[发明专利]石墨烯分散液及其制造方法以及二次电池用电极

说明书

石墨烯分散液，其是在分散介质中分散石墨烯而成的石墨烯分散液，分散液中包含的石墨烯中，面方向的大小为500nm以上且1μm以下的石墨烯的比例以面积基准计为30％以上，且面方向的大小为10μm以上且50μm以下的石墨烯的比例以面积基准计为30％以上。本发明可以提供为稳定的分散状态、且能够形成牢固的导电通路的石墨烯分散液。

技术领域

本发明涉及用作二次电池用电极的导电助剂等的石墨烯分散液及其制造方法以及二次电池用电极。

背景技术

石墨烯为由碳原子形成的二维晶体，从2004年被发现以来，是非常受到关注的原材料。石墨烯具有优异的电、热、光学以及机械特性，例如在石墨烯系复合材料、纳米电子、柔性/透明电子、纳米复合材料、超级电容器、电池、储氢、纳米医疗、生物工程材料等领域中被期待着广泛的应用。

作为石墨烯的制造法，可举出机械剥离法、CVD(化学气相沉积(Chemical VaporDeposition))法、CEG(晶体外延生长(Crystal Epitaxial Growth))法、氧化还原法等。其中，在利用氧化还原法、即天然石墨的氧化处理得到氧化石墨或氧化石墨之后通过还原反应制造石墨烯的方法能够大量生产，因此，作为产业上的制造法来说是有希望的。

石墨烯被期待各种各样的应用，但特别是对作为锂离子电池正极用导电助剂的应用的期待大。作为目前已经实用化的锂离子电池的正极活性物质，将镍酸锂(LiNiO₂)的Ni原子的一部分利用Co原子和Al原子置换后的LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂、将Ni原子的一部分利用Mn原子和Co原子置换后的LiMn_xNi_yCo_1-x-yO₂等正极活性物质通常作为高容量正极活性物质来使用。已知这些正极活性物质与其他正极活性物质相比电子传导性较高。在这些正极活性物质用作锂离子电池用电极的情况下，需要与碳等导电助剂组合使用，要求以较少的导电助剂量能够实现电极的低电阻化、以及反复使用时的电池容量的维持。石墨烯具有薄层形状，而且导电性高，因此，在用作导电助剂的情况下，期待着具有能够解决上述课题的可能性。

但是，具有高比表面积的石墨烯具有通过范德华相互作用而凝聚的倾向，因此难以使其在分散介质中良好地分散。因此，例如即使在作为导电助剂等而添加到电极中的情况下，也无法适度地分散在电极的基质内，无法发挥石墨烯的优异的电势。

因此，为了得到石墨烯在分散介质中良好地进行分散的分散液，进行了研究开发。在专利文献1～4中记载了：在将氧化石墨烯在水分散液中进行还原而得的石墨烯中添加有机溶剂，从而制备石墨烯/有机溶剂分散液。

另外，在专利文献5中报告了：通过使用相对于正极活性物质的粒径而言面方向的大小为同等以下的石墨烯，从而石墨烯与活性物质以面进行接触，因此即使导电助剂的量少，电极也发生低电阻化。

专利文献6中报告了：通过相对于平均粒径为150nm以下的活性物质而言混合面方向的大小较大的石墨烯(石墨烯网)，从而使活性物质粒子间的导电性以及结合性改善。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-059079号公报

专利文献2：国际公开第2017/047521号

专利文献3：国际公开第2017/047522号

专利文献4：国际公开第2017/047523号

专利文献5：日本特开2017-135105号公报

专利文献6：日本特开2013-101983号公报

发明内容

发明所要解决的课题