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公開番号2025104114
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-09
出願番号2023221974
出願日2023-12-27
発明の名称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
代理人個人,個人,個人
主分類C01B 32/17 20170101AFI20250702BHJP(無機化学)
要約【課題】優れた電池性能を提供し得る炭素材料分散組成物を提供する。
【解決手段】炭素材料と、分散剤と、液媒体とを含む炭素材料分散組成物であって、下記(1)～(3)を満たす、炭素材料分散組成物である。
(1)下記条件1により求めた20μm以上の金属異物粒子の個数が100個以下である。
(2)炭素材料分散組成物のレーザー回折/散乱法による分散粒子径の累積粒子径D90が0.5～5μmである。
(3)直径47mm、目開き5μmのメンブレンフィルターを用いた、圧力0.06MPaの加圧ろ過試験による、最大流速が0.00375～0.0375m/sである。
<条件1>
炭素材料分散組成物を、目開き15μmのフィルターでろ過して、ろ過後のフィルターのX線透過分布を得て、物質のX線透過性に基づいてX線透過分布から金属異物粒子のサイズおよび個数を測定する。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
炭素材料と、分散剤と、液媒体とを含む炭素材料分散組成物であって、下記（１）～（３）を満たす、炭素材料分散組成物。
（１）下記条件１により求めた２０μｍ以上の金属異物粒子の個数が１００個以下である。
（２）炭素材料分散組成物のレーザー回折／散乱法による分散粒子径の累積粒子径Ｄ９０が０．５～５μｍである。
（３）直径４７ｍｍ、目開き５μｍのメンブレンフィルターを用いた、圧力０．０６ＭＰaの加圧ろ過試験による、最大流速が０．００３７５～０．０３７５ｍ／ｓである。
＜条件１＞
炭素材料分散組成物を、目開き１５μｍのフィルターでろ過して、ろ過後のフィルターのＸ線透過分布を得て、物質のＸ線透過性に基づいてＸ線透過分布から金属異物粒子のサイズおよび個数を測定する。
続きを表示（約 280 文字）【請求項２】
鉄、コバルト、ニッケル、クロム、モリブデンおよび銅の総含有量が１００ｐｐｍ以下である、請求項１記載の炭素材料分散組成物。
【請求項３】
請求項１または２に記載の炭素材料分散組成物と、活物質を含む、合材スラリー。
【請求項４】
請求項３記載の合材スラリーから形成してなる電極膜。
【請求項５】
正極、負極、および電解質を備える二次電池であって、正極および負極の少なくとも一方が、請求項４記載の電極膜を有する、二次電池。
【請求項６】
請求項５記載の二次電池を備えた車両。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、炭素材料分散組成物、合材スラリー、電極膜、二次電池、および車両に関する。
続きを表示（約 1,500 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および高性能化に伴い、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】
導電助剤は、電極内部で導電パスを形成する役割を担っており、電極膜の膨張収縮により切断が生じにくいことが求められる。少量の導電助剤で導電パスを維持するためには、比表面積が大きい炭素材料、特にナノカーボンの１種である、カーボンナノチューブを使用することが有効である。しかし、炭素材料を用いた電池は、出力特性に優れるものの、炭素材料の合成の際に使用される金属触媒由来の金属異物が残存していることが多く、電圧低下不良の問題があった。
【０００５】
また、炭素材料分散組成物に含まれる金属異物粒子は、二次電池内部で溶解し、デンドライド状に析出し、セパレーターを突き破り、内部短絡の要因となることがある。さらに、金属異物粒子の含有量が多いと、二次電池の高温充放電により、電解液や活物質の劣化が発生しやすく、高温サイクル特性の悪化が問題となってくる。そのため、炭素材料分散組成物に含有する金属異物粒子量を低減することが求められている。
【０００６】
そこで、特許文献１では、鉄、コバルト、ニッケル等の金属異物粒子を含むカーボンナノチューブを解砕し、電磁石を用いて、カーボンナノチューブの金属異物粒子を除去する方法が検討されている。
【０００７】
特許文献２および３では、カーボンナノチューブの分散処理により、カーボンナノチューブを解砕した後、金属異物粒子を磁石に付着させて、カーボンナノチューブの金属異物粒子を除去する技術が開示されている。
【０００８】
また、特許文献４では、導電助剤を含有する分散体を循環方式にて１次フィルターを複数回循環させた後、少なくとも２つのフィルターを直列的に配置し、単回通過させることで、金属異物粒子の除去を行う方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１０－１７４４１８号公報
特許第６９６２４２８号公報
特開２０２１－０６５８４６号公報
特開２０２２－０４６３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１～４のような従来の方法では、炭素材料分散組成物中の金属含有量を低減させることに限界があった。二次電池の高性能化、小型化の要求に応じて、二次電池の電極膜への金属異物粒子の混入の弊害がより深刻になり得る。さらに、金属異物粒子による分散安定性の阻害による粘度の上昇や、二次電池とした際の特性が充分ではないことが問題となる恐れもある。
（【００１１】以降は省略されています）

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