JP2005135755A - Method of manufacturing carbon material for negative electrode of nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery using same - Google Patents

Method of manufacturing carbon material for negative electrode of nonaqueous secondary battery and nonaqueous secondary battery using same Download PDF

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Hiroshi Nakagawa
弘 中川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of manufacturing a carbon material for a negative electrode of a nonaqueous secondary battery enhancing cycle characteristics, quick discharge characteristics, namely, load characteristics by lowering impedance of an SEI surface film, and to provide the nonaqueous secondary battery using the same. <P>SOLUTION: The carbon material for the negative electrode of the nonaqueous secondary battery is manufactured by treating at least one carbon raw material selected from natural graphite, artificial graphite, mesophase carbon microbeads, mesophase pitch base graphite fibers, vapor phase growth carbon fibers, and graphite whiskers with microwave induced plasma 15 produced by exciting gas containing carbon dioxide. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、非水系二次電池の負極用炭素材料の製造方法及びこれを用いた非水系二次電池に関し、特にサイクル特性、急速放電特性に優れた非水系二次電池の負極用炭素材料の製造方法及びこれを用いた非水系二次電池に関する。   The present invention relates to a method for producing a carbon material for a negative electrode of a non-aqueous secondary battery and a non-aqueous secondary battery using the same, and in particular, a carbon material for a negative electrode of a non-aqueous secondary battery excellent in cycle characteristics and rapid discharge characteristics. The present invention relates to a manufacturing method and a non-aqueous secondary battery using the same.

携帯型の電子機器の急速な普及に伴い、それに使用される電池への要求仕様は、年々厳しくなり、特に小型・薄型化、高容量でサイクル特性が優れ、性能の安定したものが要求されている。そして、二次電池分野では他の電池に比べて高エネルギー密度であるリチウム非水系二次電池が注目され、このリチウム非水系二次電池の占める割合は二次電池市場において大きな伸びを示している。   With the rapid spread of portable electronic devices, the required specifications for the batteries used for them are becoming stricter year by year, and in particular, small and thin, high capacity, excellent cycle characteristics, and stable performance are required. Yes. In the field of secondary batteries, lithium non-aqueous secondary batteries, which have a higher energy density than other batteries, are attracting attention, and the proportion of these lithium non-aqueous secondary batteries shows a significant increase in the secondary battery market. .

このリチウム非水系二次電池は、細長いシート状の銅箔等からなる負極芯体(集電体)の両面に負極用活物質合剤を被膜状に塗布した負極と、細長いシート状のアルミニウム箔等からなる正極芯体の両面に正極用活物質合剤を被膜状に塗布した正極との間に、微多孔性ポリプロピレンフィルム等からなるセパレータを配置し、負極及び正極をセパレータにより互いに絶縁した状態で円柱状又は楕円形状に巻回した後、角型電池の場合は更に巻回電極体を押し潰して偏平状に形成し、負極及び正極の各所定部分にそれぞれ負極リード及び正極リードを接続して所定形状の外装内に収納した構成を有している。   This lithium non-aqueous secondary battery is composed of a negative electrode in which a negative electrode active material mixture is applied in a film form on both sides of a negative electrode core (current collector) made of an elongated sheet-like copper foil, and an elongated sheet-like aluminum foil A separator made of a microporous polypropylene film or the like is disposed between both sides of a positive electrode core body made of, for example, a positive electrode active material mixture coated in a film, and the negative electrode and the positive electrode are insulated from each other by the separator In the case of a prismatic battery, the wound electrode body is further crushed to form a flat shape, and the negative electrode lead and the positive electrode lead are connected to the predetermined portions of the negative electrode and the positive electrode, respectively. And having a configuration housed in an exterior of a predetermined shape.

このリチウム非水系二次電池のうち、特に高エネルギー密度を有する4V級の非水系二次電池として、正極活物質がLiCoO、LiNiO、LiMn、LiFeO等のリチウム複合酸化物からなり、負極活物質が炭素質材料からなる非水系二次電池が多く開発されている。このような非水系二次電池に使用される非水溶媒には、電解質を電離させるために誘電率が高い必要があること、及び、広い温度範囲でイオン伝導度が高い必要があるということから、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート等のカーボネート類、γ−ブチロラクトン等のラクトン類、その他、エーテル類、ケトン類、エステル類などの有機溶媒が使用されている。 Among these lithium non-aqueous secondary batteries, particularly as a 4V class non-aqueous secondary battery having a high energy density, the positive electrode active material is made of a lithium composite oxide such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFeO 2, etc. Therefore, many non-aqueous secondary batteries in which the negative electrode active material is made of a carbonaceous material have been developed. The non-aqueous solvent used in such a non-aqueous secondary battery needs to have a high dielectric constant in order to ionize the electrolyte, and has a high ionic conductivity in a wide temperature range. Organic solvents such as carbonates such as propylene carbonate and ethylene carbonate, lactones such as γ-butyrolactone, ethers, ketones, and esters are also used.

そして、この負極活物質としての炭素質材料、特に黒鉛材料からなる負極活物質は、リチウム金属やリチウム合金に匹敵する放電電位を有しながらも、デンドライトが成長することがないために安全性が高く、更に初期効率に優れ、電位平坦性も良好であり、また、密度も高いという優れた性質を有している。   The carbonaceous material as the negative electrode active material, in particular, the negative electrode active material made of graphite material has a discharge potential comparable to that of lithium metal or lithium alloy, but the dendrite does not grow, so safety is ensured. In addition, it has excellent properties such as high initial efficiency, good potential flatness, and high density.

しかしながら、負極活物質として黒鉛、非晶質炭素などの炭素質材料を用いると、充放電過程において電極表面で有機溶媒が還元分解され、ガスの発生、副反応生成物の堆積等により負極インピーダンスが増大し、充放電効率の低下、サイクル特性の劣化等を引き起すという問題点が存在していた。   However, when a carbonaceous material such as graphite or amorphous carbon is used as the negative electrode active material, the organic solvent is reduced and decomposed on the surface of the electrode during the charge and discharge process, and negative electrode impedance is reduced due to generation of gas, deposition of side reaction products, etc. There has been a problem in that it causes an increase in charge / discharge efficiency and deterioration in cycle characteristics.

そこで、従来から、有機溶媒の還元分解を抑制するために、様々な化合物を非水系電解液に添加して、負極活物質が有機溶媒と直接反応しないように、不動態化層とも称される負極表面被膜(SEI:Solid Electrolyte Interface. 以下、「SEI表面被膜」という。)を制御する技術が重要となっている。例えば、下記特許文献1及び2には、非水系二次電池の非水系電解液として、非水系電解液中にビニレンカーボネート及びその誘導体から選択される少なくとも1種(特許文献1)或いはビニルエチレンカーボネート化合物(特許文献2)を添加し、これらの添加物により、最初の充電による負極へのリチウムの挿入前に、負極活物質層上にSEI表面被膜を形成させ、リチウムイオンの周囲の溶媒分子の挿入を阻止するバリアーとして機能させるようになしたものが開示されている。   Therefore, conventionally, in order to suppress the reductive decomposition of the organic solvent, various compounds are added to the non-aqueous electrolyte so that the negative electrode active material does not directly react with the organic solvent. A technique for controlling a negative electrode surface coating (SEI: Solid Electrolyte Interface. Hereinafter referred to as “SEI surface coating”) is important. For example, in Patent Documents 1 and 2 below, as a non-aqueous electrolyte solution for a non-aqueous secondary battery, at least one selected from vinylene carbonate and derivatives thereof in the non-aqueous electrolyte solution (Patent Document 1) or vinyl ethylene carbonate A compound (Patent Document 2) is added, and by these additives, an SEI surface film is formed on the negative electrode active material layer before insertion of lithium into the negative electrode by the first charge, and the solvent molecules around the lithium ions are A device that functions as a barrier to prevent insertion is disclosed.

しかしながら、非水系二次電池は、近年の携帯型のパーソナルコンピュータ、携帯型情報端末(PDA)、携帯電話機、デジタルカメラ、CDプレーヤー等の駆動電源として、更には電気自動車用等の高負荷用途の駆動電源としての使用も検討されるようになってきたことから、サイクル特性だけでなく、特に短時間に大電流密度で放電する際の特性、すなわち負荷特性の改善が要求されるようになってきているが、下記特許文献1及び2に開示されているような添加剤を非水系電解液中に添加することにより得られるSEI表面被膜は、依然としてリチウムイオン伝導性が低い高抵抗のものしか得られず、負極インピーダンスが著しく増大してしまうため、特に負荷特性が低下するという欠点があった。   However, non-aqueous secondary batteries are used as driving power sources for recent portable personal computers, portable information terminals (PDAs), cellular phones, digital cameras, CD players, and for high load applications such as electric vehicles. Since use as a drive power supply has been studied, not only cycle characteristics but also characteristics when discharging at a high current density in a short time, that is, improvement of load characteristics have been required. However, the SEI surface coating obtained by adding an additive as disclosed in Patent Documents 1 and 2 below to the non-aqueous electrolyte still has only a high resistance with low lithium ion conductivity. In other words, the negative electrode impedance is remarkably increased, and the load characteristic is particularly deteriorated.

一方、従来から、負極活物質としての黒鉛材料の物理特性を変えて非水系二次電池の諸特性を改良しようとする試みが数多く行われてきている。例えば、下記特許文献3には、グラファイトを高容量化処理した後、空気と接触することなく引き続き高効率化処理することにより、放電容量が理論容量(グラファイトの層間にリチウムイオンが規則的に密に格納されてリチウム/グラファイトの層間化合物LiCを構成するとした場合、炭素ベースで372Ah/kg)を超える値となるリチウム非水系二次電池用負極活物質及び該負極活物質を用いた非水系二次電池の発明が開示されている。 On the other hand, many attempts have been made to improve various characteristics of non-aqueous secondary batteries by changing the physical characteristics of the graphite material as the negative electrode active material. For example, in Patent Document 3 below, the capacity of graphite is increased, and then the efficiency is increased without contact with air, so that the discharge capacity is the theoretical capacity (lithium ions are regularly packed between the graphite layers). When the lithium / graphite intercalation compound LiC 6 is stored, the negative electrode active material for a lithium non-aqueous secondary battery having a value exceeding 372 Ah / kg) on a carbon basis and the non-aqueous system using the negative electrode active material An invention of a secondary battery is disclosed.

この発明におけるグラファイトの高容量化は、酸化処理、破砕処理等であり、酸化処理の場合は酸素、オゾン、NOx雰囲気中で250〜650℃、好ましくは300℃程度で30分〜1時間程度加熱することによって行われている。この酸化処理により通常酸素含有官能基が生成するので、不活性ガス雰囲気中、800〜1200℃程度で約3〜6時間加熱して除去し、その後に高容量化処理されたグラファイトをピッチ、タールなどの液状重質炭化水素に浸漬した後、高容量化処理物に付着ないし積層した重質炭化水素を炭化させる方法あるいは化学蒸着法(以下、「CVD法」という。)により高容量化処理物表面に炭素質被膜を析出させる方法等が採用されている。   The increase in the capacity of graphite in the present invention is oxidation treatment, crushing treatment, etc. In the case of oxidation treatment, heating is performed at 250 to 650 ° C., preferably about 300 ° C. for 30 minutes to 1 hour in an atmosphere of oxygen, ozone and NOx. Is done by doing. Since this oxidation treatment usually produces an oxygen-containing functional group, it is removed by heating at about 800 to 1200 ° C. for about 3 to 6 hours in an inert gas atmosphere. After being immersed in a liquid heavy hydrocarbon such as the above, a high-capacity processed product is obtained by a method of carbonizing the heavy hydrocarbon adhered or laminated on the high-capacity processed product or a chemical vapor deposition method (hereinafter referred to as “CVD method”). A method of depositing a carbonaceous film on the surface is employed.

この下記特許文献3に開示されている発明においては、上記のような高容量化処理及び高効率化処理を組み合わせることにより、理論容量以上の放電容量を有すると共に、不可逆容量が小さく初期効率が90%以上であるグラファイトを得ることができるようになるが、係る方法は高効率化処理の際に生じた酸素含有官能基の除去及び新たな炭素被膜を形成する工程が必要とされるために、製造方法が非常に複雑で、非常に高価となるだけでなく、負荷特性については何らの考慮もなされていなかった。   In the invention disclosed in the following Patent Document 3, by combining the above-described high capacity processing and high efficiency processing, the discharge capacity is higher than the theoretical capacity, the irreversible capacity is small, and the initial efficiency is 90%. % Of graphite can be obtained, but such a method requires the removal of the oxygen-containing functional groups generated during the high-efficiency treatment and the step of forming a new carbon film. Not only was the manufacturing method very complex and very expensive, but no consideration was given to the load characteristics.

また、下記特許文献4には、還元性雰囲気中又は反応性雰囲気中において3000℃以上での熱プラズマ処理を施した炭素材料をリチウム二次電池の負極材料として使用すると、電位変化が小さいという炭素材料の特徴を維持しながらより大きな放電容量を示し、また、過放電に対する耐性が良好となることが開示されているが、サイクル特性及び負荷特性については何等の考慮もされていない。   Further, in Patent Document 4 below, when a carbon material subjected to a thermal plasma treatment at 3000 ° C. or higher in a reducing atmosphere or a reactive atmosphere is used as a negative electrode material of a lithium secondary battery, carbon having a small potential change. Although it has been disclosed that the material exhibits the larger discharge capacity while maintaining the characteristics of the material and has better resistance to overdischarge, no consideration is given to the cycle characteristics and the load characteristics.

更に、下記特許文献5には、リチウム二次電池のサイクル特性だけでなく負荷特性を向上させるためには、負極活物質として用いられる黒鉛材料の10〜10Å(10〜10nm)の範囲の大きさの細孔の細孔容積を黒鉛粒子質量当たり0.4〜2.0cc/gと限定すると共に、黒鉛粒子として扁平状の粒子を複数、配向面が非平行となるように集合又は結合させた黒鉛粒子を使用すると良い旨が開示されているが、具体的な充放電特性は0.5mA/cmでという非常に低い電流密度で充放電を行ったものが開示されているのみで、それ以上の大電流密度での充放電特性は何も開示されていない。 Furthermore, in Patent Document 5 below, in order to improve not only the cycle characteristics of a lithium secondary battery but also the load characteristics, 10 2 to 10 6の (10 to 10 5 nm) of a graphite material used as a negative electrode active material. In addition to limiting the pore volume of pores having a size in the range of 0.4 to 2.0 cc / g per mass of graphite particles, a plurality of flat particles as the graphite particles, so that the orientation planes are non-parallel Although it is disclosed that aggregated or bonded graphite particles should be used, a specific charge / discharge characteristic is disclosed in which charge / discharge is performed at a very low current density of 0.5 mA / cm 2. No charge / discharge characteristics at high current density beyond that are disclosed.

特開平08−045545号公報(特許請求の範囲、段落[0009]〜[0012]、[0023]〜[0036])JP 08-045545 A (claims, paragraphs [0009] to [0012], [0023] to [0036]) 特開2001−006729号公報(特許請求の範囲、段落[0006]〜[0014])JP 2001-006729 A (claims, paragraphs [0006] to [0014]) 特開2001−273894号公報JP 2001-273894 A 特開平10−092432号公報(特許請求の範囲、段落[0012]、[0016]〜[0018]、[0026])JP-A-10-092432 (Claims, paragraphs [0012], [0016] to [0018], [0026]) 特開平10−236809号公報Japanese Patent Laid-Open No. 10-236809

本発明者等は、非水系二次電池の負極活物質として使用される炭素質物質により形成されるSEI表面被膜の形成過程につき種々研究を重ねた結果、このSEI表面皮膜は炭素質物質の表面に存在する様々な官能基の存在や水分の存在が良質な皮膜形成を阻害し、電池特性に影響を与えていることを知見した。   As a result of various studies on the formation process of the SEI surface coating formed by the carbonaceous material used as the negative electrode active material of the non-aqueous secondary battery, the present inventors have found that this SEI surface coating is the surface of the carbonaceous material. It was found that the presence of various functional groups and moisture present in the battery hindered the formation of a good quality film and affected the battery characteristics.

そこで、本発明者等は、従来からSEI表面皮膜中には炭酸リチウムの存在が確認されていることから、炭素質物質の表面を改質して炭素質物質の表面に存在する官能基をCOから誘導されたものに統一すると共に水分を除去することができれば良質なSEI表面被膜の形成ができるはずとの予測を基に各種実験を繰り返した結果、このような炭素質物質の表面改質は炭素質材料をCOを含むガスを励起したマイクロ波プラズマにより処理することにより達成し得ることを見出し、本発明を完成するに至ったのである。 Therefore, the present inventors have conventionally confirmed the presence of lithium carbonate in the SEI surface film, and therefore modified the surface of the carbonaceous material to change the functional group present on the surface of the carbonaceous material to CO. As a result of repeating various experiments based on the prediction that a high-quality SEI surface coating should be formed if the water can be removed and unified to those derived from No. 2, the surface modification of such carbonaceous materials Has found that it can be achieved by treating a carbonaceous material with microwave plasma excited with a gas containing CO 2 , and has completed the present invention.

したがって、本願発明の目的は、SEI表面被膜のインピーダンスを低下させて、サイクル特性、急速放電特性即ち負荷特性に優れた非水系二次電池が得られる負極用炭素材料の製造方法及びこれを用いた非水系二次電池を提供することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for producing a carbon material for a negative electrode, which can reduce the impedance of the SEI surface coating and obtain a non-aqueous secondary battery excellent in cycle characteristics, rapid discharge characteristics, that is, load characteristics, and the same. An object is to provide a non-aqueous secondary battery.

本発明の上記目的は以下の構成により解決することができる。すなわち、本願の請求項1に係る非水系二次電池の負極用炭素材料の製造方法の発明は、炭素質原料を二酸化炭素を含むガスを励起したマイクロ波プラズマによって処理することを特徴とする。   The above object of the present invention can be solved by the following configuration. That is, the invention of the method for producing a carbon material for a negative electrode of a non-aqueous secondary battery according to claim 1 of the present application is characterized in that a carbonaceous material is treated with microwave plasma excited with a gas containing carbon dioxide.

本願の請求項1に係る発明の非水系二次電池の負極用炭素材料の製造方法によれば、比較的低温のマイクロ波プラズマ処理により、炭素質物質表面に付着していた水分が除去されると同時にCOから誘導された官能基が導入され、それと同時に二酸化炭素の吸着が生じているものである。これに対し、上記特許文献3に記載の発明では、炭素質物質の表面に存在する様々な官能基は「不活性ガス雰囲気中、800〜1200℃程度で約3〜6時間加熱して除去」するようになされているし、また、上記特許文献4に記載の発明では、炭素質材料に対する3000℃以上の熱プラズマ処理に際し、導入するプラズマガスとして「窒素、アルゴン、水素、酸素+アルゴン等」(段落[0026]参照)を使用することにより、表面状態の変化及び黒鉛化の進行(段落[0017]参照)を図っているものである。したがって、本願の請求項1に係る発明の非水系二次電池の負極用炭素材料の製造方法と、上記特許文献3及び4に開示されている非水系二次電池の負極用炭素材料の製造方法とは明確に相違している。 According to the method for producing a carbon material for a negative electrode of a nonaqueous secondary battery according to claim 1 of the present application, moisture attached to the surface of the carbonaceous material is removed by a relatively low temperature microwave plasma treatment. At the same time, a functional group derived from CO 2 is introduced, and at the same time, adsorption of carbon dioxide occurs. On the other hand, in the invention described in Patent Document 3, various functional groups present on the surface of the carbonaceous material are “removed by heating at about 800 to 1200 ° C. for about 3 to 6 hours in an inert gas atmosphere”. In addition, in the invention described in Patent Document 4, “nitrogen, argon, hydrogen, oxygen + argon, etc.” is used as a plasma gas to be introduced in the thermal plasma treatment at 3000 ° C. or higher for the carbonaceous material. (See paragraph [0026]) is used to change the surface state and advance graphitization (see paragraph [0017]). Therefore, a method for producing a carbon material for a negative electrode of a nonaqueous secondary battery according to claim 1 of the present application and a method for producing a carbon material for a negative electrode of a nonaqueous secondary battery disclosed in Patent Documents 3 and 4 above Is clearly different.

また、本願の請求項2に係る発明は、前記請求項1に記載の非水系二次電池の負極用炭素材料の製造方法において、前記炭素質原料は、黒鉛系炭素質原料であることを特徴とする。   The invention according to claim 2 of the present application is the method for producing a carbon material for a negative electrode of a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the carbonaceous material is a graphite-based carbonaceous material. And

また、本願の請求項3に係る発明は、前記請求項2に記載の非水系二次電池の負極用炭素材料の製造方法において、前記黒鉛系炭素質原料が、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズカーボンマイクロビーズ(MCMB)、メソフェーズピッチ系黒鉛繊維、気相成長炭素繊維、黒鉛ウィスカーから選択された少なくとも1種であることを特徴とする。   The invention according to claim 3 of the present application is the method for producing a carbon material for a negative electrode of a non-aqueous secondary battery according to claim 2, wherein the graphite-based carbonaceous material is natural graphite, artificial graphite, or mesophase carbon. It is at least one selected from microbeads (MCMB), mesophase pitch-based graphite fibers, vapor-grown carbon fibers, and graphite whiskers.

更に、本願の請求項4に係る非水系二次電池の発明は、リチウムを可逆的に吸蔵・放出する正極材料を有する正極と、リチウムを可逆的に吸蔵・放出する炭素質材料を有する負極と、非水系電解液とを備えた非水系二次電池において、前記炭素質材料として二酸化炭素を含むガスを励起したマイクロ波プラズマによって処理されたものを用いたことを特徴とする。   Further, the invention of the non-aqueous secondary battery according to claim 4 of the present application includes: a positive electrode having a positive electrode material that reversibly occludes / releases lithium; and a negative electrode having a carbonaceous material that reversibly occludes / releases lithium. A non-aqueous secondary battery comprising a non-aqueous electrolyte is characterized in that the carbonaceous material treated with microwave plasma excited with a gas containing carbon dioxide is used.

非水系電解液を構成する非水溶媒(有機溶媒)は、カーボネート類、ラクトン類、エーテル類、エステル類、芳香族炭化水素などが挙げられ、これらの中でカーボネート類、ラクトン類、エーテル類、ケトン類、エステル類などが好ましく、カーボネート類がさらに好適に用いられる。   Nonaqueous solvents (organic solvents) constituting the nonaqueous electrolyte include carbonates, lactones, ethers, esters, aromatic hydrocarbons, etc. Among these, carbonates, lactones, ethers, Ketones and esters are preferred, and carbonates are more preferably used.

カーボネート類の具体例としては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、アニソール、1,4−ジオキサン、ジエチルカーボネートなどを挙げることができ、充放電効率を高める点からプロピレンカーボネート、エチレンカーボネートが好適に用いられる。なお、これら溶媒の2種類以上を混合して用いることもできる。   Specific examples of carbonates include propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, anisole, 1,4-dioxane, diethyl carbonate, and the like. Propylene carbonate and ethylene carbonate are preferably used from the viewpoint of increasing charge / discharge efficiency. Two or more of these solvents can be mixed and used.

非水系電解液を構成する電解質は、過塩素酸リチウム(LiClO)、六フッ化リン酸リチウム(LiPF)、ホウフッ化リチウム(LiBF)、六フッ化砒酸リチウム(LiAsF)、トリフルオロメチルスルホン酸リチウム(LiCFSO)、ビストリフルオロメチルスルホニルイミドリチウム[LiN(CFSO]などのリチウム塩が挙げられる。中でもLiPF、LiBFを用いるのが好ましく、前記非水溶媒に対する溶解量は、0.5〜2.0モル/lとするのが好ましい。 The electrolyte constituting the non-aqueous electrolyte is lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium hexafluoroarsenate (LiAsF 6 ), trifluoro Examples thereof include lithium salts such as lithium methyl sulfonate (LiCF 3 SO 3 ) and lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ]. Of these, LiPF 6 and LiBF 4 are preferably used, and the amount dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2.0 mol / l.

正極活物質には、リチウム遷移金属複合酸化物、すなわちLiCoO、LiNiO、LiNiCo1−y(y=0.01〜0.99)、Li0.5MnO、LiMnO、LiCoMnNi(x+y+z=1)、LiMn、さらにこれらの酸化物のCo、Ni、Mnの一部を他の元素で置換したものや他の元素を添加したものなどが一種単独もしくは複数種を混合して用いられる。 The positive electrode active material, a lithium transition metal composite oxide, i.e. LiCoO 2, LiNiO 2, LiNiCo 1 -y O 2 (y = 0.01~0.99), Li 0.5 MnO 2, LiMnO 2, LiCo x Mn y Ni z O 2 (x + y + z = 1), LiMn 2 O 4 , and those obtained by substituting part of Co, Ni, and Mn of these oxides with other elements or adding other elements These are used alone or in combination.

また、本願の請求項5に係る発明は、前記請求項4に記載の非水系二次電池において、前記電解液がゲル化されていることを特徴とする。   The invention according to claim 5 of the present application is characterized in that, in the nonaqueous secondary battery according to claim 4, the electrolyte is gelled.

ゲル状電解質において電解液を保持する高分子としては、アルキレンオキシド系高分子や、ポリフッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体のようなフッ素系高分子等の高分子が挙げられる。このような高分子材料を用いてゲル状電解質を形成する方法は、前記電解液をポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、ポリアルキレンオキシドのイソシアネート架橋体等の重合体などに浸すことにより得ることができる。   Examples of the polymer that holds the electrolytic solution in the gel electrolyte include polymers such as an alkylene oxide polymer and a fluorine polymer such as a polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer. A method for forming a gel electrolyte using such a polymer material can be obtained by immersing the electrolytic solution in a polymer such as an isocyanate cross-linked product of polyethylene oxide, polypropylene oxide, or polyalkylene oxide.

また、重合性ゲル化剤を含有する電解液に紫外線硬化や熱硬化などの重合処理を施す方法や、常温でゲル状電解質を形成する高分子を電解液中に高温溶解したものを冷却する方法も好ましく用いられる。重合性ゲル化剤含有電解液を用いる場合、重合性ゲル化剤としては、例えば、アクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、アリル基、等の不飽和二重結合を有するものや、エポキシ、オキセタン、ホルマール、等のカチオン重合性の環状エーテル基を有するものがあげられる。   In addition, a method of subjecting an electrolytic solution containing a polymerizable gelling agent to a polymerization treatment such as ultraviolet curing or thermosetting, or a method of cooling a solution obtained by dissolving a polymer that forms a gel electrolyte at room temperature at a high temperature. Are also preferably used. When using a polymerizable gelling agent-containing electrolyte, examples of the polymerizable gelling agent include those having an unsaturated double bond such as acryloyl group, methacryloyl group, vinyl group, allyl group, epoxy, oxetane, Examples thereof include those having a cationically polymerizable cyclic ether group such as formal.

具体的にはアクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、エトキシエチルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、エトキシエチルメタクリレート、エトキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、N,N−ジエチルアミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、アリルアクリレート、アクリロニトリル、ジエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリプロピレングリコールジアクリレート、ポリプロピレングリコールジメタクリレート、ポリアルキレングリコールジメタクリレート、トリメチロールプロパンアルコキシレートトリアクリレート、ペンタエリスリトールアルコキシレートトリアクリレート、ペンタエリスリトールアルコキシレートテトラアクリレートなどの不飽和二重結合を有するモノマー、メチルメタクリレートと(3−エチル−3−オキセタニル)メチルアクリレートの共重合ポリマー(分子量40万)、テトラエチレングリコールビスオキセタンなどの環状エーテル基含有化合物などが挙げられる。   Specifically, acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, methoxyethyl acrylate, ethoxyethoxyethyl acrylate, polyethylene glycol monoacrylate, ethoxyethyl methacrylate, ethoxyethyl methacrylate, polyethylene glycol monomethacrylate, N, N- Diethylaminoethyl acrylate, glycidyl acrylate, allyl acrylate, acrylonitrile, diethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, polypropylene glycol diacrylate, polypropylene glycol dimethacrylate, polyalkylene glycol dimethacrylate Monomers having unsaturated double bonds, such as methyl methacrylate, trimethylolpropane alkoxylate triacrylate, pentaerythritol alkoxylate triacrylate, pentaerythritol alkoxylate tetraacrylate, methyl methacrylate and (3-ethyl-3-oxetanyl) methyl acrylate Examples thereof include a copolymer (a molecular weight of 400,000) and a cyclic ether group-containing compound such as tetraethylene glycol bisoxetane.

不飽和結合を有するモノマーは熱、紫外線、電子線などによって重合させることができるが、反応を効果的に進行させるため、電解液に重合開始剤を入れておくこともできる。重合開始剤としては、ベンゾイルパーオキサイド、t−ブチルパーオキシクメン、ラウロイルパーオキサイド、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、t−ブチルパーオキシピバレート、t−ヘキシルパーオキシイソプロピルモノカーボネートなどの有機過酸化物を使用できる。   A monomer having an unsaturated bond can be polymerized by heat, ultraviolet light, electron beam, or the like, but a polymerization initiator may be added to the electrolytic solution in order to effectively advance the reaction. Examples of the polymerization initiator include organic compounds such as benzoyl peroxide, t-butyl peroxycumene, lauroyl peroxide, di-2-ethylhexyl peroxydicarbonate, t-butyl peroxypivalate, and t-hexyl peroxyisopropyl monocarbonate. Peroxides can be used.

環状エーテル基含有化合物は電解液中のLiや微量のHによって、熱あるいは充放電により重合が開始される。 Polymerization of the cyclic ether group-containing compound is initiated by heat or charge / discharge due to Li + or a small amount of H + in the electrolyte.

一方、常温でゲル状電解質を形成する高分子を電解液中に高温溶解したものを冷却する方法は、このような高分子としては、電解液に対してゲルを形成し電池材料として安定なものであればどのようなものであってもよい。例えば、ポリビニルピリジン、ポリ−N−ビニルピロリドンなどの環を有するポリマー、;ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチルなどのアクリル誘導体ポリマー、;ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系樹脂;ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンシアニドなどのCN基含有ポリマー;ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコールなどのポリビニルアルコール系ポリマー;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのハロゲン含有ポリマーなどが挙げられる。また、上記の高分子などとの混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体などであっても使用できる。これらの高分子の重量平均分子量は通常10000〜5000000の範囲である。分子量が低いとゲルを形成しにくくなる。分子量が高いと粘度が高くなりすぎて取り扱いが困難となる。   On the other hand, a method of cooling a polymer that forms a gel electrolyte at room temperature at a high temperature is dissolved in an electrolyte solution. As such a polymer, a gel is formed with respect to the electrolyte solution and is stable as a battery material. Anything may be used. For example, polymers having a ring such as polyvinyl pyridine and poly-N-vinyl pyrrolidone; acrylic derivative polymers such as methyl polyacrylate and polyethyl acrylate; fluorine-based resins such as polyvinyl fluoride and polyvinylidene fluoride; polyacrylonitrile CN group-containing polymers such as polyvinylidene cyanide; polyvinyl alcohol polymers such as polyvinyl acetate and polyvinyl alcohol; halogen-containing polymers such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride. Moreover, it can be used even if it is a mixture with said polymer | macromolecule, a modified body, a derivative | guide_body, a random copolymer, a graft copolymer, a block copolymer etc. The weight average molecular weight of these polymers is usually in the range of 10,000 to 5,000,000. When the molecular weight is low, it is difficult to form a gel. If the molecular weight is high, the viscosity becomes too high and handling becomes difficult.

また、本願の請求項6に係る発明は、前記請求項5に記載の非水系二次電池において、前記ゲル化されている非水系電解液における電解液の含有量は、ゲル化されている非水系電解液の総量に対して50質量%以上99.5質量%以下であることを特徴とする。   The invention according to claim 6 of the present application is the nonaqueous secondary battery according to claim 5, wherein the content of the electrolyte in the gelled nonaqueous electrolyte is gelled. It is 50 mass% or more and 99.5 mass% or less with respect to the total amount of aqueous electrolyte solution.

ゲル化されている非水系電解液における電解液の含有量が50質量%未満と少なすぎるとイオン伝導度が低下して高負荷放電容量が低下する。より好ましくはゲル状電解質の総量に対して75質量%以上である。さらに、電解液の含有量が、99.5質量%を超えると、ゲル化されている非水系電解液の機械的強度が得られない。   If the content of the electrolytic solution in the gelled non-aqueous electrolytic solution is too small, less than 50% by mass, the ionic conductivity decreases and the high load discharge capacity decreases. More preferably, it is 75 mass% or more with respect to the total amount of the gel electrolyte. Furthermore, when the content of the electrolytic solution exceeds 99.5% by mass, the mechanical strength of the gelled non-aqueous electrolytic solution cannot be obtained.

本発明の上記構成によれば、炭素質原料を二酸化炭素を含むガスを励起したマイクロ波プラズマによって処理すると、炭素表面に付着していた水分が除去されると同時にCOから誘導された官能基が導入され、それと同時に二酸化炭素の吸着が生じるので、これらにより以下に具体的に例示するように、電池の初期充放電時に負極表面に良質なSEI被膜が形成され、負荷特性及びサイクル特性が向上する。 According to the above configuration of the present invention, when the carbonaceous raw material is treated with microwave plasma in which a gas containing carbon dioxide is excited, moisture attached to the carbon surface is removed and at the same time, a functional group derived from CO 2. At the same time, carbon dioxide is adsorbed, and as a result, a good-quality SEI film is formed on the negative electrode surface during the initial charge and discharge of the battery, and the load characteristics and cycle characteristics are improved. To do.

なお、電解液がゲル化されている場合は、負極活物質表面にポリマー成分が付着しているために負極界面抵抗が大きくなるので、液状電解質を使用した非水系二次電池よりも著しく特性低下が引き起こされるため、本発明のように炭素質材料として二酸化炭素を含むガスを励起したマイクロ波プラズマによって処理されたものを用いたことの効果は顕著である。   When the electrolyte is gelled, the negative electrode interface resistance increases because the polymer component adheres to the surface of the negative electrode active material, so the characteristics are significantly reduced compared to non-aqueous secondary batteries using liquid electrolytes. Therefore, the effect of using a material treated with microwave plasma excited with a gas containing carbon dioxide as a carbonaceous material as in the present invention is remarkable.

以下、本願発明を実施するための最良の形態を実施例及び比較例を用いて詳細に説明するが、以下の実施例は、本発明をこの実施例に示されたものに限定することを意図して開示されたものではない。なお、以下の実施例及び比較例は全てドライルームにて行った。   BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail using examples and comparative examples. However, the following examples are intended to limit the present invention to those shown in these examples. It is not disclosed. The following examples and comparative examples were all performed in a dry room.

<炭素質原料のプラズマ処理>
図1に本発明で使用されるプラズマ処理装置10の概略図を示す。このプラズマ処理装置10は、マイクロ波発生部11と、導波管12と、石英製のプラズマ反応室13と、プラズマ処理された炭素質材料を回収するための粉体回収室14とを有している。マイクロ波発生部11で発生した周波数2.45GHzのマイクロ波は、導波管12を経て、プラズマ反応室13へ印加するようになされており、プラズマ反応室13の中央部でマイクロ波プラズマ15を発生するようになっている。このプラズマ反応室13には、上部中央にキャリヤーガスにより搬送された炭素質原料粉末の供給口16が、またこの炭素質原料粉末の供給口16の周りにはプラズマ反応室13内に均一にプラズマ生成ガスを導入するためのプラズマ生成ガス導入口17が設けられており、更に、プラズマ反応室13の下部には粉体回収室14が設けられている。
<Plasma treatment of carbonaceous raw material>
FIG. 1 shows a schematic view of a plasma processing apparatus 10 used in the present invention. The plasma processing apparatus 10 includes a microwave generation unit 11, a waveguide 12, a quartz plasma reaction chamber 13, and a powder recovery chamber 14 for recovering a plasma-treated carbonaceous material. ing. A microwave having a frequency of 2.45 GHz generated in the microwave generator 11 is applied to the plasma reaction chamber 13 through the waveguide 12, and the microwave plasma 15 is applied to the central portion of the plasma reaction chamber 13. It is supposed to occur. In the plasma reaction chamber 13, a supply port 16 of carbonaceous raw material powder conveyed by a carrier gas is provided in the upper center, and the plasma reaction chamber 13 has a uniform plasma around the supply port 16 of the carbonaceous raw material powder. A plasma generation gas inlet 17 for introducing the generated gas is provided, and a powder recovery chamber 14 is provided at the lower part of the plasma reaction chamber 13.

まず、酸素や水分の影響を取り除くために1×10−7Torrまで真空引きを行う。そして、プラズマ反応室13内にプラズマ生成ガス導入口17を経てアルゴン(Ar)ガスとCOガスとの混合ガスを導入し、側部より周波数2.45GHzのマイクロ波を印加してマイクロ波プラズマ15を発生させる。このときのプラズマ生成条件としては、圧力:5Torr、投入電力:2.5kWとした。炭素質原料粉末は、Arをキャリヤーガスとしてプラズマ反応室13内に供給した。炭素質原料粉末の供給速度は10g/minとした。 First, evacuation is performed to 1 × 10 −7 Torr in order to remove the influence of oxygen and moisture. Then, a mixed gas of argon (Ar) gas and CO 2 gas is introduced into the plasma reaction chamber 13 through the plasma generation gas introduction port 17, and a microwave with a frequency of 2.45 GHz is applied from the side to microwave plasma. 15 is generated. The plasma generation conditions at this time were pressure: 5 Torr and input power: 2.5 kW. The carbonaceous raw material powder was supplied into the plasma reaction chamber 13 using Ar as a carrier gas. The supply rate of the carbonaceous raw material powder was 10 g / min.

<負極板の作製>
次に、実施例及び比較例に共通する非水系二次電池の具体的製造方法について説明する。負極板は、黒鉛粉末よりなる負極活物質、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)よりなる結着剤(例えば10質量%)等と、N−メチルピロリドンからなる有機溶剤等に溶解したものを混合して、スラリーあるいはペーストとする。これらのスラリーあるいはペーストを、スラリーの場合はダイコーター、ドクターブレード等を用いて、ペーストの場合はローラコーティング法等により負極芯体(例えば、厚みが10μmの鋼箔)の両面の全面にわたって均一に塗布して、活物質層を塗布した負極板を形成する。この後、活物質層を塗布した負極板を乾燥機中に通過させて、スラリーあるいはペースト作製時に必要であった有機溶剤を除去して乾燥させる。乾燥後、この乾燥負極板をロールプレス機により圧延して、厚みが120μmの負極板を作製する。
<Preparation of negative electrode plate>
Next, a specific method for manufacturing a non-aqueous secondary battery common to the examples and comparative examples will be described. The negative electrode plate is prepared by mixing a negative electrode active material made of graphite powder, a binder (for example, 10% by mass) made of polyvinylidene fluoride (PVdF) and the like and an organic solvent made of N-methylpyrrolidone. A slurry or paste is used. These slurries or pastes are uniformly applied over the entire surface of the negative electrode core (for example, a steel foil having a thickness of 10 μm) by using a die coater, a doctor blade or the like in the case of slurry, or by a roller coating method in the case of paste. The negative electrode plate which apply | coated and applied the active material layer is formed. Thereafter, the negative electrode plate coated with the active material layer is passed through a drier to remove the organic solvent that was necessary when the slurry or paste was prepared, and then dried. After drying, this dried negative electrode plate is rolled by a roll press to produce a negative electrode plate having a thickness of 120 μm.

<正極板の作製>
コバルト酸リチウム(LiCoO)からなる正極活物質を黒鉛(例えば5質量%)と、ポリビニリデンフルオライド(PVdF)よりなる結着剤(例えば5質量%)等を、N−メチルピロリドンからなる有機溶剤等に溶解したものを混合して、活物質スラリーあるいは活物質ペーストとする。これらの活物質スラリーあるいは活物質ペーストを、スラリーの場合はダイコーター、ドクターブレード等を用いて、ペーストの場合はローラコーティング法等により正極芯体(例えば、厚みが20μmのアルミニウム箔あるいはアルミニウムメッシュ)の両面に均一に塗付して活物質層を塗布した正極板を形成する。この後、活物質層を塗布した正極板を乾燥機中に通過させて、スラリーあるいはペースト作製時に必要であった有機溶剤を除去して乾燥させ、乾燥後にこの正極板をロールプレス機により圧延して、厚みが125μmの正極板を作製する。
<Preparation of positive electrode plate>
A positive electrode active material made of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) is made of graphite (for example, 5% by mass), a binder made of polyvinylidene fluoride (PVdF) (for example, 5% by mass), or the like, and an organic material made of N-methylpyrrolidone. What was melt | dissolved in the solvent etc. is mixed and it is set as an active material slurry or an active material paste. These active material slurries or active material pastes, in the case of slurry using a die coater, a doctor blade, etc., in the case of paste, a positive electrode core (for example, an aluminum foil or aluminum mesh having a thickness of 20 μm) by a roller coating method or the like The positive electrode plate which apply | coated uniformly on both surfaces and apply | coated the active material layer is formed. Then, the positive electrode plate coated with the active material layer is passed through a dryer to remove and dry the organic solvent necessary for slurry or paste preparation. After drying, the positive electrode plate is rolled with a roll press. Thus, a positive electrode plate having a thickness of 125 μm is produced.

<電解液の作製>
エチレンカーボネート(EC)/プロピレンカーボネート(PC)/ジエチルカーボネート(DEC)=10/10/80の体積比で混合した溶媒中に1.0M−LiPFとなる割合で溶解させて非水電解液を作製した。これにエチレングリコールジアクリレートをエチレングリコールジアクリレート:非水電解液=10:90(質量比)となるように混合してプレゲルを作製する。
<電極体の作製>
上述のようにして作製した正極板と負極板を、有機溶媒との反応性が低く、かつ安価なポリオレフィン系樹脂からなる微多孔膜(例えば厚みが20μmのポリエチレンセパレータ)を間に挟んで、かつ、各極板の幅方向の中心線を一致させて重ね合わせる。この後、巻き取り機により捲回し、最外周をテープ止めして実施例及び比較例の渦巻状電極体とする。次いで、上述のようにして作製した電極体をアルミラミネートにより構成された外装体にそれぞれ挿入し、電極体より延出した正極集電タブ、負極集電タブを外装体と共に溶着する。
<Preparation of electrolyte>
A non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving 1.0M-LiPF 6 in a solvent mixed at a volume ratio of ethylene carbonate (EC) / propylene carbonate (PC) / diethyl carbonate (DEC) = 10/10/80. Produced. This is mixed with ethylene glycol diacrylate so that ethylene glycol diacrylate: non-aqueous electrolyte = 10: 90 (mass ratio) to prepare a pregel.
<Production of electrode body>
The positive electrode plate and the negative electrode plate produced as described above are sandwiched with a microporous membrane (for example, a polyethylene separator having a thickness of 20 μm) made of a polyolefin-based resin that has low reactivity with an organic solvent and is inexpensive, and Then, the center lines in the width direction of each electrode plate are made to coincide with each other. Then, it winds with a winder and tapes the outermost periphery, and it is set as the spiral electrode body of an Example and a comparative example. Next, the electrode bodies produced as described above are inserted into the exterior bodies made of aluminum laminate, and the positive electrode current collecting tab and the negative electrode current collection tab extending from the electrode bodies are welded together with the exterior body.

<電池の作製>
次いで、前記プレゲルを外装体の開口部より必要量注液した後開口部をシールして、70℃で3時間加熱して重合させ、実施例及び比較例の全てについて設計容量が700mAhのリチウムイオン非水系二次電池を作製した。
<Production of battery>
Next, after the required amount of the pregel was injected from the opening of the outer package, the opening was sealed and polymerized by heating at 70 ° C. for 3 hours. Lithium ion having a design capacity of 700 mAh for all of the examples and comparative examples A non-aqueous secondary battery was produced.

なお、実施例で使用した炭素質材料は、市販の黒鉛粉末に対して前記のマイクロ波プラズマ処理を行ったものを使用し、比較例としてはマイクロ波プラズマ処理を行わなかった以外は実施例の炭素質材料と同じ市販の黒鉛粉末を用いた。   The carbonaceous material used in the examples was obtained by performing the above-described microwave plasma treatment on commercially available graphite powder, and as a comparative example, the examples of the examples except that the microwave plasma treatment was not performed. The same commercially available graphite powder as the carbonaceous material was used.

<充放電条件>
上述のようにして作製した実施例及び比較例の非水系二次電池のそれぞれについて、以下に示した充放電条件下で各種充放電試験を行った。なお、充放電試験時の周囲温度は全て25℃である。
<Charging / discharging conditions>
Each of the non-aqueous secondary batteries of Examples and Comparative Examples produced as described above was subjected to various charge / discharge tests under the following charge / discharge conditions. The ambient temperature during the charge / discharge test is 25 ° C.

<負荷特性の測定>
まず最初に、各電池について、1It(1C)=700mAの定電流で充電し、電池電圧が4.2Vに達した後は4.2Vの定電圧で電流値が35mA(1It/20)になるまで充電した。その後、10分間休止した後、1Itの定電流で電池電圧が2.75Vに達するまで放電を行う。放電後に10分間の休止時間を入れ、充電条件は上記のものと同じで、放電電流を0.2It=140mAとして放電容量を求め、そのときの放電容量を0.2It放電容量とした。別途、放電電流を3It=2100mAとして放電容量を求め、そのときの放電容量を3It放電容量とした。そして、以下の計算式により負荷特性を求めた。結果を表1に示す。
負荷特性(%)=(3It放電容量/0.2It放電容量)×100
<Measurement of load characteristics>
First, each battery is charged with a constant current of 1 It (1 C) = 700 mA, and after the battery voltage reaches 4.2 V, the current value becomes 35 mA (1 It / 20) with a constant voltage of 4.2 V. Until charged. Then, after resting for 10 minutes, discharging is performed at a constant current of 1 It until the battery voltage reaches 2.75V. A discharge time of 10 minutes was inserted after the discharge, the charging conditions were the same as those described above, the discharge capacity was determined with the discharge current set to 0.2 It = 140 mA, and the discharge capacity at that time was set to the 0.2 It discharge capacity. Separately, the discharge capacity was obtained by setting the discharge current to 3 It = 2100 mA, and the discharge capacity at that time was taken as the 3 It discharge capacity. And the load characteristic was calculated | required with the following formulas. The results are shown in Table 1.
Load characteristics (%) = (3 It discharge capacity / 0.2 It discharge capacity) × 100

<サイクル特性の測定>
サイクル特性の測定は、1It=700mAの定電流で電池電圧が4.2Vに達するまで充電した後、電池電圧が4.2Vに達した後は4.2Vの定電圧で電流値が35mA(1It/20)になるまで充電した。その後、10分間休止した後、1Itの定電流で電池電圧が2.75Vに達するまで放電を行う。放電後に10分間の休止を入れ、この休止を含めた充放電を1サイクルとし、500サイクルまで試験を継続する。1サイクル目の放電容量と500サイクル目の放電容量を求めて、以下の計算式によりサイクル特性を測定した。結果をまとめて表1に示す。
サイクル特性(%)=(500サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量)×100
<Measurement of cycle characteristics>
The cycle characteristics were measured by charging at a constant current of 1 It = 700 mA until the battery voltage reached 4.2 V, and after the battery voltage reached 4.2 V, the current value was 35 mA (1 It at a constant voltage of 4.2 V. / 20) until charged. Then, after resting for 10 minutes, discharging is performed at a constant current of 1 It until the battery voltage reaches 2.75V. After the discharge, a 10-minute pause is inserted, and the charge / discharge including this pause is defined as one cycle, and the test is continued up to 500 cycles. The discharge capacity at the first cycle and the discharge capacity at the 500th cycle were obtained, and the cycle characteristics were measured by the following formula. The results are summarized in Table 1.
Cycle characteristics (%) = (discharge capacity at 500th cycle / discharge capacity at the first cycle) × 100

Figure 2005135755
Figure 2005135755

表1の結果から、二酸化炭素を含むガスを励起したマイクロ波プラズマによって処理した炭素質材料含む負極を用いた実施例の非水系二次電池は、このようなプラズマ処理を行わない炭素質材料を含む比較例の非水系二次電池と比すると、負荷特性及びサイクル特性共に大幅に優れていることが確認できた。   From the results of Table 1, the non-aqueous secondary battery of the example using the negative electrode containing the carbonaceous material treated by the microwave plasma excited with the gas containing carbon dioxide is a carbonaceous material not subjected to such plasma treatment. It was confirmed that both the load characteristics and the cycle characteristics were significantly superior as compared with the non-aqueous secondary battery of the comparative example.

また、上記実施例ではゲル状非水系電解液を使用した例のみを示したが、本発明の効果は負極の界面のSEIで生じる現象であるため、電解液の性状により変わるものではないので、前記非水系電解液が液状のものであっても同様の効果が奏されることは当業者にとり自明であろう。   Further, in the above examples, only an example using a gel-like non-aqueous electrolyte solution was shown, but the effect of the present invention is a phenomenon caused by SEI at the interface of the negative electrode, so it does not change depending on the property of the electrolyte solution. It will be apparent to those skilled in the art that the same effect can be obtained even when the non-aqueous electrolyte is liquid.

本発明で使用されるプラズマ処理装置の概略図である。It is the schematic of the plasma processing apparatus used by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 プラズマ処理装置
11 マイクロ波発生部
12 導波管
13 プラズマ反応室
14 粉体回収室
15 マイクロ波プラズマ
16 炭素質原料粉末の供給口
17 プラズマ生成ガス導入口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Plasma processing apparatus 11 Microwave generation part 12 Waveguide 13 Plasma reaction chamber 14 Powder recovery chamber 15 Microwave plasma 16 Supply port 17 of carbonaceous raw material powder 17 Plasma generation gas introduction port

Claims (6)

炭素質原料を二酸化炭素を含むガスを励起したマイクロ波プラズマによって処理することを特徴とする非水系二次電池の負極用炭素材料の製造方法。   A method for producing a carbon material for a negative electrode of a non-aqueous secondary battery, wherein a carbonaceous raw material is treated with microwave plasma excited with a gas containing carbon dioxide. 前記炭素質原料は、黒鉛系炭素質原料であることを特徴とする請求項1に記載の非水系二次電池の負極用炭素材料の製造方法。   The said carbonaceous raw material is a graphite-type carbonaceous raw material, The manufacturing method of the carbon material for negative electrodes of the non-aqueous secondary battery of Claim 1 characterized by the above-mentioned. 前記黒鉛系炭素質原料が、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズカーボンマイクロビーズ、メソフェーズピッチ系黒鉛繊維、気相成長炭素繊維、黒鉛ウィスカーから選択された少なくとも1種であることを特徴とする請求項2に記載の非水系二次電池の負極様炭素材料の製造方法。   3. The graphite-based carbonaceous raw material is at least one selected from natural graphite, artificial graphite, mesophase carbon microbeads, mesophase pitch-based graphite fibers, vapor-grown carbon fibers, and graphite whiskers. The manufacturing method of the negative electrode-like carbon material of the non-aqueous secondary battery as described in 2. リチウムを可逆的に吸蔵・放出する正極材料を有する正極と、リチウムを可逆的に吸蔵・放出する炭素質材料を有する負極と、非水系電解液とを備えた非水系二次電池において、前記炭素質材料として二酸化炭素を含むガスを励起したマイクロ波プラズマによって処理されたものを用いたことを特徴とする非水系二次電池。   In the non-aqueous secondary battery comprising a positive electrode having a positive electrode material that reversibly occludes / releases lithium, a negative electrode having a carbonaceous material that reversibly occludes / releases lithium, and a non-aqueous electrolyte, the carbon A non-aqueous secondary battery using a material treated with microwave plasma excited with a gas containing carbon dioxide as a material. 前記非水系電解液がゲル化されていることを特徴とする請求項4に記載の非水系二次電池。   The non-aqueous secondary battery according to claim 4, wherein the non-aqueous electrolyte is gelled. 前記ゲル化されている非水系電解液における電解液の含有量は、ゲル化されている非水系電解液の総量に対して50質量%以上99.5質量%以下であることを特徴とする請求項5に記載の非水系二次電池。
The content of the electrolyte solution in the gelled non-aqueous electrolyte solution is 50% by mass or more and 99.5% by mass or less based on the total amount of the gelled non-aqueous electrolyte solution. Item 6. The nonaqueous secondary battery according to Item 5.
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