超极细纤维状碳集合物制造技术

提供机械强度优异的电极活性物质层。本发明专利技术为电极活性物质层，其为至少包含电极活性物质、碳系导电助剂、以及粘结剂的非水电解质二次电池用电极材料，碳系导电助剂包含直线结构且平均纤维直径超过200nm且900nm以下的超极细纤维状碳，并且，表面方向的最大拉伸强度σ

【技术实现步骤摘要】
超极细纤维状碳集合物本申请是基于申请日为2014年1月24日、申请号为201480006035.4、专利技术名称为“非水电解质二次电池用的超极细纤维状碳、超极细纤维状碳集合物、复合物、和电极活性物质层”的申请所提交的分案申请。
本专利技术涉及非水电解质二次电池用、尤其是锂离子二次电池用的超极细纤维状碳和超极细纤维状碳集合物、复合物、以及使用了它们的碳系导电助剂、电极活性物质层、电极材料和电极。另外，本专利技术涉及使用了该电极的非水电解质二次电池、尤其是锂离子二次电池。
技术介绍
〈第1和第2本专利技术的
技术介绍
〉非水电解质二次电池的一种即锂离子二次电池是电解质中的锂离子负责导电的二次电池，正极使用锂金属氧化物、负极使用石墨等碳材料的电池为主流的二次电池。锂离子二次电池在二次电池之中也具备能量密度高的特征，因此从手机等小型机器至电动汽车等大型机器为止，应用范围逐渐变宽。作为锂离子二次电池的课题之一，可列举出防止由充放电的反复导致的电池容量降低（劣化）（循环特性的提高）。作为循环特性降低的原因，可以考虑电极活性物质、电解质、电解液等的变性（劣化）；由电极箔与电极活性物质的剥离导致的电极电阻的上升等，其中，作为其中一个主要原因，可列举出活性物质自身的膨胀・收缩。作为其改善方法之一，提出了通过将纤维状碳材料添加至电极内，从而循环特性提高（参照专利文献1）。另外，要添加的碳材料在电极内聚集时其特性不会充分发挥，因此提出了：通过使用电极内的分散性得以改善的纤维状碳材料，从而循环特性提高（参照专利文献2）。〈第3和第4本专利技术的
技术介绍
〉如第1和第2本专利技术的背景技术的记载那样，作为锂离子二次电池的课题之一，可列举出防止由充放电的反复导致的电池容量降低（劣化）（循环特性的提高）。例如，专利文献1中提出了一种锂二次电池用负极，其为包含可吸储・释放锂的负极活性物质、导电性碳材料和粘结剂的锂二次电池用负极，负极活性物质为使用了基于粉末X射线衍射的石墨结构的（002）面的面间隔d（002）为0.335～0.337nm的天然石墨或人造石墨的石墨质材料，导电性碳材料是平均纤维直径为1～200nm且内部具有中空结构、具有在垂直于纤维的长度方向的方向上层叠有石墨烯片而成的结构、基于粉末X射线衍射的石墨结构的（002）面的面间隔d（002）处于0.336～0.345nm范围的气相法碳纤维，上述气相法碳纤维不会形成尺寸为10μm以上的聚集体而在负极整体中包含0.1～10质量%。另外，例如专利文献3中提出了一种锂二次电池用负极活性物质材料，其特征在于，含有鳞片状石墨或球状石墨中的至少任一种石墨材料、以及形成平均粒径为10μm以上且30μm以下的二次颗粒的纤维状碳。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2007-42620号公报专利文献2：日本特开2012-003985号公报专利文献3：日本特开2000-133267号公报。
技术实现思路
专利技术要解决的问题〈第1本专利技术的课题〉本专利技术的目的在于，提供机械强度优异的电极活性物质层、包含该电极活性物质层的非水电解质二次电池、以及该电极活性物质层中包含的碳系导电助剂。另外，本专利技术的目的在于，通过提高电极活性物质层的机械强度而提供循环特性优异的非水电解质二次电池、尤其是锂离子二次电池。〈第2本专利技术的课题〉本专利技术的目的在于，提供具有高导电性和优异机械强度的复合物、包含该复合物的碳系导电助剂、包含该导电助剂的非水电解质二次电池用电极材料、以及包含该电极材料的非水电解质二次电池用电极。另外，本专利技术的目的在于，提供复合物、包含该复合物的碳系导电助剂、包含复合物的电极活性物质层、以及通过提高包含该电极活性物质层的非水电解质二次电池用电极的导电性和机械强度从而具有优异的倍率特性的非水电解质二次电池、尤其是锂离子二次电池。〈第3本专利技术的课题〉专利文献1所述的专利技术通过将纤维状碳材料添加在电极内而实现了循环特性的提高，但作为纤维状碳材料而使用了气相法碳纤维，气相法碳纤维具有分枝结构，因此有时难以提高电极内的分散性、纤维状碳材料发生聚集，由此存在循环特性的提高变得不充分这一问题。另外，专利文献3所述专利技术的特征在于，添加0.5～22.5质量份的气相法碳纤维，在电极中包含由平均粒径为12～48μm的气相法碳纤维形成的二次颗粒，从而实现了循环特性的提高，但气相法碳纤维局部存在时，预料到电流集中于该二次颗粒、仅该部分集中地劣化，从而存在循环特性的提高变得不充分这一问题。本专利技术人等鉴于上述问题点而进行了深入研究，结果发现：通过改善非水电解质二次电池用的超极细纤维状碳和超极细纤维状碳集合物的水分散性，能够实现非水电解质二次电池、尤其是锂离子二次电池用的循环特性的提高、以及高容量化。本专利技术的目的在于，提供具有优异水分散性的超极细纤维状碳和超极细纤维状碳集合物。另外，本专利技术的目的在于，通过改善超极细纤维状碳和/或超极细纤维状碳集合物的水分散性而提供具有高导电性的碳系导电助剂、非水电解质二次电池用电极材料、以及非水电解质二次电池用电极。进而，本专利技术的目的在于，通过改善超极细纤维状碳和/或超极细纤维状碳集合物的水分散性而提供循环特性优异且容量高的非水电解质二次电池、尤其是锂离子二次电池。〈第4本专利技术的课题〉本专利技术人等鉴于第3本专利技术的课题中记载的上述问题点而进行了深入研究，结果发现：通过改善非水电解质二次电池用的超极细纤维状碳集合物的水分散性和机械强度，能够实现非水电解质二次电池、尤其是锂离子二次电池用的循环特性的提高、以及高容量化。本专利技术的目的在于，提供具有优异水分散性和优异机械强度的超极细纤维状碳集合物。另外，本专利技术的目的在于，通过改善超极细纤维状碳集合物的水分散性和机械强度而提供具有高导电性和优异机械强度的碳系导电助剂、非水电解质二次电池用电极材料、以及非水电解质二次电池用电极。进而，本专利技术的目的在于，通过改善超极细纤维状碳集合物的水分散性和机械强度而提供循环特性优异且容量高的非水电解质二次电池、尤其是锂离子二次电池。用于解决问题的手段〈第1本专利技术〉为了解决上述目的，本专利技术人等鉴于上述现有技术而重复进行了深入研究，结果完成了本专利技术。即，本专利技术为电极活性物质层，其为至少包含电极活性物质、碳系导电助剂、以及粘结剂的电极活性物质层，该碳系导电助剂包含直线结构且平均纤维直径超过200nm且900nm以下的超极细纤维状碳，并且，表面方向的最大拉伸强度σM、以及相对于上述最大拉伸强度σM的面内垂直方向的拉伸强度σT满足下述关系式（a）。σM/σT≤1.6（a）。〈第2本专利技术〉为了解决上述目的，本专利技术人等鉴于上述现有技术而重复进行了深入研究，结果完成了本专利技术。即，本专利技术为复合物，其为包含超极细纤维状碳和球状碳的复合物，超极细纤维状碳具有直线结构，所述复合物是超极细纤维状碳与球状碳一体地相互附着、上述超极细纤维状碳与上述球状碳均匀混合而成的。〈第3本专利技术〉为了解决上述课题，本专利技术提供超极细纤维状碳，其为具有直线结构的超极细纤维状碳，上述超极细纤维状碳的表面的至少一部分用表面活性剂进行修饰、和/或、上述超极细纤维状碳的表面的至少一部分经过氧化处理，另外提供由该超极细纤维状碳集合而成的超极细纤维状碳集合物。〈第4本专利技术〉为了解决上述课题，本专利技术为超极细纤维状碳集本文档来自技高网...

【技术保护点】
超极细纤维状碳集合物，其为将具有直线结构的超极细纤维状碳集合而成的超极细纤维状碳集合物，所述超极细纤维状碳集合物中的至少一部分所述超极细纤维状碳的表面的至少一部分用表面活性剂进行了修饰、和/或、所述超极细纤维状碳集合物中的至少一部分超极细纤维状碳的表面的至少一部分经过氧化处理，在利用体积换算粒度分布测定得到的所述超极细纤维状碳集合物的纤维长度分布中，具有纤维长度为15μm以下的第一峰和纤维长度超过15μm的第二峰，所述第一峰的体积换算粒度分布（%）与所述第二峰的体积换算粒度分布（%）之比为3/1以上。

【技术特征摘要】
2013.01.25 JP 2013-012667;2013.03.29 JP 2013-074841.超极细纤维状碳集合物，其为将具有直线结构的超极细纤维状碳集合而成的超极细纤维状碳集合物，所述超极细纤维状碳集合物中的至少一部分所述超极细纤维状碳的表面的至少一部分用表面活性剂进行了修饰、和/或、所述超极细纤维状碳集合物中的至少一部分超极细纤维状碳的表面的至少一部分经过氧化处理，在利用体积换算粒度分布测定得到的所述超极细纤维状碳集合物的纤维长度分布中，具有纤维长度为15μm以下的第一峰和纤维长度超过15μm的第二峰，所述第一峰的体积换算粒度分布（%）与所述第二峰的体积换算粒度分布（%）之比为3/1以上。2.根据权利要求1所述的超极细纤维状碳集合物，其中，所述超极细纤...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷內一辉，小村伸弥，兼松亚沙美，大道高弘，
申请(专利权)人：帝人株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP