in Table 1 and the amount of acetylene black added to the conductive auxiliary agent was changed to 1.6 parts. It was prepared in the same manner as in 7.
  • the fibrous carbon B-4 was produced in the same manner as the negative electrode 8 except that the fibrous carbons B-4 were changed to the fibrous carbons B-5 and B-6 shown in Table 1, respectively.
  • (Negative electrode 11) 96 parts (content ratio 10/90, content ratio 10/90) of SiO (average particle size 4.5 ⁇ m, specific surface area 5.5 m 2 / g) and graphite (average particle size 18 ⁇ m, specific surface area 3.2 m 2 / g) as the negative electrode active material.
  • C-2 negative electrode except that acetylene black was changed to 1.5 parts as a conductive auxiliary agent and polyurethane aqueous dispersion A-3 was changed to 1.5 parts (number of solids) as a binder composition.
  • a negative electrode 11 having a negative electrode active material weight of 8 to 9 mg / cm 2 was prepared in the same manner as in 3.
  • (Negative electrode 12) 92 parts (content ratio 30/70, content ratio 30/70,) of SiO (average particle size 4.5 ⁇ m, specific surface area 5.5 m 2 / g) and graphite (average particle size 18 ⁇ m, specific surface area 3.2 m 2 / g) as the negative electrode active material.
  • C-3 2.5 parts of acetylene black as a conductive auxiliary agent, 1.3 parts of carboxymethyl cellulose salt as a dispersant and a binder, and a polyurethane aqueous dispersion A-3 as a binder composition.
  • the negative electrode 12 having a negative electrode active material weight of 5 to 6 mg / cm 2 was prepared in the same manner as the negative electrode 3 except that the number of parts was changed to 4 (the number of solids).
  • (Negative electrode 13) 92 parts (content ratio 20/80, hereafter,) of SiO (average particle size 7 ⁇ m, specific surface area 2.2 m 2 / g) and graphite (average particle size 18 ⁇ m, specific surface area 3.2 m 2 / g) as the negative electrode active material.
  • (C-4) negative electrode except that carboxymethyl cellulose salt was changed to 1.8 parts as a dispersant and binder, and polyurethane aqueous dispersion A-3 was changed to 4 parts (solid content) as a binder composition. It was prepared in the same manner as in 3.
  • (Negative electrode 14) 92 parts (content ratio 60/40, hereinafter, the negative electrode active material) of SiO (average particle size 7 ⁇ m, specific surface area 2.2 m 2 / g) and graphite (average particle size 18 ⁇ m, specific surface area 3.2 m 2 / g).
  • (C-5) negative electrode except that carboxymethyl cellulose salt was changed to 0.8 parts as a dispersant and binder, and polyurethane aqueous dispersion A-3 was changed to 6 parts (solid content) as a binder composition.
  • a negative electrode 14 having a negative electrode active material weight of 4 to 5 mg / cm 2 was prepared in the same manner as in 3.
  • Negative electrode 15 As the negative electrode active material, 89 parts of SiO (average particle size 7 ⁇ m, specific surface area 2.2 m 2 / g, hereinafter referred to as C-6) and 0.8 parts of carboxymethyl cellulose salt as a dispersant and binder are used. Negative electrode active material weight 4 to 5 mg / cm by the same method as the negative electrode 3 except that the polyurethane aqueous dispersion A-3 was changed to 9 parts (number of solids) as the coating composition. The negative electrode 15 of 2 was produced.
  • (Negative negative 17) 93 parts of Si (average particle size 10 nm, specific surface area m 2 / g) and graphite (average particle size 18 ⁇ m, specific surface area 3.2 m 2 / g) were added to the negative electrode active material (content ratio 10/90 in Table 2).
  • a negative electrode 15 having a negative electrode active material weight of 5 to 6 mg / cm 2 was prepared in the same manner as the negative electrode 3 except that the parts (number of solids) were changed.
  • Negative electrode 16 Negative electrode 16 except that the condition was changed so that fibrous carbon B'-1 was not used, acetylene black was changed to 2.1 parts as a conductive auxiliary agent, and carboxymethyl cellulose salt was changed to 0.9 parts as a dispersant and binder. It was prepared in the same manner as above.
  • Cell impedance For the evaluation cell impedance after the initial charge / discharge operation, the resistance value at a frequency of 1 kHz was measured using an impedance analyzer (SP-150 manufactured by biologic).
  • the negative electrodes 18 and 19 using B'-1 and B'-2 which are fibrous nanocarbon materials having a short average fiber length, are bound to the negative electrodes 1 to 17 used in Examples 1 to 17. It can be seen that the properties deteriorate, and the cell impedance and charge / discharge cycle characteristics of the lithium secondary batteries shown in Comparative Examples 1 and 2 using these deteriorate.
  • the negative electrodes 20 and 21 that do not use the fibrous nanocarbon material also have deteriorated binding properties, and the battery performance of the lithium secondary batteries shown in Comparative Examples 3 and 4 using these also deteriorates, and the batteries of Examples 1 to 15 are also used. It turns out that it is inferior to the performance.
  • the negative electrode 22 in which the polyurethane aqueous dispersion is changed to sodium polyacrylate also deteriorates the binding property, and the battery performance of the lithium secondary battery shown in Comparative Example 5 using this also deteriorates.
  • the electrode binder composition of the present invention can be used as a binder for active materials and the like used in the manufacture of electrodes for power storage devices, and the electrodes produced from the binders are used in the manufacture of various power storage devices.
  • the obtained power storage devices can be used for various portable devices such as mobile phones, laptop computers, mobile information terminals (PDAs), video cameras, digital cameras, and medium-sized or large-sized power storage devices to be mounted on electric bicycles, electric vehicles, etc. Can be used.

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Abstract

体積変化の大きな活物質を用いた場合でも、高い耐久性を示す電極が得られる電極用結着剤組成物、それを含有する電極用塗工液組成物、その固形分を電極合材層に含有する蓄電デバイス用電極、およびその蓄電デバイス用電極を備える蓄電デバイスを提供すること。　（Ａ）ポリウレタン、（Ｂ）平均繊維長が０．５μｍ以上の繊維状ナノカーボン材料、および（ｃ）水を含有し、上記ポリウレタンが、（ａ）ポリイソシアネート、（ｂ）ポリオール、（ｃ）１個以上の活性水素基と親水基を有する化合物、および（ｄ）鎖伸長剤を反応させて得られるものであり、上記（ｂ）が１．５個以上の活性水素基を有するオレフィン系ポリオールおよび／またはカーボネート結合鎖間の炭素数が６未満であるカーボネートジオールを含有する、ことを特徴とする電極用結着剤組成物。

Description

電極用結着剤組成物、電極用塗料組成物、蓄電デバイス用電極、および蓄電デバイス
　本発明は、電極用結着剤組成物、該電極用結着剤組成物を含有する電極用塗料組成物、該電極用塗料組成物の固形分を電極合材層に含有する蓄電デバイス用電極、および該電極を備える蓄電デバイスに関するものである。
　近年、電子機器の駆動用電源として電圧が高く、高いエネルギー密度を有する蓄電デバイスが要求されている。特にリチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタなどは、高電圧、高エネルギー密度の蓄電デバイスとして期待されている。このように蓄電デバイスに使用される電極は、通常は、電極活物質粒子、導電材粒子、結着剤との混合物を集電体表面へ塗布・乾燥することにより製造される。蓄電デバイスの一例として、リチウムイオン二次電池、電気二重層キャパシタ、リチウムイオンキャパシタなどが挙げられる。これらの蓄電デバイスは、主に電極、非水電解液、およびセパレータなどの部材から構成される。
　このうち蓄電デバイス用電極は、例えば電極活物質と導電材を結着剤とともに有機溶剤または水に分散させた蓄電デバイス用電極合剤液を、集電体表面である金属箔上に塗布し、乾燥させることにより形成される。蓄電デバイスの特性は、使われる電極粒子材料、電解質、集電体などの主要構成材料によって大きく左右されることはもちろんであるが、添加剤として用いられる結着剤や増粘安定剤、分散剤によっても大きく左右される。
　特に、電極の場合は、電極活物質、集電体及びそれらの間に接着力を付与する結着剤が特性に与える影響が大きい。例えば、使われる活物質の量及び種類が、活物質と結合できるリチウムイオンの量を決定するために、活物質の量が多いほど、そして固有容量の大きい活物質を使用するほど、高容量の電池を得ることができる。また、結着剤が上記活物質間、及び活物質と集電体との間で優れた接着力を有する場合、電極内で電子及びリチウムイオンの移動が円滑になされ、電極の内部抵抗が減少するので、高効率の充放電が可能になる。そして、高容量電池の場合には、アノード活物質として、カーボン及び黒鉛、カーボン及びケイ素、酸化ケイ素のような複合系電極が必要になり、充放電時に、活物質の体積膨脹及び収縮が大きく起こるので、上記結着剤は、優れた接着力を有するのみならず、優れた弾性を有し、電極体積が相当の膨脹及び収縮を繰り返しても、本来の接着力及び復原力を維持できるものでなければならない。あわせて、電極体積の変化がおこっても電子伝導経路を保持できるよう、導電剤を均一に分散させておくことが望ましい。
　Siを含む体積変化の大きな活物質を用いた場合、特許文献１に示すようなアクリル系のポリマーを結着剤として用いる例が報告されている。一般的に、これらの強度の高いバインダーを用いた電極は、活物質の体積変化でも電極が破断しないという特徴を持つが、電極の柔軟性を保持することが難しく、電極加工時の剥離などが起こりやすことが問題となっている。また、電極材料の分散性やレオロジーコントロール性がアクリル系のポリマーのみでは難しいと言われている。
国際公開第２０１５／１６３３０２号公報
　本発明は、体積変化の大きな活物質を用いた場合でも、高い耐久性を示す電極用結着剤組成物、およびそれを用いて作製された電極用塗料組成物、およびそれを用いて作成された蓄電デバイス用電極、およびその蓄電デバイス用電極を備える蓄電デバイスを提供することを目的とする。
　本発明者等は、上記の目的を達成するために鋭意研究を重ねた。その研究の過程で、所定の要件を満たすポリウレタンと繊維状ナノカーボンに着目し、当該ポリウレタンと繊維状ナノカーボン材料を含有する分散体で、所期の課題を解決することを見出し、本発明に到達した。
即ち本発明は、以下の［１］ないし［１０］を提供するものである。
[１] （Ａ）ポリウレタン、（Ｂ）平均繊維長が０．５μｍ以上の繊維状ナノカーボン、材料および（Ｃ）水を含有し、上記ポリウレタンが、（ａ）ポリイソシアネート、（ｂ）ポリオール、（ｃ）１個以上の活性水素基と親水基を有する化合物、及び（ｄ）鎖伸長剤を反応させて得られるものであり、上記（ｂ）ポリオールが１．５個以上の活性水素基を有するオレフィン系ポリオールおよび／またはカーボネート結合鎖間の炭素数が６未満であるカーボネートジオールを含有することを特徴とする電極用結着剤組成物、
[２] （Ｄ）セルロース材料を含むことを特徴とする［１］に記載の電極用結着剤組成物、
[３] （Ｄ）セルロース材料が、カルボキシメチルセルロース塩および／またはナノセルロース繊維であることを特徴とする、［２］に記載の電極用結着剤組成物。
[４] 上記（Ｂ）繊維状ナノカーボン材料が、シングルウォールカーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブ、およびナノカーボンファイバーから選択された１種または２種以上であることを特徴とする、［１］ないし［３］のいずれか１に記載の電極用結着剤組成物、
[５］上記（Ａ）ポリウレタンと（Ｂ）繊維状ナノカーボン材料の含有比率が、（Ａ）ポリウレタン：（Ｂ）繊維状ナノカーボン＝６０：４０～９９．６：０．４（質量比）であることを特徴とする、［１］ないし［４］のいずれか１に記載の電極用結着剤組成物、
[６] 上記オレフィン系ポリオールが、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、水添化ポリブタジエンポリオール、および水添化ポリイソプレンポリオールの中から選択された１種または２種以上であることを特徴とする、［１］ないし［５］のいずれか１に記載の電極用結着剤組成物、
[７] 上記（ａ）ポリイソシアネートが、脂環族系イソシアネートおよび／または芳香系イソシアネートを含有することを特徴とする、［１］ないし［６］のいずれか１に記載の電極用結着剤組成物、
[８]［１］ないし［７］のいずれか１に記載の電極用結着剤組成物を含有する電極用塗工液組成物、
[９]［８］に記載の電極用塗工液組成物の固形分を電極合材層に含有することを特徴とする蓄電デバイス用電極、
[１０]［９］に記載された蓄電デバイス用電極を備えることを特徴とする蓄電デバイス。
　本発明の電極用結着剤組成物は、柔軟性と電極の体積変化に対する追随性を有しているため、結着性が高く、また電極の加工時に電極合材層が剥離しにくい特徴を有し、さらに得られる該蓄電デバイスは高い放電性能とサイクル安定性を有する。
　次に、本発明の実施の形態を詳しく説明する。
　本発明の電極用結着剤組成物（以下、単に結着剤組成物、または結着剤ということもある。）は所定の（Ａ）ポリウレタンを含有する。上記（Ａ）ポリウレタンは、（ａ）ポリイソシアネート、（ｂ）ポリオール、（ｃ）１個以上の活性水素基と親水基を有する化合物、および（ｄ）鎖伸長剤を反応させて得られるものである。
（ａ）ポリイソシアネート
　上記（ａ）ポリイソシアネートは特に限定されず、本技術分野で一般的に使用されるポリイソシアネートを使用することができる。具体的には、脂肪族ポリイソシアネート、脂環族ポリイソシアネート、芳香族ポリイソシアネート、芳香脂肪族ポリイソシアネートを挙げることができる。脂肪族ポリイソシアネートとしては、テトラメチレンジイソシアネート、ドデカメチレンジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、２，２，４－トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、２，４，４－トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、２－メチルペンタン－１，５－ジイソシアネート、３－メチルペンタン－１，５－ジイソシアネート等を挙げることができる。脂環族ポリイソシアネートとしては、イソホロンジイソシアネート、水添キシリレンジイソシアネート、４，４’－ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、１，４－シクロヘキサンジイソシアネート、メチルシクロヘキシレンジイソシアネート、１，３－ビス（イソシアネートメチル）シクロヘキサン等を挙げることができる。芳香族ポリイソシアネートとしては、トリレンジイソシアネート、２，２’－ジフェニルメタンジイソシアネート、２，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート、４，４’－ジフェニルメタンジイソシアネート（ＭＤＩ）、４，４’－ジベンジルジイソシアネート、１，５－ナフチレンジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、１，３－フェニレンジイソシアネート、１，４－フェニレンジイソシアネート等を挙げることができる。芳香脂肪族ポリイソシアネートとしては、ジアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、α，α，α，α－テトラメチルキシリレンジイソシアネート等を挙げることができる。また、これらの有機ポリイソシアネートの２量体又は３量体や、ビュレット化イソシアネート等の変性体を挙げることができる。なお、これらは１種を単独で使用することもでき、２種以上を併用することもできる。
　上記（ａ）ポリイソシアネートのうち、結着性及び耐電解液性の観点から、脂環族系および／または芳香族系イソシアネートが好ましく、具体的には、４，４’－ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、１，３－ビス（イソシアネートメチル）シクロヘキサンが好ましい。
（ｂ）ポリオール
　上記（ｂ）ポリオールは、一分子当たり平均１．５個以上の活性水素基を有するオレフィン系ポリオール及び／又はカーボネート結合鎖間の炭素数が６未満であるカーボネートジオールを含有するものである。
　上記オレフィン系ポリオールの一分子当たりの活性水素基は平均１．５個以上である。活性水素基が平均１．５個以上である場合、耐久性に優れた電極用結着剤組成物が得られるため好ましい。
　上記オレフィン系ポリオールとしては、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、ポリクロロプレンポリオールなどのポリオールやその水素化したポリオール、またポリブタジエン系ポリオールに、スチレン、エチレン、酢酸ビニル、アクリル酸エステルなどのオレフィン化合物を共重合させたポリオールや、その水素化したポリオール等が挙げられる。特にポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、水添化ポリブタジエンポリオール、水添化ポリイソプレンポリオールが好ましい。なお、これらは１種を単独で使用することもでき、２種以上を併用することもできる。
　上記（ｂ）成分としてポリオレフィン系ポリオールを用いた場合の（ｂ）成分の含有量は、上記ポリウレタン１００質量％に対して４０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。含有量がこの範囲内であれば、結着性及び耐電解液性が特に優れたものとなる。
　上記ポリカーボネートジオールは、カーボネート結合鎖間の炭素数が６未満である。カーボネート結合鎖間の炭素数が６未満であると、電解液との親和性が良好となり、イオン伝導性が向上するため好ましい。
　上記ポリカーボネートジオールは、炭酸エステルとジオールとをエステル交換反応して、生成するアルコールを蒸留等の手段で除去することによって得ることができる。
　上記ジオールとしては、炭素数２～５の直鎖状、環状、又は分岐を有する脂肪族ジオールが挙げられる。より具体的には、１，３－ブタンジオール、１，３－プロパンジオール、１，４－ブタンジオール、２，３－ブタンジオール、エチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、１，５－ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、２－メチル－１，３－プロパンジオール、２，２－メチル－１，３－プロパンジオール、２－エチル－１，３－プロパンジオール、２，２－ジエチル－１，３－プロパンジオールなどを挙げることができる。以上のジオールは、１種を単独で使用することもでき、２種以上を組合せて使用することもできる。
　上記炭酸エステルの例としては、アルキレンカーボネート、ジアルキルカーボネート、ジアリールカーボネート等が挙げられる。アルキレンカーボネートとしては、エチレンカーボネート、トリメチレンカーボネート、１，２－プロピレンカーボネート、１，２－ブチレンカーボネート、１，３－ブチレンカーボネート、１，２－ペンチレンカーボネートなどがある。また、ジアルキルカーボネートとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ－ｎ－ブチルカーボネートなどが挙げられ、ジアリールカーボネートとしては、ジフェニルカーボネートなどが挙げられる。そのなかでも、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ－ｎ－ブチルカーボネートを用いるのが好ましい。
　上記炭酸エステルと脂肪族ジオールとのエステル交換反応に使用する触媒は特に限定されないが、適した触媒としては、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等のアルカリ金属及びアルカリ土類金属の水酸化物、ナトリウムメチレート、カリウムメチレート、チタンテトライソプロピレート及びジルコニウムテトライソプロピレート等の金属アルコレート、テトライソプロポキシチタン、テトラ－ｎ－ブトキシチタンなどのチタン化合物、酢酸マグネシウム、酢酸カルシウム、酢酸亜鉛、酢酸鉛などの酢酸の金属塩などが挙げられる。
　なお、上記ポリカーボネートジオールは１種単独で使用することもでき、２種以上を用いることもできる。
　上記（ｂ）成分として上記ポリカーボネートジオールを用いた場合の含有量は、上記ポリウレタン１００質量％に対して５０質量％以上９０質量％以下であることが好ましい。含有量が５０質量％以上であれば結着性が特に優れ、９０質量％以下であれば耐電解液性が特に優れたものとなるため好ましい。
　上記（ｂ）ポリオールの分子量は、数平均分子量で５００以上５,０００以下であることが好ましい。数平均分子量がこの範囲内であれば結着性が特に優れ、また、（Ｂ）成分がオレフィン系ポリオールの場合は耐電解液性も特に優れたものとなるため好ましい。
　上記（ｂ）成分には、上記以外に、例えば、ポリエーテル、ポリエステル、ポリエーテルエステル、ポリカーボネート、ポリチオエーテル、ポリアセタール、アクリル系、ポリシロキサン、フッ素系、又は植物油系化合物等を併用することもできる。より具体的には、エチレングリコール、プロピレングリコール、プロパンジオール、ブタンジオール、ペンタンジオール、３－メチル－１，５－ペンタンジオール、ヘキサンジオール、ネオペンチルグリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリプロピレングリコール、１，４－シクロヘキサンジメタノール、ビスフェノールＡ、ビスフェノールＦ、ビスフェノールＳ、水素添加ビスフェノールＡ、ジブロモビスフェノールＡ、ジヒドロキシエチルテレフタレート、ハイドロキノンジヒドロキシエチルエーテル、トリメチロールプロパン、グリセリン、ペンタエリスリトール等の多価アルコール、それらのオキシアルキレン誘導体、又はそれらの多価アルコール及びオキシアルキレン誘導体と、多価カルボン酸、多価カルボン酸無水物、若しくは多価カルボン酸エステルからのエステル化合物、ポリカーボネートポリオール、ポリカプロラクトンポリオール、ポリエステルポリオール、ポリチオエーテルポリオール、ポリアセタールポリオール、ポリテトラメチレングリコール、フッ素ポリオール、シリコンポリオール、アクリルポリオール、ダイマー酸系ポリオール、ヒマシ油系ポリオール、大豆油系ポリオールなどのポリオール化合物やその変性体が挙げられる。アルキレンオキサイドとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、ブチレンオキサイドなどが挙げられる。これらは、１種単独で併用してもよく、２種以上を併用してもよい。この中で、ポリカーボネートジオール以外のポリカーボネートポリオール、ヒマシ油系ポリオール、又はダイマー酸系ポリオールの併用が好ましい。また、上記併用する化合物の数平均分子量は５００以上５０００以下であることが好ましい。
（ｃ）１個以上の活性水素基と親水基を有する化合物、
　上記（ｃ）成分は、１個以上の活性水素基と親水性基を有する化合物である。親水性基としては、アニオン性親水基、カチオン性親水基、ノニオン性親水基が挙げられ、具体的にはアニオン性親水基としては、カルボキシル基及びその塩、スルホン酸基及びその塩が挙げられ、カチオン性親水基としては、第三級アンモニウム塩、第四級アンモニウム塩が挙げられ、ノニオン性親水基としては、エチレンオキシドの繰り返し単位からなる基や、エチレンオキシドの繰り返し単位とその他のアルキレンオキシドの繰り返し単位からなる基等が挙げられる。
　上記１個以上の活性水素基とカルボキシル基を含有する化合物としては、例えば、２，２－ジメチロールプロピオン酸、２，２－ジメチロール酪酸、２，２－ジメチロール吉草酸、ジオキシマレイン酸、２，６－ジオキシ安息香酸、３，４－ジアミノ安息香酸等のカルボン酸含有化合物及びこれらの誘導体並びにそれらの塩に加え、これらを使用して得られるポリエステルポリオールが挙げられる。更に、アラニン、アミノ酪酸、アミノカプロン酸、グリシン、グルタミン酸、アスパラギン酸、ヒスチジン等のアミノ酸類、コハク酸、アジピン酸、無水マレイン酸、フタル酸、無水トリメリット酸等のカルボン酸類も挙げられる。
　上記１個以上の活性水素基とスルホン酸基及びその塩を有する化合物としては、例えば、２－オキシエタンスルホン酸、フェノールスルホン酸、スルホ安息香酸、スルホコハク酸、５－スルホイソフタル酸、スルファニル酸、１，３－フェニレンジアミン－４，６－ジスルホン酸、２，４－ジアミノトルエン－５－スルホン酸等のスルホン酸含有化合物及びこれらの誘導体、並びにこれらを共重合して得られるポリエステルポリオール、ポリアミドポリオール、ポリアミドポリエステルポリオール等が挙げられる。
　これらのカルボキシル基又はスルホン酸基は、中和して塩にすることにより、最終的に得られるポリウレタンを水分散性にすることができる。この場合の中和剤としては、例えば、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の不揮発性塩基、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルエタノールアミン、メチルジエタノールアミン、トリエタノールアミン等の第三級アミン類、アンモニア等の揮発性塩基等が挙げられる。中和は、ウレタン化反応前、反応中、又は反応後の何れにおいても行うことができる。
　上記１個以上の活性水素基と第３級アンモニウム塩を含有する化合物としては、メチルアミノエタノール、メチルジエタノールアミン等のアルカノールアミンが挙げられる。これらを、ギ酸、酢酸などの有機カルボン酸、塩酸、硫酸などの無機酸で中和して塩にすることによりポリウレタンを水分散性にすることができる。中和は、ウレタン化反応前、反応中、又は反応後の何れにおいても行うことができる。これらのうち、ポリウレタンの乳化の容易性の観点からは、メチルジエタノールアミンを有機カルボン酸で中和したものが好ましい。
　上記１個以上の活性水素基と第４級アンモニウム塩を有する化合物は、前述のメチルアミノエタノール、メチルジエタノールアミン等のアルカノールアミンを、塩化メチル、臭化メチルなどのハロゲン化アルキル、ジメチル硫酸などのジアルキル硫酸により４級化した化合物である。これらのうち、ポリウレタンの乳化の容易性の観点からは、メチルジエタノールアミンをジメチル硫酸で４級化した化合物が好ましい。
　１個以上の活性水素基とノニオン性親水基を有する化合物は、特に制限されないが、エチレンオキシドの繰り返し単位を少なくとも３０質量％以上含有し、数平均分子量３００～２０，０００の化合物が好ましい。例えば、ポリオキシエチレングリコール又はポリオキシエチレン－ポリオキシプロピレン共重合体グリコール、ポリオキシエチレン－ポリオキシブチレン共重合体グリコール、ポリオキシエチレン－ポリオキシアルキレン共重合体グリコール又はそのモノアルキルエーテル等のノニオン性基含有化合物又はこれらを共重合して得られるポリエステルポリエーテルポリオールが挙げられる。
　上記（ｃ）成分としては、上記化合物を１種単独で用いてもよく、２種以上組み合わせて使用してもよい。
　上記（ｃ）成分の含有量は、アニオン性親水基含有化合物の場合は、そのアニオン性親水基含有量を表す酸価が５ｍｇＫＯＨ／ｇ以上が好ましい。また、５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることが好ましく、４５ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であることがより好ましい。酸価が５ｍｇＫＯＨ／ｇ以上であると、水への分散性が特に良好であり、酸価が５０ｍｇＫＯＨ／ｇ以下であると、耐電解液性に特に優れるため好ましい。酸価は、ＪＩＳ　Ｋ００７０－１９９２に準拠して、ポリウレタン水分散体の固形分１ｇ中に含まれる遊離カルボキシル基を中和するのに要するＫＯＨ量（ｍｇ）より求めることができる。ノニオン性基含有化合物を使用する場合は、（Ａ）ポリウレタン１００質量部に対し、１～３０質量部であることが好ましく、５～２０質量部使用したものであることがより好ましい。これらのうち、（Ｃ）成分としては、分子中に１個以上の活性水素基とカルボキシル基を含有する化合物が集電体との密着が良好となるため好ましい。
（ｄ）鎖伸長剤
　次に、（ｄ）鎖伸長剤としては、本技術分野で一般的に使用される鎖伸長剤を用いることができる。特に制限はされないが、具体的にはジアミンやポリアミンが使用できる。ジアミンとしては、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、ピペラジン、イソホロンジアミンなどを例示することができ、ポリアミンとしては、ジエチレントリアミン、ジプロピレントリアミン、トリエチレンテトラミン等を例示することができる。
　本発明の（Ａ）ポリウレタンは水分散体の状態で使用することが好ましい。上記（Ａ）ポリウレタンの水分散体（以下、ポリウレタン水分散体という。）の製造方法は、特に限定されるものではないが、例えば次の方法が用いられる。（ｂ）ポリオール、（ｃ）１個以上の活性水素基と親水基を有する化合物、および（ｄ）鎖伸長剤に含まれるイソシアネート基との反応性を有する活性水素基の合計より、化学量論的に過剰、たとえばイソシアネート基と活性水素基との当量比１：０．８５～１．１となるように、（a）ポリイソシアネートを溶剤なしに、または活性水素基を有しない有機溶媒中で反応させてイソシアネート末端のウレタンプレポリマーを合成した後、必要に応じて（ｃ）成分のアニオン性親水基、カチオン性親水基の中和、または４級化を行ってから、水中に分散乳化を行う。その後、残存するイソアネート基より少ない当量の、たとえばイソシアネート基と鎖伸長剤の活性水素基との当量比１：０．５～０．９にて（ｄ）鎖伸長剤を加えて、乳化ミセル中のイソシアシネート基と（ｄ）鎖伸長剤とを界面重合反応させてウレア結合を生成させる。これにより乳化ミセル内の架橋密度が向上し、三次元架橋構造が形成される。このように三次元架橋構造の形成により、優れた耐電解液性を示す塗膜が得られる。その後、必要に応じて使用した溶剤を除去することにより、ポリウレタン水分散体を得ることができる。なお、上記（ｄ）成分としてポリアミン等を使用しなくても、水中に分散乳化時に系中に存在する水分子により鎖伸長を行うこともできる。 
　なお、上記ウレタンプレポリマーの合成においては、イソシアネート基と不活性で、かつ、生成するウレタンプレポリマーを溶解し得る溶剤を用いることもできる。これらの溶剤としては、ジオキサン、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、テトラヒドロフラン、Ｎ－メチル－２－ピロリドン、トルエン、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートなどが挙げられる。反応で使用したこれら親水性有機溶剤は、最終的には除去するのが好ましい。
　上記（Ａ）ポリウレタンについては、単独で又は二種類以上の併用、あるいは二種類以上の樹脂複合型を使用してもよい。
（Ｂ）繊維状ナノカーボン材料
　上記繊維状ナノカーボン材料は、平均繊維長が０．５μｍ以上の繊維状ナノカーボンから構成されることが特徴である。平均繊維長が０．５μｍ以上の場合、結着性に優れた電極用結着剤組成物が得られ、その結果、サイクル寿命に優れた電池が得らえるため好ましい。また、繊維状ナノカーボンの繊維幅は1ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。上記平均繊維長および繊維幅は、例えば透過電子顕微鏡写真、走査型プローブ型顕微鏡写真で無作為に選んだ繊維状ナノカーボン材料１００個の長軸径を測定し、その算術平均として算出される個数平均粒子径として算出できる。上記繊維状ナノカーボン材料の例としては、シングルウォールカーボンナノチューブ（ＳＷＣＮＴ）、マルチウォールカーボンナノチューブ（ＭＷＣＮＴ）、ナノカーボンファイバーなどが挙げられ、添加量に対する効果の点で、ＳＷＣＮＴが好適に使用することができる。（B）成分としては、上記化合物を１種単独で用いてもよく、２種以上組み合わせて使用してもよい。
　上記（Ｂ）繊維状ナノカーボン材料は、所定の媒体に分散された状態で用いることが好ましい。上記分散体は、原料となる（Ｂ）繊維状ナノカーボン材料を公知の手法でナノサイズまで媒体中に分散させることで作製される。媒体については通常、水が用いられるが、アルコール、ケトン系溶媒などの極性溶媒、またはそれらの極性有機溶媒と水の混合溶媒も使用できる。上記（Ｂ）繊維状ナノカーボン材料の分散体の製造装置としては、例えばジェットミル、高圧分散装置、超音波ホモジナイザー等が挙げられる。
　上記（Ｂ）繊維状ナノカーボン材料分散体の作製については、（Ｄ）セルロース材料を添加することでより効率的に分散体を得ることができる。（Ｄ）セルロース材料の例としては、ヒドロキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びそのアルカリ金属塩、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースなどのセルロース類が使用できる。中でも特にカルボキシメチルセルロースのナトリウム塩が特に好適に使用することができる。また、類似の機能を有するナノセルロース繊維も使用することができ、例えば、特許5626828号、特許5921960号に記載のようなセルロースナノファイバーも同様に使用することができる。
　本発明の結着剤組成物は、（Ａ）ポリウレタンと（Ｂ）繊維状ナノカーボン材料の含有比率が、（Ａ）ポリウレタン：（Ｂ）繊維状ナノカーボン材料＝６０：４０～９９．６：０．４（質量比）であることが好ましい。上記含有比率が上記範囲内である場合、塗工性に優れた電極用塗工液組成物が得られ、また電極層の柔軟性、および活物質、導電助剤等の結着性に優れ、電気抵抗が少ない蓄電デバイス用電極が得られ、さらに、電池サイクル寿命に優れた蓄電デバイスが得られるため好ましい。（Ｂ）繊維状ナノカーボンの分散体に添加する（Ｄ）セルロース材料の含有量は、（Ｂ）繊維状ナノカーボンの１００質量部に対して５質量部以上１５０質量部以下が好ましい。（Ｄ）セルロース系材料が上記範囲内で含有することにより、（Ｂ）ナノカーボン材料の分散性、分散安定性が向上し、また電極塗工液組成物の粘度を適度に調整することが可能となり、電極作製が容易となるため好ましい。
　本発明の電極塗工液組成物は、活物質、導電助剤、分散剤、および電極用結着剤組成物を含有する。上記分散剤と上記電極用結着剤組成物の合計量が、電極塗工液組成物の固形分１００質量部に対し０．５質量部以上２０質量部以下含有することが好ましい。用いる活物質の性質にもよるが、一般的に含有量が上記範囲の場合、電極活物質や導電助剤の分散性に優れ、適切なチクソ性を有する電極塗工液組成物を得ることができる。上記含有量は１質量部以上が好ましく１．５質量部以上がより好ましい。また、１２質量部以下が好ましく、１０質量部以下がより好ましい。本発明の電極塗工液組成物における、活物質に対する導電助剤の配合比率は活物質：導電助剤＝８８：１３～９９．５：０．５（質量比）の間が好ましく、活物質に対する分散剤と結着剤組成物の合計量の配合比率は活物質：分散剤と結着剤組成物の合計量＝７８：２２～９８：２（質量比）の間が好ましい。
　本発明の電極用塗工液組成物には、本発明の効果を妨げない範囲で他の電極用結着剤を添加することが出来る。上記該結着剤としては、公知のものを使用する事ができ、特に制限はされないが一般的に水溶性及び/又は水分散性を有する高分子化合物が挙げられる、具体例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンやパーフルオロメチルビニルエーテル及びテトラフルオロエチレンとの共重合体などのポリフッ化ビニリデン共重合体樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素ゴムなどのフッ素系樹脂や、スチレン－ブタジエンゴム、エチレン－プロピレンゴム、スチレン－アクリロニトリル共重合体などのポリマー、ポリウレタン樹脂、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリアミド樹脂、およびエポキシ樹脂などの水分散物が使用可能であるが、これに限定されるものではない。これらの添加剤は単独で又は二種類以上の併用、あるいは二種類以上の樹脂複合型を使用してもよい。
　本発明の電極用塗工液組成物には、本発明の効果を妨げない範囲で分散剤が添加される。上記分散剤は、分散機能を有する添加剤が一種以上含まれていることが好ましい。上記分散機能を有する添加剤としては公知のものを使用することができ、特に制限されないが具体的には、ヒドロキシメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、及びそのアルカリ金属塩、メチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルメチルセルロースなどのセルロース類；特許5626828号、特許5921960号に記載のような化学変性セルロースナノファイバーのようなセルロースナノファイバー類； ポリアクリル酸、ポリアクリル酸ソーダなどのポリカルボン酸系化合物； ポリビニルピロリドンなどのビニルピロリドン構造を有する化合物； ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリアクリルアマイド、ポリエチレンオキシド、ポリビニルアルコール、アルギン酸ソーダ、キサンタンガム、カラギーナン、グアーガム、カンテン、デンプンなどから選択された１ 種又は２ 種以上が使用可能である。なかでも、カルボキシメチルセルロース塩が好適に使用できる。
　本発明の電極用塗工液組成物には、本発明の効果を妨げない範囲で導電助剤が添加される。該導電助剤としては、電池性能に悪影響を及ぼさない電子伝導性材料であれば使用することができる。通常、アセチレンブラックやケッチンブラック等のカーボンブラックが使用されるが、天然黒鉛（鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土状黒鉛など）、人造黒鉛、カーボンウイスカー、炭素繊維や金属（銅、ニッケル、アルミニウム、銀、金等）粉末、金属繊維、導電性セラミックス材料等の導電性材料でもよい。これらは１ 種又は２ 種以上の混合物として使用することができる。その添加量は電極塗工液組成物の固形分１００質量部に対して０．５質量部が好ましく、１質量部がより好ましい。また、１０重量部以下が好ましく、特に４重量部以下がより好ましい。なお、本発明の電極用結着剤組成物の構成成分である繊維状ナノカーボン材料は導電助剤としても機能することができる。
　なお、本発明の電極用塗工液組成物は、上記電極材料の混合の方法・順序等は特に限定されず、例えば、導電助剤と分散剤と結着剤組成物をあらかじめ混合して用いる事も可能である。組成物の混合・分散処理に用いる混合・分散装置としては、特に限定されず、例えば、ホモディスパー、プラネタリーミキサー、プロペラミキサー、ニーダー、ホモジナイザー、超音波ホモジナイザー、コロイドミル、ビーズミル、サンドミル、高圧ホモジナイザー等を用いることができる。
　本発明の蓄電デバイスとしては、公知の蓄電デバイスを挙げることができるが、特に限定されないが具体的にはリチウム二次電池、リチウムイオンキャパシタ等が挙げられる。
　上記リチウム二次電池の正極に使用する正極活物質としては、リチウムイオンの挿入、脱離が可能であるものであれば、特に制限されることはない。例としては、ＣｕＯ、Ｃｕ２Ｏ、ＭｎＯ２、ＭｏＯ３、Ｖ２Ｏ５、ＣｒＯ３、ＭｏＯ３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｎｉ２Ｏ３、ＣｏＯ３等の金属酸化物、ＬｉｘＣｏＯ２、ＬｉｘＮｉＯ２、ＬｉｘＭｎ２Ｏ４、ＬｉＦｅＰＯ４等のリチウムと遷移金属との複合酸化物や、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＮｂＳｅ３等の金属カルコゲン化物、ポリアセン、ポリパラフェニレン、ポリピロール、ポリアニリン等の導電性高分子化合物等が挙げられる。
　上記の中でも、一般に高電圧系と呼ばれる、コバルト、ニッケル、マンガン等の遷移金属から選ばれる１種以上とリチウムとの複合酸化物がリチウムイオンの放出性や、高電圧が得られやすい点で好ましい。コバルト、ニッケル、マンガンとリチウムとの複合酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＮｉｘＣｏ（１－ｘ）Ｏ２、ＬｉＭｎａＮｉｂＣｏｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）などが挙げられ
る。
　また、これらのリチウム複合酸化物に、少量のフッ素、ホウ素、アルミニウム、クロム、ジルコニウム、モリブデン、鉄などの元素をドーブしたものや、リチウム複合酸化物の粒子表面を、炭素、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２等で表面処理したものも使用できる。上記正極活物質は２種類以上を併用することも可能である。
　上記リチウム二次電池の負極に使用する負極活物質としては、金属リチウム又はリチウムイオンを挿入／脱離することができるものであれば公知の活物質を特に限定なく用いることができる。たとえば、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素などの炭素材料を用いることができる。また、金属リチウムや合金、スズ化合物などの金属材料、リチウム遷移金属窒化物、結晶性金属酸化物、非晶質金属酸化物、ケイ素化合物、導電性ポリマー等を用いることもでき、具体例としては、Ｌｉ４Ｔｉ５Ｏ１２、ＮｉＳｉ５Ｃ６等が挙げられる。
　本発明の蓄電デバイスとして、例えば電気二重層キャパシタ用電極に用いる電極活物質としては、通常、炭素の同素体が用いられる。炭素の同素体の具体例としては、活性炭、ポリアセン、カーボンウイスカー及びグラファイト等が挙げられ、これらの粉末または繊維を使用することができる。好ましい電極活物質は活性炭であり、具体的にはフェノール樹脂、レーヨン、アクリロニトリル樹脂、ピッチ、およびヤシ殻等を原料とする活性炭を挙げることができる。
　上記リチウムイオンキャパシタ用電極に用いる電極活物質には、リチウムイオンキャパシタ用電極の正極に用いる電極活物質としては、リチウムイオンと、例えばテトラフルオロボレートのようなアニオンとを可逆的に担持できるものであれば良い。具体的には、通常、炭素の同素体が用いられ、電気二重層キャパシタで用いられる電極活物質が広く使用できる。
　上記リチウムイオンキャパシタ用電極の負極に用いる電極活物質は、リチウムイオンを可逆的に担持できる物質である。具体的には、リチウムイオン二次電池の負極で用いられる電極活物質が広く使用できる。好ましくは、黒鉛、難黒鉛化炭素等の結晶性炭素材料、上記正極活物質としても記載したポリアセン系物質（ＰＡＳ）等を挙げることができる。これらの炭素材料及びＰＡＳは、フェノール樹脂等を炭化させ、必要に応じて賦活され、次いで粉砕したものが用いられる。
　本発明の電極塗工液組成物における電極活物質の含有量は、特に制限されないが全固形分１００質量部中７０質量部以上９８質量部以下である。
　本発明の蓄電デバイスに使用される電極活物質の集電体としては、構成された電池において悪影響を及ぼさない電子伝導体であれば何でも使用可能である。例えば、正極用集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス等の他に、接着性、導電性、耐酸化性向上の目的で、アルミニウムや銅等の表面を、カーボン、ニッケル、チタンや銀等で処理した物を用いることができる。また、負極用集電体としては、銅、ステンレス鋼、ニッケル、アルミニウム、チタン、焼成炭素、導電性高分子、導電性ガラス、Ａｌ－Ｃｄ合金等の他に、接着性、導電性、耐酸化性向上の目的で、銅等の表面をカーボン、ニッケル、チタンや銀等で処理したものを用いることができる。これらの集電体材料は表面を酸化処理することも可能である。また、その形状については、フォイル状の他、フィルム状、シート状、ネット状、パンチ又はエキスパンドされた物、ラス体、多孔質体、発泡体等の成形体も用いられる。厚みは特に限定はないが、１～１００μｍのものが通常用いられる。
　本発明の蓄電デバイスの電極は、例えば電極活物質、導電助剤、電極活物質の集電体、及び電極活物質並びに導電助剤を集電体に結着させる結着剤等を混合してスラリー状の電極材料を調製し、集電体となるアルミ箔或いは銅箔等に塗布して分散媒を揮発させることにより製造することができる。
　上記電極材料の混合の方法・順序等は特に限定されず、例えば、活物質と導電助剤は予め混合して用いることが可能であり、その場合の混合には、乳鉢、ミルミキサー、遊星型ボールミル又はシェイカー型ボールミルなどのボールミル、メカノフュージョン等を用いることができる。
　本発明の蓄電デバイスに使用するセパレータは、通常の蓄電デバイスに用いられるセパレータを特に限定なしに使用でき、その例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリオレフィン、ポリテトラフルオロエチレン等よりなる多孔質樹脂、セラミック、不織布などが挙げられる。
　本発明の蓄電デバイスに使用する電解液は、通常の蓄電デバイスに用いられる電解液であればよく、有機電解液およびイオン液体等の一般的なものを使用することができる。本発明の蓄電デバイスに使用する電解質塩としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＣ（ＣＦ３ＳＯ２）３、ＬｉＩ、ＬｉＡｌＣｌ４、ＮａＣｌＯ４、ＮａＢＦ４、ＮａＩ等を挙げることができ、特に、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６などの無機リチウム塩、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣｘＦ２ｘ＋１）（ＳＯ２ＣｙＦ２ｙ＋１）で表される有機リチウム塩を挙げることができる。ここで、ｘおよびｙは０又は１～４の整数を表し、また、ｘ＋ｙは２～８である。有機リチウム塩としては、具体的には、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）（ＳＯ２Ｃ３Ｆ７）、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）（ＳＯ２Ｃ４Ｆ９）、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）（ＳＯ２Ｃ３Ｆ７）、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）（ＳＯ２Ｃ４Ｆ９）等が挙げられる。中でも、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｆ）２、ＬｉＮ（ＳＯ２Ｃ２Ｆ５）２などを電解質に使用すると、電気特性に優れるので好ましい。上記電解質塩は１種類用いても２種類以上用いても良い。このようなリチウム塩は、通常、０．１～２．０ｍｏＬ／Ｌ、好ましくは０．３～１．５ｍｏＬ／Ｌの濃度で、電解液に含まれていることが望ましい。
　本発明の蓄電デバイスに使用する電解質塩を溶解させる有機溶媒としては、蓄電デバイスの非水電解液に用いられる有機溶媒であれば特に限定されず、例えば、カーボネート化合物、ラクトン化合物、エーテル化合物、スルホラン化合物、ジオキソラン化合物、ケトン化合物、ニトリル化合物、ハロゲン化炭化水素化合物等を挙げることができる。詳しくは、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、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレングリコールジメチルカーボネート、プロピレングリコールジメチルカーボネート、エチレングリコールジエチルカーボネート、ビニレンカーボネート等のカーボネート類、γ－ブチルラクトン等のラクトン類、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、２－メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン、１，４－ジオキサンなどのエーテル類、スルホラン、３－メチルスルホラン等のスルホラン類、１，３－ジオキソラン等のジオキソラン類、４－メチル－２－ペンタノン等のケトン類、アセトニトリル、ピロピオニトリル、バレロニトリル、ベンソニトリル等のニトリル類、１，２－ジクロロエタン等のハロゲン化炭化水素類、その他のメチルフォルメート、ジメチルホルムアミド、ジエチルホルムアミド、ジメチルスルホキシド、イミダゾリウム塩、４級アンモニウム塩などのイオン性液体等を挙げることができる。さらに、これらの混合物であってもよい。これらの有機溶媒のうち、特に、カーボネート類からなる群より選ばれた非水溶媒を一種類以上含有することが、電解質の溶解性、誘電率および粘度において優れているので好ましい。
　本発明の蓄電デバイスにおいて、ポリマー電解質または高分子ゲル電解質に用いる場合は、高分子化合物であるエーテル、エステル、シロキサン、アクリロニトリル、ビニリデンフロライド、ヘキサフルオロプロピレン、アクリレート、メタクリレート、スチレン、酢酸ビニル、塩化ビニル、オキセタンなどの重合体またはその共重合体構造を有する高分子またはその架橋体などが挙げられ、高分子は一種類でも二種類以上でもよい。高分子構造は特に限定されるものではないが、ポリエチレンオキサイドなどのエーテル構造を有する高分子が特に好ましい。また、金属酸化物などの無機物を併用する事もできる。金属酸化物の例としては、蓄電デバイスに用いられるものであれば特に限定されないが、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＡｌＯＯＨ、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｒＯ２、ＴｉＯ２、Ｌｉ７Ｌａ３Ｚｒ２Ｏ１２、及びＬｉｘａＬａｙａＴｉＯ３〔ｘａ＝０．３～０．７、ｙａ＝０．３～０．７〕、ＢａＴｉＯ３などが挙げられる。
　本発明の蓄電デバイスとして、液系の電池は電解液、ゲル系の電池はポリマーを電解液に溶解したプレカーサー溶液、固体電解質電池は電解質塩を溶解した架橋前のポリマーを電池容器内に収容する。
　本発明に係る蓄電デバイスは、円筒型、コイン型、角型、ラミネート型、その他任意の形状に形成することができ、電池の基本構成は形状によらず同じであり、目的に応じて設計変更して実施することができる。例えば、円筒型では、負極集電体に負極活物質を塗布してなる負極と、正極集電体に正極活物質を塗布してなる正極とを、セパレータを介して捲回した捲回体を電池缶に収納し、非水電解液を注入し上下に絶縁板を載置した状態で密封して得られる。また、コイン型電池に適用する場合では、円盤状負極、セパレータ、円盤状正極、およびステンレスの板が積層された状態でコイン型電池缶に収納され、非水電解液が注入され、密封される。
　つぎに、実施例について比較例とあわせて説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、例中、「％」とあるのは、特に限定のない限り質量基準を意味する。
〔ポリウレタンの水分散体の合成〕
（合成例１－１）ポリウレタン水分散体Ａ－１の合成
　攪拌機、還流冷却管、温度計及び窒素吹き込み管を備えた４つ口フラスコにポリブタジエンポリオール（出光興産株式会社製、ＰｏｌｙｂｄＲ－４５ＨＴ、平均水酸基価４６．５ｍｇＫＯＨ／ｇ、活性水素基数２．３２）７１．３質量部、ジメチロールプロピオン酸（活性水素基数２）４．２質量部、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート２４．５質量部、メチルエチルケトン１００質量部を加え、７５℃で４時間反応させ、不揮発分に対する遊離のイソシアネート基含有量２．５％であるウレタンプレポリマーのメチルエチルケトン溶液を得た。この溶液を４５℃まで冷却し、水酸化ナトリウムを１．２５質量部加えて中和後、水３００質量部を徐々に加えてホモジナイザーを使用して乳化分散させた。続いて、エチレンジアミン（活性水素基数２）１．６質量部を水１００質量部で希釈した水溶液を加え、１時間鎖伸長反応を行った。これを減圧、５０℃での加熱下、脱溶剤を行い、不揮発分約３０％のポリウレタン水分散体１Ａを得た。
（合成例１－２）ポリウレタン水分散体Ａ－２の合成
　攪拌機、還流冷却管、温度計及び窒素吹き込み管を備えた４つ口フラスコに水素添加ポリブタジエンポリオール（ＣＲＥＹ　ＶＡＬＬＥＹ社製、ＫＲＡＳＯＬ　ＨＬＢＨ－Ｐ３０００、平均水酸基価３１．０ｍｇＫＯＨ／ｇ、活性水素基数１．９０）７３．９質量部、ジメチロールプロピオン酸（活性水素基数２）４．６質量部、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート２１．５質量部、メチルエチルケトン１００質量部を加え、７５℃で４時間反応させ、不揮発分に対する遊離のイソシアネート基含有量が２．１％であるウレタンプレポリマーのメチルエチルケトン溶液を得た。この溶液を４５℃まで冷却し、トリエチルアミンを３．５質量部加えて中和後、水３００質量部を徐々に加えてホモジナイザーを使用して乳化分散させた。続いて、ジエチレントリアミン（活性水素基数３）１．５質量部を水１００質量部で希釈した水溶液を加え、１時間鎖伸長反応を行った。これを減圧、５０℃での加熱下、脱溶剤を行い、不揮発分約３０％のポリウレタン水分散体１Ｂを得た。
（合成例１－３）ポリウレタン水分散体Ａ－３の合成
　攪拌機、還流冷却管、温度計及び窒素吹き込み管を備えた４つ口フラスコにポリブタジエンポリオール（出光興産株式会社製、ＰｏｌｙｂｄＲ－４５ＨＴ、平均水酸基価４６．５ｍｇＫＯＨ／ｇ、活性水素基数２．３２）３４．０質量部、宇部興産株式会社製、ＥＴＥＲＮＡＣＯＬＬ　ＵＨ－１００、平均水酸基価１１０．０ｍｇＫＯＨ／ｇ、活性水素基数２．０）３４．０質量部、ジメチロールプロピオン酸（活性水素基数２）４．２質量部、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート２７．８質量部、メチルエチルケトン１００質量部を加え、７５℃で４時間反応させ、不揮発分に対する遊離のイソシアネート基含有量２．０％であるウレタンプレポリマーのメチルエチルケトン溶液を得た。この溶液を４５℃まで冷却し、トリエチルアミンを３．１３質量部加えて中和後、水３００質量部を徐々に加えてホモジナイザーを使用して乳化分散させた。続いて、エチレンジアミン（活性水素基数２）１．３質量部を水１００質量部で希釈した水溶液を加え、１時間鎖伸長反応を行った。これを減圧、５０℃での加熱下、脱溶剤を行い、不揮発分約３０％のポリウレタン水分散体１Ｃを得た。
（合成例１－４）ポリウレタン水分散体Ａ－４の合成
　攪拌機、還流冷却管、温度計及び窒素吹き込み管を備えた４つ口フラスコにポリカーボネートポリオール（宇部興産株式会社製、ＥＴＥＲＮＡＣＯＬＬ　ＵＨ－１００、平均水酸基価１１２．２ｍｇＫＯＨ／ｇ、活性水素基数２．０）５１．３質量部、ジメチロールプロピオン酸（活性水素基数２）５．１質量部、トリメチロールプロパン（活性水素基数２）２．６質量部、ジシクロヘキシルメタンジイソシアネート４１．０質量部、メチルエチルケトン１００質量部を加え、７５℃で４時間反応させ、不揮発分に対する遊離のイソシアネート基含有量３．０％であるウレタンプレポリマーのメチルエチルケトン溶液を得た。この溶液を４５℃まで冷却し、トリエチルアミンを３．８質量部加えて中和後、水３００質量部を徐々に加えてホモジナイザーを使用して乳化分散させた。続いて、エチレンジアミン（活性水素基数２）１．９質量部を水１００質量部で希釈した水溶液を加え、１時間鎖伸長反応を行った。これを減圧、５０℃での加熱下、脱溶剤を行い、不揮発分約３０％のポリウレタン水分散体１Ｄを得た。
　なお、得られたポリウレタン水分散体の不揮発分の重量はＪＩＳ　Ｋ　６８２８－１：２００３に準じて測定した。
〔繊維状ナノカーボン材料分散体の作製〕
（合成例２－１）繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－１（実施例用）の作製　ＳＷＣＮＴ（ＯＣＳｉＡｌ社製　ＴＵＢＡＬＬ　ＢＡＴＴ、ＣＮＴ純度　＞９３％、平均径、１．６±０．５nｍ）１．０ｇとカルボシキメチルセルロース塩（第一工業製薬株式会社製、セロゲン　７Ａ）の２ｗｔ％水溶液５０ｇをビーカー中で混合、攪拌後、超音波ホモジナイザー　ＵＳ－６００Ｔ　(株)日本精機製作所、循環ユニット付き、およびチューブポンプを接続し、スラリーを循環させながら100ｕＡの出力で９０分間分散させて繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－１を得た。
（合成例２－２）繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－２（実施例用）の作製
　ＳＷＣＮＴ（ＯＣＳｉＡｌ社製　ＴＵＢＡＬＬ　ＢＡＴＴ、ＣＮＴ純度　＞９３％、平均径、１．６±０．５nｍ）１．０ｇとカルボシキメチルセルロース塩（第一工業製薬株式会社製、セロゲン　７Ａ）の２ｗｔ％水溶液４５ｇ　およびセルロースナノファイバー（第一工業製薬製、レオクリスタＩ－２ＳＸ―ＬＤＳ）２ｗｔ％水溶液５ｇ　ビーカー中で混合、攪拌後、超音波ホモジナイザー　ＵＳ－６００Ｔ　(株)日本精機製作所、循環ユニット付き、およびチューブポンプを接続し、スラリーを循環させながら100ｕＡの出力で９０分間分散させて繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－２を得た。
（合成例２－３）繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－３（実施例用）の作製
　ＳＷＣＮＴ（ＯＣＳｉＡｌ社製　ＴＵＢＡＬＬ　ＢＡＴＴ、炭素純度　＞９９％、平均径、１．６±０．５nｍ）１．０ｇとカルボシキメチルセルロース塩（第一工業製薬株式会社製、セロゲン　７Ａ）の２ｗｔ％水溶液５０ｇをビーカー中で混合、攪拌後、超音波ホモジナイザー　ＵＳ－６００Ｔ　(株)日本精機製作所、循環ユニット付き、およびチューブポンプを接続し、スラリーを循環させながら100ｕＡの出力で120分間分散させて繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－３を得た。
（合成例２－４）繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－４（実施例用）の作製
　ＭＷＣＮＴ（ＣＮａｎｏ社製　Ｆｌｏｔｕｂｅ９１１０、炭素純度　＞９９％、平均径、１０～１５nｍ）１．０ｇとカルボシキメチルセルロース塩（第一工業製薬株式会社製、セロゲン　７Ａ）の２ｗｔ％水溶液３０ｇ　をビーカー中で混合、攪拌後、超音波ホモジナイザー　ＵＳ－６００Ｔ　(株)日本精機製作所、循環ユニット付き、およびチューブポンプを接続し、スラリーを循環させながら100ｕＡの出力で60分間分散させて繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－４を得た。
（合成例２－５）繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－５（実施例用）の作製
　ＭＷＣＮＴ（ＣＮａｎｏ社製　Ｆｌｏｔｕｂｅ９１１０、炭素純度　＞９９％、平均繊維径、１０～１５nｍ）１．０ｇとカルボシキメチルセルロース塩（第一工業製薬株式会社製、セロゲン　７Ａ）の２ｗｔ％水溶液３０ｇ　をビーカー中で混合、攪拌後、超音波ホモジナイザー　ＵＳ－６００Ｔ　(株)日本精機製作所、循環ユニット付き、およびチューブポンプを接続し、スラリーを循環させながら100ｕＡの出力で120分間分散させて繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－５を得た。
（合成例２－６）繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－６（実施例用）の作製
　カーボンファイバー（昭和電工製　ＶＧＣＦ－Ｈ、平均繊維径、～１５０nｍ）４．０ｇをカルボシキメチルセルロース塩（第一工業製薬株式会社製、セロゲン　７Ａ）の２ｗｔ％水溶液１０．５ｇ　およびセルロースナノファイバー（第一工業製薬製、レオクリスタＩ－２ＳＸ－ＬＤＳ）２ｗｔ％水溶液５．３ｇ　をホモディスパー（プライミクス製）を用いてビーカー中で１６００ｒｐｍの条件にて９０分攪拌処理をすることで繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－６を得た。
（合成例２－７）繊維状ナノカーボン分散体Ｂ’－１（比較例用）の作製
　超音波ホモジナイザーの処理条件を２００ｕＡ、２４０分間に変更した以外は合成例２－１に準じて繊維状ナノカーボン分分散体Ｂ’－１を作製した。
（合成例２－７）繊維状ナノカーボン分散体Ｂ’－２（比較例用）の作製
　超音波ホモジナイザーの処理条件を２００ｕＡ、２４０分間に変更した以外は合成例２－４に準じて繊維状ナノカーボン分分散体Ｂ’－２を作製した。
［繊維状ナノカーボン分散体の評価］
　繊維状ナノカーボン分散体の平均繊維幅、平均繊維長を、走査型プローブ顕微顕微鏡（ＳＰＭ）（日本電子社製、ＡＦＭ－５３００Ｅ）を用いて観察した。すなわち、各繊維状ナノカーボン分散体を固形分濃度０．０１ｗｔ％まで希釈後、マイカ基板上にキャストし、乾燥したサンプルのＡＦＭ像を観察し、先に述べた方法に従い、平均繊維幅、平均繊維長を算出した。また、これらの値を用いてアスペクト比を下記の式１に従い算出した。
アスペクト比＝平均繊維長（ｎｍ）／平均繊維幅（ｎｍ）…（式１）
表１に示すように、実施例用の繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－１～Ｂ－６は、平均繊維幅が1～２００ｎｍの範囲内であり、平均繊維長は０．５μｍ以上であった。これに対し、比較例用のセルロース繊維Ｂ’－１、Ｂ’－２は平均繊維長が上記範囲外であった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 [塗料・電極の作製]
（実施例用）
（負極１）
　負極活物質として、ＳｉＯ（平均粒径４．５μｍ、比表面積５．５ｍ２／g）とグラファイト（平均粒径１８μｍ、比表面積３．２ｍ２／g）を９５部（含有比率２０／８０、表２においてＣ－１とする）、　導電助剤としてアセチレンブラック（デンカ社製、Ｌｉ－４００、表２においてＤ－１とする）　２部と分散剤兼結着剤としてカルボキシメチルセルロース塩（第一工業製薬株式会社製、ＷＳ－Ｃ、表－２においてＥ－１とする）を０．８部、結着剤組成物としてポリウレタン水分散体Ａ－１を２部（固形分部数）と繊維状ナノカーボン分散体Ｂ－１を０．２部（固形分部数）の混合物をホモディスパーにて攪拌処理を行い、固形分４０％になるように負極スラリーを調製した。この負極スラリーをロールコーター（サンクメタル製、製品名チビコーター）で厚み１０μｍの電解銅箔上にコーティングを行い、１２０℃で乾燥後、ロールプレス処理を行い、負極活物質７～８ｍｇ／ｃｍ２の負極１を得た。
（負極２～４）
　ポリウレタン水分散体としてＡ－２～Ａ－４に変更した以外は負極１と同様の方法で作製した。
（負極５）
　繊維状カーボンＢ－１を表１に記載の繊維状カーボンＢ－２に変更した以外は負極３と同様の方法で作製した。
（負極６）
　分散剤兼結着剤としてカルボキシメチルセルロース塩（第一工業製薬株式会社製、ＷＳ－Ｃ）を０．７部、セルロースナノファイバー（第一工業製薬製、レオクリスタＩ－２ＳＸ　２ｗｔ％）を０．１部（固形分部数）用いた（表２においてＥ－２とする）以外は負極５と同様の方法で作製した。
（負極７）
　繊維状カーボンＢ－１を表１に記載の繊維状カーボンＢ－３に変更した以外は負極３と同様の方法で作製した。
（負極８）
　繊維状カーボンＢ－３を表１に記載の繊維状カーボンＢ－４　０．５部（固形分部数）に変更し、導電助剤のアセチレンブラック添加量を１．６部に変更した以外は負極７と同様の方法で作製した。
（負極９～１０）
　繊維状カーボンＢ－４をそれぞれ表１に記載の繊維状カーボンＢ－５、Ｂ－６に変更した以外は負極８と同様の方法で作製した。
（負極１１）
　負極活物質を、ＳｉＯ（平均粒径４．５μｍ、比表面積５．５ｍ２／g）とグラファイト（平均粒径１８μｍ、比表面積３．２ｍ２／g）　を９６部（含有比率１０／９０、以下、Ｃ－２という。）、導電助剤としてアセチレンブラックを１．５部、結着剤組成物としてポリウレタン水分散体Ａ－３を１．５部（固形分部数）に変更した以外は負極３と同様の方法で負極活物質重量８～９ｍｇ／ｃｍ２の負極１１を作製した。
　（負極１２）
　負極活物質を、ＳｉＯ（平均粒径４．５μｍ、比表面積５．５ｍ２／g）とグラファイト（平均粒径１８μｍ、比表面積３．２ｍ２／g）　を９２部（含有比率３０／７０、以下、Ｃ－３という。）、導電助剤としてアセチレンブラックを２．５部、分散剤兼結着剤としてカルボキシメチルセルロース塩を１．３部、結着剤組成物としてポリウレタン水分散体Ａ－３を４部（固形分部数）に変更した以外は負極３と同様の方法で負極活物質重量５～６ｍｇ／ｃｍ２の負極１２を作製した。
　（負極１３）
　負極活物質を、ＳｉＯ（平均粒径７μｍ、比表面積２．２ｍ２／g）とグラファイト（平均粒径１８μｍ、比表面積３．２ｍ２／g）を９２部（含有比率２０／８０、以下、Ｃ－４という。）、分散剤兼結着剤としてカルボキシメチルセルロース塩を１．８部、結着剤組成物としてポリウレタン水分散体Ａ－３を４部（固形分部数）に変更した以外は負極３と同様の方法で作製した。
（負極１４）
　負極活物質を、ＳｉＯ（平均粒径７μｍ、比表面積２．２ｍ２／g）とグラファイト（平均粒径１８μｍ、比表面積３．２ｍ２／g）を９２部（含有比率６０／４０、以下、Ｃ－５という。）、分散剤兼結着剤としてカルボキシメチルセルロース塩を０．８部、結着剤組成物としてポリウレタン水分散体Ａ－３を６部（固形分部数）に変更した以外は負極３と同様の方法で負極活物質重量４～５ｍｇ／ｃｍ２の負極１４を作製した。
（負極１５）
　負極活物質を、ＳｉＯ（平均粒径７μｍ、比表面積２．２ｍ２／g、以下、Ｃ－６という。）を８９部、分散剤兼結着剤としてカルボキシメチルセルロース塩を０．８部、結着剤組成物としてポリウレタン水分散体Ａ－３を９部（固形分部数）に変更した以外は負極３と同様の方法で以外は負極３と同様の方法で負極活物質重量４～５ｍｇ／ｃｍ２の負極１５を作製した。
　（負極１６）
　負極活物質を、Ｓｉ（平均粒径２．６μｍ、比表面積  ｍ２／g）とグラファイト（平均粒径１８μｍ、比表面積３．２ｍ２/g）を９４部（含有比率１０／９０表２においてＣ－７とする）、結着剤組成物としてポリウレタン水分散体Ａ－３を３部（固形分部数）に変更した以外は負極３と同様の方法で負極活物質重量５～６ｍｇ／ｃｍ２の負極１４を作製した。
　（負極１７）
　負極活物質を、Ｓｉ（平均粒径１０nｍ、比表面積  ｍ２／g）とグラファイト（平均粒径１８μｍ、比表面積３．２ｍ２／g）を９３部（含有比率１０／９０表２においてＣ－８とする）、導電助剤としてアセチレンブラックを２．３部、分散剤兼結着剤としてカルボキシメチルセルロース塩を１．０部、結着剤組成物としてポリウレタン水分散体Ａ－３を３．５部（固形分部数）に変更した以外は負極３と同様の方法で負極活物質重量５～６ｍｇ／ｃｍ２の負極１５を作製した。
（比較例用）
（負極１８）
　繊維状カーボンＢ－１を表１に記載の繊維状カーボンＢ’－１に変更した以外は負極１と同様の方法で作製した。
（負極１９）
　繊維状カーボンＢ－４を表１に記載の繊維状カーボンＢ’－２に変更し、結着剤組成物としてポリウレタン水分散体Ａ－３をポリウレタン水分散体Ａ－１に変更した以外は負極８と同様の方法で作製した。
（負極２０）
　繊維状カーボンＢ’－１を使用しない条件へと変更し、導電助剤としてアセチレンブラックを２．１部、分散剤兼結着剤としてカルボキシメチルセルロース塩を０．９部に変更した以外は負極１６と同様の方法で作製した。
（負極２１）
　使用する導電助剤をアセチレンブラックからＳｕｐｅｒ－Ｐ（イメリス社製、表２においてＤ－２とする））に変更した以外は負極１８と同様の方法で作製した。
（負極２２）
　負極活物質を、ＳｉＯ（平均粒径４．５μｍ、比表面積５．５ｍ２／g）とグラファイト（平均粒径１８μｍ、比表面積３．２ｍ２／g）　を９０．５部（含有比率２０／８０）、導電助剤としてアセチレンブラックを１．３部、分散剤兼結着剤としてカルボキシメチルセルロース塩を１．３部、結着剤組成物としてポリウレタン水分散体Ａ－３　１．５部（固形分部数）をポリアクリル酸ナトリウム塩　Ａ’－１（分子量Ｍｗ＝１３万）６部に変更した以外は負極４と同様の方法で作製した。
（評価用正極の作製）
　正極活物質であるＬｉＮｉ１／３Ｃｏ１／３Ｍｎ１／３Ｏ２（ＮＣＭ）を１００質量部、導電助剤としてアセチレンブラック（デンカ社製、Ｌｉ－４００）を７．８質量部、結着剤としてポリフッ化ビニリデン６質量部、分散媒としてＮ－メチル－２－ピロリドン６１．３質量部を遊星型ミキサーで混合し、固形分６５％になるように正極スラリーを調製した。この正極スラリーを塗工機で厚み１５μｍのアルミニウム箔上にコーティングを行い、１３０℃で乾燥後、ロールプレス処理を行い、正極活物質２２ｍｇ／ｃｍ２の正極を得た。
（電極結着性評価）
　以下の評価方法および評価基準に基づいて評価を実施した。結果を表２に示す。
（結着性評価）
　上記で得られた電極の塗工面を外側に１８０°折り曲げて戻した後に、塗工面の活物質の脱落程度を目視で判断した。
（評価基準）
５点：０％脱落
４点：２５％脱落
３点：５０％脱落
２点：７５％脱落
１点：１００％脱落
 [リチウム二次電池の作製]
　上記で得られた正極、と負極を下記表２のように組み合わせて、電極間にセパレータとしてポリオレフィン系（ＰＥ／ＰＰ／ＰＥ）セパレータを挟んで積層し、各正負極に正極端子と負極端子を超音波溶接した。この積層体をアルミラミネート包材に入れ、注液用の開口部を残しヒートシールした。正極面積１８ｃｍ２、負極面積１９．８ｃｍ２とした注液前電池を作製した。次にエチレンカーボネートとジエチルカーボネート（３０／７０ｖｏｌ比）とを混合した溶媒にＬｉＰＦ６（１．０ｍｏｌ／Ｌ）を溶解させた電解液を注液し、開口部をヒートシールし、評価用電池を得た。
[電池性能の評価]
　作製したリチウム二次電池について、２０℃における性能試験を行った。試験方法は下記の通りである。試験結果を表２に示す。
（充放電サイクル特性）
　充放電サイクル特性は、以下の条件で測定した。０．５Ｃ相当の電流密度で４．２ＶまでＣＣ（定電流）充電を行い、続いて４．２ＶでＣＶ（定電圧）充電に切り替え、１．５時間充電したのち、０．５Ｃ相当の電流密度で２．７ＶまでＣＣ放電するサイクルを２０℃で３００サイクル行い、このときの初回０．５Ｃ放電容量に対する３００サイクル後１Ｃ放電容量比を０．５Ｃ充放電サイクル保持率とした。
（セルインピーダンス）
　初回充放電動作後の評価セルインピーダンスは、インピーダンスアナライザー（biologic社製　SP-150）を用いて、周波数１ｋＨｚでの抵抗値を測定した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２より、実施例１から１７で使用した負極１～１７に対し、平均繊維長が短い繊維状ナノカーボン材料であるＢ‘－１，Ｂ’－２を使用した負極１８および１９は結着性が悪化し、これらを使用した比較例１、２に示すリチウム２次電池のセルインピーダンスおよび充放電サイクル特性が悪化することが分かる。
　また、繊維状ナノカーボン材料を使用していない負極２０および２１も結着性が悪化し、これらを使用した比較例３，４に示すリチウム２次電池の電池性能も実施例１から１５の電池性能に対し劣ることが分かる。
　さらに、ポリウレタン水分散体をポリアクリル酸ナトリウムに変更した負極２２も結着性が悪化し、これを使用した比較例５に示すリチウム２次電池の電池性能が悪化することが分かる。
　本発明の電極用結着剤組成物は、蓄電デバイスの電極製造に用いられる活物質等の結着剤として利用でき、それから製造された電極は各種蓄電デバイスの製造に用いられる。得られた蓄電デバイスは、携帯電話、ノートパソコン、携帯情報端末（PDA）、ビデオカメラ、デジタルカメラなどの各種携帯型機器や、更には電動自転車、電気自動車などに搭載する中型又は大型蓄電デバイスに使用することが出来る。
 

Claims (10)

  1. 　（Ａ）ポリウレタン、（Ｂ）平均繊維長が０．５μｍ以上の繊維状ナノカーボン材料、および（Ｃ）水を含有し、
    　上記ポリウレタンが、（ａ）ポリイソシアネート、（ｂ）ポリオール、（ｃ）１個以上の活性水素基と親水基を有する化合物、および（ｄ）鎖伸長剤を反応させて得られるものであり、
    　上記（ｂ）ポリオールが、１．５個以上の活性水素基を有するオレフィン系ポリオール、および／またはカーボネート結合鎖間の炭素数が６未満であるカーボネートジオールを含有することを特徴とする、電極用結着剤組成物。
  2. （Ｄ）セルロース材料を含むことを特徴とする請求項１の電極用結着剤組成物。
  3. （Ｄ）セルロース材料が、カルボキシメチルセルロース塩、および／またはナノセルロース繊維であることを特徴とする、請求項２に記載の電極用結着剤組成物。
  4. 　上記（Ｂ）繊維状ナノカーボン材料が、シングルウォールカーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブ、およびナノカーボンファイバーから選択された１種または２種以上であることを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電極用結着剤組成物。
  5. 　上記（Ａ）ポリウレタンと（Ｂ）繊維状ナノカーボンの含有比率が（Ａ）ポリウレタン：（Ｂ）繊維状ナノカーボン＝６０：４０～９９.６：０．４（質量比）であることを特徴とする、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の電極用結着剤組成物。
  6. 　上記オレフィン系ポリオールが、ポリブタジエンポリオール、ポリイソプレンポリオール、水添化ポリブタジエンポリオール、および水添化ポリイソプレンポリオールの中から選択された１種、または２種以上であることを特徴とする、請求項１ないし５のいずれか１項に記載の電極用結着剤組成物。
  7.  上記（ａ）ポリイソシアネートが、脂環族系イソシアネート、および／または芳香系イソシアネートを含有することを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の電極用結着剤組成物。
  8. 　請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電極用結着剤組成物を含有することを特徴とする電極用塗工液組成物。
  9. 　請求項８に記載の電極用塗工液組成物の固形分を電極合材層に含有することを特徴とする蓄電デバイス用電極。
  10. 　請求項９に記載された蓄電デバイス用電極を備えることを特徴とする蓄電デバイス。
     
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