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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
２
／ｇ～６５０ｍ
２
／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
２
／ｇ～６５０ｍ
２
／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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