碳納米管分散液和該分散液的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及碳納米管（CNTs)分散于液狀介質中的碳納米管分散液。另外，本發明 涉及該分散液的制造方法。
【背景技術】
[0002] 碳納米管（CNTs)具有導電性、導熱性、機械強度等優異的特性，因此，是在眾多領 域受到關注的原材料。例如，可以列舉碳納米管作為在鋰離子二次電池的電極、具體而言在 構成電極的集電體表面所形成的、以電極活性物質為主體的電極合劑層中所包含的導電材 料的利用。
[0003] 關于這樣的碳納米管，不只是單獨地利用，對于作為將其分散于其它材料中的復 合材料的利用，也進行了各種研宄。例如，使碳納米管分散于液狀介質中的碳納米管分散 液，具有作為導電性賦予劑、防靜電劑利用的可能性。
[0004] 上述碳納米管（CNTs) -般以大量管凝集的狀態來制造。在專利文獻1中記載了 用于在其它材料（液狀介質）中使處于這樣的凝集狀態的碳納米管（CNTs)分散的方法的 一個例子。在專利文獻1中，公開了將具有烷酯基、偏乙烯基和陰離子性取代基的表面活性 劑（例如，十二烷基衣康酸鹽）作為分散劑在分散液中添加的技術。另外，在專利文獻2、3 中公開了其它關于碳納米管分散液的技術。
[0005] 現有技術文獻
[0006] 專利文獻
[0007] 專利文獻1 :日本國專利公開公報第2010-13312號
[0008] 專利文獻2 :日本國專利公開公報第2011-207632號
[0009] 專利文獻3 :日本國專利公開公報第2011-213500號
【發明內容】
[0010] 但是，例如，在將上述碳納米管分散液作為鋰離子二次電池導電材料那樣的導電 性賦予劑使用時，要求該分散液中的碳納米管的濃度高且均質地分散。由此，在分散液的涂 布物中碳納米管能夠均質地存在，結果，形成由碳納米管分散物得到的良好的導電網絡。 [0011] 但是，作為極細的各個碳納米管集合體的碳納米管制造物由于該管之間容易凝 集，如后述的圖2和圖3所示，在分散液中有時形成凝集塊。在高濃度的碳納米管分散液中， 上述凝集塊容易形成。這樣的凝集塊大量形成的分散液難以形成均質的導電網絡，因此， 不僅難以提高為高濃度，而且導電性也難以提高。另外，由于含有大量凝集塊的分散液粘度 高，因此，在導電性賦予劑以外的用途中也變得難以操作，故而不優選。
[0012] 在上述專利文獻1的技術中，通過將特定的表面活性劑作為分散劑使用來制造高 濃度且高分散的碳納米管分散液。但是，由于使用特定的表面活性劑，有用途的范圍變窄的 可能性。另外，在該文獻中也有記載，在這樣的方法中，如果制備碳納米管濃度為20質量％ 以上的分散液，分散液的粘度提高。
[0013] 因此，本發明的目的在于提供一種制造高濃度且高分散的碳納米管分散液的方 法。另外，其它的目的在于提供一種以這樣的制造方法得到的高濃度且高分散的碳納米管 分散液。
[0014] 根據為了實現上述目的的本發明，提供一種制造使碳納米管（CNTs)分散于液狀 介質中而成的碳納米管分散液的方法。這里，所公開的制造方法的特征在于，包含：
[0015] 在分散用容器中投入上述液狀介質的步驟；
[0016] 在上述分散用容器中投入上述碳納米管（CNTs)，將該分散用容器的內容物的粘度 調整為IOOcP~lOOOOOcP之間的步驟；
[0017] 使用環形間隙型的珠磨機對上述分散用容器的內容物進行分散處理，直至上述內 容物的粘度成為設定在IOcP~50000CP之間的分散目標值（包含目標范圍）的步驟。
[0018] 另外，這里所公開的制造方法，其特征在于：重復進行上述碳納米管（CNTs)的投 入和上述分散處理，直至上述分散用容器的內容物的碳納米管濃度成為所希望的值。
[0019] 這里所公開的制造方法中，通過使用環形間隙型的珠磨機進行分散處理，切斷上 述內容物中所包含的碳納米管（CNTs)。由此，能夠使比投入液狀介質中之前更短的尺寸的 碳納米管（CNTs)分散。與長尺寸的碳納米管（CNTs)相比，短尺寸的碳納米管（CNTs)分散 性高，難以形成凝集塊。因此，即使是高濃度，也能夠制備碳納米管（CNTs)均質地分散的分 散液。
[0020] 另外，這里所公開的制造方法中，在調整分散用容器的內容物的粘度使其成為規 定的投入目標值后，進行分散處理直至成為規定的分散目標值。然后，重復進行上述碳納米 管（CNTs)的投入和分散處理，直至得到所希望的濃度的分散液（優選分散用容器的內容物 整體的碳納米管濃度（含量）為1質量％~50質量％的分散液）。由此，防止由于一次性 投入大量的碳納米管（CNTs)導致在分散處理前形成大量的凝集塊、分散處理變得困難。
[0021] 另外，這里所公開的制造方法中，典型而言，在容器中投入碳納米管時的粘度調整 值（以下也稱為投入目標值）設定在IOOcP~lOOOOOcP之間。通過在這樣的數值范圍內 設定投入目標值，能夠適當地實施分散處理，并且，能夠提高碳納米管分散液的生產率。
[0022] 另外，這里所公開的制造方法中，典型而言，上述分散目標值設定在IOcP~ 50000cP之間。通過在這樣的數值范圍內設定分散目標值，能夠防止分散處理后的碳納米 管成為必要以上程度的短尺寸。另外，能夠使碳納米管（CNTs)在液狀介質整體中均質地分 散，并且，能夠提高生產率。
[0023] 如上所述，根據這里所公開的制造方法，即使是含有高濃度的碳納米管（CNTs)的 分散液，也能夠使碳納米管（CNTs)在液體中均質地分散。這樣的高濃度且高分散的碳納米 管分散液能夠作為在各種領域中的碳納米管材料合適地使用。
[0024] 另外，這里所公開的制造方法中的一個優選方式中，作為上述碳納米管，使用多層 碳納米管（MWNTs)。
[0025] 與單層碳納米管（SWNTs)相比，由于多層碳納米管（MWNTs)的原子間的結晶性低， 容易相對于長度方向垂直地切斷。因此，根據上述構成的制造方法，在分散處理中，能夠使 管狀的基本結構不受破壞且為短尺寸的碳納米管分散。
[0026] 另外，這里所公開的制造方法的其它優選的一個方式中，在上述分散用容器中投 入上述碳納米管前（或與碳納米管的投入同時），使作為分散劑發揮功能的高分子化合物 在上述液狀介質中溶解。
[0027] 根據上述構成的制造方法，能夠得到更合適的分散有碳納米管（CNTs)的分散液。 另外，上述分散液能夠根據液狀介質的種類適當變更。具體而言，在使用水系的液狀介質 時，可以合適地使用羧甲基纖維素（CMC)、聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、丙烯酸樹脂乳液、水溶性 丙烯酸系聚合物、苯乙烯乳液、硅乳液、丙烯酸硅乳液、氟樹脂乳液、EVA乳液、乙酸乙烯酯乳 液、氯乙烯乳液、聚氨酯樹脂乳液等。另外，在使用有機系的液狀介質時，可以合適地使用聚 乙烯乙縮醛、聚乙烯吡咯烷酮（PVP)、聚偏氟乙烯（PVDF)、丙烯酸樹脂、醇酸樹脂、聚氨酯樹 脂等。
[0028] 另外，這里所公開的制造方法的一個優選方式中，上述分散處理后的碳納米管的 縱橫比的平均值維持為投入上述分散用容器前的碳納米管的縱橫比的平均值的至少50%。 例如，在上述分散容器中投入縱橫比的平均值為100以上（典型而言，為1000以下，優選為 500以下，例如為300以下）的碳納米管。這里所公開的制造方法中，即使將這樣的高縱橫 比的碳納米管（CNTs)作為材料，也能夠制造良好的碳納米管分散液。
[0029] 如上所述，通過分散處理切斷碳納米管（CNTs)而得到的短尺寸的碳納米管中，具 有難以形成凝集塊、在液狀介質中容易使之均質分散的特性。但是，碳納米管的縱橫比如 果變得過小，則有具有管狀結構產生的碳納米管的特性被削弱的擔心。根據上述方式的制 造方法，能夠制造維持了規定的縱橫比的碳納米管（CNTs)被均質分散的分散液。這樣的碳 納米管分散液能夠在各種用途中發揮良好的效果。例如，將這樣的分散液作為鋰離子二次 電池的導電材料使用時，能夠以少量分散液遍及電極合劑層整體地構筑由碳納米管（CNTs) 構成的良好的導電網絡。由此，能夠使構成電極合