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公開番号2024076163
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-05
出願番号2022187584
出願日2022-11-24
発明の名称炭素材料、炭素材料分散組成物、合材スラリー、電極膜、二次電池、および車両
出願人artience株式会社
代理人
主分類C01B 32/168 20170101AFI20240529BHJP(無機化学)
要約【課題】高い分散性を有する炭素材料、および炭素材料分散組成物を提供すること。また、導電性の高い電極膜を得ることができる合材スラリー、さらに詳しくは、優れたレート特性およびサイクル特性を有する二次電池、二次電池を有する車両を提供すること。
【解決手段】
下記(1)および(2)を満たすことを特徴とする炭素材料により解決される。
(1)BET比表面積が、400m2/g~650m2/gであること。
(2)粉末X線回折分析において、回折角2θ=24.0°~27.0°の範囲内に少なくとも2つのピークを有すること。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
多層カーボンナノチューブを含み、かつ下記(1)および(2)を満たすことを特徴とする炭素材料。
(1)BET比表面積が、400m

/g~650m

/gであること。
(2)粉末X線回折分析において、回折角2θ=24.0°~27.0°の範囲内に少なくとも2つのピークを有すること。
続きを表示(約 700 文字)【請求項2】
粉末X線回折分析において、回折角2θ=24.0°~27.0°の範囲内での低角側のピーク強度をA、高角側のピーク強度をBとした際に、B/A比が1.0~2.5である、請求項1記載の炭素材料。
【請求項3】
炭素純度が99.9%以上である、請求項1記載の炭素材料。
【請求項4】
ラマンスペクトルにおいて、1560cm
-1
~1600cm
-1
の範囲内での最大ピーク強度をG、1310cm
-1
~1350cm
-1
の範囲内での最大ピーク強度をDとした際に、G/D比が1.0~4.5である、請求項1記載の炭素材料。
【請求項5】
請求項1~4いずれか1項記載の炭素材料と、分散剤と、分散媒を含む、炭素材料分散組成物。
【請求項6】
炭素材料分散組成物を製造後、60℃条件下で1週間保管後の炭素材料分散組成物を、B型粘度計により25℃、ローター回転速度6rpmで測定した粘度が、500mPa・s~20,000mPa・sである、請求項5記載の炭素材料分散組成物。
【請求項7】
フッ素樹脂を含む、請求項5記載の炭素材料分散組成物。
【請求項8】
請求項5項記載の炭素材料分散組成物と、活物質とを含む、合材スラリー。
【請求項9】
請求項8記載の合材スラリーから形成された電極膜。
【請求項10】
請求項9記載の電極膜を有する電極と、電解質を備えた二次電池。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、炭素材料、および炭素材料分散組成物に関する。さらに詳しくは、炭素材料と分散剤と分散媒とを含む炭素材料分散組成物、炭素材料分散組成物と活物質を含む合材スラリー、それを塗工してなる電極膜、電極膜を有する電極と電解質とを備えた二次電池、二次電池を備えた車両に関する。
続きを表示(約 1,600 文字)【背景技術】
【0002】
電気自動車の普及や携帯機器の小型軽量化及び高性能化に伴い、高いエネルギー密度を有する二次電池、さらに、その二次電池の高容量化が求められている。このような背景の下で、高エネルギー密度、高電圧という特徴から非水系電解液を用いる非水電解質二次電池、特に、リチウムイオン二次電池が多くの機器に使われるようになっている。
【0003】
これらリチウムイオン二次電池に用いられる負極材料としては、リチウム(Li)に近い卑な電位で単位質量あたりの充放電容量の大きい、黒鉛に代表される炭素材料が用いられている。しかしながら、これらの電極材料は質量当たりの充放電容量が理論値に近いところまで使われており、電池としての質量当たりのエネルギー密度は限界に近づいている。従って、電極の利用率を上げるため、放電容量には寄与しない導電助剤やバインダーを減らす検討が進められている。
【0004】
導電助剤としては、カーボンブラック、ケッチェンブラック、フラーレン、グラフェン、微細炭素材料等の炭素材料が使用されており、近年、特に微細炭素材料の一種である、比表面積が大きいカーボンナノチューブが多く使用されている。例えば、カーボンナノチューブ分散組成物と、活物質とを含む合材スラリーを塗工膜してなる電極膜は、電極抵抗が低く、電池の負荷抵抗やサイクル特性が向上することが知られている(例えば、特許文献1、2参照)。
【0005】
しかしながら、従来の比表面積が大きいカーボンナノチューブは、溶媒への濡れ性が低いため、高濃度かつ分散安定性に優れた分散組成物を作製することが難しい。
【0006】
そのため、溶媒への濡れ性が優れ、比表面積が高く、かつ導電性に優れたカーボンナノチューブの開発が急務となっている。
【0007】
カーボンナノチューブの特性を改善する方法としては、例えば、カーボンナノチューブを、不活性雰囲気下で、1000~3000℃にて、熱処理を行う方法が提案されている(特許文献1、3参照)。しかしながら、これらの方法は、得られたカーボンナノチューブが含有する、金属および金属酸化物を除去することを主目的としており、比表面積が大きいカーボンナノチューブの熱処理についての詳細な検討は行われておらず、分散性と導電性の両立はできていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0008】
特許第6586197号
特開2011-70908号公報
特許第6590034号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0009】
そこで本発明が解決しようとする課題は、高い分散性と導電性を有する炭素材料、および炭素材料分散組成物を提供することである。また、導電性の高い電極膜を得ることができる合材スラリー、さらに詳しくは、優れたレート特性およびサイクル特性を有する二次電池、該二次電池を有することで、安全性が高く、燃費が向上した車両を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明の発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討した。発明者らは、多層カーボンナノチューブを含む炭素材料のBET比表面積が、400m

/g~650m

/gであり、さらに粉末X線回折分析において、回折角2θ=24.0°~27.0°に少なくとも2つのピークを有することにより、高い分散性を有することを見いだした。また、このような炭素材料を使用することにより、導電性に優れた電極膜が得られること、優れたレート特性およびサイクル特性を有する二次電池が得られることを見出した。発明者らは、かかる発見を基に、本発明をするに至った。
(【0011】以降は省略されています)

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