KR20230093434A - 카본 블랙, 슬러리 및 리튬 이온 이차 전지 - Google Patents

카본 블랙, 슬러리 및 리튬 이온 이차 전지 Download PDF

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Abstract

비표면적이 150m2/g 이상 400m2/g 이하이며, 승온 탈리 가스 분석법에 의해 검출되는, m/z 57의 피크의 피크 면적(S1)에 대한 m/z 128의 피크의 피크 면적(S2)의 비(S2/S1)가 2.00 미만인, 카본 블랙.

Description

카본 블랙, 슬러리 및 리튬 이온 이차 전지
본 발명은, 카본 블랙, 슬러리 및 리튬 이온 이차 전지에 관한 것이다.
리튬 이온 이차 전지는, 스마트폰, 태블릿형 퍼스널 컴퓨터 등의 소형 전자 기기의 전원으로서 폭넓게 이용되고 있다. 리튬 이온 이차 전지는 일반적으로, 전극, 세퍼레이터, 전해액을 구비하여 구성된다. 전극은, 활물질, 도전제, 바인더 등을 분산매에 분산시킨 합재 슬러리를 집전체용 금속판 상에 도공·건조시켜, 합재층으로 함으로써 제조된다.
도전제로는, 예를 들면 카본 블랙이 사용된다(예를 들면, 특허문헌 1).
일본 특허공개 2014-193986호 공보
도전제의 역할은 전극 내에서 도전 패스를 형성하는 것이다. 그 때문에, 전극 내에서 응집되어 버리면, 국소적으로 도전성이 뒤떨어지는 부분이 나타나서, 활물질이 유효하게 이용되지 않고 방전 용량이 저하되어, 전지 특성이 저하되는 원인이 된다.
근년, 리튬 이온 이차 전지의 고용량화가 요구되고 있어, 합재층 중의 활물질의 배합 비율을 증가시키고, 도전제 및 바인더의 배합 비율을 감소시키는 경향이 있다. 도전제의 배합 비율이 감소하면 전극 내에서의 도전 패스의 형성이 곤란해져, 전지 특성이 저하되어 버린다. 그래서 소립경의 도전제를 이용하여 단위 질량당 입자 개수를 늘려, 전극 내에서 도전제끼리의 근접 거리를 짧게 하거나, 활물질 및 집전체와의 접촉점을 늘림으로써 도전성을 향상시키는 검토가 행해지고 있다. 그러나, 도전제의 소립경화에 수반하여 비표면적이 높아지면, 합재 슬러리의 점도가 현저하게 상승해 버리기 때문에, 균일 분산이 곤란해진다.
또한, 도전제로서 카본 블랙을 이용하는 경우, 카본 블랙의 스트럭처가 도전성 및 슬러리 점도에 영향을 준다. 여기에서 카본 블랙의 스트럭처란 일차 입자가 연결된 구조를 말한다. 카본 블랙의 스트럭처는, 일차 입자의 소립경화에 수반하여, 복잡하게 얽힌 형상으로 발달한다. 스트럭처가 발달하면, 전극 내에서의 도전 패스를 효율적으로 형성할 수 있지만, 분산 상태가 나쁘면 그 효과를 충분히 발휘할 수 없다.
도전제의 고분산 및 합재 슬러리의 저점도화를 목적으로 하여, 고압 제트 밀 등의 장치로 강력한 충돌 에너지를 주어 분산하는 것이나, 분산 처리 시간의 연장 등이 검토되고 있지만, 장치의 마모에 의해 불순물이 혼입되는 등의 문제가 있었다. 또한, 분산제의 첨가도 검토되고 있지만, 도전제의 소립경화에 의해 분산제의 첨가량이 증가하면, 전지 특성의 저하를 초래한다는 문제가 있었다.
그래서, 본 발명은, 높은 비표면적을 갖고, 또한 저점도의 슬러리를 형성 가능한 신규 카본 블랙을 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 본 발명은, 당해 카본 블랙을 포함하는 슬러리, 및 당해 카본 블랙을 포함하는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 높은 비표면적을 갖는 카본 블랙에 있어서, 승온 탈리 가스 분석법에 의해 해석되는 표면 성상이 슬러리 점도에 크게 영향을 주는 것을 발견했다.
즉, 상기 과제를 해결하는 본 발명은, 하기에 예시된다.
(1) 비표면적이 150m2/g 이상 400m2/g 이하이며, 승온 탈리 가스 분석법에 의해 검출되는, m/z 57의 피크의 피크 면적(S1)에 대한 m/z 128의 피크의 피크 면적(S2)의 비(S2/S1)가 2.00 미만인, 카본 블랙.
(2) DBP 흡수량이 200mL/100g 이상 350mL/100g 이하인, (1)에 기재된 카본 블랙.
(3) 회분이 0.02질량% 이하인, (1) 또는 (2)에 기재된 카본 블랙.
(4) 철의 함유량이 2000질량ppb 미만인, (1)∼(3) 중 어느 하나에 기재된 카본 블랙.
(5) (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 카본 블랙과, 분산매를 포함하는, 슬러리.
(6) 25℃에서 전단 속도 10s-1에 있어서의 점도가, 200mPa·s 이상 1200mPa·s 이하인, (5)에 기재된 슬러리.
(7) 양극과 음극과 세퍼레이터를 구비하고, 상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 한쪽이 (1)∼(4) 중 어느 하나에 기재된 카본 블랙을 함유하는, 리튬 이온 이차 전지.
본 발명에 의하면, 높은 비표면적을 갖고, 또한 저점도의 슬러리를 형성 가능한 신규 카본 블랙이 제공된다. 또한, 본 발명에 의하면, 당해 카본 블랙을 포함하는 슬러리, 및 당해 카본 블랙을 포함하는 리튬 이온 이차 전지가 제공된다.
도 1은 실시예 1의 카본 블랙의, 승온 탈리 가스 분석법에 의해 검출되는 m/z 57 및 m/z 128의 차트를 나타내는 도면이다.
도 2는 비교예 4의 카본 블랙의, 승온 탈리 가스 분석법에 의해 검출되는 m/z 57 및 m/z 128의 차트를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 상세하게 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하에 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 한편, 본 명세서에 있어서, 특별히 언급이 없는 한, 「∼」를 이용하여 나타나는 수치 범위는, 좌측의 수치 「이상」 또한 우측의 수치 「이하」의 범위를 의미한다. 예를 들면, 「A∼B」는, A 이상 B 이하라고 하는 의미이다.
<카본 블랙>
본 실시형태의 카본 블랙은, 150m2/g 이상 400m2/g 이하의 비표면적을 갖는다. 이 비표면적은, 리튬 이온 이차 전지의 도전제로서 종래부터 사용되고 있는 카본 블랙의 비표면적과 비교해서 높다. 이와 같은 고(高)비표면적을 갖는 카본 블랙은, 매트릭스 중에서의 퍼컬레이션 효과에 의해 도전성 부여 능력이 높아지기 때문에, 도전제로서 유효하다.
한편, 비표면적은, JIS K6217-2:2017의 A법 유통법(열전도도 측정법)에 따라 측정된다.
카본 블랙의 비표면적이 150m2/g 미만이면, 합재층 중에서 활물질과의 접촉점이 적어져, 충분한 도전성을 발휘할 수 없는 경우가 있다. 도전성 부여 능력이 보다 향상되는 관점에서, 카본 블랙의 비표면적은, 바람직하게는 160m2/g 이상, 보다 바람직하게는 180m2/g 이상, 더 바람직하게는 200m2/g 이상이다. 즉, 카본 블랙의 비표면적은, 예를 들면, 150∼400m2/g, 160∼400m2/g, 180∼400m2/g 또는 200∼400m2/g이어도 된다. 또한, 카본 블랙의 비표면적이 400m2/g을 초과하면, 슬러리 중에서의 분산이 현저하게 곤란해져, 전극 내에 있어서 국소적으로 도전성이 뒤떨어지는 부분이 생겨서, 전지 특성이 저하되는 경우가 있다. 카본 블랙의 비표면적은, 일차 입자의 소립경화, 중공화, 입자 표면의 다공질화 등에 의해 높일 수 있다.
본 실시형태의 카본 블랙에 있어서, 승온 탈리 가스 분석법에 의해 검출되는 m/z 57의 피크의 피크 면적을 S1로 하고, m/z 128의 피크의 피크 면적을 S2로 했을 때, 비(S2/S1)는 2.00 미만이다. 여기에서, 비(S2/S1)는, 카본 블랙의 표면에 흡착되어 있는 유기 성분의 비율을 나타내고 있다.
한편, 예를 들면 J. Mass Spectrom. Soc. Jpn. Vol. 54, No. 5, 2006에 있어서 설명되어 있는 대로, m/z는, 매스 스펙트럼의 가로축의 값을 의미하는 하나의 기호이다. 또한 m/z의 오른쪽에 첨부된 숫자는, 대상으로 하는 이온의 질량을 통일 원자 질량 단위로 나눈 값을, 추가로 이온의 전하수로 나누어 얻어지는 값(무차원량)이며, m/z와 병기하여 매스 스펙트럼에 있어서의 피크 위치를 나타내고 있다.
비(S2/S1)는, 발생 가스 질량 분석법(EGA-MS)에 의해 구할 수 있다. 구체적으로는, 카본 블랙을 열분해 장치가 설치되어 있는 가스 크로마토그래피 질량 분석계에 세팅하고, 대기압 He 플로 중에서 50℃에서 5분간 유지한 후, 80℃/min으로 800℃까지 승온한다. 승온에 의해 탈리된 성분의 질량 분석을 하기의 조건에서 행하고, 얻어지는 m/z 57의 피크의 피크 면적(S1)과 m/z 128의 피크의 피크 면적(S2)의 비를 취함으로써, 비(S2/S1)가 산출된다.
칼럼: 프런티어 랩사제 Ultra ALLOY-DTM(길이 2.5m, 0.15mm I.D, 0.47mm O.D)
가스 크로마토그래피 도입 온도: 300℃
칼럼 온도: 300℃ 80분 유지
스플릿비: 30:1
칼럼 유량: 1.0mL/min
이온화법: EI
측정 범위: m/z=10∼200
한편, 본 명세서 중, 피크 면적이란, 승온 탈리 가스 분석법에 있어서, 승온에 의해 카본 블랙으로부터 탈리되어 검출된 성분(m/z 57 또는 m/z 128에 상당하는 성분)이 나타낸, 온도와 각 검출 강도(임의 단위)의 관계 그래프(예를 들면 도 1)에 있어서의, 강도 0인 가로축 베이스라인과 각 검출 강도의 곡선에 둘러싸인 부분의 면적을 나타낸다.
본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 높은 비표면적을 갖는 카본 블랙에 있어서, 승온 탈리 가스 분석법에 의해 해석되는 표면 성상이 슬러리 점도에 크게 영향을 주는 것을 발견했다. 즉, 본 실시형태의 카본 블랙은, 비(S2/S1)가 2.00 미만임으로써, 높은 비표면적을 가지면서 충분히 낮은 슬러리 점도를 실현할 수 있다.
카본 블랙의 표면에는, 카본 블랙 합성 시의 여러 반응(예를 들면, 연료유의 열분해 및 연소 반응, 원료의 열분해 및 연소 반응, 냉각용 매체에 의한 급랭 및 반응 정지 등)에 기인하여, 유기 성분이 미량으로 존재하고 있고, 이 유기 성분이 승온 탈리 가스 분석법에 의해 검출된다. 검출되는 m/z 128의 피크는, 나프탈렌으로 대표되는 다환 방향족 탄화수소 유래의 피크이며, m/z 57의 피크는 지방족 탄화수소 유래의 피크이다. 즉, 비(S2/S1)가 작은 것이, 카본 블랙 표면에 존재하는 다환 방향족 탄화수소의 비율이 적은 것을 의미한다. 본 발명자들의 지견에 의하면, 고비표면적의 카본 블랙에서는 표면의 유기 성분에 의한 분산성에 대한 기여가 커지고, 또한 강한 소수성을 갖는 다환 방향족 탄화수소가 표면에 존재하는 비율이 적으면, 분산매와의 친화성 및 젖음성이 높아져, 슬러리 점도가 낮아진다. 한편, 승온 탈리 가스 분석법에 의한 검출 피크로부터 존재가 추측되는 유기 성분은, 종래의 카본 블랙에 부여되는 표면 작용기와는 전혀 다른 것이다.
본 실시형태에서는, 비(S2/S1)가 2.00 미만임으로써, 소립경이고 고비표면적이며, 또한 스트럭처가 발달한 카본 블랙이더라도, 합재 슬러리의 점도 상승에 의한 집전체에 대한 도공 불균일이나 전극 내에서의 재료의 편재를 감소시킬 수 있다. 또한, 전극 내에서의 활물질과 도전제의 분산 상태, 접촉 상태가 좋아짐으로써, 국소적인 도전성의 저하나 전지의 방전 용량의 저하를 억제하면서, 리튬 이온 이차 전지의 고용량화를 달성할 수 있다.
본 실시형태에서는, 카본 블랙의 비표면적이 150m2/s로 높기 때문에, 충분히 낮은 슬러리 점도를 실현하기 위해서 비(S2/S1)가 2.00 미만인 것이 필요하다. 또한, 상기 효과가 보다 현저히 얻어지는 관점에서는, 비(S2/S1)는, 1.80 미만, 1.60 미만, 1.40 미만, 1.20 미만, 1.00 미만, 0.80 미만, 0.60 미만 또는 0.50 미만이어도 된다.
비(S2/S1)의 하한은 특별히 한정되지 않지만, 생산성이 우수한 관점에서는, 비(S2/S1)는, 0.05 이상, 0.10 이상 또는 0.20 이상이어도 된다. 즉, 비(S2/S1)는, 예를 들면, 0.05 이상 2.00 미만, 0.05 이상 1.80 미만, 0.05 이상 1.60 미만, 0.05 이상 1.40 미만, 0.05 이상 1.20 미만, 0.05 이상 1.00 미만, 0.05 이상 0.80 미만, 0.05 이상 0.60 미만, 0.05 이상 0.50 미만, 0.10 이상 2.00 미만, 0.10 이상 1.80 미만, 0.10 이상 1.60 미만, 0.10 이상 1.40 미만, 0.10 이상 1.20 미만, 0.10 이상 1.00 미만, 0.10 이상 0.80 미만, 0.10 이상 0.60 미만, 0.10 이상 0.50 미만, 0.20 이상 2.00 미만, 0.20 이상 1.80 미만, 0.20 이상 1.60 미만, 0.20 이상 1.40 미만, 0.20 이상 1.20 미만, 0.20 이상 1.00 미만, 0.20 이상 0.80 미만, 0.20 이상 0.60 미만 또는 0.20 이상 0.50 미만이어도 된다.
본 실시형태의 카본 블랙의 DBP 흡수량은, 예를 들면 180mL/100g 이상이어도 되고, 바람직하게는 190mL/100g 이상, 보다 바람직하게는 200mL/100g 이상이다. 또한, 본 실시형태의 카본 블랙의 DBP 흡수량은, 예를 들면 370mL/100g 이하, 바람직하게는 350mL/100g 이하이다. 즉, 본 실시형태의 카본 블랙의 DBP 흡수량은, 예를 들면, 180∼370mL/100g, 180∼350mL/100g, 190∼370mL/100g, 190∼350mL/100g, 200∼370mL/100g 또는 200∼350mL/100g이어도 된다.
DBP 흡수량이란, 카본 블랙의 입자 표면 및 스트럭처가 만드는 공극에 다이뷰틸 프탈레이트(DBP)를 흡수하는 능력을 평가하는 지표이다. 본 명세서 중, DBP 흡수량은, JIS K6221의 B법에 기재된 방법에 의해 측정된 값을, 하기 식 (a)에 의해, JIS K6217-4:2008 상당의 값으로 환산한 값을 나타낸다.
DBP 흡수량=(A-10.974)/0.7833 …(a)
[식 중, A는, JIS K6221의 B법에 기재된 방법에 의해 측정된 DBP 흡수량의 값을 나타낸다.]
스트럭처가 발달한 카본 블랙에서는, 일차 입자가 융착되어 생기는 넥부나 입자간에 형성되는 공극이 많아지기 때문에 DBP 흡수량이 많아진다. DBP 흡수량이 지나치게 적으면, 스트럭처가 충분히 발달하고 있지 않기 때문에 전극 내에서의 도전성 부여 능력이 낮아지는 경우가 있고, 또한 리튬 이온 이차 전지의 충방전에 수반하는 활물질의 체적 변화를 완충할 수 없어서, 사이클 특성 등의 전지 특성이 저하되는 경우가 있다. DBP 흡수량이 지나치게 많으면, 카본 블랙의 스트럭처에 합재층 중의 바인더가 트랩되어 버리고, 활물질이나 집전체와의 밀착성이 저하되어, 전지 특성이 저하되어 버리는 경우가 있다.
본 실시형태의 카본 블랙의 평균 일차 입자경은, 예를 들면 35nm 미만이어도 되고, 바람직하게는 30nm 미만, 보다 바람직하게는 25nm 미만이다. 본 발명자들의 지견에 의하면, 전술한 비(S2/S1)를 만족시키는 카본 블랙에서는, 비표면적이 동일한 정도이고 평균 일차 입자경이 상이한 2종을 비교한 바, 소립경의 카본 블랙 쪽이 슬러리 점도가 낮아진다. 이것은, 대립경의 카본 블랙에서는 표면의 다공질화에 의해 비표면적이 높아지는 한편, 소립경의 카본 블랙에서는 비교적 표면이 매끄럽더라도 고비표면적을 달성할 수 있기 때문에, 분산매와 접하는 표면이 많아, 비(S2/S1)로 표시되는 표면 성상에 의한 전술한 효과가 보다 현저히 발휘되기 때문이라고 생각된다.
종래, 리튬 이온 이차 전지의 도전제로 이용되는 카본 블랙은, 평균 일차 입자경이 작으면(예를 들면 30nm 미만이면) 슬러리화가 곤란했지만, 본 실시형태의 카본 블랙은, 전술한 비(S2/S1)를 만족시키기 때문에, 평균 일차 입자경이 작은(예를 들면 30nm 미만인) 경우에도 슬러리화할 수 있다. 이와 같이 소립경의 카본 블랙의 사용이 가능해지는 것에 의해, 합재층에 있어서의 배합 비율이 낮더라도 높은 도전성을 발휘할 수 있다. 카본 블랙의 평균 일차 입자경은, 예를 들면 1nm 이상이어도 되고, 5nm 이상이어도 되며, 10nm 이상이어도 된다. 즉, 카본 블랙의 평균 일차 입자경은, 예를 들면, 1nm 이상 35nm 미만, 1nm 이상 30nm 미만, 1nm 이상 25nm 미만, 5nm 이상 35nm 미만, 5nm 이상 30nm 미만, 5nm 이상 25nm 미만, 10nm 이상 35nm 미만, 10nm 이상 30nm 미만, 또는 10nm 이상 25nm 미만이어도 된다.
카본 블랙의 평균 일차 입자경은, 투과형 전자 현미경(TEM)의 5만배 확대 화상으로부터 무작위로 선택한 100개 이상의 카본 블랙의 일차 입자경을 측정하여, 평균치를 산출하여 구할 수 있다. 카본 블랙의 일차 입자는 어스펙트비가 작고 진구에 가까운 형상을 하고 있지만, 완전한 진구는 아니다. 그래서, 본 실시형태에서는, TEM 화상에 있어서의 일차 입자의 외주 2점을 잇는 선분 중에서 최대인 것을 카본 블랙의 일차 입자경으로 한다.
본 실시형태의 카본 블랙의 회분은, 예를 들면 0.05질량% 이하여도 되고, 바람직하게는 0.03질량% 이하, 보다 바람직하게는 0.02질량% 이하이다. 회분은 JIS K1469:2003에 따라 측정할 수 있고, 예를 들면, 카본 블랙을 건식 사이클론 등의 장치로 분급하는 것에 의해 저감할 수 있다.
본 실시형태의 카본 블랙의 철의 함유량은, 예를 들면 2500질량ppb 미만이어도 되고, 바람직하게는 2300질량ppb 미만, 보다 바람직하게는 2000질량ppb 미만이다. 철의 함유량은, 예를 들면 카본 블랙을 자석에 접촉시킴으로써 저감할 수 있다.
카본 블랙의 철의 함유량은 JIS K0116:2014에 따라 산분해법으로 전처리하고, 고주파 유도 결합 플라즈마 질량 분석법으로 측정할 수 있다. 구체적으로는, 이하의 방법으로 측정할 수 있다. 우선, 카본 블랙 1g을 석영 비커에 정칭하고, 대기 분위기 중에서 전기로에 의해 800℃×3hr 가열한다. 이어서 잔사에 혼산(염산 70질량%, 질산 30질량%) 10mL와 초순수 10mL 이상을 첨가하여 핫 플레이트 상에서 200℃×1hr 가열 용해한다. 방랭 후, 초순수에 의해 25mL로 희석·조정한 용액을 고주파 유도 결합 플라즈마 질량 분석 장치(Agilent사제 Agilent8800)로 측정한다.
본 실시형태의 카본 블랙의 회분 및 철의 함유량이 적으면, 혼련 처리에 있어서, 장치 등의 손상에 의한 금속, 세라믹스 등의 이물의 혼입을 보다 현저히 억제할 수 있다. 또한, 회분, 절연성 이물 등의 혼입에 의한 전극 내에서의 도전성 저하도 억제할 수 있다. 이 때문에, 회분 및 철의 함유량이 적은 본 실시형태의 카본 블랙은, 높은 안전성이 요구되는 리튬 이온 이차 전지에 적합하게 사용할 수 있다.
본 실시형태의 카본 블랙의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 탄화수소 등의 원료를 반응로의 상류부에 설치된 노즐로부터 공급하고, 열분해 반응 및/또는 연소 반응에 의해 카본 블랙을 제조하여, 반응로의 하류부에 직결된 백 필터로부터 포집할 수 있다.
사용하는 원료는 특별히 한정되는 것은 아니고, 아세틸렌, 메테인, 에테인, 프로페인, 에틸렌, 프로필렌, 뷰타다이엔 등의 가스상 탄화수소나, 톨루엔, 벤젠, 자일렌, 가솔린, 등유, 경유, 중유 등의 오일상 탄화수소를 사용할 수 있다. 그 중에서도 불순물이 적은 아세틸렌을 사용하는 것이 바람직하다. 아세틸렌은 다른 원료보다도 분해열이 커, 반응로 내의 온도를 높게 할 수 있기 때문에, 카본 블랙의 핵생성이 부가 반응에 의한 입자 성장보다도 우세해져, 카본 블랙의 일차 입자경을 작게 할 수 있다. 또한, 본 발명자들은, 카본 블랙의 표면 성상을 제어하기 위해서 예의 검토를 행한 결과, 복수의 원료를 사용하고, 또한 원료를 가열하고 나서 반응로에 공급하는 것이 유효한 것을 발견했다. 종래의 제법에서는 반응로의 고온부를 경유하여 생성된 카본 블랙과, 저온부를 경유하여 생성된 카본 블랙이 혼재하고, 특성상의 격차도 컸지만, 복수의 원료를 사용하는 것에 의해 반응로 내의 온도가 균일해지고, 경유하는 열분해, 연소의 반응 이력도 균일해지기 때문에, 카본 블랙 표면에 존재하는 다환 방향족 탄화수소의 비율이 저하되었다고 생각된다. 또한, 원료를 가열함으로써 복수 원료의 혼합이 촉진되어, 보다 균일한 온도장(溫度場)을 형성할 수 있었다고 생각된다. 복수의 원료는 반응로에 공급하기 전에 혼합하는 것이 바람직하다. 오일상 탄화수소를 이용하는 경우에는 가열에 의해 가스화하여 공급하는 것이 바람직하다. 가열의 방법은 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 탱크, 수송 배관을 열매와의 열 교환에 의해 가열할 수 있다.
또한, 탄소원이 되는 원료와는 별도로, 산소, 수소, 질소, 스팀 등을 반응로에 공급하는 것이 바람직하다. 이들 원료 이외의 가스는 반응로 내의 가스 교반을 촉진하여, 원료로부터 생성된 카본 블랙의 일차 입자끼리가 충돌, 융착되는 빈도를 높이기 때문에, 원료 이외의 가스를 사용함으로써, 카본 블랙의 스트럭처가 발달하여, DBP 흡수량이 많아지는 경향이 있다. 원료 이외의 가스로서는, 산소를 사용하는 것이 바람직하다. 산소를 사용하면 원료의 일부가 연소하여 반응로 내의 온도가 높아져, 소립경, 고비표면적의 카본 블랙이 얻어지기 쉬워진다. 원료 이외의 가스로서, 복수의 가스를 사용할 수도 있다. 원료 이외의 가스의 공급 개소는 반응로의 상류부가 바람직하고, 원료와는 별도의 노즐로부터 공급하는 것이 바람직하다. 이에 의해 동일하게 상류부로부터 공급되는 원료의 교반이 효율적으로 일어나, 스트럭처가 발달하기 쉬워진다.
종래의 카본 블랙 제조에서는, 원료의 열분해, 연소 반응의 정지를 위해서 반응로의 하류부로부터 물 등의 냉각용 매체를 송입하는 경우가 있지만, 스트럭처 발달의 효과는 보이지 않고, 한편으로 표면 성상에 영향을 줄 우려가 있기 때문에, 본 실시형태에서는 반응로의 하류부로부터 냉각용 매체를 송입하지 않는 것이 바람직하다.
<슬러리>
본 실시형태의 슬러리는, 본 실시형태의 카본 블랙과 분산매를 포함한다.
슬러리의 점도가 지나치게 높으면, 활물질과의 혼련 시에 강한 전단이 가해지기 때문에, 카본 블랙의 스트럭처가 파괴되어 도전성이 저하되거나, 장치의 마모에 의한 이물 혼입이 일어나는 경우가 있다. 한편, 슬러리의 점도가 지나치게 낮으면, 슬러리 중에서 카본 블랙의 침강이 일어나기 쉬워져, 균일성의 유지가 곤란해지는 경우가 있다. 본 실시형태에서는, 전술한 카본 블랙의 사용을 위해 슬러리 점도를 낮게 할 수 있기 때문에, 카본 블랙의 스트럭처의 파괴가 현저히 억제되어 우수한 도전성 부여능을 유지할 수 있고, 또한 장비의 마모에 의한 이물 혼입이 현저히 억제된다. 즉, 본 실시형태에서는, 슬러리의 점도 특성 및 도전성을 손상시키지 않고, 합재층 중의 활물질의 배합 비율을 높일 수 있어, 리튬 이온 이차 전지의 고용량화를 달성할 수 있다.
상기 효과가 보다 현저히 얻어지는 관점에서, 슬러리의 점도(25℃, 전단 속도 10s-1)는, 바람직하게는 100mPa·s 이상, 보다 바람직하게는 200mPa·s 이상이다. 이에 의해, 카본 블랙의 침강이 억제되어 슬러리의 균일성이 향상된다. 또한, 상기 효과가 보다 현저히 얻어지는 관점에서, 슬러리 점도(25℃, 전단 속도 10s-1)는, 바람직하게는 1500mPa·s 이하, 보다 바람직하게는 1200mPa·s 이하이다. 즉, 슬러리의 점도(25℃, 전단 속도 10s-1)는, 예를 들면, 100∼1500Pa·s, 100∼1200Pa·s, 200∼1500Pa·s, 또는 200∼1200Pa·s여도 된다.
분산매는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 N-메틸-2-피롤리돈, 에탄올, 아세트산 에틸 등을 사용할 수 있다.
본 실시형태의 슬러리는, 본 실시형태의 카본 블랙의 도전성 부여 능력, 분산성을 저해하지 않는 범위에서, 그 밖의 카본 블랙, 흑연, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버 등을 더 포함하고 있어도 된다.
본 실시형태의 슬러리는, 활물질, 분산제 등의 첨가제를 더 포함하고 있어도 된다.
본 실시형태의 슬러리에 있어서, 본 실시형태의 카본 블랙의 함유량은, 예를 들면 0.5질량% 이상이어도 되고, 바람직하게는 1질량% 이상이다. 또한, 본 실시형태의 슬러리에 있어서, 본 실시형태의 카본 블랙의 함유량은, 예를 들면 50질량% 이하여도 되고, 바람직하게는 20질량% 이하이다. 즉, 본 실시형태의 슬러리에 있어서, 본 실시형태의 카본 블랙의 함유량은, 예를 들면, 0.5∼50질량%, 0.5∼20질량%, 1∼50질량%, 또는 1∼20질량%여도 된다.
본 실시형태의 슬러리의 제작 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 믹서, 니더, 분산기, 밀, 자동 공전식 회전 장치 등의 일반적인 장치를 사용하여, 각 성분을 혼련함으로써 제작할 수 있다.
본 실시형태의 슬러리는, 리튬 이온 이차 전지의 전극을 형성하기 위한 전극 형성용 슬러리로서 적합하게 이용할 수 있다. 전극 형성용 슬러리는, 양극 형성용 슬러리여도 되고, 음극 형성용 슬러리여도 된다.
본 실시형태의 슬러리가 전극 형성용 슬러리인 경우, 본 실시형태의 슬러리는, 활물질, 도전제 및 분산매를 포함하는 것이어도 되고, 이때 슬러리는, 도전제로서 본 실시형태의 카본 블랙을 함유한다.
전극 형성용 슬러리에 있어서의 도전제의 함유량은, 예를 들면 0.01질량% 이상이어도 되고, 바람직하게는 0.05질량% 이상, 보다 바람직하게는 0.08질량% 이상이다. 또한, 전극 형성용 슬러리에 있어서의 도전제의 함유량은, 예를 들면 20질량% 이하여도 되고, 바람직하게는 15질량% 이하, 보다 바람직하게는 10질량% 이하이다. 즉, 전극 형성용 슬러리에 있어서의 도전제의 함유량은, 예를 들면, 0.01∼20질량%, 0.01∼15질량%, 0.01∼10질량%, 0.05∼20질량%, 0.05∼15질량%, 0.05∼10질량%, 0.08∼20질량%, 0.08∼15질량%, 또는 0.08∼10질량%여도 된다.
전극 형성용 슬러리는, 카본 블랙 이외의 도전제를 더 함유하고 있어도 된다. 카본 블랙 이외의 도전제로서는, 예를 들면, 흑연, 카본 나노튜브, 카본 나노파이버 등을 들 수 있다.
전극 형성용 슬러리에 있어서, 도전제에서 차지하는 카본 블랙의 비율은, 예를 들면 50질량% 이상이어도 되고, 바람직하게는 70질량% 이상, 보다 바람직하게는 90질량% 이상이며, 100질량%여도 된다.
활물질은 특별히 한정되지 않고, 리튬 이온 이차 전지에 이용되는 공지된 활물질을 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 양극 활물질로서는, 예를 들면, 코발트산 리튬, 니켈산 리튬, 망가니즈산 리튬, 니켈·망가니즈·코발트산 리튬, 인산 철 리튬 등을 들 수 있다. 음극 활물질로서는, 천연 흑연, 인조 흑연, 그래파이트, 활성탄, 코크스, 니들 코크스, 플루이드 코크스, 메소페이즈 마이크로비즈, 탄소 섬유, 열분해 탄소 등의 탄소질 재료를 들 수 있다.
전극 형성용 슬러리는, 바인더를 더 함유해도 된다. 바인더는 특별히 한정되지 않고, 리튬 이온 이차 전지에 이용되는 공지된 바인더를 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 바인더로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌, 나이트릴 고무, 폴리뷰타다이엔, 뷰틸 고무, 폴리스타이렌, 스타이렌·뷰타다이엔 고무, 다황화 고무, 나이트로셀룰로스, 카복시메틸셀룰로스, 폴리바이닐 알코올, 사불화 에틸렌 수지, 폴리불화 바이닐리덴, 폴리불화 클로로프렌 등을 들 수 있다.
전극 형성용 슬러리에 의한 전극의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 전극 형성용 슬러리를 집전체 상에 도포하고, 건조시키는 것에 의해, 집전체 및 합재층을 포함하는 전극을 형성할 수 있다.
집전체는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 금, 은, 구리, 백금, 알루미늄, 철, 니켈, 크로뮴, 망가니즈, 납, 텅스텐, 타이타늄, 및 이들을 주성분으로 하는 합금의 금속박이 사용된다. 예를 들면, 양극 집전체에는 알루미늄박, 음극 집전체에는 구리박이 적합하게 이용된다.
<리튬 이온 이차 전지>
본 실시형태의 리튬 이온 이차 전지는, 양극과 음극과 세퍼레이터를 구비한다. 또한, 본 실시형태의 리튬 이온 이차 전지는, 양극 및 음극 중 적어도 한쪽이 전술한 본 실시형태의 카본 블랙을 함유한다. 본 실시형태의 리튬 이온 이차 전지는, 양극 및 음극 중 적어도 한쪽이, 전술한 전극 형성용 슬러리로 형성된 것이어도 되고, 양극 및 음극 중 적어도 한쪽이, 전술한 전극 형성용 슬러리에 의해 집전체 상에 형성된 합재층을 포함하고 있어도 된다.
본 실시형태의 리튬 이온 이차 전지는, 본 실시형태의 카본 블랙을 사용하고 있기 때문에 고용량이며, 또한 전술한 전극 형성용 슬러리를 이용함으로써 생산성 좋게 제조할 수 있다.
본 실시형태의 리튬 이온 이차 전지는, 양극이 전술한 본 실시형태의 카본 블랙을 함유하는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시형태의 리튬 이온 이차 전지는, 양극이, 전술한 전극 형성용 슬러리로 형성된 것인 것이 바람직하고, 양극이, 전술한 전극 형성용 슬러리에 의해 집전체 상에 형성된 합재층을 포함하는 것이 보다 바람직하다.
본 실시형태의 리튬 이온 이차 전지에 있어서, 본 실시형태의 카본 블랙을 포함하는 전극 이외의 구성은, 공지된 리튬 이온 이차 전지와 마찬가지의 구성이어도 된다.
세퍼레이터는 특별히 한정되지 않고, 리튬 이온 이차 전지용 세퍼레이터로서 공지된 세퍼레이터를 특별히 제한 없이 사용할 수 있다. 세퍼레이터로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 합성 수지를 들 수 있다. 세퍼레이터는, 전해액의 유지성이 좋기 때문에 다공성 필름인 것이 바람직하다.
본 실시형태의 리튬 이온 이차 전지는, 양극과 음극을 세퍼레이터를 개재시켜 적층 또는 권회한 전극군을 구비하고 있어도 된다.
본 실시형태의 리튬 이온 이차 전지는, 양극, 음극 및 세퍼레이터가 전해액에 침지되어 있어도 된다.
전해액은, 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 리튬염을 포함하는 비수 전해액이어도 된다. 리튬염을 포함하는 비수 전해액에 있어서의 비수 용매로서는, 에틸렌 카보네이트, 프로필렌 카보네이트, 다이에틸 카보네이트, 다이메틸 카보네이트, 메틸에틸 카보네이트 등을 들 수 있다. 또한, 비수 용매에 용해할 수 있는 리튬염으로서는, 육불화인산 리튬, 붕사불화 리튬, 트라이플루오로메테인설폰산 리튬 등을 들 수 있다.
본 실시형태의 리튬 이온 이차 전지는, 이온 전도 폴리머 등을 전해질로서 이용한 것이어도 된다.
이상, 본 발명의 적합한 실시형태에 대하여 설명했지만, 본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니다.
예를 들면, 본 발명의 일 측면은, 비표면적이 150m2/g 이상 400m2/g 이하인 카본 블랙을 평가하는 평가 방법이어도 된다. 당해 평가 방법은, 승온 탈리 가스 분석법에 의해 m/z 57의 피크의 피크 면적(S1)에 대한 m/z 128의 피크의 피크 면적(S2)의 비(S2/S1)를 구하는 측정 공정과, 당해 비(S2/S1)에 의해 카본 블랙을 평가하는 평가 공정을 구비하고 있어도 된다.
평가 공정은, 비(S2/S1)가 2.00 미만인 카본 블랙을 선별하는 선별 공정이어도 된다. 이 경우, 상기 평가 방법은, 카본 블랙의 선별 공정이라고 할 수도 있다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
<카본 블랙의 제조>
카본 블랙 반응로(노 길이 6m, 노 직경 0.65m)의 상류부에 설치된 노즐로부터 원료인 아세틸렌을 12Nm3/h, 톨루엔을 32kg/h, 원료 이외의 가스로서 산소를 20Nm3/h 공급하여 카본 블랙을 제조하고, 반응로의 하류부에 설치한 백 필터로 포집했다. 그 후, 건식 사이클론 장치, 철 제거용 자석을 통과시켜 탱크에 회수했다. 한편, 아세틸렌, 톨루엔, 산소는 115℃로 가열하고 나서 반응로에 공급했다. 얻어진 카본 블랙에 대하여, 이하의 물성을 측정했다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다.
(1) 비표면적
JIS K6217-2:2017의 A법 유통법(열전도도 측정법)에 따라 측정했다.
(2) 승온 탈리 가스 분석법에 의한 비(S2/S1)
카본 블랙을 샘플 컵에 2∼5mg 칭량하고, 열분해 장치(프런티어 랩사제 「PY-2020iD」)를 설치한 가스 크로마토그래피 질량 분석계(시마즈 제작소사제 「QP-2010」)에 세팅했다. 대기압 He 플로 중에서 50℃에서 5분간 유지한 후, 80℃/min으로 800℃까지 승온하여, 탈리된 성분의 질량 분석을 하기의 조건에서 검출했다. 얻어진 m/z 128과 m/z 57의 피크 면적의 비를 취함으로써, 피크 면적비(S2/S1)를 산출했다. 한편, 도 1은, 실시예 1의 카본 블랙의, 승온 탈리 가스 분석법에 의해 검출되는 m/z 57 및 m/z 128의 차트를 나타내는 도면이다.
칼럼: 프런티어 랩사제 Ultra ALLOY-DTM 길이 2.5m, 0.15mm I.D, 0.47mm O.D
가스 크로마토그래피 도입 온도: 300℃
칼럼 온도: 300℃ 80분 유지
스플릿비: 30:1
칼럼 유량: 1.0mL/min
이온화법: EI
질량 범위: m/z=10∼200
(3) DBP 흡수량: JIS K6221의 B법에 기재된 방법에 의해 측정한 값을, 상기 식 (a)에 의해, JIS K6217-4:2008 상당의 값으로 환산했다.
(4) 평균 일차 입자경: 투과형 전자 현미경의 5만배 화상으로부터, 무작위로 선택한 100개 이상의 카본 블랙 일차 입자경을 측정하여, 평균치를 산출했다.
(5) 회분: JIS K1469:2003에 따라 측정했다.
(6) 철의 함유량: 철의 함유량은 JIS K0116:2014에 따라 산분해법으로 전처리하고, 고주파 유도 결합 플라즈마 질량 분석법으로 측정했다.
<슬러리의 조제>
카본 블랙 3질량부와, 분산매로서 N-메틸-2-피롤리돈(간토 화학사제) 97질량부를, 자전 공전식 혼합기(신키사제 「아와토리렌타로 ARV-310」) 회전수 2000rpm으로 30분간 혼련하여, 카본 블랙 슬러리를 제작했다. 이 슬러리의 25℃에 있어서의 점도를 점탄성 측정기(Anton Paar사제 「MCR102」, φ30mm, 각도 3°의 콘 플레이트 사용, 갭 1mm)로 평가했다. 전단 속도는 0.01s-1로부터 100s-1로 변화시켜 측정하여, 전단 속도 10s-1에 있어서의 점도를 구했다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
<전지의 제작>
카본 블랙 슬러리 40질량부(카본 블랙 1.2질량부, N-메틸-2-피롤리돈 38.8질량부), 양극 활물질로서 LiNi0.5Mn0.3Co0.2O2(유미코아사제 「TX10」) 96.8질량부, 바인더로서 폴리불화 바이닐리덴(알케마사제 「HSV900」) 2질량부, 분산제로서 폴리바이닐 알코올(덴카사제 「B05」) 0.1질량부, 분산매로서 N-메틸-2-피롤리돈(간토 화학사제) 10질량부를, 자전 공전식 혼합기(신키사제 「아와토리렌타로 ARV-310」) 회전수 2000rpm으로 10분간 혼련하여, 양극 형성용 합재 슬러리를 제작했다. 얻어진 양극 형성용 합재 슬러리를 두께 15μm의 알루미늄박(UACJ사제) 상에 어플리케이터로 도공하고, 105℃에서 1시간 예비 건조시켰다. 다음으로, 롤 프레스기로 200kg/cm의 선압으로 프레스하여, 알루미늄박과 도공막의 두께의 합이 80μm가 되도록 조제했다. 휘발 성분을 제거하기 위해, 170℃에서 3시간 진공 건조하여 양극을 제작했다.
음극 활물질로서 인조 흑연(히타치 화성사제 「MAG-D」) 97질량부, 바인더로서 스타이렌 뷰타다이엔 고무(닛폰 제온사제 「BM-400B」) 2질량부, 분산제로서 카복시메틸셀룰로스(다이셀사제 「D2200」) 1질량부를 칭량하고, 순수를 첨가하고 자전 공전식 혼합기(신키사제, 아와토리렌타로 ARV-310)를 이용하여 혼합해서, 음극 형성용 합재 슬러리를 제작했다. 얻어진 음극 형성용 합재 슬러리를 두께 10μm의 구리박(UACJ사제) 상에 어플리케이터로 도공하고, 60℃에서 1시간에 예비 건조시켰다. 다음으로, 롤 프레스기로 100kg/cm의 선압으로 프레스하여, 구리박과 도공막의 두께의 합이 40μm가 되도록 조제했다. 수분을 완전히 제거하기 위해, 120℃에서 3시간 진공 건조하여 음극을 제작했다.
상기 양극을 40×40mm, 상기 음극을 44×44mm로 가공하고, 양 전극 사이에 세퍼레이터로서 폴리올레핀 미세 다공질막을 배치하여 전지를 제작했다. 전해액에는 에틸렌 카보네이트(Aldrich제)/다이메틸 카보네이트(Aldrich제)를 1/1의 용적비로 혼합한 용액 중에 육불화인산 리튬(스텔라 케미파사제)을 1mol/L 용해시킨 것을 이용했다.
전지의 방전 시험으로서, 제작한 전지를 25℃에 있어서 4.35V, 0.2C 제한의 정전류 정전압 충전을 한 후, 0.2C의 정전류로 3.0V까지 방전했다. 이어서, 방전 전류를 0.2C, 0.5C, 1C, 2C, 3C로 변화시켜, 각 방전 전류에 대한 방전 용량을 측정했다. 0.2C 방전 시에 대한 3C 방전 시의 용량 유지율을 계산하여, 방전 레이트 특성으로서 평가했다. 또한, 제작한 전지를 25℃에 있어서 4.35V, 1C 제한의 정전류 정전압 충전을 한 후, 1C의 정전류로 3.0V까지 방전했다. 이어서, 상기 충방전을 500사이클 반복하여, 방전 용량을 측정했다. 1사이클 방전 시에 대한 500사이클 방전 시의 용량 유지율을 계산하여, 사이클 특성으로서 평가했다. 측정 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 2∼4)
산소의 공급량을 21Nm3/h(실시예 2), 22Nm3/h(실시예 3) 또는 24Nm3/h(실시예 4)로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 5)
톨루엔의 공급 시의 온도를 100℃로 변경하고, 또한 산소의 공급량을 21Nm3/h로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 6)
아세틸렌의 공급 시의 온도를 85℃, 톨루엔의 공급 시의 온도를 100℃로 각각 변경하고, 또한 산소의 공급량을 21Nm3/h로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 7)
아세틸렌의 공급 시의 온도를 85℃, 톨루엔의 공급 시의 온도를 85℃로 각각 변경하고, 또한 산소의 공급량을 21Nm3/h로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 8)
아세틸렌의 공급량을 11Nm3/h, 톨루엔의 공급량을 30kg/h, 산소의 공급량을 19Nm3/h로 각각 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 9)
아세틸렌의 공급량을 13Nm3/h, 톨루엔의 공급량을 35kg/h, 산소의 공급량을 26Nm3/h로 각각 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 10)
아세틸렌 대신에 12Nm3/h의 에틸렌을 115℃로 가열하여 공급한 것, 및 산소의 공급량을 22Nm3/h로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 11)
톨루엔 대신에 32kg/h의 벤젠을 115℃로 가열하여 공급한 것, 및 산소의 공급량을 21Nm3/h로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 1)
산소 대신에 21Nm3/h의 수소를 115℃로 가열하여 공급한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 2)
아세틸렌의 공급량을 11Nm3/h, 톨루엔의 공급량을 30kg/h, 산소의 공급량을 24Nm3/h로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 12)
비교예 1에서 얻어진 카본 블랙을 720℃로 가열된 전기로 내에서 산화 처리하여, 카본 블랙을 얻었다. 얻어진 카본 블랙을 실시예 1과 마찬가지로 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 13)
산소의 공급량을 21Nm3/h로 변경한 것, 및 건식 사이클론 장치의 분급 조건을 변경하여 회분의 함유량을 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(실시예 14)
산소의 공급량을 21Nm3/h로 변경한 것, 및 철 제거용 자석의 자속 밀도 조건을 변경하여 철의 함유량을 조정한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 3)
아세틸렌의 공급량을 38Nm3/h로 변경하고, 톨루엔을 공급하지 않고, 산소의 공급량을 10Nm3/h로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
(비교예 4)
산소의 공급량을 22Nm3/h로 변경하고, 또한 아세틸렌의 공급 시의 온도, 톨루엔의 공급 시의 온도 및 산소의 공급 시의 온도를 모두 25℃로 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 카본 블랙을 제작하여, 평가했다. 결과를 표 1에 나타낸다. 한편, 도 2는, 비교예 4의 카본 블랙의, 승온 탈리 가스 분석법에 의해 검출되는 m/z 57 및 m/z 128의 차트를 나타내는 도면이다. 또한, 얻어진 카본 블랙을 이용하여, 실시예 1과 마찬가지로 하여 슬러리 및 전지의 조제 및 평가를 행했다. 결과를 표 2에 나타낸다.
Figure pct00001
Figure pct00002
표 1에 나타내는 바와 같이, 실시예의 카본 블랙을 이용한 경우, 우수한 슬러리 점도 특성 및 우수한 전지 특성이 실현되어, 본 발명의 카본 블랙에 의해 고성능인 리튬 이온 이차 전지를 생산성 좋게 얻을 수 있는 것이 확인되었다.
본 발명의 카본 블랙은, 리튬 이온 이차 전지 전극용 슬러리 및 리튬 이온 이차 전지에 적합하게 이용할 수 있다.

Claims (7)

  1. 비표면적이 150m2/g 이상 400m2/g 이하이며,
    승온 탈리 가스 분석법에 의해 검출되는, m/z 57의 피크의 피크 면적(S1)에 대한 m/z 128의 피크의 피크 면적(S2)의 비(S2/S1)가 2.00 미만인, 카본 블랙.
  2. 제 1 항에 있어서,
    DBP 흡수량이 200mL/100g 이상 350mL/100g 이하인, 카본 블랙.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    회분이 0.02질량% 이하인, 카본 블랙.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    철의 함유량이 2000질량ppb 미만인, 카본 블랙.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 카본 블랙과, 분산매를 포함하는, 슬러리.
  6. 제 5 항에 있어서,
    25℃에서 전단 속도 10s-1에 있어서의 점도가, 200mPa·s 이상 1200mPa·s 이하인, 슬러리.
  7. 양극과 음극과 세퍼레이터를 구비하고,
    상기 양극 및 상기 음극 중 적어도 한쪽이 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 기재된 카본 블랙을 함유하는, 리튬 이온 이차 전지.
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