[發明專利]電極用導電性組合物及使用了其的電極、電池

在審

• 申請號: 201780054782.9
• 申請日: 2017-07-03
• 公開（公告）號: CN109690845A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 永井達也;堀越蓉子;金子仁;橫田博
• 申請（專利權）人: 電化株式會社
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;B82B1/00;C01B32/158;H01M4/13;H01M4/131;H01M4/136;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M4/66
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發明提供導電性和分散性優異的電極用導電性組合物。進而，提供使用了該電極用導電性組合物的極板電阻低、粘結性優異的非水系電池用正極、和具有高能量密度、高輸出特性、高循環特性的非水系電池。本發明中使用含有導電材料、活性物質、粘結材料和分散劑的電極用導電性組合物，所述多層碳納米管在9.8MPa的載荷下測得的粉體電阻率為0.035Ω·cm以下、且作為分散性的尺度的體積換算的中值粒徑D50值為0.3～8μm的范圍，進而將導電材料中的多層碳納米管的含量設為3～50質量％，從而可以得到極板電阻低、粘結性優異的非水系電池用正極和具有高輸出特性、高循環特性的非水系電池，所述導電材料包含炭黑和多層碳納米管。

技術領域

本發明涉及電極用導電性組合物及使用了其的電極、電池。

背景技術

近些年，由于環境/能量問題的日益嚴重，正在積極開發面向實現減少對化石燃料的依賴性的低碳社會的技術。作為這樣的技術開發的例子，有混合動力電動汽車、電動汽車等低公害車的開發、太陽能發電、風力發電等自然能源發電/蓄電系統的開發、有效地供給電力以減少輸電損耗的下一代輸電網的開發等非常廣泛。

這些技術所共通且必須的關鍵設備之一是電池，對于這樣的電池，要求用于將系統小型化的高能量密度。另外，要求用于能夠不受使用環境溫度影響地供給穩定的電力的高輸出特性。進而，還要求能耐受長期使用的良好的循環特性等。因此，從現有的鉛蓄電池、鎳-鎘電池、鎳-氫電池向具有更高的能量密度、輸出特性和循環特性的鋰離子二次電池的置換正在迅速發展。

這樣的鋰離子二次電池的基本構成包含正極、負極、分隔件、非水系電解液，通常作為正極，使用如下得到的正極：將包含能吸藏/釋放鋰離子的正極活性物質、導電材料、粘結材料和有機溶劑的正極復合材料涂料涂布于鋁箔集電體上，進行干燥、制膜，從而得到。

上述的正極已使用至充放電容量接近單獨的活性物質所實現的有效充放電容量的程度，作為正極的能量密度接近極限。因此，為了提高正極的利用率，作為正極的導電材料，使用作為導電性碳材料的碳納米管(以下記為CNT)、及炭黑(以下記為CB)與CNT的混合物。使用或添加CNT時，具有以相對較低的導電性碳材料含量可以得到高的導電率的特征，備受期待。此處CNT通常具有5～100nm的外徑、表示纖維長度相對于外徑之比的長徑比為10以上這樣的纖維狀的形狀。

以往，CNT的制造使用電極放電法、催化氣相生長法、激光法等，其中，作為工業性的制造方法，可認為催化氣相生長法是最適合的。催化氣相生長法中，通過將過渡金屬顆粒作為催化劑，并使其與作為碳源的原料氣體例如乙炔、苯接觸，從而通常在900℃以上的高溫下從催化劑顆粒起使CNT生長。其中，作為在相對低溫下得到高純度、高品質的CNT的方法，著眼于將鈷等過渡金屬成分作為催化劑、由作為原料以一氧化碳為主體的氣體來制造CNT的方法(專利文獻1～5)。然而其收率、活性并不充分，要求更進一步的催化劑的高活性。使用得到的CNT作為導電材料時，要求更高的導電率(低的粉體電阻率)的CNT。

使用CNT作為鋰離子二次電池正極用的導電材料的情況下，CNT在正極中的分散性尤為重要，但對于現有的CNT等微小的碳纖維而言，由于纖維彼此復雜地纏結而形成二次結構，在正極中的分散性變得不充分，因此粘結材料被帶入到復雜纏結而成的二次結構體中，使正極復合材料與鋁集電體界面處的粘結性降低，電池性能也降低。另外，存在分散所需的成本增大這樣的問題。

作為得到CNT在正極中的良好的分散狀態的手段，有如下方法：將活性物質和碳纖維干式混合后，混合該干式混合物、粘結劑和溶劑，由此抑制CNT的聚集(專利文獻6)。然而專利文獻6的方法中，難以將CNT完全均勻地分散在正極漿料中。另外，由于分散不充分，因此為了維持正極中由導電材料帶來的導電性而需要增大正極漿料中的CNT的添加率，正極中的直接貢獻于充放電容量的活性物質的量減少，存在作為正極的能量密度降低這樣的問題。