特許ウォッチ

公開番号2025084170
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-03
出願番号2023197839
出願日2023-11-22
発明の名称電池用カーボンブラック分散組成物、正極用合材ペースト、リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池
出願人信越化学工業株式会社
代理人弁理士法人英明国際特許事務所
主分類H01M 4/139 20100101AFI20250527BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】カーボンブラックの分散性を高め、かつ分散直後の分散性を維持し続け、多くの労力や時間を費やすことなく貯蔵安定性に優れたN-メチル-2-ピロリドンを分散媒とする電池用カーボンブラック分散組成物を提供する。
【解決手段】カーボンブラック、メチルセルロース及びN-メチル-2-ピロリドンを含む電池用カーボンブラック分散組成物において、前記メチルセルロースのサイズ排除クロマトグラフィー(SEC)と多角度光散乱(MALS)の組合せによる絶対分子量測定による多分散度が1.9以下であり、かつ該メチルセルロースの20℃における2質量%水溶液の粘度が3～30mPa・sである電池用カーボンブラック分散組成物である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
カーボンブラック、メチルセルロース及びＮ－メチル－２－ピロリドンを含む電池用カーボンブラック分散組成物において、前記メチルセルロースのサイズ排除クロマトグラフィー（ＳＥＣ）と多角度光散乱（ＭＡＬＳ）の組合せによる絶対分子量測定による多分散度が１．９以下であり、かつ該メチルセルロースの２０℃における２質量％水溶液の粘度が３～３０ｍＰａ・ｓである電池用カーボンブラック分散組成物。
続きを表示（約 460 文字）【請求項２】
前記カーボンブラックの含有量が、５～２０質量％である請求項１に記載の電池用カーボンブラック分散組成物。
【請求項３】
前記カーボンブラックのＢＥＴ比表面積が、３０～１５００ｍ
2
／ｇである請求項１に記載の電池用カーボンブラック分散組成物。
【請求項４】
前記メチルセルロースの添加量が、カーボンブラック１００質量部に対して１～２０質量部である請求項１に記載の電池用カーボンブラック分散組成物。
【請求項５】
請求項１～４のいずれか１項に記載の電池用カーボンブラック分散組成物、正極活物質及びバインダーを含む正極用合材ペースト。
【請求項６】
集電体と、該集電体上に形成された請求項５に記載の正極用合材ペーストの塗工乾燥膜である正極合材層とを備えるリチウムイオン二次電池用正極。
【請求項７】
請求項６に記載のリチウムイオン二次電池用正極、負極、電解質及びセパレーターを備えるリチウムイオン二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池用カーボンブラック分散組成物、正極用合材ペースト、リチウムイオン二次電池用正極及びリチウムイオン二次電池に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いことが特長であり、携帯電話、ノート型パソコンといったモバイル端末の急速な普及が要因となって市場が拡大し、それに伴って性能も飛躍的に向上している。近年では、持続可能社会実現に向けた動きとして自動車の電動化、電力貯蔵システムの効率化が進められており、今後もリチウムイオン二次電池の市場拡大が見込まれる。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の正極は、主に正極活物質、導電助剤、バインダー、集電体を備えている。リチウムイオン二次電池の容量は主に活物質量で決まることから、電池の高容量化のためには導電助剤をはじめとする活物質以外の材料は極力減らすことが好ましく、より少ない添加量で高い導電性を付与できるように導電助剤は高比表面積化、高ストラクチャ化が進んでいる。しかしながら、高比表面積化、高ストラクチャ化によって導電助剤の凝集性が高まるため、均一な分散を実現することが困難となり、結果として電極内導電パスの不均一化による内部抵抗の上昇や、負荷偏在による電池の短寿命化を引き起こすおそれがあった。
【０００４】
そこで、近年では、導電助剤の凝集を防ぎ、均一に分散した電極を作成する方法として、高分子分散剤を使用して導電助剤を有機溶媒等の分散媒にあらかじめ均一に分散させて導電助剤分散液を作製し、得られた導電助剤分散液に正極活物質及びバインダーを混合して正極合材スラリーを作成する手法が一般的に用いられるようになった。
【０００５】
上述の導電助剤分散液には、導電助剤が均一かつ良好な分散状態であること、それに加えて、分散液製造後から電極合材スラリーを作成するまでの貯蔵期間中に導電助剤の分散状態、分散液粘度が変化せず安定であることが求められる。
【０００６】
これは、導電助剤が分散不良で凝集した場合、分散液の粘度が上昇するため、これを用いて製造する正極合材スラリーの塗工性が悪くなり、平滑な合材の塗膜が得られず、結果的に、前述の電極内導電パスの不均一化と合わせて性能面の悪化につながるためである。
【０００７】
また、分散貯蔵安定性に関しては、導電助剤の分散状態の経時変化が反映され、貯蔵による分散状態の変化が大きいと正極製造における品質のバラつきが増大する。
【０００８】
一般に、前記導電助剤にはカーボンブラックが用いられ、導電助剤としてカーボンブラックを用いた分散液の分散性、貯蔵安定性を向上させる手法としては、例えば更なる添加剤としてカルボン酸などの酸性化合物を加えた、分散液が知られている（特開２０１６－０４６１８８号公報（特許文献１））。
【０００９】
また、導電助剤分散液に追加の添加剤を使用しない手法としては、分散液の粘度特性を特定の範囲で管理することで分散性、貯蔵安定性を向上させた分散液が知られている（特開２０２０－０２１６３２号公報（特許文献２））。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
特開２０１６－０４６１８８号公報
特開２０２０－０２１６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許