[发明专利]导电性碳材料分散剂以及导电性碳材料分散液

说明书

技术领域

本发明涉及导电性碳材料分散剂以及导电性碳材料分散液，更详细地说，涉及包含在侧链上具有唑啉环的聚合物的导电性碳材料分散剂以及含有该分散剂、导电性碳材料和溶剂的、适合作为导电性薄膜用组合物的导电性碳材料分散液。

背景技术

伴随着对智能手机、数码相机、便携游戏机等便携电子设备的小型轻量化和高功能化的要求，近年来，正积极地进行高性能电池的开发，对于通过充电而可以反复使用的二次电池的需要正在大幅增长。

其中，锂离子二次电池具有高能量密度、高电压，而且充放电时没有记忆效应等，是目前最为尽力进行开发的二次电池。

另外，由于对近年来的环境问题的考量，对电动汽车的开发也在积极地进行，并对作为其动力源的二次电池提出了更高性能的要求。

但是，锂离子二次电池具有如下的结构：在容器内收纳有能够吸藏、放出锂的正极和负极、以及位于二者之间的隔膜，在其中充满电解液(在锂离子聚合物二次电池的情况下，以凝胶状或全固体型的电解质代替液态电解液)。

正极和负极一般是通过将含有能够吸藏、放出锂的活性物质、主要包含碳材料的导电材料、以及聚合物粘合剂的组合物涂布到铜箔或铝箔等集电体上来制造的。该粘合剂用于将活性物质与导电材料粘接，进而将这些与金属箔粘接，市售的粘合剂有聚偏氟乙烯(PVdF)等可溶于N－甲基吡咯烷酮(NMP)的氟系树脂或烯烃系聚合物的水分散体等。

如上所述，以锂离子二次电池作为电动汽车等的动力源的应用也被期待，要求达到比目前更高的长寿命和安全性。

然而，上述的粘合剂对集电体的粘接力还不能说充分，在电极板的裁断工序和卷绕工序等制造工序时，活性物质和导电材料的一部分从集电体上剥离、脱落，成为发生微小短路和电池容量波动的原因。

进而，由于长期间的使用会造成由电解液导致的粘合剂的溶胀、或是伴随活性物质的锂吸藏、放出所造成的体积变化所致电极混合材料的体积变化，使电极混合材料与集电体之间的接触电阻增大，或者使活性物质和导电材料的一部分从集电体上剥离、脱落，从而引起电池容量劣化的问题，进而在安全性方面也存在问题。

特别是近年来，在正极系中称为固溶体系的、在负极系中称为硅等合金系的充放电容量比原有的充放电容量大，因此，正在进行由充放电带来的体积变化也大的活性物质的开发，可以说，上述的电极混合材料从集电体上的剥离已成为亟待解决的问题。

作为解决上述课题的尝试，正在开发在集电体与电极混合材料之间插入导电性粘结层的方法。

例如，在专利文献1中，公开了作为在集电体与电极混合材料之间设置以碳作为导电性填料的导电层并将其作为粘结层的技术，并公开了通过使用具备导电性粘结层的复合集电体(下文也称为复合集电体)，可以降低集电体与电极混合材料之间的接触电阻，而且也可以抑制高速放电时的容量减少，进而还可以抑制电池的劣化。另外，专利文献2和专利文献3也公开了同样的技术。

这些例子中，使用碳粒子作为导电性填料，但由于碳粒子对于集电体没有粘结作用，因此，需使用作为基质的聚合物来制作粘结层，当然，其粘结力随着聚合物的含量增大而提高。另一方面，如果聚合物的含量增大，则碳粒子间的接触减少，因此，粘结层的电阻急剧增加，其结果，存在电池全体的电阻增加的问题。

为了解决这样的课题，报导了使用碳纳米管(下文简写为CNT)之类的导电性碳纳米材料作为导电性填料的例子。

例如，在专利文献4中，报告了通过使用多层碳纳米管(下文简写为MWCNT)作为导电性碳纳米材料，在铝箔上形成导电性粘结层，可以提高锂离子二次电池的循环寿命。但是，在专利文献4中，在形成含有MWCNT的导电性粘结层时使用的分散剂的碳纳米管分散能力低，为了获得足够膜厚的层，有必要数次的喷涂。

为了利用涂布工艺将CNT成膜，一般来说，有必要将CNT在溶剂中均匀分散，作为其分散方法，有利用化学工艺将CNT进行表面改质的方法(专利文献5)、或者并用聚合物等分散剂的方法(专利文献6、7)等。其中，并用分散剂的方法，由于不会使CNT的优异电特性恶化，因此可以说是在用作导电性填料的情况下的优选方法。

然而，能够使CNT高浓度分散的分散剂存在着对于二次电池中使用的集电体的密合性低的问题，为了获得优异的导电性粘结层，有必要添加某些对集电体具有密合性的聚合物等。在这样的情况下，由于降低了导电性粘结层中的CNT的浓度，结果会导致导电性降低，这是存在的问题。