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公開番号2024067314
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-17
出願番号2022177286
出願日2022-11-04
発明の名称カーボンナノチューブ分散液、並びにそれを用いた電池電極用組成物及び電池
出願人第一工業製薬株式会社
代理人弁理士法人蔦田特許事務所
主分類C01B 32/174 20170101AFI20240510BHJP(無機化学)
要約【課題】カーボンナノチューブの分散性及び分散安定性を向上する。
【解決手段】実施形態に係るカーボンナノチューブ分散液は、カーボンナノチューブ、カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩、水、及び、下記一般式(1)で表される化合物、を含む。式(1)中、R1は、水素原子、メチル基、又は、エチル基を表す。R2は、水素原子、メチル基、又は、-N-C(=O)-N-R3-とともにヘテロ五員環もしくはヘテロ六員環を形成する炭化水素基を表す。R3は、水素原子、メチル基、又は、-N-C(=O)-N-R2-とともにヘテロ五員環もしくはヘテロ六員環を形成する炭化水素基を表す。R4は、メチル基、又は、エチル基を表す。R1及びR2がともに水素原子であることはない。該化合物の炭素数は4以上である。
【化1】
<com:Image com:imageContentCategory="Drawing"> <com:ImageFormatCategory>TIFF</com:ImageFormatCategory> <com:FileName>2024067314000008.tif</com:FileName> <com:HeightMeasure com:measureUnitCode="Mm">35</com:HeightMeasure> <com:WidthMeasure com:measureUnitCode="Mm">135</com:WidthMeasure> </com:Image> 【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項1】
カーボンナノチューブ、
カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩、
水、及び、
下記一般式(1)で表される化合物、
を含み、
TIFF
2024067314000007.tif
35
135
式(1)中、R

は、水素原子、メチル基、又は、エチル基を表し、


は、水素原子、メチル基、又は、-N-C(=O)-N-R

-とともにヘテロ五員環もしくはヘテロ六員環を形成する炭化水素基を表し、


は、水素原子、メチル基、又は、-N-C(=O)-N-R

-とともにヘテロ五員環もしくはヘテロ六員環を形成する炭化水素基を表し、


は、メチル基、又は、エチル基を表し、
但し、R

及びR

がともに水素原子であることはなく、また前記化合物の炭素数が4以上である、
カーボンナノチューブ分散液。
続きを表示(約 820 文字)【請求項2】
前記式(1)で表される化合物の炭素数が4又は5である、請求項1に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項3】
前記式(1)中のR

が、水素原子、メチル基、又は、-N-C(=O)-N-R

-とともにヘテロ五員環もしくはヘテロ六員環を形成する飽和炭化水素基を表し、R

が、水素原子、メチル基、又は、-N-C(=O)-N-R

-とともにヘテロ五員環もしくはヘテロ六員環を形成する飽和炭化水素基を表す、請求項1に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項4】
前記カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩は、エーテル化度が0.60~0.85であり、25℃での2質量%水溶液粘度が1~300mPa・sである、請求項1に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項5】
前記化合物の含有量が前記カーボンナノチューブ100gあたり1~30モルである、請求項1に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項6】
前記カーボンナノチューブの量に対する前記カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩の量の比が、質量比で0.3~3.0である、請求項1に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項7】
前記化合物と水の合計量に対する前記化合物の量の比が、質量比で0.005~0.1である、請求項1に記載のカーボンナノチューブ分散液。
【請求項8】
請求項1~7のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液を含む、電池電極用組成物。
【請求項9】
請求項8に記載の電池電極用組成物を用いて作製された電池用電極。
【請求項10】
請求項1~7のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液を用いて作製した電極を備える電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明の実施形態は、カーボンナノチューブ分散液、並びに、それを用いた電池電極用組成物及び電池に関する。
続きを表示(約 2,600 文字)【背景技術】
【0002】
カーボンナノチューブは優れた導電性を有することから、例えばリチウムイオン二次電池などの非水電解質二次電池において電極を構成する導電剤として用いられている。しかしながら、カーボンナノチューブはファンデルワールス力による凝集が強く、水に均一に分散させることが難しい。
【0003】
カーボンナノチューブの水への分散性を向上するために、分散剤としてカルボキシメチルセルロース及び/又はその塩を用いることが知られている。例えば、特許文献1には、微細炭素繊維と、分散媒と、ポリマー系分散剤と、pKaが7.5以上である塩基性化合物とからなる微細炭素繊維分散液が記載されている。具体的は、微細炭素繊維としてのカーボンナノチューブと、分散剤としてのカルボキシメチルセルロースナトリウム塩と、分散媒としての水と、塩基性化合物としてのモノエタノールアミンとを混合してなるカーボンナノチューブ分散液が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2014-181140号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上記のように、一般にカーボンナノチューブはファンデルワールス力により高密度の束となっており、水に均一に分散させるには束を解離させることが求められる。しかしながら、束を解離させて水中に均一に分散させることは難しく、分散性を向上することが求められる。また、その分散した状態を維持すること、すなわち分散安定性が求められる。
【0006】
本発明の実施形態は、カーボンナノチューブの分散性及び分散安定性を向上することができるカーボンナノチューブ分散液を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明は以下に示される実施形態を含む。
[1] カーボンナノチューブ、カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩、水、及び、下記一般式(1)で表される化合物、を含み、
TIFF
2024067314000001.tif
35
135
式(1)中、R

は、水素原子、メチル基、又は、エチル基を表し、R

は、水素原子、メチル基、又は、-N-C(=O)-N-R

-とともにヘテロ五員環もしくはヘテロ六員環を形成する炭化水素基を表し、R

は、水素原子、メチル基、又は、-N-C(=O)-N-R

-とともにヘテロ五員環もしくはヘテロ六員環を形成する炭化水素基を表し、R

は、メチル基、又は、エチル基を表し、但し、R

及びR

がともに水素原子であることはなく、また前記化合物の炭素数が4以上である、カーボンナノチューブ分散液。
[2] 前記式(1)で表される化合物の炭素数が4又は5である、[1]に記載のカーボンナノチューブ分散液。
[3] 前記式(1)中のR

が、水素原子、メチル基、又は、-N-C(=O)-N-R

-とともにヘテロ五員環もしくはヘテロ六員環を形成する飽和炭化水素基を表し、R

が、水素原子、メチル基、又は、-N-C(=O)-N-R

-とともにヘテロ五員環もしくはヘテロ六員環を形成する飽和炭化水素基を表す、[1]又は[2]に記載のカーボンナノチューブ分散液。
[4] 前記カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩は、エーテル化度が0.60~0.85であり、25℃での2質量%水溶液粘度が1~300mPa・sである、[1]~[3]のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
[5] 前記化合物の含有量が前記カーボンナノチューブ100gあたり1~30モルである、[1]~[4]のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
[6] 前記カーボンナノチューブの量に対する前記カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩の量の比が、質量比で0.3~3.0である、[1]~[5]のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
[7] 前記化合物と水の合計量に対する前記化合物の量の比が、質量比で0.005~0.1である、[1]~[6]のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液。
[8] [1]~[7]のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液を含む、電池電極用組成物。
[9] [8]に記載の電池電極用組成物を用いて作製された電池用電極。
[10] [1]~[7]のいずれか1項に記載のカーボンナノチューブ分散液を用いて作製した電極を備える電池。
【発明の効果】
【0008】
本発明の実施形態によれば、カーボンナノチューブの分散性及び分散安定性を向上することができる。
【発明を実施するための形態】
【0009】
本実施形態に係るカーボンナノチューブ分散液は、(A)カーボンナノチューブ、(B)カルボキシメチルセルロース及び/又はその塩、(C)水、及び、(D)一般式(1)で表される化合物を含む。
【0010】
[(A)カーボンナノチューブ]
カーボンナノチューブは、炭素によって構成される六員環ネットワーク(グラフェンシート)が単層又は多層の同軸管状になった物質である。カーボンナノチューブとしては、単層の構造を持つ単層カーボンナノチューブ(SMCNT:シングルウォールカーボンナノチューブ)、多層の構造を持つ多層カーボンナノチューブ(MWCNT:マルチウォールカーボンナノチューブ)が挙げられ、多層のうち特に2層のものを二層カーボンナノチューブ(DWCNT:ダブルウォールカーボンナノチューブ)といい、これらをいずれか1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。好ましくは、電池のサイクル特性に優れることから、単層カーボンナノチューブを用いることである。
(【0011】以降は省略されています)

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