JP2007076929A - Manufacturing method for graphitized powder of mesocarbon microspheres - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method for a graphitized material which has high crystalinity and spherical shape, and is suitable to be used as a material for lithium-ion secondary batteries. <P>SOLUTION: The manufacturing method is for the graphitized powder consisting of mesocarbon microspheres and comprises the steps of: peeling off a surface part of the sintered powder of mesocarbon microspheres and obtaining the mixture of peeled surface portions and remaining portions; removing the peeled portions from the above mixture to obtain the remaining portions; and graphitizing the remaining portions to obtain the graphitized powder of mesocarbon microspheres. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極材料に適するメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder suitable for a negative electrode material for a lithium ion secondary battery.

近年、電子機器の小型化あるいは高性能化に伴い、電池の高エネルギー密度化に対する要望はますます高まっている。この状況のなか、負極にリチウムを利用したリチウムイオン二次電池はエネルギー密度が高く、高電圧化が可能であるという利点を有することから注目されている。
このリチウムイオン二次電池では、リチウム金属をそのまま負極として用いる場合、充電時にリチウムがデンドライト状に析出するため、負極が劣化し、充放電サイクルが短いことが知られている。またデンドライト状に析出したリチウムがセパレータを貫通して、正極に達し短絡する可能性もある。
In recent years, with the miniaturization or high performance of electronic devices, there is an increasing demand for higher energy density of batteries. In this situation, a lithium ion secondary battery using lithium as a negative electrode has attracted attention because it has the advantages of high energy density and high voltage.
In this lithium ion secondary battery, it is known that when lithium metal is used as it is as a negative electrode, lithium is deposited in a dendrite state during charging, so that the negative electrode deteriorates and the charge / discharge cycle is short. There is also a possibility that lithium deposited in a dendritic state penetrates the separator, reaches the positive electrode, and is short-circuited.

このため正・負極用各材料を、それぞれリチウムイオンの担持体として機能する、酸化還元電位の異なる二種類の層間化合物で構成し、充放電過程における非水溶媒の出入を層間で行うようにしたリチウムイオン二次電池が検討されている。
この負極材料として、リチウムイオンを吸蔵・放出する能力を有し、リチウム金属の析出を防止し得る炭素材料を用いることが提案されている。炭素材料としては黒鉛結晶性構造または乱層構造などの多種多様な構造、組織、形態のものが知られており、それにより充放電時の作動電圧を初めとする電極性能が大きく異なる。その中でも、特に充放電特性に優れ、高い放電容量と電位平坦性とを示す黒鉛材料が有望視されている。
For this reason, each material for positive and negative electrodes is composed of two kinds of intercalation compounds with different oxidation-reduction potentials, each functioning as a lithium ion support, and the non-aqueous solvent enters and exits during the charge / discharge process. Lithium ion secondary batteries are being studied.
As this negative electrode material, it has been proposed to use a carbon material that has the ability to occlude and release lithium ions and can prevent the precipitation of lithium metal. A wide variety of structures, structures, and forms such as a graphite crystalline structure or a disordered layer structure are known as carbon materials, and the electrode performance including the operating voltage during charging / discharging varies greatly. Among them, graphite materials that are particularly excellent in charge / discharge characteristics and exhibit high discharge capacity and potential flatness are promising.

この黒鉛材料は、結晶性黒鉛構造が発達するほど、リチウムとの層間化合物を安定して形成しやすく、多量のリチウムが炭素網面の層間に挿入されるので、高い放電容量が得られることが報告されている(例えば非特許文献1参照)。
また、黒鉛材料は、リチウムの挿入量により種々の層構造を形成し、それらが共存する領域では平坦でかつリチウム金属に近い高い電位を示す(例えば非特許文献2参照)。
このように、黒鉛材料を用いて組電池にした場合には高出力を得ることが可能になると考えられ、一般的に炭素負極材料の理論容量(限界値)は、最終的に黒鉛とリチウムとの理想的な黒鉛層間化合物LiCが形成された場合の放電容量372mAh/gとされている。
As the crystalline graphite structure develops, this graphite material can easily form an intercalation compound with lithium, and a large amount of lithium is inserted between layers of the carbon network surface, so that a high discharge capacity can be obtained. Has been reported (for example, see Non-Patent Document 1).
In addition, the graphite material forms various layer structures depending on the amount of lithium inserted, and is flat in a region where they coexist and exhibits a high potential close to lithium metal (for example, see Non-Patent Document 2).
As described above, it is considered that a high output can be obtained when an assembled battery is formed using a graphite material. Generally, the theoretical capacity (limit value) of a carbon anode material is finally determined by combining graphite and lithium. When the ideal graphite intercalation compound LiC 6 is formed, the discharge capacity is 372 mAh / g.

このような黒鉛材料を用いたリチウムイオン二次電池用負極材料として、例えば、次に示す特許文献1に記載のものが挙げられる。
特許文献1には、特定量の揮発分を含有するバルクメソフェーズ、メソフェーズ小球体、生コークスなどの黒鉛前駆体に、剪断力と圧縮力を同時に付加し得るメカノケミカル処理を施した後、黒鉛化することにより、非酸化性雰囲気で行われる黒鉛化(高温加熱)時の材料同士の融着を抑制し、かつ、高結晶性黒鉛からなる核の表面を、核に比べて相対的に低結晶性に変え、均一な低結晶性薄膜が核から剥離することがない黒鉛質材料について記載されている。
そして、このような黒鉛質材料を負極材料として用いたリチウムイオン二次電池は、高い放電容量を維持したまま、不可逆容量を低減することが可能であり、さらに、初期充放電効率を大幅に改善することができると記載されている。
Examples of the negative electrode material for a lithium ion secondary battery using such a graphite material include those described in Patent Document 1 shown below.
In Patent Document 1, a graphite precursor such as bulk mesophase, mesophase spherule, and raw coke containing a specific amount of volatile matter is subjected to mechanochemical treatment that can simultaneously apply shearing force and compressive force, and then graphitized. By suppressing the fusion of materials during graphitization (high temperature heating) performed in a non-oxidizing atmosphere, the surface of the nucleus made of highly crystalline graphite is relatively low compared to the nucleus. In other words, a graphite material in which a uniform low crystalline thin film does not peel from the core is described.
A lithium ion secondary battery using such a graphite material as a negative electrode material can reduce the irreversible capacity while maintaining a high discharge capacity, and further greatly improve the initial charge / discharge efficiency. It is stated that you can.

ところで、上記のようなリチウムイオンの担持体として機能する黒鉛材料は、さらに、その形状が球状であることが好ましい。
例えば、黒鉛材料が燐片状の天然黒鉛である場合や、針状、繊維状のような球状ではない形状を有するものである場合、球状である場合と比べて比表面積が大きいために黒鉛材料の反応性が高くなり、充放電時にリチウムイオン二次電池の電解液の分解反応が起こり、クーロン効率の低下、および電解液の分解によるガス発生を引き起こす場合があるからである。
By the way, it is preferable that the graphite material functioning as a lithium ion carrier as described above has a spherical shape.
For example, when the graphite material is flake-like natural graphite, or has a non-spherical shape such as a needle shape or a fiber shape, the graphite material has a larger specific surface area than that of a spherical shape. This is because the decomposition reaction of the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery occurs at the time of charge and discharge, which may cause a decrease in coulomb efficiency and gas generation due to decomposition of the electrolyte solution.

これに対して、例えばメソカーボン小球体黒鉛化粉のような球状の黒鉛材料であれば、上記のようなクーロン効率の低下等の問題は生じ難い。
しかし、従来のメソカーボン小球体黒鉛化粉は、例えば天然黒鉛と比較すると相対的に結晶性が低く、放電容量が低い。メソカーボン小球体を芳香族ピッチマトリックスまたは脂肪族ピッチマトリックスから取り出す際に、難黒鉛化性炭素であるピッチやメタカーボンがメソカーボン小球体の表面に残存するためにこれを黒鉛化しても、メソカーボン小球体の結晶性は低い。
特開2003−171110号公報 T.IIJIMA他著、「Application of Carbon Fibers and Pitch Cokes for Negative Electrodes of Lithium Rechargeable Batteries」、電気化学および工業物理化学、社団法人電気化学会、1993年7月、vol61、No2、p.1383 T.Ohzuku著、「Formation of Lithium -Graphite Intercalation Compounds in Nonaqueous Electrolytes and Their Application as a Negative Electrade for a Lithium Ion Cell」、J.Electrochem.Soc.、米国、The Electrochemical Society.Inc、1993年9月、vol140、No9、p.2490
On the other hand, if it is a spherical graphite material such as mesocarbon microsphere graphitized powder, problems such as a decrease in Coulomb efficiency as described above hardly occur.
However, the conventional mesocarbon microsphere graphitized powder has relatively low crystallinity and a low discharge capacity compared with, for example, natural graphite. When the mesocarbon spherules are removed from the aromatic pitch matrix or the aliphatic pitch matrix, pitch and metacarbon, which are non-graphitizable carbon, remain on the surface of the mesocarbon spherules. The crystallinity of carbon spherules is low.
JP 2003-171110 A T.A. IIJIMA et al., “Application of Carbon Fibers and Pitch Cokes for Negative Electrodes of Lithium Rechargeable Batteries”, Electrochemistry and Industrial Physical Chemistry, The Electrochemical Society of Japan, July 1993, vol 61, No. 2, p. 1383 T.A. Ohzuku, “Formation of Lithium -Graphite Intercalation Compounds in Nonaqueous Electrolytes and Their Application as a Negative Electrade for a Lithium Ion Cell”, J. Electrochem. Soc., USA, The Electrochemical Society. Inc, September 1993, vol 140, No9, p. 2490

このようにリチウムイオン二次電池負極材料として用いる黒鉛材料は、結晶性が高く、かつ、球状であることが好ましい。
しかしながら、従来、このような黒鉛材料は存在せず、その開発が望まれてきた。
Thus, the graphite material used as the negative electrode material for the lithium ion secondary battery preferably has high crystallinity and is spherical.
However, conventionally, such a graphite material does not exist, and development thereof has been desired.

本発明者は、特定の種類の黒鉛材料を用い、さらにその低結晶部分を除去して残った高結晶部分を用いて黒鉛化して製造した黒鉛化粉が、上記の課題を解決した高結晶性を有し、かつ球状である黒鉛材料であることを見出した。   The inventor of the present invention uses a specific type of graphite material, and further graphitized powder produced by removing the low crystal portion and using the remaining high crystal portion to achieve high crystallinity that solves the above problem. It was found to be a graphite material having a spherical shape.

すなわち、本発明は次の(1)〜(5)である。
(1)メソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法であって、メソカーボン小球体焼成粉の表面部分を剥離手段により剥離し、剥離された前記表面部分である剥離部と残部との混合物を得る剥離工程と、前記混合物から、前記剥離部を除去し、前記残部を得る除去工程と、前記残部を黒鉛化処理し、メソカーボン小球体黒鉛化粉を得る黒鉛化工程と、を具備するメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法。
(2)前記メソカーボン小球体焼成粉が、メソカーボン小球体を400〜1300℃の非酸化性雰囲気中で処理して得られるメソカーボン小球体焼成粉である上記(1)に記載のメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法。
(3)前記剥離手段が、メカノケミカル処理である上記(1)または(2)に記載のメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法。
(4)前記混合物中の前記剥離部の存在比率が、1〜5質量%である上記(1)〜(3)のいずれかに記載のメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法。
(5)前記メソカーボン小球体黒鉛化粉が、リチウムイオン二次電池用負極材料である上記(1)〜(4)のいずれかに記載のメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法。
That is, the present invention includes the following (1) to (5).
(1) A method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder, in which the surface portion of the mesocarbon microsphere fired powder is peeled off by a peeling means to obtain a mixture of the peeled portion and the remaining portion which are the peeled surface portions. A mesocarbon comprising: a peeling step; a removing step of removing the peeled portion from the mixture to obtain the remaining portion; and a graphitizing step of obtaining a mesocarbon microsphere graphitized powder by graphitizing the remaining portion. Method for producing small spherical graphitized powder.
(2) The mesocarbon microsphere fired powder is a mesocarbon microsphere fired powder obtained by treating mesocarbon microspheres in a non-oxidizing atmosphere at 400 to 1300 ° C. Method for producing small spherical graphitized powder.
(3) The method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder according to (1) or (2), wherein the peeling means is a mechanochemical treatment.
(4) The method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder according to any one of (1) to (3), wherein the abundance ratio of the peeled portion in the mixture is 1 to 5% by mass.
(5) The method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder according to any one of (1) to (4), wherein the mesocarbon microsphere graphitized powder is a negative electrode material for a lithium ion secondary battery.

このように方法により製造したリチウムイオン二次電池負極材料は天然黒鉛と同程度の高結晶性を有するので、放電容量が高い。さらに、球状であるので、燐片状である天然黒鉛等と比較すると、充放電時にリチウムイオン二次電池の電解液の分解反応が起こり難く、クーロン効率の低下、および電解液の分解によるガス発生が生じにくい。   Since the lithium ion secondary battery negative electrode material manufactured by such a method has a high crystallinity comparable to that of natural graphite, the discharge capacity is high. Furthermore, since it is spherical, compared to flake-shaped natural graphite, etc., the decomposition reaction of the electrolyte solution of the lithium ion secondary battery is less likely to occur during charging and discharging, the Coulomb efficiency is lowered, and the gas generation due to the decomposition of the electrolyte solution Is unlikely to occur.

本発明は、メソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法であって、メソカーボン小球体焼成粉の表面部分を剥離手段により剥離し、剥離された前記表面部分である剥離部と残部との混合物を得る剥離工程と、前記混合物から、前記剥離部を除去し、前記残部を得る除去工程と、前記残部を黒鉛化処理し、メソカーボン小球体黒鉛化粉を得る黒鉛化工程とを具備するメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法である。
このようなメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法を、以下では「本発明の製造方法」ともいう。
The present invention is a method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder, wherein the surface portion of the mesocarbon microsphere fired powder is peeled off by a peeling means, and the mixture of the peeled portion and the remaining portion, which is the peeled surface portion, is obtained. A mesocarbon comprising: an exfoliating step to be obtained; a removing step for removing the exfoliated portion from the mixture to obtain the remaining portion; and a graphitizing step for obtaining a mesocarbon microsphere graphitized powder by graphitizing the remaining portion. This is a method for producing small spherical graphitized powder.
Such a method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder is hereinafter also referred to as “the production method of the present invention”.

本発明の製造方法は、原料としてメソカーボン小球体焼成粉を用いる。そして、剥離工程と、除去工程と、黒鉛化工程とを具備する。   The production method of the present invention uses mesocarbon spheroids as a raw material. And a peeling process, a removal process, and a graphitization process are comprised.

始めに、メソカーボン小球体焼結粉について説明する。
本発明の製造方法で用いるメソカーボン小球体焼結粉は、メソカーボン小球体を焼結処理したものである。
First, the mesocarbon microsphere sintered powder will be described.
The mesocarbon small sphere sintered powder used in the production method of the present invention is obtained by sintering mesocarbon small spheres.

このメソカーボン小球体とは、タールやピッチ中の芳香族成分が縮合やスタッキングした球状物である。
例えば、石炭系および/または石油系ピッチを熱処理した際にピッチマトリックス中に生成する光学的異方性を示す小球体を濾過して得られる濾過残渣、または有機溶媒を用いてピッチマトリックス中から分離した小球体である。
This mesocarbon microsphere is a spherical product obtained by condensation or stacking of aromatic components in tar or pitch.
For example, filtration residue obtained by filtering small spheres showing optical anisotropy generated in a pitch matrix when coal-based and / or petroleum-based pitch is heat-treated, or separated from the pitch matrix using an organic solvent It is a small sphere.

この石炭系および/または石油系ピッチの熱処理は、減圧下、常圧下または加圧下のいずれであってもよい。この熱処理の温度範囲は通常300〜1200℃、好ましくは350〜600℃であり、熱処理時間は特に限定されないが、0.5〜100h程度である。
また、この熱処理は、還元性雰囲気(酸素濃度3体積%以下程度)下で行なうのが好ましいが、若干の(弱)酸化性雰囲気下で行なうこともできる。なお、この熱処理は、複数回行ってもよい。
さらに、この熱処理後の処理は、特に限定されず、任意の方法でメソカーボン小球体を分離、粉砕してもよい。例えば、分離は加熱加圧濾過、加熱減圧濾過などにより行うことができる。
The heat treatment of the coal-based and / or petroleum-based pitch may be performed under reduced pressure, normal pressure, or increased pressure. The temperature range of this heat treatment is usually 300 to 1200 ° C., preferably 350 to 600 ° C., and the heat treatment time is not particularly limited, but is about 0.5 to 100 hours.
This heat treatment is preferably performed in a reducing atmosphere (oxygen concentration of about 3% by volume or less), but can also be performed in a slight (weak) oxidizing atmosphere. Note that this heat treatment may be performed a plurality of times.
Furthermore, the treatment after the heat treatment is not particularly limited, and the mesocarbon spherules may be separated and pulverized by any method. For example, the separation can be performed by heating and pressure filtration, heating and vacuum filtration, or the like.

このようなメソカーボン小球体は、その形状がほぼ球状(球形状、断面が楕円形状のものや、角の取れた不定形であって全体として球形状に近い形状であるもの等)であり、平均アスペクト比(最大長軸長とそれに直交する軸の長さとの比)は3以下であり、2以下であることが好ましく、球状に近いこと、すなわち、アスペクト比が1に近いほど、より好ましい。また、平均粒子径は特に限定されないが5〜100μmであることが好ましく、5〜30μmであることがさらに好ましい。
なお、ここでいうアスペクト比および平均粒子径は、走査型電子顕微鏡による断面観察を100個の粒子について行い、粒子の最大長軸長およびそれに直交する軸の長さとを測定して求めたものである。アスペクト比はこの最大長軸長とそれに直交する軸の長さとの比を求め、100個の粒子の平均を求めたものである。平均粒子径は、この最大長軸長とそれに直交する軸の長さの平均値を求め、その値を観察した1つの粒子の径とし、同様な作業を100個の粒子について繰り返し、その平均値を求めたものである。
以下、メソカーボン小球体焼結粉、およびその黒鉛化物等のアスペクト比、平均粒子径は、同様な方法で測定した値を示すものとする。
Such mesocarbon spherules are almost spherical (spherical shape, elliptical in cross section, indeterminate shape with rounded corners, and a shape close to a spherical shape as a whole) The average aspect ratio (ratio between the maximum long axis length and the length of the axis perpendicular thereto) is 3 or less, preferably 2 or less, and is more preferably spherical, that is, the aspect ratio is closer to 1. . Moreover, although an average particle diameter is not specifically limited, It is preferable that it is 5-100 micrometers, and it is more preferable that it is 5-30 micrometers.
The aspect ratio and the average particle diameter here are obtained by performing cross-sectional observation with a scanning electron microscope on 100 particles and measuring the maximum long axis length of the particle and the length of the axis perpendicular thereto. is there. The aspect ratio is a ratio between the maximum long axis length and the length of the axis perpendicular to the maximum long axis length, and an average of 100 particles is obtained. For the average particle diameter, the average value of the maximum long axis length and the length of the axis perpendicular to the maximum axis length is obtained, and that value is taken as the diameter of one observed particle. The same operation is repeated for 100 particles, and the average value is obtained. Is what we asked for.
Hereinafter, the aspect ratio and average particle diameter of the mesocarbon microsphere sintered powder and the graphitized product thereof indicate values measured by the same method.

また、このような方法で得られるメソカーボン小球体は、その表面部分と内部との結晶性が異なっており、内部は表面部分と比較して結晶性が高く、天然黒鉛と同程度である。   In addition, the mesocarbon microspheres obtained by such a method have different crystallinity between the surface portion and the inside, and the inside has a higher crystallinity than the surface portion and is similar to natural graphite.

このようなメソカーボン小球体を焼成処理して焼成体とし、本発明の製造方法において原料として用いるメソカーボン小球体焼成粉とする。   Such mesocarbon spherules are fired to obtain a fired body, and mesocarbon spherule fired powder used as a raw material in the production method of the present invention.

この焼成処理の方法は特に限定されないが、好ましい処理方法として、例えば、上記のような方法で得たメソカーボン小球体を400〜1300℃、好ましくは450〜600℃の非酸化性雰囲気中で、0.5〜3h、好ましくは1〜2hの処理を行う処理方法を挙げることができる。   Although the method of this baking process is not specifically limited, As a preferable processing method, for example, the mesocarbon microspheres obtained by the above method are 400 to 1300 ° C., preferably 450 to 600 ° C. in a non-oxidizing atmosphere. The processing method which performs the process of 0.5-3h, Preferably 1-2h can be mentioned.

ここで、非酸化性雰囲気とは、酸素濃度が1体積%以下の雰囲気を意味する。酸素以外の成分は特に限定されず、例えば、窒素、アルゴン、二酸化炭素、一酸化炭素等が挙げられる。意図的にこのような酸素濃度に調整した反応容器内で、前記メソカーボン小球体を焼成処理してもよいが、大気とほぼ遮断した密閉容器内でメソカーボン小球体を焼成処理すれば、メソカーボン小球体から還元ガス(一酸化炭素や二酸化炭素)が発生するので、その密閉容器内を非酸化性雰囲気とすることができる。得られたメソカーボン小球体焼成粉の揮発分量は好ましくは2.0質量%未満である。   Here, the non-oxidizing atmosphere means an atmosphere having an oxygen concentration of 1% by volume or less. Components other than oxygen are not particularly limited, and examples thereof include nitrogen, argon, carbon dioxide, and carbon monoxide. The mesocarbon spherules may be calcined in a reaction vessel that has been intentionally adjusted to such an oxygen concentration. However, if the mesocarbon spherules are calcined in a sealed vessel that is substantially shielded from the atmosphere, the mesocarbon spherules may be calcined. Since reducing gas (carbon monoxide or carbon dioxide) is generated from the carbon microspheres, the inside of the sealed container can be made a non-oxidizing atmosphere. The amount of volatile components in the obtained mesocarbon microsphere fired powder is preferably less than 2.0% by mass.

このような温度範囲の非酸化性雰囲気中で、このような処理時間の焼成処理を行えば、メソカーボン小球体の表面の低結晶性部分と内部とを後述する剥離手段により剥離することができる。この処理温度が低すぎると、後述する剥離手段を適用した後でも、メソカーボン小球体焼結粉の表面に低結晶部分が残存する傾向がある。逆に、この処理温度が高すぎると、表面の低結晶性部分が硬質化して後述する剥離手段では剥離が困難になる傾向がある。   If the baking treatment is performed in such a temperature range in a non-oxidizing atmosphere in such a temperature range, the low crystalline portion on the surface of the mesocarbon microspheres and the inside can be peeled off by a peeling means described later. . If this treatment temperature is too low, a low crystal portion tends to remain on the surface of the mesocarbon microsphere sintered powder even after applying the peeling means described later. On the other hand, if this treatment temperature is too high, the low crystalline portion of the surface becomes hard and the peeling means described later tends to be difficult to peel.

なお、この焼成処理の方法は他の方法であってもよく、焼成処理の結果、メソカーボン小球体の表面の低結晶部分を、後述する剥離手段により、その内部と容易に剥離することができるようにする方法であればよい。   In addition, the method of this baking process may be another method, and as a result of the baking process, the low crystal portion on the surface of the mesocarbon microspheres can be easily peeled off from the inside thereof by the peeling means described later. Any method can be used.

次に、本発明の製造方法が具備する剥離工程について説明する。
本発明の製造方法が具備する剥離工程は、前記メソカーボン小球体焼成粉の表面部分を剥離手段により剥離し、剥離された前記表面部分である剥離部と残部との混合物を得る工程である。
Next, the peeling process which the manufacturing method of this invention comprises is demonstrated.
The peeling process which the manufacturing method of this invention comprises is a process of peeling the surface part of the said mesocarbon microsphere baking powder by a peeling means, and obtaining the mixture of the peeling part which is the said surface part which peeled, and the remainder.

ここで、剥離手段とは、剪断力および/または圧縮力を前記メソカーボン小球体焼成粉に加える機械的手段であり、剪断力および圧縮力を同時に加える機械的手段であることが好ましい。さらに摩擦力を加えるのがさらに好ましい。
また、この機械的手段は、メカノケミカル処理であることが好ましい。
さらに、このメカノケミカル処理は、メソカーボン小球体焼結粉に圧縮力と剪断力とを同時に掛けることができる装置であることが好ましい。例えば、加圧ニーダー、二本ロールなどの混練機、回転ボールミル、ハイブリダイゼーションシステム((株)奈良機械製作所製)、メカノマイクロス((株)奈良機械製作所製)、メカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン(株)製)などの装置を使用することができる。
Here, the peeling means is a mechanical means for applying a shearing force and / or a compressive force to the mesocarbon small sphere fired powder, and is preferably a mechanical means for simultaneously applying the shearing force and the compressive force. It is further preferable to apply a frictional force.
The mechanical means is preferably a mechanochemical treatment.
Further, this mechanochemical treatment is preferably an apparatus capable of simultaneously applying a compressive force and a shear force to the mesocarbon microsphere sintered powder. For example, a kneader such as a pressure kneader, two rolls, rotating ball mill, hybridization system (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), mechanomicros (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), mechanofusion system (Hosokawa Micron Co., Ltd.) Etc.) can be used.

上記のうちでも回転速度差を利用して剪断力および圧縮力を同時に付加する装置、例えば、図3(a) 〜(b) に模式的機構を示すホソカワミクロン(株)製メカノフュージョンシステムが好ましい。
この装置は、回転ドラム11と、回転ドラム11と回転速度の異なる内部部材(インナーピース)12と、メソカーボン小球体焼結粉13の循環機構14と排出機構15を有する装置を用い、回転ドラム11と内部部材12との間に供給されたメソカーボン小球体焼結粉13に遠心力を付加しながら、内部部材12により回転ドラム11との速度差に起因する圧縮力と剪断力とを同時に繰返し付加することによりメカノケミカル処理することができる。
このような回転ドラムと内部部材を備えた装置(図3)を用いる場合には、回転ドラムと内部部材との周速度差が好ましくは5〜50m/s、より好ましくは20〜50m/s、両者間の距離が好ましくは1〜50mm、より好ましくは1〜30mm、処理時間が好ましくは5〜60min、より好ましくは20〜60minの条件下で行う。
このような運転条件で処理すれば、前記メソカーボン小球体焼結粉の表面に形成された内部よりも相対的に結晶性が低い部分をほぼ全てを剥離することができ、かつ結晶性が高い内部部分まで剥離することはほぼないので好ましい。
Among these, a device that simultaneously applies a shearing force and a compressive force by utilizing a difference in rotational speed, for example, a mechanofusion system manufactured by Hosokawa Micron Corporation having a schematic mechanism shown in FIGS. 3 (a) to 3 (b) is preferable.
This apparatus uses a rotary drum 11, an internal member (inner piece) 12 having a rotational speed different from that of the rotary drum 11, a circulation mechanism 14 for a mesocarbon microsphere sintered powder 13, and a discharge mechanism 15. While applying centrifugal force to the mesocarbon microsphere sintered powder 13 supplied between the inner member 12 and the inner member 12, the inner member 12 simultaneously applies compressive force and shear force due to the speed difference from the rotating drum 11. By repeated addition, mechanochemical treatment can be performed.
When using an apparatus (FIG. 3) having such a rotating drum and an internal member, the peripheral speed difference between the rotating drum and the internal member is preferably 5 to 50 m / s, more preferably 20 to 50 m / s, The distance between the two is preferably 1 to 50 mm, more preferably 1 to 30 mm, and the treatment time is preferably 5 to 60 min, more preferably 20 to 60 min.
If treated under such operating conditions, it is possible to exfoliate almost all portions having relatively lower crystallinity than the inside formed on the surface of the mesocarbon microsphere sintered powder, and the crystallinity is high. It is preferable because there is almost no peeling to the inner part.

また、例えば、図2に模式的機構を示す(株)奈良機械製作所製ハイブリダイゼーションシステムを用いることもできる。
この装置は、固定ドラム21、高速回転するローター22、メソカーボン小球体焼結粉23の循環機構24と排出機構25、ブレード26、ステーター27およびジャケット28を有する装置を用い、メソカーボン小球体焼結粉23を、固定ドラム21とローター22の間に供給し、固定ドラム21とローター22との速度差に起因する圧縮力と剪断力とをメソカーボン小球体焼結粉23に付加する装置を用いてメカノケミカル処理をしてもよい。
このような固定ドラム−高速回転ローターを備える装置(図2)を用いる場合には、固定ドラムとローターとの周速度差が好ましくは10〜100m/s、より好ましくは50〜100m/s、処理時間が好ましくは30s 〜5min、より好ましくは2〜5minの条件下で行う。
このような運転条件で処理すれば、前記メソカーボン小球体焼結粉の表面に形成された内部よりも相対的に結晶性が低い部分をほぼ全てを剥離することができ、かつ結晶性が高い内部部分まで剥離することはほぼないので好ましい。
Further, for example, a hybridization system manufactured by Nara Machinery Co., Ltd., whose schematic mechanism is shown in FIG. 2, can be used.
This device uses a device having a fixed drum 21, a rotor 22 that rotates at high speed, a circulation mechanism 24 and a discharge mechanism 25 for a mesocarbon spheroid sintered powder 23, a blade 26, a stator 27, and a jacket 28. An apparatus for supplying the compacted powder 23 between the fixed drum 21 and the rotor 22 and adding a compressive force and a shearing force due to the speed difference between the fixed drum 21 and the rotor 22 to the mesocarbon microsphere sintered powder 23. It may be used for mechanochemical treatment.
In the case of using an apparatus (FIG. 2) including such a fixed drum-high-speed rotating rotor, the peripheral speed difference between the fixed drum and the rotor is preferably 10 to 100 m / s, more preferably 50 to 100 m / s. The time is preferably 30 s to 5 min, more preferably 2 to 5 min.
If treated under such operating conditions, it is possible to exfoliate almost all portions having relatively lower crystallinity than the inside formed on the surface of the mesocarbon microsphere sintered powder, and the crystallinity is high. It is preferable because there is almost no peeling to the inner part.

また、メカノケミカル処理の処理前、処理過程、処理後のいずれかにおいて、本発明の効果を損なわない範囲において、公知の導電性材料、イオン伝導性材料、界面活性剤、金属化合物、結合剤などの各種添加剤を前記メソカーボン小球体焼成粉に添加してもよい。   In addition, a known conductive material, ion conductive material, surfactant, metal compound, binder, etc., as long as the effect of the present invention is not impaired before, during or after the mechanochemical treatment. These various additives may be added to the mesocarbon microsphere fired powder.

このような剥離手段における装置の運転条件は、得られる前記剥離部と前記残部との前記混合物における前記剥離部の存在比率が、1〜5質量%、好ましくは2〜3質量%となるように選択することが好ましい。
これは、前記メソカーボン小球体焼結粉の表面部分に形成された、内部よりも相対的に結晶性が低い部分の存在割合(質量%)が、前記メソカーボン小球体焼成粉の全質量に対して1〜5質量%であるからである。これは本発明者が見出した知見である。
したがって、前記混合物における前記剥離部の存在比率が、このような範囲となるように運転条件を選択すれば、前記メソカーボン小球体焼結粉の表面に形成された内部よりも相対的に結晶性が低い部分と、前記剥離部とがより一致するので好ましい。このような範囲よりも低い場合は、低結晶部が残部に混入することとなり好ましくない。逆に高い場合は高結晶部が剥離部に混入し、次に説明する除去工程において除去されて無駄が生じてしまうので好ましくない。また、前記剥離部の存在比率が高くなりすぎるような運転条件で剥離部すると、残部の形状が球状を維持できなくなる傾向がある。
The operating condition of the apparatus in such a peeling means is such that the abundance ratio of the peeling part in the mixture of the peeling part and the remaining part obtained is 1 to 5% by mass, preferably 2 to 3% by mass. It is preferable to select.
This is because the existence ratio (% by mass) of the portion having relatively lower crystallinity than the inside formed on the surface portion of the mesocarbon microsphere sintered powder is the total mass of the mesocarbon microsphere sintered powder. It is because it is 1-5 mass% with respect to it. This is a finding found by the present inventors.
Therefore, if the operating conditions are selected so that the ratio of the exfoliation part in the mixture is in such a range, the crystalline property is relatively higher than the inside formed on the surface of the mesocarbon microsphere sintered powder. This is preferable because the portion having a lower height and the peeled portion more coincide with each other. When it is lower than such a range, the low crystal part is mixed into the remainder, which is not preferable. On the other hand, if it is high, the high crystal portion is mixed in the peeling portion and is removed in the removal step described below, which is not preferable. Further, if the peeling portion is operated under such an operating condition that the existence ratio of the peeling portion becomes too high, the shape of the remaining portion tends to be unable to maintain a spherical shape.

本発明の製造方法が具備する剥離工程では、このような剥離手段により、前記メソカーボン小球体焼成粉の表面部分を剥離する。そして、この剥離部と残部との混合物を得ることができる。   In the peeling step included in the production method of the present invention, the surface portion of the mesocarbon microsphere fired powder is peeled by such a peeling means. And the mixture of this peeling part and the remainder can be obtained.

ここで、この剥離部の形状は燐片状や板状のものが多い。また、その大きさは平均粒子径で5μm以下程度である。
また、この剥離部は、前記メソカーボン小球体焼結粉の表面部分に形成された、内部に対して相対的に結晶性が低い部分とほぼ一致するので、結晶性が低い。
ここで「結晶性が低い」とは、この剥離部のX線広角回折における(002)面の平均格子面間隔d002 が0.34nm超であることを意味する。
また、X線広角回折における(002)面の平均格子面間隔d002 は、X線としてCuKα線を用い、高純度シリコンを標準物質に使用してこの剥離部の(002)面の回折ピークを測定し、そのピークの位置から算出する。算出方法は、学振法(日本学術振興会第17委員会が定めた測定法)に従うものであり、具体的には、「炭素繊維」[ 大谷杉郎、733−742頁(1986年3月)、近代編集社]に記載された方法によって測定された値である。
Here, the shape of the peeled portion is often in the form of a flake or plate. Moreover, the magnitude | size is about 5 micrometers or less by an average particle diameter.
Moreover, since this peeling part substantially corresponds | corresponds with the part with relatively low crystallinity with respect to the inside formed in the surface part of the said mesocarbon microsphere sintered powder, crystallinity is low.
Here, “low crystallinity” means that the average lattice spacing d 002 of the (002) plane in the X-ray wide angle diffraction of the peeled portion is more than 0.34 nm.
The average lattice spacing d 002 of (002) plane in the X-ray wide angle diffraction, using a CuKα ray as an X-ray, using a high-purity silicon as a standard substance the diffraction peak of (002) plane of the peeling portion Measure and calculate from the peak position. The calculation method follows the Japan Science and Technology Act (measurement method defined by the 17th Committee of the Japan Society for the Promotion of Science). Specifically, “Carbon Fiber” [Sugirou Otani, pages 733-742 (March 1986) ), Measured by the method described in Modern Editorial Company].

一方、この残部とは、前記メソカーボン小球体焼結粉の剥離部以外の部分である。この残部の形状は前記メソカーボン小球体焼結粉と同様にほぼ球状であり、平均アスペクト比はほぼ同じである。また、平均粒子径は前記メソカーボン小球体焼成粉よりも若干小さくなり28〜30μmであり、29〜30μmであることが好ましい。   On the other hand, this remaining part is a part other than the peeled part of the mesocarbon microsphere sintered powder. The shape of the remaining portion is substantially spherical like the mesocarbon small sphere sintered powder, and the average aspect ratio is substantially the same. Moreover, an average particle diameter becomes a little smaller than the said mesocarbon microsphere baking powder, is 28-30 micrometers, and it is preferable that it is 29-30 micrometers.

また、この残部は、前記剥離部に対して相対的に結晶性が高い。
ここで「結晶性が高い」とは、上記の剥離部の場合と同様な方法で測定したX線広角回折における(002)面の平均格子面間隔d002 が0.34nm以下であることを意味する。残部は、この平均格子面間隔が、特に0.337nm以下、さらには0.3365nm以下となる程度の結晶性であることが好ましい。
Further, the remaining portion has a relatively high crystallinity with respect to the peeling portion.
Here, “high crystallinity” means that the average lattice spacing d 002 of the (002) plane in the X-ray wide angle diffraction measured by the same method as in the case of the peeled portion is 0.34 nm or less. To do. The balance is preferably crystalline so that the average lattice spacing is not more than 0.337 nm, more preferably not more than 0.3365 nm.

次に、本発明の製造方法が具備する除去工程について説明する。
本発明の製造方法が具備する除去工程は、前記混合物から、前記剥離部を除去し、前記残部を得る工程である。
Next, the removal process which the manufacturing method of this invention comprises is demonstrated.
The removing step included in the production method of the present invention is a step of removing the peeling portion from the mixture to obtain the remaining portion.

本発明の製造方法が具備する除去工程において、前記剥離部と前記残部との混合物から、前記剥離部を除去する方法は特に限定されない。前記混合物から前記剥離部のほとんど(前記剥離部の90質量%以上、好ましくは95質量%以上、さらに好ましくは99質量%以上)を除去できる方法を適用することができる。
例えば、その形状、比重の相違を利用して、比重選別や風力選別によって、前記剥離部と前記残部とを分離することができる。
In the removing step included in the manufacturing method of the present invention, a method for removing the peeling portion from the mixture of the peeling portion and the remaining portion is not particularly limited. It is possible to apply a method capable of removing most of the peeling part (90% by mass or more, preferably 95% by mass or more, more preferably 99% by mass or more of the peeling part) from the mixture.
For example, the separation part and the remaining part can be separated by specific gravity sorting or wind sorting using the difference in shape and specific gravity.

このような方法により、前記混合物から前記剥離部のほとんどを除去することができる。そして、前記残部を得ることができる。ここで得られる前記残部には、除去することができなかった若干の前記剥離部が混入する場合もあるが、そのような場合であっても、本発明の範囲内である。   By such a method, most of the peeling portion can be removed from the mixture. And the said remainder can be obtained. The remaining portion obtained here may contain some of the peeled portions that could not be removed, but even such a case is within the scope of the present invention.

次に、本発明の製造方法が具備する黒鉛化工程について説明する。
本発明の製造方法が具備する黒鉛化工程は、前記除去工程で得られた前記残部を黒鉛化処理し、メソカーボン小球体黒鉛化粉を得る工程である。
Next, the graphitization process included in the production method of the present invention will be described.
The graphitization step included in the production method of the present invention is a step of graphitizing the remaining part obtained in the removal step to obtain mesocarbon microsphere graphitized powder.

この黒鉛化処理は、前記除去工程で得られた前記残部を坩堝などの容器を用いて、非酸化性雰囲気下で加熱し黒鉛化する。
ここで非酸化性雰囲気とは、酸素濃度が3体積%以下の雰囲気を意味する。意図的にこのような酸素濃度に調整した反応容器内で前記残部を黒鉛化してもよいが、大気とほぼ遮断した密閉容器内で前記残部を黒鉛化すれば、前記残部から還元ガス(一酸化炭素や二酸化炭素)が発生するので、その密閉容器内を非酸化性雰囲気とすることができる。
In this graphitization treatment, the remainder obtained in the removing step is graphitized by heating in a non-oxidizing atmosphere using a container such as a crucible.
Here, the non-oxidizing atmosphere means an atmosphere having an oxygen concentration of 3% by volume or less. The remainder may be graphitized in a reaction vessel that is intentionally adjusted to such an oxygen concentration. However, if the remainder is graphitized in a sealed container that is substantially cut off from the atmosphere, a reducing gas (monoxide) is obtained from the remainder. Carbon or carbon dioxide) is generated, so that the inside of the sealed container can be made a non-oxidizing atmosphere.

また、加熱温度は、特に制限されるものではないが、結晶性を上げる観点から高いほど好ましい。具体的には、2500℃以上が好ましく、2800℃以上がより好ましい。加熱温度の上限は、過度の高結晶化による比表面積の上昇、および、装置の耐熱性や黒鉛の昇華を防ぐ観点から3150℃であり、好ましくは3000℃である。   The heating temperature is not particularly limited, but it is preferably as high as possible from the viewpoint of increasing crystallinity. Specifically, 2500 ° C. or higher is preferable, and 2800 ° C. or higher is more preferable. The upper limit of the heating temperature is 3150 ° C., preferably 3000 ° C., from the viewpoint of preventing an increase in specific surface area due to excessive high crystallization, heat resistance of the apparatus and sublimation of graphite.

このような非酸化性雰囲気下において、上記のような温度範囲で0.5〜50h、好ましくは2〜20h加熱することにより、リチウムイオン二次電池負極用材料などとして好適に用いることができる、高度の黒鉛化度を有するメソカーボン小球体黒鉛化粉を得ることができる。   Under such a non-oxidizing atmosphere, it can be suitably used as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery by heating for 0.5 to 50 hours, preferably 2 to 20 hours in the above temperature range. Mesocarbon microsphere graphitized powder having a high degree of graphitization can be obtained.

このような本発明の製造方法によって得られるメソカーボン小球体黒鉛化粉(以下、「本発明の黒鉛化粉」ともいう)は、球状に近い形状、例えば、塊状、角の取れた不定形状、球状または断面が楕円形状であり、その平均粒子径は5〜100μmであり、平均アスペクト比は3以下であり、リチウムイオン二次電池負極用材料として好ましく使用することができる。平均粒子径は5〜30μmであることが好ましく、15〜30であることがさらに好ましい。平均アスペクト比は2以下であることが好ましく、1.3以下であることがさらに好ましい。
この球状に近い形状は、リチウムイオン二次電池負極用材料として、急速充放電効率(ハイレート特性)や、サイクル特性の向上に寄与する。
The mesocarbon microsphere graphitized powder obtained by the production method of the present invention (hereinafter also referred to as “graphitized powder of the present invention”) has a shape close to a sphere, for example, a lump shape, an irregular shape with a rounded corner, It has a spherical shape or an elliptical cross section, an average particle diameter of 5 to 100 μm, an average aspect ratio of 3 or less, and can be preferably used as a material for a negative electrode of a lithium ion secondary battery. The average particle size is preferably 5 to 30 μm, more preferably 15 to 30. The average aspect ratio is preferably 2 or less, and more preferably 1.3 or less.
This nearly spherical shape contributes to improvement of rapid charge / discharge efficiency (high rate characteristics) and cycle characteristics as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery.

また、本発明の黒鉛化粉は結晶性が高く、上記の剥離部および残部と同じ方法で測定した平均格子面間隔は、0.34nm以下となる。本発明の黒鉛化粉性は、この平均格子面間隔が特に0.337nm以下、さらには0.3365nm以下となる程度の結晶性であることが好ましい   In addition, the graphitized powder of the present invention has high crystallinity, and the average lattice spacing measured by the same method as that for the peeled portion and the remaining portion is 0.34 nm or less. The graphitized powder property of the present invention is preferably such that the average lattice spacing is not more than 0.337 nm, more preferably not more than 0.3365 nm.

また、本発明の黒鉛化粉は、ほぼ球状であるので高い嵩密度を発現することができる。嵩密度が高いと、負極を高密度で製造する際の材料の破壊などを軽減することができ有利である。
嵩密度は、0.5g/cm以上であることが好ましく、特に0.7g/cm以上であることが好ましい。
Moreover, since the graphitized powder of the present invention is almost spherical, it can exhibit a high bulk density. A high bulk density is advantageous because it can reduce the destruction of the material when the negative electrode is produced at a high density.
The bulk density is preferably 0.5 g / cm 3 or more, and particularly preferably 0.7 g / cm 3 or more.

さらに、本発明の黒鉛粉の比表面積はリチウムイオン二次電池の特性や、負極合剤ペーストの性状などに合わせ、任意に設計することが可能である。ただし、窒素ガス吸着BET比表面積で20m/gを超えるとリチウムイオン二次電池の安全性および初期充放電効率の低下を招く場合がある。一般に、窒素ガス吸着BET比表面積で、0.3〜5m/gであるのが好ましく、特に3m/g以下であるのが好ましい。
真密度は2.24g/cm以上が好ましい。
Furthermore, the specific surface area of the graphite powder of the present invention can be arbitrarily designed according to the characteristics of the lithium ion secondary battery, the properties of the negative electrode mixture paste, and the like. However, if the nitrogen gas adsorption BET specific surface area exceeds 20 m 2 / g, the safety and initial charge / discharge efficiency of the lithium ion secondary battery may be reduced. In general, the nitrogen gas adsorption BET specific surface area is preferably 0.3 to 5 m 2 / g, and particularly preferably 3 m 2 / g or less.
The true density is preferably 2.24 g / cm 3 or more.

本発明の製造方法により得られる本発明の黒鉛化粉は、その特徴を活かしてリチウムイオン二次電池の負極以外の用途、例えば、燃料電池セパレータ用の導電材や、耐火物用黒鉛などにも転用することができるが、リチウムイオン二次電池用負極用材料として好適に用いられる。
次に、本発明の黒鉛化粉を用いたリチウムイオン二次電池負極およびそれを用いたリチウムイオン二次電池について説明する。
The graphitized powder of the present invention obtained by the production method of the present invention can be used for applications other than the negative electrode of a lithium ion secondary battery, for example, a conductive material for a fuel cell separator, graphite for a refractory, etc., taking advantage of its characteristics. Although it can be diverted, it is preferably used as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery.
Next, a lithium ion secondary battery negative electrode using the graphitized powder of the present invention and a lithium ion secondary battery using the same will be described.

<リチウムイオン二次電池>
リチウムイオン二次電池は、通常、負極、正極および非水電解質を主たる電池構成要素とし、正・負極はそれぞれリチウムイオンの担持体からなり、充放電過程における非水溶媒の出入は層間で行われる。
本質的に、充電時にはリチウムイオンが負極中にドープされ、放電時には負極から脱ドープする電池機構である。
本発明の黒鉛化粉を用いたリチウムイオン二次電池は、負極材料として本発明の黒鉛化粉を用いること以外は特に限定されず、他の電池構成要素については一般的なリチウムイオン二次電池の要素に準じる。
<Lithium ion secondary battery>
A lithium ion secondary battery usually has a negative electrode, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte as main battery components, and the positive and negative electrodes are each composed of a lithium ion carrier, and the non-aqueous solvent enters and exits between layers in the charge / discharge process. .
In essence, this is a battery mechanism in which lithium ions are doped into the negative electrode during charging and are dedoped from the negative electrode during discharging.
The lithium ion secondary battery using the graphitized powder of the present invention is not particularly limited except that the graphitized powder of the present invention is used as a negative electrode material, and other battery components are general lithium ion secondary batteries. According to the elements of

<負極>
本発明の黒鉛化粉から負極の製造は、通常の成形方法に準じて行うことができるが、本発明の黒鉛化粉の性能を充分に引き出し、かつ粉末に対する賦型性が高く、化学的、電気化学的に安定な負極を得ることができる方法であれば何ら制限されない。
負極製造時には、本発明の黒鉛化粉に結合剤を加えた負極合剤を用いることができる。
結合剤としては、電解質に対して化学的安定性、電気化学的安定性を有するものを用いるのが望ましく、通常、負極合剤全量中1〜20質量%程度の量で用いるのが好ましい。
<Negative electrode>
The production of the negative electrode from the graphitized powder of the present invention can be carried out in accordance with a normal molding method. However, the performance of the graphitized powder of the present invention is sufficiently derived, and the moldability to the powder is high, There is no limitation as long as it is a method capable of obtaining an electrochemically stable negative electrode.
At the time of producing the negative electrode, a negative electrode mixture obtained by adding a binder to the graphitized powder of the present invention can be used.
As the binder, it is desirable to use one having chemical stability and electrochemical stability with respect to the electrolyte, and it is usually preferable to use it in an amount of about 1 to 20% by mass in the total amount of the negative electrode mixture.

具体的には、例えば、本発明の黒鉛化粉を分級などによって適当な粒径に調整し、結合剤と混合することによって負極合剤を調製し、この負極合剤を、通常、集電体の片面もしくは両面に塗布することで負極合剤層を形成することができる。
この際には通常の溶媒を用いることができる。
Specifically, for example, a negative electrode mixture is prepared by adjusting the graphitized powder of the present invention to an appropriate particle size by classification or the like and mixing with a binder, and this negative electrode mixture is usually used as a current collector. The negative electrode mixture layer can be formed by coating on one side or both sides.
In this case, a normal solvent can be used.

負極に用いる集電体の形状としては、特に限定されないが、箔状、あるいはメッシュ、エキスパンドメタルなどの網状のものなどが用いられる。集電体としては、例えば銅、ステンレス、ニッケルなどを挙げることができる。   The shape of the current collector used for the negative electrode is not particularly limited, but a foil or a net-like material such as a mesh or expanded metal is used. Examples of the current collector include copper, stainless steel, and nickel.

<正極>
正極の材料(正極活物質)としては、充分量のリチウムイオンをドープ/脱ドープし得るものを選択するのが好ましい。そのような正極活物質としては、遷移金属酸化物、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物およびそれらのリチウム含有化合物、一般式MMo8−y (式中Xは0≦X≦4、Yは0≦Y≦1の範囲の数値であり、Mは遷移金属などの金属を表す)で表されるシェブレル相化合物、活性炭、活性炭素繊維などを用いることができる。
<Positive electrode>
As a material for the positive electrode (positive electrode active material), it is preferable to select a material that can be doped / dedoped with a sufficient amount of lithium ions. Examples of such a positive electrode active material include transition metal oxides, transition metal chalcogenides, vanadium oxides and lithium-containing compounds thereof, and general formula M X Mo 6 S 8-y (where X is 0 ≦ X ≦ 4, Y is a numerical value in the range of 0 ≦ Y ≦ 1, and M represents a metal such as a transition metal), activated carbon, activated carbon fiber, or the like.

上記リチウム含有遷移金属酸化物は、リチウムと遷移金属との複合酸化物であり、リチウムと2種類以上の遷移金属を固溶したものであってもよい。リチウム含有遷移金属酸化物は、具体的には、LiM(1)1−pM(2) (式中Pは0≦P≦1の範囲の数値であり、M(1)、M(2)は少なくとも一種の遷移金属元素からなる。)あるいはLiM(1)2−qM(2) (式中Qは0≦Q≦1の範囲の数値であり、M(1)、M(2)は少なくとも一種の遷移金属元素からなる。)で示される。
上記において、Mで示される遷移金属元素としては、Co、Ni、Mn、Cr、Ti、V、Fe、Zn、Al、In、Snなどが挙げられ、好ましくはCo、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Alが挙げられる。
The lithium-containing transition metal oxide is a composite oxide of lithium and a transition metal, and may be a solid solution of lithium and two or more transition metals. Specifically, the lithium-containing transition metal oxide is LiM (1) 1-p M (2) p O 2 (wherein P is a numerical value in the range of 0 ≦ P ≦ 1, M (1), M (2) consists of at least one transition metal element.) Or LiM (1) 2-q M (2) q O 4 (wherein Q is a numerical value in the range of 0 ≦ Q ≦ 1, M (1) , M (2) is composed of at least one transition metal element).
In the above, examples of the transition metal element represented by M include Co, Ni, Mn, Cr, Ti, V, Fe, Zn, Al, In, and Sn, and preferably Co, Fe, Mn, Ti, and Cr. , V, and Al.

上記のようなリチウム含有遷移金属酸化物は、例えば、Li、遷移金属の酸化物または塩類を出発原料とし、これら出発原料を組成に応じて混合し、酸素雰囲気下600〜1000℃の温度範囲で焼成することにより得ることができる。なお出発原料は酸化物または塩類に限定されず、水酸化物などからも合成可能である。
正極活性物質は、上記化合物を単独で使用しても2種類以上併用してもよい。たとえば正極中には、炭酸リチウムなどの炭素塩を添加することもできる。
The lithium-containing transition metal oxide as described above includes, for example, Li, transition metal oxides or salts as starting materials, these starting materials are mixed according to the composition, and in a temperature range of 600 to 1000 ° C. in an oxygen atmosphere. It can be obtained by firing. The starting material is not limited to oxides or salts, and can be synthesized from hydroxides.
The positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more. For example, a carbon salt such as lithium carbonate can be added to the positive electrode.

このような正極材料によって正極を形成するには、例えば正極材料と結合剤および電極に導電性を付与するための導電剤よりなる正極合剤を集電体の両面に塗布することで正極合剤層を形成する。結合剤としては、負極で例示したものがいずれも使用可能である。導電剤としては、例えば炭素材料、黒鉛やカーボンブラックが用いられる。   In order to form a positive electrode with such a positive electrode material, for example, a positive electrode mixture comprising a positive electrode material, a binder, and a conductive agent for imparting conductivity to the electrode is applied to both surfaces of the current collector. Form a layer. As the binder, any of those exemplified for the negative electrode can be used. As the conductive agent, for example, a carbon material, graphite, or carbon black is used.

集電体の形状は特に限定されず、箱状、あるいはメッシュ、エキスパンドメタルなどの網状などのものが用いられる。   The shape of the current collector is not particularly limited, and a box shape or a mesh shape such as a mesh or expanded metal is used.

以上のような負極および正極を形成するに際しては、従来公知の導電剤や結着剤などの各種添加剤を適宜に使用することができる。   In forming the negative electrode and the positive electrode as described above, conventionally known various additives such as a conductive agent and a binder can be appropriately used.

<電解質>
本発明の黒鉛化粉を用いたリチウムイオン二次電池において用いられる電解質としては通常の非水電解液に使用されている電解質塩を用いることができ、例えばリチウム塩などを用いることができる。特に、LiPF6 、LiBF4 が酸化安定性の点から好ましく用いられる。
電解液中の電解質塩濃度は、0.1〜5mol/l が好ましく、0.5〜3.0mol/l がより好ましい。
<Electrolyte>
As the electrolyte used in the lithium ion secondary battery using the graphitized powder of the present invention, an electrolyte salt used in a normal non-aqueous electrolyte can be used, and for example, a lithium salt can be used. In particular, LiPF 6 and LiBF 4 are preferably used from the viewpoint of oxidation stability.
The electrolyte salt concentration in the electrolytic solution is preferably 0.1 to 5 mol / l, and more preferably 0.5 to 3.0 mol / l.

上記非水電解質は、液系の非水電解液としてもよいし、固体電解質あるいはゲル電解質など、高分子電解質としてもよい。前者の場合、非水電解質電池は、いわゆるリチウムイオン電池として構成され、後者の場合、非水電解質電池は、高分子固体電解質電池、高分子ゲル電解質電池などの高分子電解質電池として構成される。   The non-aqueous electrolyte may be a liquid non-aqueous electrolyte or a polymer electrolyte such as a solid electrolyte or a gel electrolyte. In the former case, the non-aqueous electrolyte battery is configured as a so-called lithium ion battery, and in the latter case, the non-aqueous electrolyte battery is configured as a polymer electrolyte battery such as a polymer solid electrolyte battery or a polymer gel electrolyte battery.

液系の非水電解質液とする場合には、溶媒として、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネートなどの非プロトン性有機溶媒を用いることができる。   In the case of a liquid non-aqueous electrolyte solution, an aprotic organic solvent such as ethylene carbonate, propylene carbonate, or dimethyl carbonate can be used as the solvent.

非水電解質を高分子固体電解質、高分子ゲル電解質などの高分子電解質とする場合には、可塑剤(非水電解液)でゲル化されたマトリクス高分子を含むが、このマトリクス高分子としては、ポリエチレンオキサイドやその架橋体などのエーテル系高分子、ポリメタクリレート系、ポリアクリレート系、ポリビニリデンフルオライドやビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系高分子などを単独、もしくは混合して用いることができる。
これらの中で、酸化還元安定性の観点などから、ポリビニリデンフルオライドやビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系高分子を用いることが望ましい。
When the non-aqueous electrolyte is a polymer electrolyte such as a polymer solid electrolyte or a polymer gel electrolyte, it includes a matrix polymer gelled with a plasticizer (non-aqueous electrolyte). , Fluorinated polymers such as polyethylene oxide and its crosslinked polymers, polymethacrylate, polyacrylate, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, etc. Can be used.
Among these, it is desirable to use a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride or vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer from the viewpoint of redox stability.

これら高分子固体電解質、高分子ゲル電解質に含有される可塑剤を構成する電解質塩や非水溶媒としては、前述のものがいずれも使用可能である。ゲル電解質の場合、可塑剤である非水電解液中の電解質塩濃度は、0.1〜5mol/l が好ましく、0.5〜2.0mol/l がより好ましい。
このような固体電解質の製造方法としては特に制限はないが、例えば、マトリックスを形成する高分子化合物、リチウム塩および溶媒を混合し、加熱して溶融する方法、適当な有機溶剤に高分子化合物、リチウム塩および溶媒を溶解させた後、有機溶剤を蒸発させる方法、並びに高分子電解質の原料となる重合性モノマー、リチウム塩および溶媒を混合し、それに紫外線、電子線または分子線などを照射して重合させ高分子電解質を製造する方法などを挙げることができる。
また、前記固体電解質中の溶媒の添加割合は、10〜90質量%が好ましく、さらに好ましくは、30〜80質量%である。上記溶媒の添加割合が10〜90質量%であると、導電率が高く、かつ機械的強度が高く、成膜しやすい。
As the electrolyte salt and non-aqueous solvent constituting the plasticizer contained in these polymer solid electrolyte and polymer gel electrolyte, any of those described above can be used. In the case of a gel electrolyte, the concentration of the electrolyte salt in the nonaqueous electrolytic solution that is a plasticizer is preferably 0.1 to 5 mol / l, and more preferably 0.5 to 2.0 mol / l.
The method for producing such a solid electrolyte is not particularly limited. For example, a polymer compound that forms a matrix, a method of mixing a lithium salt and a solvent, and melting by heating, a polymer compound in a suitable organic solvent, After dissolving the lithium salt and the solvent, the method of evaporating the organic solvent, and the polymerizable monomer, the lithium salt and the solvent as the raw material of the polymer electrolyte are mixed, and then irradiated with ultraviolet rays, electron beams, molecular beams, etc. Examples thereof include a method for producing a polymer electrolyte by polymerization.
Moreover, 10 to 90 mass% is preferable, and, as for the addition ratio of the solvent in the said solid electrolyte, More preferably, it is 30 to 80 mass%. When the addition ratio of the solvent is 10 to 90% by mass, the electrical conductivity is high, the mechanical strength is high, and film formation is easy.

本発明の黒鉛化粉を用いたリチウムイオン二次電池においては、セパレータを使用することもできる。   In the lithium ion secondary battery using the graphitized powder of the present invention, a separator can also be used.

本発明の黒鉛化粉を用いたリチウムイオン二次電池においては、初期充放電効率が改善したことから、ゲル電解質を用いることが可能である。
ゲル電解質二次電池は、本発明の黒鉛化粉を含有する負極と、正極およびゲル電解質を、例えば負極、ゲル電解質、正極の順で積層し、電池外装材内に収容することで構成される。なお、これに加えてさらに負極と正極の外側にゲル電解質を配するようにしてもよい。このような本発明の黒鉛化粉を負極に用いるゲル電解質二次電池では、ゲル電解質にプロピレンカーボネートが含有され、また本発明の黒鉛化粉としてインピーダンスを十分に低くできる程度に小粒径のものを用いた場合でも、不可逆容量が小さく抑えられる。したがって、大きな放電容量が得られるとともに高い初期充放電効率が得られる。
In the lithium ion secondary battery using the graphitized powder of the present invention, the gel electrolyte can be used because the initial charge / discharge efficiency is improved.
The gel electrolyte secondary battery is configured by laminating a negative electrode containing the graphitized powder of the present invention, a positive electrode, and a gel electrolyte in the order of, for example, a negative electrode, a gel electrolyte, and a positive electrode, and accommodating them in a battery exterior material. . In addition to this, a gel electrolyte may be further disposed outside the negative electrode and the positive electrode. In such a gel electrolyte secondary battery using the graphitized powder of the present invention as a negative electrode, the gel electrolyte contains propylene carbonate, and has a particle size small enough to make the impedance sufficiently low as the graphitized powder of the present invention. Even when is used, the irreversible capacity can be kept small. Therefore, a large discharge capacity is obtained and a high initial charge / discharge efficiency is obtained.

さらに、本発明の黒鉛化粉を用いたリチウムイオン二次電池の構造は任意であり、その形状、形態について特に限定されるものではなく、円筒型、角型、コイン型、ボタン型などの中から任意に選択することができる。より安全性の高い密閉型非水電解液電池を得るためには、過充電などの異常時に電池内圧上昇を感知して電流を遮断させる手段を備えたものであることが望ましい。高分子固体電解質電池や高分子ゲル電解質電池の場合には、ラミネートフィルムに封入した構造とすることもできる。   Furthermore, the structure of the lithium ion secondary battery using the graphitized powder of the present invention is arbitrary, and the shape and form thereof are not particularly limited, and include a cylindrical shape, a square shape, a coin shape, a button shape, and the like. Can be selected arbitrarily. In order to obtain a sealed nonaqueous electrolyte battery with higher safety, it is desirable to have means for detecting an increase in the internal pressure of the battery and shutting off the current when there is an abnormality such as overcharging. In the case of a polymer solid electrolyte battery or a polymer gel electrolyte battery, a structure enclosed in a laminate film can also be used.

次に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。また、以下の実施例および比較例では、各々において製造された黒鉛化粉を用いて、図1に示す構成の評価用のボタン型二次電池を作成して、その放電容量、初期充放電効率、急速放電効率、サイクル特性を測定した。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these Examples. Further, in the following examples and comparative examples, a button-type secondary battery for evaluation having the configuration shown in FIG. 1 was prepared using the graphitized powder produced in each, and its discharge capacity, initial charge / discharge efficiency The rapid discharge efficiency and cycle characteristics were measured.

<実施例1>
<本発明の黒鉛化粉の調製>
コールタールピッチ(川崎製鉄(株)製、PK−QL)を非酸化性雰囲気(酸素濃度3体積%以下)中、温度500℃で3h加熱して、このコールタールピッチ中に40質量%のメソカーボン小球体を生成させた。
<Example 1>
<Preparation of graphitized powder of the present invention>
Coal tar pitch (manufactured by Kawasaki Steel Co., Ltd., PK-QL) was heated in a non-oxidizing atmosphere (oxygen concentration of 3% by volume or less) at a temperature of 500 ° C. for 3 hours. Carbon spherules were generated.

次に、このコールタールピッチに、これと同量のタール中油(沸点160〜280℃)を添加してスラリーとした。さらに、このスラリーを濾過することでスラリー中からメソカーボン小球体を分離した。   Next, the same amount of tar oil (boiling point 160 to 280 ° C.) was added to the coal tar pitch to form a slurry. Further, the mesocarbon microspheres were separated from the slurry by filtering the slurry.

次に、このメソカーボン小球体を、非酸化性雰囲気(酸素濃度1体積%以下)中、温度600℃で2h焼成した。そして、得られた焼成品を風力分級に供し、5μm以下のものを除去し、メソカーボン小球体焼成粉を得た。   Next, the mesocarbon spherules were fired at a temperature of 600 ° C. for 2 hours in a non-oxidizing atmosphere (oxygen concentration of 1% by volume or less). Then, the fired product obtained was subjected to air classification, and those having a size of 5 μm or less were removed to obtain mesocarbon microsphere fired powder.

次に、得られたメソカーボン小球体焼成粉を、図3に示すメカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン(株)製)を用いてメカノケミカル処理を行った。
ここで処理条件は、回転ドラムと内部部材との周速度差:20m/s、両者間の距離30mm、処理時間30minとした。
Next, the mesocarbon microsphere fired powder obtained was subjected to mechanochemical treatment using a mechanofusion system (manufactured by Hosokawa Micron Corporation) shown in FIG.
Here, the processing conditions were a peripheral speed difference between the rotating drum and the internal member: 20 m / s, a distance of 30 mm between them, and a processing time of 30 min.

次に、メカノケミカル処理したメソカーボン小球体焼成粉を風力分級に供し、5μm以下のものを除去した。ここで除去した5μm以下のものを「剥離部A」とする。また、剥離部A以外の部分を「残部A」とする。
ここで用いた風力分級機はセイシン企業社製、Classie N−20型であり、その運転条件は、ローター回転数2000rpm、風量15m/minとした。
ここで、メカノケミカル処理したメソカーボン小球体焼成粉の全量に対する、剥離部Aの割合(質量%)は3質量%であった。
Next, the mesocarbon microsphere calcined powder subjected to mechanochemical treatment was subjected to air classification, and those having a size of 5 μm or less were removed. The removed part of 5 μm or less is referred to as “peeling part A”. Further, a portion other than the peeling portion A is referred to as “remaining portion A”.
The air classifier used here was a Classie N-20 type manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd., and the operating conditions were a rotor rotational speed of 2000 rpm and an air volume of 15 m 3 / min.
Here, the ratio (mass%) of the peeling portion A to the total amount of mesocarbon microsphere fired powder subjected to mechanochemical treatment was 3 mass%.

次に、残部Aを黒鉛坩堝に充填し、坩堝の周囲にコークスブリーズを充填して、3000℃で24hr加熱し黒鉛化した。
そして、メソカーボン小球体黒鉛化粉を得た。この黒鉛化粉に融着や変形は認められず、粒子形状が保持されていた。
この黒鉛化粉を黒鉛化粉Aとする。
Next, the remainder A was filled in a graphite crucible, and the surroundings of the crucible were filled with coke breeze and heated at 3000 ° C. for 24 hours for graphitization.
And mesocarbon microsphere graphitized powder was obtained. The graphitized powder was not fused or deformed, and the particle shape was maintained.
This graphitized powder is designated as graphitized powder A.

次に、得られた黒鉛化粉Aの真比重、比表面積を測定した。測定結果を表1に示す。
なお、真比重の測定方法は1−ブタノールを浸透液として用いたピクノメータ法である。
また、比表面積の測定方法は流動法BET1点式で行った。
Next, the true specific gravity and specific surface area of the obtained graphitized powder A were measured. The measurement results are shown in Table 1.
In addition, the measuring method of true specific gravity is the pycnometer method which used 1-butanol as an osmotic solution.
The specific surface area was measured by the flow method BET 1-point method.

次に、この黒鉛化粉Aを用いて作用電極 (負極)を製造した。図1を用いて説明する。
<負極合剤ペーストの調製>
上記で得られた黒鉛化粉90質量%と、結合剤としてポリフッ化ビニリデン10質量%とを、N−メチルピロリドンを溶剤に用いて混合し、ホモミキサーを用いて2000rpmで30min間攪拌し、有機溶剤系負極合剤ペーストを調製した。
Next, using this graphitized powder A, a working electrode (negative electrode) was produced. This will be described with reference to FIG.
<Preparation of negative electrode mixture paste>
90% by mass of the graphitized powder obtained above and 10% by mass of polyvinylidene fluoride as a binder are mixed using N-methylpyrrolidone as a solvent, and stirred at 2000 rpm for 30 minutes using a homomixer, organic A solvent-based negative electrode mixture paste was prepared.

<作用電極(負極)の製造>
上記の負極合剤ペーストを銅箔(集電体7b)上に均一な厚さで塗布し、さらに真空中で90℃で溶剤を揮発させて乾燥した。次に、この銅箔上に塗布された負極合剤をローラープレスによって加圧し、さらに直径15.5mmの円形状に打ち抜くことで、集電体に密着した負極合剤層からなる作用電極(負極)2を製造した。
<Manufacture of working electrode (negative electrode)>
The negative electrode mixture paste was applied to a copper foil (current collector 7b) with a uniform thickness, and the solvent was evaporated at 90 ° C. in vacuum to dry the paste. Next, the negative electrode mixture applied on the copper foil is pressed by a roller press and punched into a circular shape having a diameter of 15.5 mm, whereby a working electrode (negative electrode) made of a negative electrode mixture layer in close contact with the current collector is obtained. 2) was produced.

<対極の製造>
リチウム金属箔を、ニッケルネットに押付け、直径15.5mmの円柱状に打ち抜いて、ニッケルネットからなる集電体(7a)と、該集電体に密着したリチウム金属箔からなる対極4を製造した。
<Manufacture of counter electrode>
The lithium metal foil was pressed against a nickel net and punched into a cylindrical shape with a diameter of 15.5 mm to produce a current collector (7a) made of nickel net and a counter electrode 4 made of lithium metal foil in close contact with the current collector. .

<電解質>
プロピレンカーボネート10mol%、エチレンカーボネート50mol%およびジエチルカーボネート40mol%の割合の混合溶媒に、LiClOを1mol/lとなる濃度で溶解させ、非水電解液を調製した。
得られた非水電解液をポリプロピレン多孔質体に含浸させ、電解質液が含浸されたセパレータ5を製造した。
<Electrolyte>
LiClO 4 was dissolved at a concentration of 1 mol / l in a mixed solvent of 10 mol% propylene carbonate, 50 mol% ethylene carbonate and 40 mol% diethyl carbonate to prepare a non-aqueous electrolyte.
The obtained nonaqueous electrolytic solution was impregnated into a polypropylene porous body to produce a separator 5 impregnated with the electrolytic solution.

<評価電池の製造>
評価電池として図1に示すボタン型二次電池を製造した。
外装カップ1と外装缶3とは、その周縁部において絶縁ガスケット6を介してかしめられた密閉構造を有し、その内部に、外装缶3の内面から順に、ニッケルネットからなる集電体7a、リチウム箔よりなる円盤状の対極4、電解質溶液が含浸されたセパレータ5、負極合剤からなる円盤状の作用電極(負極)2および銅箔からなる集電体7bが積層された電池系である。
<Production of evaluation battery>
A button-type secondary battery shown in FIG. 1 was manufactured as an evaluation battery.
The exterior cup 1 and the exterior can 3 have a sealed structure that is caulked through an insulating gasket 6 at the peripheral edge thereof, and the current collector 7a made of nickel net in the order from the inner surface of the exterior can 3; A battery system in which a disk-shaped counter electrode 4 made of lithium foil, a separator 5 impregnated with an electrolyte solution, a disk-shaped working electrode (negative electrode) 2 made of a negative electrode mixture, and a current collector 7b made of copper foil are laminated. .

評価電池は、電解質溶液を含浸させたセパレータ5を、集電体7bに密着した作用電極2と、集電体7aに密着した対極4との間に挟んで積層した後、作用電極2を外装カップ1内に、対極4を外装缶3内に収容して、外装カップ1と外装缶3とを合わせ、外装カップ1と外装缶3との周縁部を絶縁ガスケット6を介してかしめ密閉して製造した。
この評価電池は、実電池において負極用活物質として使用可能な黒鉛化粉Aを含有する作用電極(負極)2と、リチウム金属箔からなる対極4とから構成される電池である。
以上のようにして製造された評価電池について、25℃の温度で下記のような充放電試験を行った。
In the evaluation battery, the separator 5 impregnated with the electrolyte solution was laminated between the working electrode 2 in close contact with the current collector 7b and the counter electrode 4 in close contact with the current collector 7a, and then the working electrode 2 was mounted on the exterior. In the cup 1, the counter electrode 4 is accommodated in the outer can 3, the outer cup 1 and the outer can 3 are combined, and the outer peripheral portion of the outer cup 1 and the outer can 3 is caulked and sealed with an insulating gasket 6. Manufactured.
This evaluation battery is a battery composed of a working electrode (negative electrode) 2 containing graphitized powder A that can be used as a negative electrode active material in a real battery, and a counter electrode 4 made of lithium metal foil.
The evaluation battery manufactured as described above was subjected to the following charge / discharge test at a temperature of 25 ° C.

<充放電試験>
0.9mAの電流値で回路電圧が0mVに達するまで定電流充電を行い、回路電圧が0mVに達した時点で定電圧充電に切り替え、さらに電流値が20μA になるまで充電を続けた後、120min休止した。
次に0.9mAの電流値で、回路電圧が2.5Vに達するまで定電流放電を行った。このとき第1サイクルにおける通電量から充電容量と放電容量を求め、次式から初期充放電効率を計算した。
初期充放電効率(%)=(第1サイクルの放電容量/第1サイクルの充電容量)×100
なおこの試験では、リチウムイオンを黒鉛化粉A中にドープする過程を充電、黒鉛化粉Aから脱ドープする過程を放電とした。
<Charge / discharge test>
Constant current charging is performed until the circuit voltage reaches 0 mV at a current value of 0.9 mA, switching to constant voltage charging is performed when the circuit voltage reaches 0 mV, and charging is continued until the current value reaches 20 μA, and then 120 min. Paused.
Next, constant current discharge was performed at a current value of 0.9 mA until the circuit voltage reached 2.5V. At this time, the charge capacity and the discharge capacity were obtained from the energization amount in the first cycle, and the initial charge / discharge efficiency was calculated from the following equation.
Initial charge / discharge efficiency (%) = (first cycle discharge capacity / first cycle charge capacity) × 100
In this test, the process of doping lithium ions into the graphitized powder A was charged, and the process of dedoping from the graphitized powder A was discharge.

<急速放電効率試験>
第2サイクルにおいて、上記第1サイクルと同様にして充電した後、18mAの電流値で、回路電圧が2.5Vに達するまで定電流放電を行った。このとき第1サイクルにおける放電容量から、次式にしたがって急速放電効率(ハイレート特性)を評価した。
急速放電効率(%)=(第2サイクルの放電容量/第1サイクルの放電容量)×100
<Rapid discharge efficiency test>
In the second cycle, after charging in the same manner as in the first cycle, constant current discharge was performed at a current value of 18 mA until the circuit voltage reached 2.5V. At this time, rapid discharge efficiency (high rate characteristics) was evaluated from the discharge capacity in the first cycle according to the following equation.
Rapid discharge efficiency (%) = (second cycle discharge capacity / first cycle discharge capacity) × 100

<サイクル特性試験>
また、上記評価とは別に第1サイクルと同一の条件で100回充放電を繰り返し、次式にしたがってサイクル特性を評価した。
サイクル特性(%)=(第100サイクルの放電容量/第1サイクルの放電容量)×100
<Cycle characteristic test>
In addition to the above evaluation, charging / discharging was repeated 100 times under the same conditions as in the first cycle, and the cycle characteristics were evaluated according to the following formula.
Cycle characteristics (%) = (100th cycle discharge capacity / first cycle discharge capacity) × 100

上記試験は、負極の電極密度を、1.65g/cmとして行い、測定された黒鉛化粉Aの1g当たりの放電容量(mAh/g)、初回充放電効率(%)、急速放電効率(%)およびサイクル特性(%)の値(電池特性)を第1表に示す。
第1表に示されるように、作用電極(実電池の負極に相当)に本発明の黒鉛質材料を用いたリチウムイオン二次電池は、負極の電極密度によらずに、高い放電容量を示し、かつ高い初期充放電効率(すなわち小さな不可逆容量)を有する。
また、急速放電効率(%)およびサイクル特性は、優れた値を示し電極密度を高くした場合においても、良好な値を維持した。
The above test was performed with the electrode density of the negative electrode being 1.65 g / cm 3 , and the measured discharge capacity per 1 g of graphitized powder A (mAh / g), initial charge / discharge efficiency (%), rapid discharge efficiency ( %) And cycle characteristic (%) values (battery characteristics) are shown in Table 1.
As shown in Table 1, the lithium ion secondary battery using the graphite material of the present invention for the working electrode (corresponding to the negative electrode of the actual battery) shows a high discharge capacity regardless of the electrode density of the negative electrode. And high initial charge / discharge efficiency (ie, small irreversible capacity).
Further, the rapid discharge efficiency (%) and the cycle characteristics showed excellent values and maintained good values even when the electrode density was increased.

<実施例2>
実施例1において、30min行ったメカノケミカル処理を、15minとし、その他の処理方法、処理条件、測定項目等を全て同じとした試験を行った。
測定結果を表1に示す。
<Example 2>
In Example 1, the mechanochemical treatment performed for 30 minutes was set to 15 minutes, and the other treatment methods, treatment conditions, measurement items, and the like were all the same.
The measurement results are shown in Table 1.

<実施例3>
実施例1において、30min行ったメカノケミカル処理を、60minとし、その他の処理方法、処理条件、測定項目等を全て同じとした試験を行った。
測定結果を表1に示す。
<Example 3>
In Example 1, the mechanochemical treatment performed for 30 minutes was set to 60 minutes, and the other treatment methods, treatment conditions, measurement items, and the like were all the same.
The measurement results are shown in Table 1.

<比較例1>
実施例1において、30min行ったメカノケミカル処理を行わず、その他の処理方法、処理条件、測定項目等を全て同じとした試験を行った。
測定結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
In Example 1, the mechanochemical treatment performed for 30 minutes was not performed, and a test was performed in which all other treatment methods, treatment conditions, measurement items, and the like were the same.
The measurement results are shown in Table 1.

<比較例2>
実施例1においては、メカノケミカル処理したメソカーボン小球体焼成粉を風力分級に供し、5μm以下のものを除去したが、比較例2では、この操作を行わなかった。
そして、その他の処理方法、処理条件、測定項目等を全て同じとした試験を行った。
測定結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
In Example 1, mechanochemically treated mesocarbon microsphere fired powder was subjected to air classification to remove particles of 5 μm or less, but in Comparative Example 2, this operation was not performed.
And the test which made all the other processing methods, processing conditions, a measurement item, etc. the same was done.
The measurement results are shown in Table 1.

Figure 2007076929
Figure 2007076929

本発明の製造方法により得られる本発明の黒鉛化粉は、リチウムイオン二次電池の負極以外の用途、例えば、燃料電池セパレータ用の導電材や、耐火物用黒鉛などにも転用することもできる。   The graphitized powder of the present invention obtained by the production method of the present invention can be diverted to uses other than the negative electrode of a lithium ion secondary battery, for example, a conductive material for a fuel cell separator, graphite for refractory, and the like. .

図1は、本発明で用いた評価電池の断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of an evaluation battery used in the present invention. 図2は、本発明で用いたメカノケミカル処理装置の概略図である。FIG. 2 is a schematic view of a mechanochemical processing apparatus used in the present invention. 図3(a)は、本発明で用いるメカノケミカル処理装置の作用機構を説明する図であり、図3(b)は、該装置の構成を示す概略図である。FIG. 3A is a view for explaining the mechanism of operation of the mechanochemical processing apparatus used in the present invention, and FIG. 3B is a schematic view showing the configuration of the apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

1 外装カップ
2 作用電極
3 外装缶
4 対極
5 セパレータ
6 絶縁ガスケット
7a,7b 集電体
11 回転ドラム
12 内部部材(インナーピース)
13 メソカーボン小球体焼結粉
14 循環機構
15 排出機構
21 固定ドラム
22 ローター
23 メソカーボン小球体焼結粉
24 循環機構
25 排出機構
26 ブレード
27 ステーター
28 ジャケット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exterior cup 2 Working electrode 3 Exterior can 4 Counter electrode 5 Separator 6 Insulating gasket 7a, 7b Current collector 11 Rotating drum 12 Internal member (inner piece)
13 Mesocarbon spheroid sintered powder 14 Circulation mechanism 15 Discharge mechanism 21 Fixed drum 22 Rotor 23 Mesocarbon spheroid sintered powder 24 Circulation mechanism 25 Discharge mechanism 26 Blade 27 Stator 28 Jacket

Claims (5)

メソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法であって、
メソカーボン小球体焼成粉の表面部分を剥離手段により剥離し、剥離された前記表面部分である剥離部と残部との混合物を得る剥離工程と、
前記混合物から、前記剥離部を除去し、前記残部を得る除去工程と、
前記残部を黒鉛化処理し、メソカーボン小球体黒鉛化粉を得る黒鉛化工程と、
を具備するメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法。
A method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder,
A peeling step of peeling the surface portion of the mesocarbon microsphere fired powder by a peeling means to obtain a mixture of the peeled portion and the remaining portion that are the peeled surface portion;
A removal step of removing the peeling portion and obtaining the remaining portion from the mixture;
Graphitizing the remaining part to obtain mesocarbon microsphere graphitized powder; and
A process for producing mesocarbon microsphere graphitized powder comprising:
前記メソカーボン小球体焼成粉が、メソカーボン小球体を400〜1300℃の非酸化性雰囲気中で処理して得られるメソカーボン小球体焼成粉である請求項1に記載のメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法。   The mesocarbon microsphere graphitized powder according to claim 1, wherein the mesocarbon microsphere fired powder is a mesocarbon microsphere fired powder obtained by treating a mesocarbon microsphere in a non-oxidizing atmosphere at 400 to 1300 ° C. Powder manufacturing method. 前記剥離手段が、メカノケミカル処理である請求項1または2に記載のメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法。   The method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder according to claim 1 or 2, wherein the peeling means is a mechanochemical treatment. 前記混合物中の前記剥離部の存在比率が、1〜5質量%である請求項1〜3のいずれかに記載のメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法。   The method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder according to any one of claims 1 to 3, wherein an abundance ratio of the peeled portion in the mixture is 1 to 5 mass%. 前記メソカーボン小球体黒鉛化粉が、リチウムイオン二次電池用負極材料である請求項1〜4のいずれかに記載のメソカーボン小球体黒鉛化粉の製造方法。   The method for producing mesocarbon microsphere graphitized powder according to any one of claims 1 to 4, wherein the mesocarbon microsphere graphitized powder is a negative electrode material for a lithium ion secondary battery.
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