JP2008198568A - Manufacturing method of negative electrode material for lithium secondary battery, negative electrode material for lithium secondary battery manufactured by manufacturing method, and lithium secondary battery using negative electrode material - Google Patents

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世 ▲均▼ 劉
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永 松 陳
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政 彰 呉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a lithium secondary battery of a long cycle life which can be mass produced at low cost, easily, and safely, and in which decreasing tendency of cycle characteristics is alleviated while retaining high discharge capacity, and the lithium secondary battery manufactured by this manufacturing method. <P>SOLUTION: This is the manufacturing method of a negative electrode material which, by preparing an acidic solution containing metal ion of either Sn ion or Sb ion, or both the Sb ion and the Sn ion, by mixing while putting carbon material into the acidic solution, and by carrying out heat treatment in a prescribed atmosphere containing at least one kind of gas selected from a group consisting of nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, and nitrogen dioxide to a dried object obtained while carrying out drying treatment, the manufacturing method of the negative electrode material which is surface-modified by metal or metal compound formed by the metal ion in a carbon material, the negative electrode material for the lithium secondary battery manufactured by the manufacturing method, and the lithium secondary battery using the negative electrode material are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明はリチウム二次電池用負極材の製造方法、該製造方法により製造されたリチウム二次電池用負極材、及び該負極材を用いたリチウム二次電池に関し、特に、低コスト且つ制御しやすいリチウム二次電池用負極材の製造方法、該製造方法により製造されたリチウム二次電池用負極材、及び該負極材を用いたリチウム二次電池に関する。     The present invention relates to a method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, a negative electrode material for a lithium secondary battery produced by the production method, and a lithium secondary battery using the negative electrode material, and in particular, low cost and easy to control. The present invention relates to a method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, a negative electrode material for a lithium secondary battery produced by the production method, and a lithium secondary battery using the negative electrode material.

リチウム二次電池は小さいながら、高い充電/放電容量の特性をもつため、電子、通信、バイオテクノロジーなどの電気設備の小型化を重視する分野において、利用が拡大している。     Although lithium secondary batteries are small, they have high charge / discharge capacity characteristics, and therefore are increasingly used in fields where importance is placed on miniaturization of electrical equipment such as electronics, communication, and biotechnology.

リチウム二次電池の負極としては、従来、黒鉛、結晶化度の低い炭素等の各種炭素材料が広く用いられている。しかしながら、炭素材料からなる負極は、使用可能な電流密度が低く、理論容量も不十分である。例えば、負極に炭素材料の一つである黒鉛だけを用いた場合には、理論容量が372mAh/gと少ないため、より一層の高容量化が望まれている。     Conventionally, various carbon materials such as graphite and carbon having low crystallinity have been widely used as negative electrodes for lithium secondary batteries. However, a negative electrode made of a carbon material has a low usable current density and an insufficient theoretical capacity. For example, when only graphite, which is one of the carbon materials, is used for the negative electrode, the theoretical capacity is as low as 372 mAh / g, and therefore, further increase in capacity is desired.

これに対して、汎用の炭素材料よりも放電容量の大きい物質であり、リチウム金属以外の材料からなるリチウム二次電池用負極材料の開発が望まれている。例えば、錫、珪素等の元素、これらの窒化物、酸化物等は、リチウムと合金を形成してリチウムを吸蔵することができ、その吸蔵量は炭素材料よりはるかに大きいため、これらの物質を含む合金負極の開発が提案されている。     On the other hand, development of a negative electrode material for a lithium secondary battery, which is a substance having a discharge capacity larger than that of a general-purpose carbon material and made of a material other than lithium metal, is desired. For example, elements such as tin and silicon, nitrides and oxides thereof can form an alloy with lithium and occlude lithium, and the amount of occlusion is much larger than that of carbon materials. It has been proposed to develop an alloy negative electrode.

例えば、非特許文献1によると、溶剤としてはグリセリンを使用し、比例が5:4のSbClとSbCl・HOをグリセリンの溶剤に入れて、イオン濃度が0.5Mの溶液を調製する。そして、MCMB(メソフェーズ小球体炭素)粉末を該溶液にいれ、0〜1℃の温度において冷却しながらかき混ぜ、同時に還元剤としての亜鉛粉末を入れ、そしてアルコール溶液で洗浄ろ過し、オーブンに入れて55℃の温度で加熱乾燥すれば、MCMBカーボン材で粒径が100nm以下のSb、Sn金属が表面修飾をした負極材料を得ることができる。 For example, according to Non-Patent Document 1, glycerin is used as a solvent, and SbCl 3 and SbCl 2 · H 2 O with a ratio of 5: 4 are put into a glycerin solvent to prepare a solution having an ionic concentration of 0.5M. To do. Then, MCMB (mesophase microsphere carbon) powder is put into the solution and stirred while cooling at a temperature of 0 to 1 ° C., and at the same time, zinc powder as a reducing agent is added, washed with an alcohol solution, filtered and placed in an oven. If it heat-drys at the temperature of 55 degreeC, the negative electrode material by which the surface modification of Sb and Sn metal with a particle size of 100 nm or less with MCMB carbon material can be obtained.

測定によると、この方法により作製された負極材料は、420mAh/gの放電容量を有している。しかし、この方法において、亜鉛粉末を還元剤として使用するため、亜鉛粉末をろ過除去するにはコストが掛かる。また、該方法にはSbCl・HOを使用するため、反応の過程において、湿気を吸収しやすい水酸化アンチモンまたは水酸化スズが生成する恐れがあり、使用時間が経つと、その負極材料は湿気に影響されて性能が低下する可能性がある。さらに、負極材料に表面修飾するSb、Sn金属の粒径は既にnmレベルになっており、大気のなかの酸素と反応して酸化し、それによって性能が低下する可能性もある。それら性能低下の可能性は負極材料を湿気、大気から隔離することによって回避することができるが、それではコストを一層上げることになる。 According to the measurement, the negative electrode material produced by this method has a discharge capacity of 420 mAh / g. However, in this method, since zinc powder is used as a reducing agent, it is costly to remove the zinc powder by filtration. In addition, since SbCl 2 · H 2 O is used in the method, antimony hydroxide or tin hydroxide that easily absorbs moisture may be generated in the course of the reaction. May be affected by moisture and performance may be degraded. Furthermore, the particle size of the Sb and Sn metals that modify the surface of the negative electrode material is already at the nm level, and may react with oxygen in the atmosphere to oxidize, thereby reducing the performance. The possibility of such performance degradation can be avoided by isolating the negative electrode material from moisture and air, but this further increases the cost.

また、非特許文献2によると、ヒドロターモルヒドロゲン還元法を利用し、粒径約300nmのニッケル粒子をグラファイト材の表面に散布して表面を修飾する負極材料が開示されている。しかし、この製造方法は高い温度において高圧水素を使用するため、その危険性も無視できない。     Non-Patent Document 2 discloses a negative electrode material that modifies the surface by spraying nickel particles having a particle size of about 300 nm on the surface of a graphite material using a hydroterm hydrogen reduction method. However, since this production method uses high-pressure hydrogen at a high temperature, its danger cannot be ignored.

更に、これらの金属で表面修飾をした炭素材料物質を負極材料とする場合にも、充放電サイクルを繰り返すうちに、リチウムの吸蔵・放出に伴って電極の大きな膨張・収縮が生じ、電極自体が瓦解するおそれがある。     Further, even when a carbon material whose surface is modified with these metals is used as a negative electrode material, the electrode expands and contracts with the insertion and extraction of lithium during repeated charge and discharge cycles, and the electrode itself There is a risk of demolition.

この問題点に対し、非特許文献3は0.06MのSnCl水溶液と、0.02MのSbCl水溶液を混合し、その混合した水溶液にナノカーボンチューブを入れ、それから、金属還元剤としてのKBHを少しずつ入れて、ろ過乾燥して得るものを負極材料とする方法が開示されている。これによって作製された負極材料は、ナノカーボンチューブにそれぞれ適量のSbとSnSb0.5が表面修飾している2種類のものであり、それぞれ462mAh/gと518mAh/gの放電容量を有している。そして、それらの負極材料を用いたリチウム二次電池が30サイクルの充放電を経た後でも、表面修飾されていないナノカーボンチューブやSnとSbの合金で作製されたものより優れたサイクル寿命を持っている。 To deal with this problem, Non-Patent Document 3 mixes a 0.06M SnCl 2 aqueous solution and a 0.02M SbCl 3 aqueous solution, and puts a nanocarbon tube into the mixed aqueous solution, and then KBH as a metal reducing agent. A method is disclosed in which 4 is added little by little, and a negative electrode material is obtained by filtration and drying. The negative electrode materials thus produced are two types of nanocarbon tubes that are surface-modified with appropriate amounts of Sb and SnSb 0.5 , respectively, and have discharge capacities of 462 mAh / g and 518 mAh / g, respectively. And, even after lithium secondary batteries using these negative electrode materials have undergone 30 cycles of charge / discharge, they have a cycle life superior to those made of nanocarbon tubes that are not surface-modified or alloys of Sn and Sb. ing.

しかし、非特許文献3により開示された負極材料を用いたリチウム二次電池は、正常な使用状態において、そのサイクル特性はなお明らかな低下傾向を示している(図1参照)。
Lihong Shi, Hong Li, Zhaoxiang Wang, Xuejie Huang and Liquan Chen, J.Mater. Chem, 11(2001)1502 Lihong Shi, Qing Wang, Zhaoxiang Wang, Xuejie Huang and Liquan Chen, Journal of Power Sources, 102(2001)60-67 Wei Xiang Chen, Jim Yang Lee and Zhaolin Liu, Carbon, 41(2003)959
However, the lithium secondary battery using the negative electrode material disclosed in Non-Patent Document 3 still shows a clearly decreasing tendency in the cycle characteristics under normal use (see FIG. 1).
Lihong Shi, Hong Li, Zhaoxiang Wang, Xuejie Huang and Liquan Chen, J. Mater. Chem, 11 (2001) 1502 Lihong Shi, Qing Wang, Zhaoxiang Wang, Xuejie Huang and Liquan Chen, Journal of Power Sources, 102 (2001) 60-67 Wei Xiang Chen, Jim Yang Lee and Zhaolin Liu, Carbon, 41 (2003) 959

上記のように、リチウム二次電池は既に実用化されたとはいえ、未だに改良すべき点が多く残っており、本発明は、ローコストで簡単且つ安全に量産することができ、そして高い放電容量を持ちながらもサイクル特性の低下傾向が緩和され、サイクル寿命が長いリチウム二次電池の製造方法と、この製造方法により製造されるリチウム二次電池を提供する。     As described above, although the lithium secondary battery has already been put into practical use, there are still many points to be improved, and the present invention can be mass-produced easily and safely at a low cost and has a high discharge capacity. The present invention provides a method for manufacturing a lithium secondary battery having a long cycle life, and a lithium secondary battery manufactured by this manufacturing method.

上記のように、カーボン材に金属による表面修飾を行う技術は、すべて金属化合物を金属に戻す還元反応が発生しやすい環境を用意することを念頭に置いた上で、リチウム二次電池に適する負極材を製造しようとする方法であり、所々に改善が見られるものの、画期的かつ全面的に進歩したものを得ることができなかった。これに対し、本発明の発明者等は発想を逆転し、金属化合物を金属に戻す還元反応の環境が、反応に不利な環境であったら、却ってリチウム二次電池により適する負極材を得ることができるのではないかと実験を重ね、見事に満足できる結果を得ることができたのである。   As described above, the technology for surface modification of carbon materials with metal is to prepare an environment in which reduction reaction to return all metal compounds to metal is easy to occur, and to be suitable for lithium secondary batteries. This is a method for manufacturing a material, and although improvements have been seen in some places, it has not been possible to obtain a revolutionary and totally advanced method. On the other hand, the inventors of the present invention can reverse the idea and obtain a negative electrode material more suitable for a lithium secondary battery if the environment of the reduction reaction for returning the metal compound to the metal is unfavorable for the reaction. I experimented to see if I could do it, and I was able to obtain excellent results.

即ち、発明者等によると、本発明はSbイオン、Snイオン、あるいはSbイオンとSnイオン両方の金属イオンを含む酸性溶液を調製し、カーボン材を該酸性溶液に入れて混合し、乾燥処理を行って得る乾燥物をN、Ar、He、CO、NOからなる群から選ばれた少なくとも一種らガスを含む所定の雰囲気において熱処理を行うことによって、カーボン材に前記金属イオンにより形成された金属または金属化合物により表面修飾されているリチウム二次電池用負極材を製造するリチウム二次電池用負極材の製造方法を提供する。 That is, according to the inventors, the present invention prepares an acidic solution containing Sb ions, Sn ions, or metal ions of both Sb ions and Sn ions, mixes the carbon material in the acidic solution, and performs a drying treatment. by performing a heat treatment in a predetermined atmosphere containing a done by can drying product N 2, Ar 2, He 2 , CO 2, at least one et gas selected from the group consisting of NO 2, by the metal ions in the carbon material Provided is a method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, which produces a negative electrode material for a lithium secondary battery that is surface-modified with the formed metal or metal compound.

本発明のリチウム二次電池用負極材の製造方法において、前記酸性溶液における金属イ
オンの濃度は0.01M以上で飽和濃度以下である方が好ましく、2Mである方が更に好ましい。
In the method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention, the concentration of metal ions in the acidic solution is preferably 0.01 M or more and less than or equal to a saturation concentration, and more preferably 2 M.

本発明のリチウム二次電池用負極材の製造方法において、前記酸性溶液における金属イオンの量について、投入された前記カーボン材1グラム当り0.185モル以下であることが好ましく、0.001〜0.185モルであることが更に好ましく、0.005〜0.185モルであることが特に好ましい。   In the method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention, the amount of metal ions in the acidic solution is preferably 0.185 mol or less per gram of the carbon material added, and is 0.001 to 0.185 mol. Is more preferable, and 0.005 to 0.185 mol is particularly preferable.

本発明のリチウム二次電池用負極材の製造方法において、前記酸性溶液は溶質としての酸と、溶剤と、該酸に溶解すると前記金属イオンを形成することができる前駆体とからなることが好ましい。   In the method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention, the acidic solution preferably includes an acid as a solute, a solvent, and a precursor capable of forming the metal ion when dissolved in the acid. .

前記酸はギ酸、安息香酸、硫酸、塩酸、フルオロホウ酸、酢酸、硝酸からなる群から選ばれた少なくとも一種の酸からなることが好ましく、そのなかで、塩酸がより好ましい。   The acid is preferably composed of at least one acid selected from the group consisting of formic acid, benzoic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, fluoroboric acid, acetic acid, and nitric acid, and among them, hydrochloric acid is more preferable.

前記溶剤は水、アルカン、ケトン、アルデヒド、アルコール、エーテル、ベンゼン、トルエン、キシレン、灯油からなる群から選ばれた少なくとも一種の溶剤からなることが好ましく、エタン、プロパン、ペンタン、アセトン、ブタノン、n−メチル−2−2−ピロリドン、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、イソプロパノール、ブタナール、2−エチルエーテルからなる群から選ばれた少なくとも一種の溶剤からなることがより好ましく、イソプロパノールが特に好ましい。   The solvent is preferably composed of at least one solvent selected from the group consisting of water, alkanes, ketones, aldehydes, alcohols, ethers, benzene, toluene, xylene, and kerosene. Ethane, propane, pentane, acetone, butanone, n -Methyl-2--2-pyrrolidone, methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, pentyl alcohol, isopropanol, butanal, more preferably consisting of at least one solvent selected from the group consisting of 2-ethyl ether, Isopropanol is particularly preferred.

前記前駆体はSb化合物、Sb金属、Sn化合物、Sn金属からなる群から選ばれた少なくとも一種の物質からなることが好ましい。   The precursor is preferably made of at least one substance selected from the group consisting of Sb compounds, Sb metals, Sn compounds, and Sn metals.

前記Sb化合物は塩化アンチモン、硫酸アンチモン、ほうふっ化アンチモンからなる群から選ばれた少なくとも一種の物質からなることが好ましく、そのなかでは塩化アンチモンを使用することがより好ましい。   The Sb compound is preferably composed of at least one substance selected from the group consisting of antimony chloride, antimony sulfate, and antimony borofluoride, and among them, it is more preferable to use antimony chloride.

前記Sn化合物は2価のスズの塩化物、4価のスズの塩化物、硫酸スズ、ほうふっ化スズからなる群から選ばれた少なくとも一種の物質からなることが好ましく、そのなかでも2価のスズの塩化物、または4価のスズの塩化物がより好ましい。   The Sn compound is preferably made of at least one substance selected from the group consisting of divalent tin chloride, tetravalent tin chloride, tin sulfate and tin borofluoride, and among them, divalent tin Tin chloride or tetravalent tin chloride is more preferred.

本発明のリチウム二次電池用負極材の製造方法において、前記カーボン材はメソフェーズ黒鉛粉末(MGP)、メソフェーズ 小球体炭素粉末、球体炭素材、人造黒鉛材、天然黒鉛材、ナノカーボンチューブからなる群から選ばれた少なくとも一種のカーボン材からなることが好ましく、その中ではメソフェーズ黒鉛粉末、または天然黒鉛材を使用するほうがより好ましい。   In the method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention, the carbon material is a group consisting of mesophase graphite powder (MGP), mesophase microsphere carbon powder, spherical carbon material, artificial graphite material, natural graphite material, and nanocarbon tube. It is preferable to use at least one carbon material selected from the above, and it is more preferable to use mesophase graphite powder or natural graphite material.

本発明のリチウム二次電池用負極材の製造方法において、前記所定の雰囲気は窒素であることが好ましく、その雰囲気に更に水素が含まれることがより好ましい。   In the method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention, the predetermined atmosphere is preferably nitrogen, and more preferably hydrogen is further contained in the atmosphere.

その雰囲気に水素が含まれる場合、水素の濃度は3VOL%以下の方が好ましい。
また、その雰囲気の気圧は10-2トル以下の方が好ましい。
When hydrogen is contained in the atmosphere, the hydrogen concentration is preferably 3 VOL% or less.
The atmospheric pressure is preferably 10 −2 Torr or less.

本発明のリチウム二次電池用負極材の製造方法において、前記熱処理は200〜800℃の範囲内の温度で行われることが好ましく、350〜700℃の範囲内の温度がより好ましい。   In the method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention, the heat treatment is preferably performed at a temperature within a range of 200 to 800 ° C, and more preferably within a range of 350 to 700 ° C.

また、前記熱処理は10〜300分間行われることが好ましく、10〜120分間行われることがより好ましく、ちょうど120分間行われることが特に好ましい。   The heat treatment is preferably performed for 10 to 300 minutes, more preferably 10 to 120 minutes, and particularly preferably 120 minutes.

また、本発明は上記製造方法により製造されたリチウム二次電池用負極材、そして該リチウム二次電池用負極材を用いたリチウム二次電池をも提供する。   Moreover, this invention also provides the lithium secondary battery using the negative electrode material for lithium secondary batteries manufactured by the said manufacturing method, and this negative electrode material for lithium secondary batteries.

上記リチウム二次電池用負極材の製造方法によれば、本発明は特別な機材や原料を使用せず、純化する手順を必要としないので、低コストで簡単にリチウム二次電池用負極材を製造することができ、そして、その負極材を用いて作製するリチウム二次電池にハイレベルな放電容量やサイクル特性を有するリチウム二次電池用負極材の製造方法と、該製造方法により製造されたリチウム二次電池用負極材、そして及び該負極材を用いたリチウム二次電池を提供することができる。     According to the above method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, the present invention does not use special equipment or raw materials and does not require a purification procedure. A method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery having a high level of discharge capacity and cycle characteristics in a lithium secondary battery produced using the negative electrode material, and the production method A negative electrode material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery using the negative electrode material can be provided.

本発明はSnイオン、Sbイオンのいずれか、あるいはSbイオンとSnイオン両方の金属イオンを含む酸性溶液を調製し、カーボン材を該酸性溶液に入れて混合し、乾燥処理を行って得る乾燥物を窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、二酸化窒素からなる群から選ばれた少なくとも一種のガスを含む所定の雰囲気において熱処理を行うことによって、カーボン材に前記金属イオンにより形成された金属または金属化合物により表面修飾されている負極材を製造する方法である。   The present invention provides a dried product obtained by preparing an acidic solution containing Sn ions, Sb ions, or both Sb ions and Sn ions, mixing a carbon material in the acidic solution, and performing a drying treatment. By a heat treatment in a predetermined atmosphere containing at least one gas selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, and nitrogen dioxide, by the metal or metal compound formed on the carbon material by the metal ions This is a method for producing a surface-modified negative electrode material.

前記酸性溶液は溶質としての酸と、溶剤と、該酸に溶解すると前記金属イオン(Snイオン、Sbイオンのいずれか、あるいは両方)を形成する前駆体とからなることが好ましい。   The acidic solution is preferably composed of an acid as a solute, a solvent, and a precursor that forms the metal ion (either Sn ion, Sb ion, or both) when dissolved in the acid.

従って、その酸性溶液は購入、あるいは簡単な調製により取得することができる。
また、該酸性溶液における金属イオン、酸、溶剤の種類や使用量、そして製造における雰囲気の選択、設定などについては、特に制限が設けていない。コストや材料調達の都合、製作過程における利便さ、そして最後に作製するリチウム二次電池の予定性能などに応じて、適当に設定する事が可能であり、以下に紹介する材料の選択、使用量、濃度、温度設定などが、例として挙げられたことに過ぎず、本発明にとって必要な制限でないことについては予め断っておく。
Therefore, the acidic solution can be obtained by purchase or simple preparation.
Further, there are no particular restrictions on the types and amounts of metal ions, acids, and solvents used in the acidic solution, and the selection and setting of the atmosphere in production. It can be set appropriately according to the cost, convenience of material procurement, convenience in the manufacturing process, and planned performance of the lithium secondary battery to be manufactured at the end. Selection and usage of materials introduced below It should be noted in advance that the concentration, temperature setting, etc. are merely examples, and are not necessary limitations for the present invention.

前記酸性溶液に使用する酸は、ギ酸、安息香酸、硫酸、塩酸、フルオロホウ酸、酢酸、硝酸からなる群から選ばれた少なくとも一種の酸からなることが好ましく、以下で紹介する本発明の具体的な各実施例においては、塩酸を使用する。   The acid used in the acidic solution is preferably composed of at least one acid selected from the group consisting of formic acid, benzoic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, fluoroboric acid, acetic acid, and nitric acid. Specific examples of the present invention introduced below In each example, hydrochloric acid is used.

前記酸性溶液に使用する前駆体はSb化合物、Sb金属、Sn化合物、Sn金属からなる群から選ばれた少なくとも一種の物質からなることが好ましい。Sb化合物を選択する場合は、塩化アンチモン、硫酸アンチモン、ほうふっ化アンチモンからなる群から選ばれた少なくとも一種の物質からなることが好ましい。そして、Sn化合物を選択する場合は2価のスズの塩化物、4価のスズの塩化物、硫酸スズ、ほうふっ化スズからなる群から選ばれた少なくとも一種の物質からなることが好ましい。また、以下で紹介する本発明の具体的な実施例においては、2価のスズの塩化物、4価のスズの塩化物、塩化アンチモン、そして4価のスズの塩化物と塩化アンチモンとの混合物を選択する。   The precursor used in the acidic solution is preferably composed of at least one substance selected from the group consisting of Sb compounds, Sb metals, Sn compounds, and Sn metals. When the Sb compound is selected, it is preferably made of at least one substance selected from the group consisting of antimony chloride, antimony sulfate, and antimony fluoride. When the Sn compound is selected, it is preferably made of at least one substance selected from the group consisting of divalent tin chloride, tetravalent tin chloride, tin sulfate, and tin borofluoride. In the specific examples of the present invention introduced below, divalent tin chloride, tetravalent tin chloride, antimony chloride, and a mixture of tetravalent tin chloride and antimony chloride. Select.

前記酸性溶液に使用する溶剤は水、アルカン、ケトン、アルデヒド、アルコール、エーテル、ベンゼン、トルエン、キシレン、灯油からなる群から選ばれた少なくとも一種の溶剤からなることが好ましく、エタン、プロパン、ペンタン、アセトン、ブタノン、n−メ
チル−2−2−ピロリドン、メチルアルコール、エチルアルコール、プロピルアルコール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、イソプロパノール、ブタナール、2−エチルエーテルからなる群から選ばれた少なくとも一種の溶剤からなることがより好ましく、以下で紹介する本発明の具体的な各実施例においては、イソプロパノールを使用する。
The solvent used for the acidic solution is preferably composed of at least one solvent selected from the group consisting of water, alkanes, ketones, aldehydes, alcohols, ethers, benzene, toluene, xylene, kerosene, ethane, propane, pentane, Consists of at least one solvent selected from the group consisting of acetone, butanone, n-methyl-2--2-pyrrolidone, methyl alcohol, ethyl alcohol, propyl alcohol, butyl alcohol, pentyl alcohol, isopropanol, butanal, and 2-ethyl ether. It is more preferred that isopropanol be used in each of the specific embodiments of the present invention introduced below.

前記酸性溶液における金属イオンの濃度については、飽和濃度を越えなければいいが、0.01M以上で飽和濃度以下である方が好ましく、以下で紹介する本発明の具体的な各実施例においては、すべて2Mに設定している。   The concentration of metal ions in the acidic solution should not exceed the saturation concentration, but is preferably 0.01 M or more and less than or equal to the saturation concentration. In each of the specific embodiments of the present invention introduced below, 2M is set.

本発明のリチウム二次電池用負極材の製造方法において、前記カーボン材はメソフェーズ黒鉛粉末(MGP)、メソフェーズ 小球体炭素粉末、球体炭素材、人造黒鉛材、天然黒鉛材、ナノカーボンチューブからなる群から選ばれた少なくとも一種のカーボン材からなることが好ましく、以下で紹介する本発明の具体的な各実施例においては、メソフェーズ黒鉛粉末と天然黒鉛材を選択している。   In the method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention, the carbon material is a group consisting of mesophase graphite powder (MGP), mesophase microsphere carbon powder, spherical carbon material, artificial graphite material, natural graphite material, and nanocarbon tube. It is preferable that the material is made of at least one carbon material selected from the above. In each specific example of the present invention introduced below, mesophase graphite powder and natural graphite material are selected.

前記酸性溶液における酸の使用量は、上述の通り、前駆体の溶解に足りえる量であればいい。また、該酸性溶液において、前駆体の濃度以外、該前駆体の絶対量、特に、投入されたカーボン材の使用量に対する前駆体の使用量は、以下で紹介する本発明の各実施例において最後に作製された試験セルの試験結果によると、リチウムイオン電池の性能に大きく影響し、そして、投入されたカーボン材の表面積に対する前駆体の使用量も電池の性能に影響することもありえるので、該酸性溶液における前駆体の濃度や投入されたカーボン材の使用量に対する前駆体の使用量については特に制限を設けないが、参考として、以下で紹介する本発明の具体的な各実施例において最後に作製された試験セルの試験結果によると、前記酸性溶液における金属イオンの量について、投入された前記カーボン材1グラム当り0.185モル以下であることが好ましく、0.001〜0.185モルであることが更に好ましく、0.005〜0.185モルであることが特に好ましいという結果が得られた。   The amount of acid used in the acidic solution may be an amount sufficient to dissolve the precursor as described above. In the acidic solution, the absolute amount of the precursor other than the concentration of the precursor, in particular, the amount of the precursor used relative to the amount of the carbon material added is the last in each example of the present invention introduced below. According to the test results of the test cell fabricated in the above, the performance of the lithium ion battery is greatly affected, and the amount of the precursor used relative to the surface area of the carbon material added may also affect the battery performance. There are no particular restrictions on the amount of precursor used in the acidic solution and the amount of precursor used relative to the amount of carbon material used, but as a reference, in the specific examples of the present invention introduced below, According to the test results of the prepared test cell, the amount of metal ions in the acidic solution is preferably 0.185 mol or less per gram of the carbon material introduced. Properly, more preferably 0.001 to 0.185 mol, the result that particularly preferably from 0.005 to 0.185 mol is obtained.

また、本発明のリチウム二次電池用負極材の製造方法において、熱処理を行う時の雰囲気は窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、二酸化窒素からなる群から選ばれた少なくとも一種らガスを含むと制限しているが、これは前記乾燥物の酸化を防ぐためのものであり、該雰囲気に湿気や酸素が含むことは極力避けるべきである。また、その雰囲気の気圧は10-2トル以下に抑えることも前記乾燥物の酸化を防止することができる。また、以下で紹介する本発明の各具体的な実施例においては、すべて窒素を使用している。 Further, in the method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention, the atmosphere during the heat treatment is limited to include at least one gas selected from the group consisting of nitrogen, argon, helium, carbon dioxide, and nitrogen dioxide. However, this is to prevent oxidation of the dried product, and it should be avoided as much as possible that the atmosphere contains moisture and oxygen. Moreover, the atmospheric pressure of the atmosphere can be suppressed to 10 −2 Torr or less to prevent oxidation of the dried product. In each of the specific examples of the present invention introduced below, nitrogen is used.

また、その雰囲気に水素が含まれると、熱処理を行う時に爆発の恐れがあるため、水素の濃度は3VOL%以下に抑える方が好ましい。また、その雰囲気に他の還元剤をも含むことができる。   In addition, if hydrogen is contained in the atmosphere, there is a risk of explosion when heat treatment is performed. Therefore, it is preferable to suppress the hydrogen concentration to 3 VOL% or less. The atmosphere can also contain other reducing agents.

また、本発明のリチウム二次電池用負極材の製造方法において、熱処理の時間や温度の設定には特に制限を設けないが、時間については10〜300分間行われることが好ましく、10〜120分間行われることがより好ましく、以下で紹介する本発明の具体的な各実施例においては、すべて120分に設定している。その温度については、200〜800℃の範囲内の温度においで行われることが好ましく、以下で紹介する本発明の具体的な各実施例においては、比較するために350℃、450℃、550℃、650℃の熱処理を選択的に行う。なお、発明者等の推測によると、高い温度で熱処理の反応速度も速くなるため、処理温度を高くすると処理の時間を短縮することができる。酸性溶液における酸の酸基は熱処理により気化するので、気化するガスの量の減り始めを熱処理を停止するゴーサインと見ることもできるではないかと発明者等は推測している。   Further, in the method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention, the heat treatment time and temperature are not particularly limited, but the time is preferably 10 to 300 minutes, preferably 10 to 120 minutes. More preferably, it is set to 120 minutes in each of the specific embodiments of the present invention introduced below. About the temperature, it is preferable to carry out at the temperature within the range of 200-800 degreeC, and in each concrete Example of this invention introduced below, for comparison, 350 degreeC, 450 degreeC, and 550 degreeC , Heat treatment at 650 ° C. is selectively performed. According to the inventor's estimation, the reaction rate of the heat treatment is increased at a high temperature. Therefore, the treatment time can be shortened by increasing the treatment temperature. Since the acid group of the acid in the acidic solution is vaporized by the heat treatment, the inventors have speculated that the start of a decrease in the amount of gas to be vaporized can be regarded as a go-ahead that stops the heat treatment.

以下は上記の方法により作製された負極材を用いて負極及びリチウム二次電池の製造方
法について説明する。なお、以下の説明は例示であり、本発明は下記の説明により制限されるものではない。
The following describes a method for producing a negative electrode and a lithium secondary battery using the negative electrode material produced by the above method. In addition, the following description is an illustration and this invention is not restrict | limited by the following description.

まず、図2に示すのは一般的なコイン状のリチウム二次電池の構成を示す略示図であり、図示のように、該リチウム二次電池1には上ケース部11と下ケース部12と、それらの間に画成された密閉空間内に収容されたばねユニット13と、該ばねユニット13より下ケース部12へ押し付けられるステンレススチールプレート14と、負極15と、セパレータ16と、正極17と、該密閉空間を満遍なく充満する電解液とからなるものである。本発明において、ばねユニット13とステンレススチールプレート14と、セパレータ16と、正極17とは従来の技術によるものを採用することができ、以下の詳しい説明は例として挙げられたもので、本発明を利用するには特に制限を設けていない。   First, FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a general coin-shaped lithium secondary battery. As shown in the drawing, the lithium secondary battery 1 includes an upper case portion 11 and a lower case portion 12. A spring unit 13 housed in a sealed space defined between them, a stainless steel plate 14 pressed against the lower case portion 12 from the spring unit 13, a negative electrode 15, a separator 16, and a positive electrode 17 And an electrolytic solution that evenly fills the sealed space. In the present invention, the spring unit 13, the stainless steel plate 14, the separator 16, and the positive electrode 17 can adopt conventional techniques, and the following detailed description is given as an example. There are no particular restrictions on use.

<負極の製造について>
本発明により作製した負極材を導電剤及び結着剤と共に、溶剤に入れて混合撹拌してスラリーとし、箔状の集電材にこのスラリーを塗布して負極の電極とする。この電極を乾燥した後、必要に応じてプレスを行い作製する電池の放電容量を向上させることができる。
<Manufacture of negative electrode>
The negative electrode material produced according to the present invention is mixed with a conductive agent and a binder, mixed and stirred to form a slurry, and this slurry is applied to a foil-like current collector to form a negative electrode. After this electrode is dried, the discharge capacity of the battery to be produced can be improved by pressing as necessary.

導電剤、結着剤、溶剤、集電材としては、従来の技術に従って好適に採用することができる。例えば、一般的に、導電剤はカーボンブラック、ナノ繊維を使用し、スラリー全体に対して重量比0〜10%加えることができる。また、スラリーの塗布厚さとしては、20〜350μmが好ましい。   As a conductive agent, a binder, a solvent, and a current collector, they can be suitably employed according to conventional techniques. For example, carbon black and nanofibers are generally used as the conductive agent, and 0 to 10% by weight can be added to the entire slurry. Further, the coating thickness of the slurry is preferably 20 to 350 μm.

結着剤としては、前記電解液に対して化学安定性と電気化学分野における電圧安定性が高いものを使用することが好ましく、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF・Polyvinylidene fluoride)、ポリテトラフルオロエチレン(polytetrafluoroethylene)などのフッ化重合体、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、スチレン・ブタジエンゴムなどのポリオレフィン、カルボキシメチルセルロースなどの繊維素類のいずれか、またはそれらの組み合わせを使用することができる。また、その使用量としては、負極材に対して重量比で1〜10%加えることができる。   As the binder, those having high chemical stability and high voltage stability in the electrochemical field with respect to the electrolytic solution are preferably used. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (polytetrafluoroethylene) ), Fluorinated polymers such as polyethylene, polyvinyl alcohol, polyolefins such as styrene / butadiene rubber, and fibrous materials such as carboxymethylcellulose, or combinations thereof. Moreover, as the usage-amount, it can add 1 to 10% by weight ratio with respect to a negative electrode material.

溶剤としては、水、n−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、そしてアルコール、イソプロパノールなどのアルコール類のいずれか、またはそれらの組み合わせを使用することができる。特に、n−メチルピロリドンが最も広く用いられている。また、その使用量としては、必要に応じ、従来の技術に従って使用することができる。   As the solvent, water, n-methylpyrrolidone, dimethylformamide, and alcohols such as alcohol and isopropanol, or combinations thereof can be used. In particular, n-methylpyrrolidone is most widely used. Moreover, as the usage-amount, it can use according to the conventional technique as needed.

集電材としては、銅、ニッケルなどの金属を使用することができる。その形状については特に制限はなく、一般的には箔状、網状に形成されたものを使用する。そのサイズ(例えば長さ、幅、厚さ、重量など)は必要に応じて形成することができるが、その厚さとしては5〜20μmに形成するのが好ましい。   As the current collector, metals such as copper and nickel can be used. There is no restriction | limiting in particular about the shape, Generally, what was formed in foil shape and net shape is used. The size (for example, length, width, thickness, weight, etc.) can be formed as necessary, but the thickness is preferably 5 to 20 μm.

<正極の製造について>
正極の製造方法は負極と殆ど同じで、ただ負極材の代わりに、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Zn、Al、Snなど、リチウム遷移金属複合酸化物材料による正極材を使用する。また、必要に応じて、正極材には炭酸リチウムなど他の成分を更に含み、あるいはリチウム遷移金属複合酸化物材料を使用せずに箔状の金属リチウムを用いることもできる。
<Production of positive electrode>
The manufacturing method of the positive electrode is almost the same as that of the negative electrode. Instead of the negative electrode material, a positive electrode material made of a lithium transition metal composite oxide material such as Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Zn, Al, Sn is used. use. If necessary, the positive electrode material may further contain other components such as lithium carbonate, or foil-like metallic lithium may be used without using a lithium transition metal composite oxide material.

<セパレータの製造について>
セパレータ16の主な機能は絶縁であり、電池内の短絡を防いで安全性を高め、それでいてリチウムイオンを通過させて正、負極の間の行き来させる所にある。本発明に適する
セパレータには特に制限が設けておらず、例えば一般的に採用されるポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布などを用いることができる。
<Manufacture of separator>
The main function of the separator 16 is insulation, which prevents the short circuit in the battery and improves safety, yet allows lithium ions to pass between the positive and negative electrodes. The separator suitable for the present invention is not particularly limited, and for example, a porous sheet or a non-woven fabric made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene that is generally employed can be used.

セパレータの材質や形状は特に制限されない。セパレータは正極と負極が物理的に接触しないように分離するものであり、イオン透過性が高く、電気抵抗が低いものであるのが好ましい。セパレータは電解液に対して安定で保液性が優れた材料の中から選択するのが好ましい。具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布を用いて、上記電解液を含浸させることができる。   The material and shape of the separator are not particularly limited. The separator is separated so that the positive electrode and the negative electrode do not come into physical contact with each other, and preferably has high ion permeability and low electrical resistance. The separator is preferably selected from materials that are stable with respect to the electrolyte and excellent in liquid retention. As a specific example, the said electrolyte solution can be impregnated using the porous sheet or nonwoven fabric which uses polyolefin, such as polyethylene and a polypropylene, as a raw material.

<電解液の製造について>
電解液としては、非水系溶剤に溶質としての電解質を溶解したものを使用する。溶質としては、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO22からなる群から選択される1以上の化合物を用いるのが好ましい。その中で、LiPF6とLiBF4と、そしてLiPF6とLiBF4との混合物を用いるのがより好ましい。そして、電解質の濃度については、0.1〜1.5Mが好ましく、更に、0.5〜1.2Mである方がもっと好ましい。
<About production of electrolyte>
As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving an electrolyte as a solute in a non-aqueous solvent is used. As the solute, it is preferable to use one or more compounds selected from the group consisting of LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2 . Among them, the LiPF 6 and LiBF 4, and it is more preferable to use a mixture of LiPF 6 and LiBF 4. And about the density | concentration of electrolyte, 0.1-1.5M is preferable, and it is still more preferable that it is 0.5-1.2M.

非水系溶剤は液状のものを用いることができるが、液状非水系溶剤としては、例えば、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、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネートなどのカーボネート、テトラヒドロフラン、ジエチルエーテル、メチルスルホラン、アセトニトリル、プロパンニトリルなど用いることができる。溶質及び溶剤はそれぞれ1種類を選択して使用してもよいし、2種以上を混合して使用してもよい。   As the nonaqueous solvent, a liquid one can be used. Examples of the liquid nonaqueous solvent include carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate, tetrahydrofuran, diethyl ether, methyl sulfolane, Acetonitrile, propanenitrile, etc. can be used. One type of solute and solvent may be selected and used, or two or more types may be mixed and used.

また、非水系電解液は、電解液中に有機高分子化合物を含ませ、ゲル状又はゴム状、或いは固体シート状の固体溶剤を使用してもよい。有機高分子化合物の具体例としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物;ポリエーテル系高分子化合物の架橋体高分子;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニルアルコール系高分子化合物;ビニルアルコール系高分子化合物の不溶化物;ポリエピクロルヒドリン;ポリフォスファゼン;ポリシロキサン;ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリルなどのビニル系高分子化合物;ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート)、ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート−co−メチルメタクリレート)等のポリマー共重合体などが挙げられる。   The nonaqueous electrolytic solution may contain an organic polymer compound in the electrolytic solution, and may use a solid solvent in the form of a gel, rubber, or solid sheet. Specific examples of organic polymer compounds include polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide; crosslinked polymers of polyether polymer compounds; vinyl alcohol polymer compounds such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral; vinyl Insoluble matter of alcohol polymer compound; polyepichlorohydrin; polyphosphazene; polysiloxane; vinyl polymer compound such as polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile; poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate), poly (ω -Methoxyoligooxyethylene methacrylate-co-methyl methacrylate) and the like.

電解液の具体的な調製方法としては、例えば電解質を液状非水系溶剤に溶かして得ることができる。固体溶剤の場合、まずは電解質と固体溶剤をアルカン、ケトン、アルデヒド、アルコール、エーテル、ベンゼン、トルエン、キシレン、灯油などの有機溶剤に溶かしでよく混ぜてから加熱して有機溶剤を蒸発させて電解液をえることができる。   As a specific method for preparing the electrolytic solution, for example, it can be obtained by dissolving an electrolyte in a liquid non-aqueous solvent. In the case of a solid solvent, first dissolve the electrolyte and the solid solvent in an organic solvent such as alkane, ketone, aldehyde, alcohol, ether, benzene, toluene, xylene, kerosene, and mix well, then heat to evaporate the organic solvent and use the electrolyte solution. You can

続いて、本発明の各実施例及び充放電試験を行うための比較例について説明する。各実施例及び比較例の負極材の作製に使用される材料は下記の通りである。
酸:塩酸、ドイツMerck社製、純度37%
溶剤:イソプロパノール、ドイツMerck社製、純度99.8%
カーボン材:メソフェーズ黒鉛粉末または天然黒鉛、台湾中鋼炭素化学社製
前駆体:SbCl、SHOWA社製、純度99.5%
前駆体:SnCl、SHOWA社製、純度98%
前駆体:SnCl、SHOWA社製、純度98%
導電剤:カーボンブラック、TIMACAL社製、商品番号Super-S
[実施例1]
(A)塩酸とイソプロパノールとを1:1の体積比で混合し、前駆体SbClを投入して濃度2.0MのSbCl酸性溶液を調製する。
(B)予め110℃の温度で2時間の脱水処理を経た60gのMGPカーボン材を465mlの前記酸性溶液と混合し(1gのMGPカーボン材あたり酸性溶液における金属イオンの量が0.0155モル)、8時間のかき混ぜを経た後、温度が100℃に設定されたオーブンに移し、固体状の乾燥物になるまで乾燥させる。
(C)得た乾燥物を坩堝に入れた後、該坩堝を温度が450℃に設定された窒素の雰囲気の高温炉に移して120分間の熱処理を行い、自然冷却したら取り出して負極材とする。
Then, each Example of this invention and the comparative example for performing a charge / discharge test are demonstrated. The material used for preparation of the negative electrode material of each Example and a comparative example is as follows.
Acid: hydrochloric acid, manufactured by Merck, Germany, purity 37%
Solvent: Isopropanol, manufactured by Merck, Germany, purity 99.8%
Carbon material: Mesophase graphite powder or natural graphite, Taiwan Central Steel Carbon Chemical Co., Ltd. Precursor: SbCl 3 , SHOWA, purity 99.5%
Precursor: SnCl 4 , manufactured by Showa, purity 98%
Precursor: SnCl 2, SHOWA Co., Ltd., purity of 98%
Conductive agent: Carbon black, manufactured by TIMACAL, product number Super-S
[Example 1]
(A) Hydrochloric acid and isopropanol are mixed at a volume ratio of 1: 1, and the precursor SbCl 3 is added to prepare a 2.0 M concentration SbCl 3 acidic solution.
(B) 60 g of MGP carbon material that had been dehydrated at 110 ° C. for 2 hours in advance was mixed with 465 ml of the acidic solution (the amount of metal ions in the acidic solution per 1 g of MGP carbon material was 0.0155 mol). After stirring for 8 hours, transfer to an oven set at a temperature of 100 ° C. and dry until a solid dry product is obtained.
(C) After putting the obtained dried product into a crucible, the crucible is transferred to a high-temperature furnace with a nitrogen atmosphere set at 450 ° C., heat treated for 120 minutes, and taken out after natural cooling to be used as a negative electrode material. .

実施例1により得た負極材を走査式顕微鏡(日本JEOL社製、商品番号JSM−6340F)でSEM分析し、5000倍の倍率でその表面を観察すると、図3に示すような影像を観察できる。   When the negative electrode material obtained in Example 1 was subjected to SEM analysis with a scanning microscope (manufactured by JEOL Japan, product number JSM-6340F) and the surface was observed at a magnification of 5000 times, an image as shown in FIG. 3 could be observed. .

[実施例2〜17]
実施例2〜17では各材料の使用量を変えて、実施例1とほぼ同じ製造方法を用いて負極材を製造する。
[Examples 2 to 17]
In Examples 2-17, the usage-amount of each material is changed and a negative electrode material is manufactured using the manufacturing method substantially the same as Example 1. FIG.

[実施例2]
手順(A)で用いる前駆体をSnClに変え、手順(B)でMGPカーボン材の代わりに天然黒鉛を用い、そして、酸性溶液の使用量を233ml(1gの天然黒鉛あたり酸性溶液における金属イオンの量が0.0078モル)に変える。
[Example 2]
The precursor used in the procedure (A) is changed to SnCl 4 , natural graphite is used instead of the MGP carbon material in the procedure (B), and the amount of the acidic solution used is 233 ml (metal ions in the acidic solution per 1 g of natural graphite). In the amount of 0.0078 mol).

[実施例3]
手順(A)の方法で前駆体がそれぞれSbClとSnClの2種類の酸性溶液233mlを調製し、混合して体積が466mlで、SbClとSnClの濃度がそれぞれ1Mの酸性溶液を調製する。そして、手順(B)でMGPカーボン材の代わりに天然黒鉛を用いる(即ち、1gの天然黒鉛あたり酸性溶液における金属イオンの量が0.0155モル)。
[Example 3]
Prepare 233 ml of two kinds of acidic solutions with the precursors SbCl 3 and SnCl 4 respectively by the method of the procedure (A) and mix them to prepare an acidic solution with a volume of 466 ml and a concentration of 1M each of SbCl 3 and SnCl 4 To do. In step (B), natural graphite is used instead of the MGP carbon material (that is, the amount of metal ions in an acidic solution is 0.0155 mol per 1 g of natural graphite).

[実施例4]
手順(A)で用いる前駆体をSnClに変え、手順(B)でMGPカーボン材の代わりに天然黒鉛を用い、そして、酸性溶液の使用量を233ml(1gの天然黒鉛あたり酸性溶液における金属イオンの量が0.0078モル)に変える。
[Example 4]
Changing procedure precursor used in (A) to SnCl 2, using natural graphite instead of MGP carbon material in step (B), and, the metal in the natural graphite per acidic solution of the amount 233 ml (1 g of an acidic solution ionic In the amount of 0.0078 mol).

[実施例5]
手順(B)で酸性溶液の使用量を930ml(1gのMGPカーボン材あたり酸性溶液における金属イオンの量が0.0031モル)に変える。
[Example 5]
In step (B), the usage amount of the acidic solution is changed to 930 ml (the amount of metal ions in the acidic solution per 1 g of MGP carbon material is 0.0031 mol).

[実施例6]
手順(B)で酸性溶液の使用量を1395ml(1gのMGPカーボン材当り酸性溶液における金属イオンの量が0.00465モル)に変える。
[Example 6]
In step (B), the usage amount of the acidic solution is changed to 1395 ml (the amount of metal ions in the acidic solution per 1 g of MGP carbon material is 0.00465 mol).

[実施例7]
手順(B)で酸性溶液の使用量を2790ml(1gのMGPカーボン材当り酸性溶液における金属イオンの量が0.0093モル)に変える。
[Example 7]
In step (B), the usage amount of the acidic solution is changed to 2790 ml (the amount of metal ions in the acidic solution per 1 g of MGP carbon material is 0.0093 mol).

[実施例8]
手順(B)で酸性溶液の使用量を4185ml(1gのMGPカーボン材当り酸性溶液における金属イオンの量が0.01395モル)に変える。
[Example 8]
In step (B), the usage amount of the acidic solution is changed to 4185 ml (the amount of metal ions in the acidic solution per 1 g of MGP carbon material is 0.01395 mol).

[実施例9]
手順(B)で酸性溶液の使用量を5580ml(1gのMGPカーボン材当り酸性溶液における金属イオンの量が0.0186モル)に変える。
[Example 9]
In step (B), the amount of acidic solution used is changed to 5580 ml (the amount of metal ions in the acidic solution per 1 g of MGP carbon material is 0.0186 mol).

[実施例10]
手順(A)で用いる前駆体をSnClに変え、手順(B)でMGPカーボン材の代わりに天然黒鉛を用い、そして、酸性溶液の使用量を466ml(1gの天然黒鉛当り酸性溶液における金属イオンの量が0.0155モル)に変える。
[Example 10]
The precursor used in the procedure (A) is changed to SnCl 4 , natural graphite is used instead of the MGP carbon material in the procedure (B), and the amount of the acidic solution used is 466 ml (metal ions in the acidic solution per 1 g of natural graphite). In the amount of 0.0155 mol).

[実施例11]
手順(A)で用いる前駆体をSnClに変え、手順(B)でMGPカーボン材の代わりに天然黒鉛を用い、そして、酸性溶液の使用量を700ml(1gの天然黒鉛当り酸性溶液における金属イオンの量が0.023モル)に変える。
[Example 11]
The precursor used in the procedure (A) is changed to SnCl 4 , natural graphite is used instead of the MGP carbon material in the procedure (B), and the amount of the acidic solution used is 700 ml (metal ions in the acidic solution per 1 g of natural graphite). To 0.023 mol).

[実施例12]
手順(A)で用いる前駆体をSnClに変え、手順(B)でMGPカーボン材の代わりに天然黒鉛を用い、そして、酸性溶液の使用量を933ml(1gの天然黒鉛当り酸性溶液における金属イオンの量が0.0311モル)に変える。
[Example 12]
The precursor used in the procedure (A) is changed to SnCl 4 , natural graphite is used in place of the MGP carbon material in the procedure (B), and the amount of the acidic solution used is 933 ml (metal ions in the acidic solution per 1 g of natural graphite). In the amount of 0.0311 mol).

[実施例13]
手順(A)で用いる前駆体をSnClに変え、手順(B)でMGPカーボン材の代わりに天然黒鉛を用い、そして、酸性溶液の使用量を1866ml(1gの天然黒鉛当り酸性溶液における金属イオンの量が0.0622モル)に変える。
[Example 13]
The precursor used in procedure (A) is changed to SnCl 4 , natural graphite is used in place of MGP carbon material in procedure (B), and the amount of acidic solution used is 1866 ml (metal ions in acidic solution per 1 g of natural graphite). In the amount of 0.0622 mol).

[実施例14]
手順(C)で熱処理の温度は350℃に設定する。
[Example 14]
In step (C), the heat treatment temperature is set to 350 ° C.

[実施例15]
手順(C)で熱処理の温度は550℃に設定する。
[Example 15]
In step (C), the temperature of the heat treatment is set to 550 ° C.

[実施例16]
手順(C)で熱処理の温度は650℃に設定する。
[Example 16]
In step (C), the temperature of the heat treatment is set to 650 ° C.

[実施例17]
手順(B)でMGPカーボン材の代わりに天然黒鉛を用いる。
[Example 17]
In the procedure (B), natural graphite is used instead of the MGP carbon material.

[比較例1、2]
比較例1、2では実施例1とほぼ同じ製造方法を用いて負極材を製造するが、手順(A)では前駆体を投入せず、そして、カーボン材としてはそれぞれMGPカーボン材と天然黒鉛を使用する。
[Comparative Examples 1 and 2]
In Comparative Examples 1 and 2, a negative electrode material is manufactured using substantially the same manufacturing method as in Example 1. In Step (A), no precursor is added, and MGP carbon material and natural graphite are used as carbon materials, respectively. use.

比較例1により得た負極材を走査式顕微鏡でSEM分析し、5000倍の倍率でその表面を観察すると、図4に示すような影像を観察できる。   When the negative electrode material obtained in Comparative Example 1 is subjected to SEM analysis with a scanning microscope and the surface is observed at a magnification of 5000 times, an image as shown in FIG. 4 can be observed.

図3、図4を比べてみると、それら負極材の表面に明らかな違いを見出すことができる。なぜこの違いが生じたのかについては、発明者等は用いる酸性溶液における金属イオンの有り無しに関わると推測している。つまり、図3でMGPカーボン材の表面に点在している付着物は、即ちその金属イオンによって形成された金属、またはその化合物である。そして、他の実施例によって得た負極材も、図3のような表面状態を示しているはずであ
る。
Comparing FIG. 3 and FIG. 4, a clear difference can be found on the surface of these negative electrode materials. The inventors have speculated that this difference is related to the presence or absence of metal ions in the acidic solution used. That is, the deposits scattered on the surface of the MGP carbon material in FIG. 3 are the metal formed by the metal ions or the compound thereof. And the negative electrode material obtained by the other Example should also have shown the surface state like FIG.

続いて、各実施例により作製された負極材を用い、下記の材料を用いてリチウム二次電池用の負極、そして該負極を使用する充放電試験評価用のコイン電池(リチウム二次電池)を作製する。   Then, using the negative electrode material produced by each Example, the negative electrode for lithium secondary batteries using the following material, and the coin battery (lithium secondary battery) for charge / discharge test evaluation using this negative electrode Make it.

<負極>
溶剤:n−メチル−2−2−ピロリドン(NMP、CNO)Aldrich社製、純度99.5
結着剤:PVDF、Solef社製、商品番号6020、分子量約304,000
シュウ酸:SHOWA社製、純度99.0%
集電材:銅箔、Nippon foil社製、厚さ15μm
<電解液>
電解質:LiPF、Ferro社製、純度99.0%
溶剤:エチレンカーボネート及びジメチルカーボネート、ドイツMerck社製、純度共に99%
<ほかの電池部材>
上、下ケース部:台湾浩聚実業有限会社製、商品番号2032
ばねユニット:台湾浩聚実業有限会社製
ステンレススチールプレート:台湾浩聚実業有限会社製
セパレータ:Celgard社製、商品番号Celgard2300
正極:箔状リチウム、FMC社製、純度99.9%、円形、直径1.65cm
[リチウム二次電池の作製]
本発明の各実施例及び各比較例によって得た負極材を用い、下記の製造法によってリチウム二次電池を製造し、それらの放電容量、放電効率などを比較する。
<Negative electrode>
Solvent: n-methyl-2--2-pyrrolidone (NMP, C 5 H 9 NO) manufactured by Aldrich, purity 99.5
Binder: PVDF, manufactured by Solef, product number 6020, molecular weight of about 304,000
Oxalic acid: manufactured by Showa, purity 99.0%
Current collector: Copper foil, manufactured by Nippon foil, thickness 15 μm
<Electrolyte>
Electrolyte: LiPF 6 , manufactured by Ferro, purity 99.0%
Solvent: Ethylene carbonate and dimethyl carbonate, manufactured by Merck, Germany, 99% purity
<Other battery components>
Upper and lower case parts: Taiwan Koju Industrial Co., Ltd., product number 2032
Spring unit: Stainless steel plate manufactured by Taiwan Hoju Industry Co., Ltd. Plate: Taiwan Hoju Industry Co., Ltd. separator: Celgard, product number Celgard2300
Positive electrode: Lithium foil, manufactured by FMC, purity 99.9%, circular, diameter 1.65 cm
[Production of lithium secondary battery]
A lithium secondary battery is manufactured by the following manufacturing method using the negative electrode material obtained by each Example and each comparative example of the present invention, and their discharge capacity, discharge efficiency, and the like are compared.

まず、使用する負極材と、導電剤としてのカーボンブラックと、結着剤としてのPVDFと、PVDFにおけるフッ素イオンの析出を防ぎ、PVDFの安定性を向上するシュウ酸とを90:3:6.9:0.1の重量比で混合してなった固体状の混合物を、該混合物に対し重量比51%のn−メチル−2−2−ピロリドン(NMP、CNO)と混合撹拌してスラリーとし、銅箔上にこのスラリーを銅箔含めて250μmの厚さになるように塗布し、110℃に設定されるオーブン(ガイキチ乾燥機電有限会社製)で2時間乾燥して残留するNMPを除去して電極とする。その後、電極厚さが元の75%になるようにプレスを行なう。また、プレス後の電極から16mmφの電極を打ち抜いて負極を完成する。 First, a negative electrode material to be used, carbon black as a conductive agent, PVDF as a binder, and oxalic acid that prevents precipitation of fluorine ions in PVDF and improves the stability of PVDF are 90: 3: 6. 9: A solid mixture mixed at a weight ratio of 0.1 was mixed and stirred with n-methyl-2--2-pyrrolidone (NMP, C 5 H 9 NO) at a weight ratio of 51% based on the mixture. The slurry is coated on the copper foil to a thickness of 250 μm including the copper foil, and dried by an oven set at 110 ° C. (manufactured by Gaikichi Dryer Denki Co., Ltd.) for 2 hours to remain. NMP is removed to form an electrode. Thereafter, pressing is performed so that the electrode thickness becomes 75% of the original. Also, a 16 mmφ electrode is punched from the pressed electrode to complete the negative electrode.

上記の電極作製方法で作製した各負極を110℃で真空乾燥した後、グローブボックスへ移し、水、酸素の含有量が10ppm以下の雰囲気下で、電解液としてエチレンカーボネート(EC)/ジエチルカーボネート(DEC)=1/1の混合液を溶剤とした1M−LiPF6電解液と、セパレータと、対極としてリチウム金属対極とを用い、図2に示す構成になるように、評価用のコイン電池(リチウム二次電池)を作製した。 Each negative electrode produced by the above electrode production method was vacuum-dried at 110 ° C. and then transferred to a glove box, and in an atmosphere containing water and oxygen of 10 ppm or less, ethylene carbonate (EC) / diethyl carbonate ( The coin cell for evaluation (lithium) was prepared so as to have the configuration shown in FIG. 2 using a 1M-LiPF 6 electrolytic solution using a mixed solution of (DEC) = 1/1, a separator, and a lithium metal counter electrode as a counter electrode. Secondary battery) was produced.

<充放電試験>
作製した各評価用のコイン電池について、下記のような放電試験を行い、放電容量、初期充放電効率、サイクル特性を計算した。充放電特性(放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性)を表2に示した。
<Charge / discharge test>
About the produced coin battery for each evaluation, the following discharge tests were performed, and the discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle characteristics were calculated. The charge / discharge characteristics (discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle characteristics) are shown in Table 2.

[初期放電容量/充放電効率]
0.326mAcm−2の電流値で回路電圧が0.01Vになるまで定電流充電を行い、その間の通電量から充電容量を求めた。その後、10分間休止した。次に、0.326
mAcm−2の電流値で、回路電圧が2.0Vに達するまで定電流放電を行い、この間の通電量から放電容量を求めた。次式から、初期充放電効率を計算した。
[Initial discharge capacity / Charge / discharge efficiency]
Constant current charging was performed until the circuit voltage reached 0.01 V at a current value of 0.326 mAcm −2 , and the charging capacity was determined from the amount of electricity applied during that time. Then, it rested for 10 minutes. Next, 0.326
A constant current discharge was performed until the circuit voltage reached 2.0 V at a current value of mA cm −2 , and the discharge capacity was obtained from the energization amount during this period. The initial charge / discharge efficiency was calculated from the following equation.

初期充放電効率(%)=(第1サイクル目の放電容量/第1サイクル目の充電容量)×100
なお、この試験では、リチウムを黒鉛質粒子へ吸蔵する過程を充電、離脱する過程を放電とした。
Initial charge / discharge efficiency (%) = (first cycle discharge capacity / first cycle charge capacity) × 100
In this test, the process of occluding lithium into the graphite particles was charged and the process of detaching was defined as discharge.

また、次式から、1gのカーボン材あたりの充放電容量を計算した。
1gのカーボン材あたりの充放電容量(mAh/g)=(第1サイクル目の放電容量/カーボン材の使用量)
(サイクル特性)
また、上記初期放電容量/充放電効率と同様な手順を20サイクル繰返し、毎回の充放電サイクルを行う度に放電容量や充放電効率を計測して記録し、そして、1サイクル目と20サイクル目における放電容量用い、次式からサイクル特性を計算した。
Moreover, the charge / discharge capacity per 1 g of carbon material was calculated from the following formula.
Charge / discharge capacity per 1 g of carbon material (mAh / g) = (discharge capacity at the first cycle / amount of carbon material used)
(Cycle characteristics)
The same procedure as the initial discharge capacity / charge / discharge efficiency is repeated 20 cycles, and the discharge capacity and charge / discharge efficiency are measured and recorded each time the charge / discharge cycle is performed, and the first and 20th cycles are recorded. Using the discharge capacity at, the cycle characteristics were calculated from the following equation.

20サイクル目のサイクル特性(%)=(20サイクル目の放電容量/第1サイクル目の放電容量)×100
なお、各実施例及び比較例において、カーボン材の種類及び使用量、熱処理の温度、使用する前駆体、酸性溶液の使用量、初回(第1サイクル目)の放/充電容量、20サイクル目の放電容量、20サイクル目のサイクル特性などのデータは以下の表1を参照する。
Cycle characteristics at 20th cycle (%) = (discharge capacity at 20th cycle / discharge capacity at 1st cycle) × 100
In each example and comparative example, the type and amount of carbon material used, the temperature of heat treatment, the precursor used, the amount of acidic solution used, the initial (first cycle) release / charge capacity, the 20th cycle Refer to Table 1 below for data such as discharge capacity and cycle characteristics at the 20th cycle.

更に、図5のグラフでは比較例1と、実施例1、実施例6、実施例7、実施例8、実施例9のサイクル特性の変化を示している。図中のy軸は放電容量を表わし、x軸はサイクル回数を表わしている。この図5は同じくMGPカーボン材を使用する場合、酸性溶液使用量の変化、即ち、Sbイオンの使用量の変化がもたらす影響を示しており、図示のとおり、実施例9を除いて、本発明の各実施例は比較例より優れたサイクル特性を示している。そのなかでも、実施例1(1gのMGPカーボン材当り酸性溶液における金属イオンの量が0.0155モル)は高い放電容量と最も安定しているサイクル特性有することを示している。次点の実施例6(1gのMGPカーボン材当り酸性溶液における金属イオンの量が0.00465モル)も安定している高いサイクル特性有している。   Further, the graph of FIG. 5 shows changes in cycle characteristics of Comparative Example 1, Example 1, Example 6, Example 7, Example 8, and Example 9. The y-axis in the figure represents the discharge capacity, and the x-axis represents the number of cycles. FIG. 5 shows the effect of the change in the amount of the acidic solution used, that is, the change in the amount of Sb ion used when the MGP carbon material is used. As shown in FIG. Each of the examples shows better cycle characteristics than the comparative example. Among them, Example 1 (the amount of metal ions in an acidic solution per 1 g of MGP carbon material is 0.0155 mol) shows that it has a high discharge capacity and the most stable cycle characteristics. Example 6 of the next point (the amount of metal ions in an acidic solution per 1 g of MGP carbon material is 0.00465 mol) also has high cycle characteristics that are stable.

図6のグラフでは比較例1と比較例2、実施例1と実施例17のサイクル特性の変化を示している。図中のy軸は放電容量を表わし、x軸はサイクル回数を表わしている。この図6はMGPカーボン材と天然黒鉛を使用する違いがもたらす影響を示しており、図示のとおり、実施例1と実施例17はそれぞれMGPカーボン材と天然黒鉛を使用する違いがあるが、両方とも比較例1と比較例2より優れて安定したサイクル特性を示している。な
お、本発明の場合、MGPカーボン材を使用することによって、天然黒鉛より高い放電容量を得ることができる。
The graph of FIG. 6 shows changes in the cycle characteristics of Comparative Example 1 and Comparative Example 2, and Examples 1 and 17. The y-axis in the figure represents the discharge capacity, and the x-axis represents the number of cycles. This FIG. 6 shows the influence caused by the difference in using the MGP carbon material and natural graphite. As shown in the figure, Example 1 and Example 17 have differences in using the MGP carbon material and natural graphite, Both show stable cycle characteristics superior to those of Comparative Example 1 and Comparative Example 2. In the case of the present invention, a discharge capacity higher than that of natural graphite can be obtained by using an MGP carbon material.

図7のグラフでは比較例2と、実施例10、実施例11、実施例12、実施例13のサイクル特性の変化を示している。図中のy軸は放電容量を表わし、x軸はサイクル回数を表わしている。この図7は同じく天然黒鉛を使用する場合、酸性溶液使用量の変化、即ち、Sbイオンの使用量の変化がもたらす影響を示しており、図示のとおり、本発明の各実施例は比較例より大きく上回る優れた放電容量とサイクル特性を示している。   The graph of FIG. 7 shows changes in cycle characteristics of Comparative Example 2, Example 10, Example 11, Example 12, and Example 13. The y-axis in the figure represents the discharge capacity, and the x-axis represents the number of cycles. FIG. 7 shows the effect of the change in the amount of acidic solution used, that is, the change in the amount of Sb ion used when natural graphite is used. As shown in the figure, each example of the present invention is compared with the comparative example. It has excellent discharge capacity and cycle characteristics that greatly exceed.

実施例9は本発明の実施例において、安定したサイクル特性を示していない唯一の実施例であり、この実施例9を他の実施例と比べて、その酸性溶液の使用量の多さが目立つ。また、実施例8の酸性溶液の使用量は実施例9より少ないが、他の実施例より多く酸性溶液を使用しており、そのサイクル特性は実施例9より優れたものの、他の実施例と比べてやはり安定性が欠いている。従って、発明者達は酸性溶液の使用量(あるいは金属イオンの使用量)にはある最も優れたサイクル特性を得られる特定値があることを推測し、1gのMGPカーボン材当り、酸性溶液における金属イオンの量が0.005〜0.185モルの区間内である方がより望ましいサイクル特性が得られると判断する。   Example 9 is the only example that does not show stable cycle characteristics in the examples of the present invention, and the amount of the acidic solution used in Example 9 is conspicuous compared with other examples. . Moreover, although the usage-amount of the acidic solution of Example 8 is less than Example 9, although the acidic solution is used more than other Examples and the cycling characteristics are superior to Example 9, other examples and It is still lacking in stability. Therefore, the inventors have speculated that there is a specific value for obtaining the most excellent cycle characteristics in the usage amount of the acidic solution (or the usage amount of metal ions), and the metal in the acidic solution per 1 g of MGP carbon material. It is judged that more desirable cycle characteristics can be obtained when the amount of ions is within the range of 0.005 to 0.185 mol.

また、表1における各実施例のデータを参照してみると、本発明ではSnCl2、SnCl、SbClのいずれか、あるいはそれらの混合物を前駆体として用いることができる。そして、実施例1、実施例14、実施例15、実施例16のデータを参照してみると、熱処理を行う温度も本発明のサイクル特性に影響しており、熱処理を行う温度を550℃当り設定することによって、より理想的なサイクル特性が得られる。 Further, referring to data of each example in Table 1, in the present invention, any of SnCl 2 , SnCl 4 , SbCl 3 , or a mixture thereof can be used as a precursor. Then, referring to the data of Example 1, Example 14, Example 15, and Example 16, the temperature at which the heat treatment is performed also affects the cycle characteristics of the present invention, and the temperature at which the heat treatment is performed per 550 ° C. By setting, more ideal cycle characteristics can be obtained.

また、以下の表2と表3では、各実施例及おける酸性溶液の使用量と初回放電容量、20サイクル目の放電容量、初期充放電効率、20サイクル目のサイクル特性などのデータを、比較例のデータで引いた数値を列記して、各実施例のデータを比較例と比較する。「+」と表記される数値は、比較例のデータで引いてもなおプラスである数値(つまり、比較例のデータより高い数値)を示し、「-」と表記される数値は比較例のデータで引いたらマイナスになる数値(つまり、比較例のデータより低い数値)を示している。   In Tables 2 and 3 below, the amount of acidic solution used and the initial discharge capacity, the discharge capacity at the 20th cycle, the initial charge / discharge efficiency, the cycle characteristics at the 20th cycle, and the like are compared in each example. The numerical values subtracted from the example data are listed, and the data of each example is compared with the comparative example. The numerical value represented as “+” indicates a numerical value that is still positive even when subtracted by the data of the comparative example (that is, a numerical value higher than the data of the comparative example), and the numerical value represented as “-” is the data of the comparative example. It shows a numerical value that is negative when subtracted by (that is, a numerical value lower than the data of the comparative example).

上記のように、リチウム二次電池用負極材の製造方法によれば、本発明は特別な機材や原料を使用せず、純化する手順を必要としないので、低コストで簡単にリチウム二次電池用負極材を製造することができ、そして、その負極材を用いて作製するリチウム二次電池にハイレベルな放電容量やサイクル特性を有するリチウム二次電池用負極材の製造方法と、該製造方法により製造されたリチウム二次電池用負極材、そして及び該負極材を用いたリチウム二次電池を提供することができる。     As described above, according to the method for manufacturing a negative electrode material for a lithium secondary battery, the present invention does not use special equipment or raw materials and does not require a purification procedure. A method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery having a high level discharge capacity and cycle characteristics in a lithium secondary battery produced using the negative electrode material, and a method for producing the same A negative electrode material for a lithium secondary battery manufactured by the above and a lithium secondary battery using the negative electrode material can be provided.

従来のリチウム二次電池のサイクル特性を示すグラフである。It is a graph which shows the cycling characteristics of the conventional lithium secondary battery. 一般的なコイン状のリチウム二次電池の構成を示す略示図である。1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a general coin-shaped lithium secondary battery. 本発明における実施例1によるの負極材SEM写真である。It is a negative electrode material SEM photograph by Example 1 in this invention. 本発明における比較例1によるの負極材SEM写真である。It is a negative electrode material SEM photograph by the comparative example 1 in this invention. 比較例1と、実施例1、実施例6、実施例7、実施例8、実施例9のサイクル特性の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the cycle characteristic of the comparative example 1, Example 1, Example 6, Example 7, Example 8, and Example 9. FIG. 比較例1と比較例2、実施例1と実施例17のサイクル特性の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the cycle characteristic of the comparative example 1 and the comparative example 2, Example 1 and Example 17. FIG. 比較例2と、実施例10、実施例11、実施例12、実施例13のサイクル特性の変化を示すグラフ。The graph which shows the change of the cycle characteristic of the comparative example 2, Example 10, Example 11, Example 12, and Example 13. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 リチウム二次電池
11 上ケース部
12 下ケース部
13 ばねユニット
14 ステンレススチールプレート
15 負極
16 セパレータ
17 正極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Lithium secondary battery 11 Upper case part 12 Lower case part 13 Spring unit 14 Stainless steel plate 15 Negative electrode 16 Separator 17 Positive electrode

Claims (30)

Sbイオン、Snイオン、あるいはSbイオンとSnイオン両方の金属イオンを含む酸性溶液を調製し、カーボン材を該酸性溶液に入れて混合し、乾燥処理を行って得る乾燥物をN、Ar、He、CO、NOからなる群から選ばれた少なくとも一種のガスを含む所定の雰囲気において熱処理を行うことによって、
カーボン材に前記金属イオンにより形成された金属または金属化合物により表面修飾されているリチウム二次電池用負極材を製造するリチウム二次電池用負極材の製造方法。
An acidic solution containing Sb ions, Sn ions, or metal ions of both Sb ions and Sn ions is prepared, a carbon material is put into the acidic solution, mixed, and dried to obtain a dried product obtained by N 2 , Ar 2. By performing a heat treatment in a predetermined atmosphere containing at least one gas selected from the group consisting of He 2 , CO 2 , and NO 2 ,
The manufacturing method of the negative electrode material for lithium secondary batteries which manufactures the negative electrode material for lithium secondary batteries by which the carbon material is surface-modified with the metal or metal compound formed with the said metal ion.
前記酸性溶液における金属イオンの濃度は0.01M以上で飽和濃度以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   2. The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the concentration of metal ions in the acidic solution is 0.01 M or more and a saturation concentration or less. 前記酸性溶液における金属イオンの濃度は2Mであることを特徴とする請求項2に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 2, wherein the concentration of metal ions in the acidic solution is 2M. 前記酸性溶液における金属イオンの量は、投入された前記カーボン材1グラム当り0.185モル以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   2. The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the amount of metal ions in the acidic solution is 0.185 mol or less per gram of the charged carbon material. 前記酸性溶液における金属イオンの量は、投入された前記カーボン材1グラム当り0.001〜0.185モルであることを特徴とする請求項4に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   5. The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 4, wherein the amount of metal ions in the acidic solution is 0.001 to 0.185 mol per gram of the charged carbon material. 前記酸性溶液における金属イオンの量は、投入された前記カーボン材1グラム当り0.005〜0.185モルであることを特徴とする請求項5に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   6. The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 5, wherein the amount of metal ions in the acidic solution is 0.005 to 0.185 mol per gram of the charged carbon material. 前記酸性溶液は溶質としての酸と、溶剤と、該酸に溶解すると前記金属イオンを形成する前駆体とからなることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the acidic solution comprises an acid as a solute, a solvent, and a precursor that forms the metal ion when dissolved in the acid. . 前記酸はギ酸、安息香酸、硫酸、塩酸、フルオロホウ酸、酢酸、硝酸からなる群から選ばれた少なくとも一種の酸からなることを特徴とする請求項7に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   8. The negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 7, wherein the acid comprises at least one acid selected from the group consisting of formic acid, benzoic acid, sulfuric acid, hydrochloric acid, fluoroboric acid, acetic acid, and nitric acid. Production method. 前記酸は塩酸であることを特徴とする請求項8に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 8, wherein the acid is hydrochloric acid. 前記溶剤は水、アルカン、ケトン、アルデヒド、アルコール、エーテル、ベンゼン、トルエン、キシレン、灯油からなる群から選ばれた少なくとも一種の溶剤からなることを特徴とする請求項7に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The lithium secondary battery according to claim 7, wherein the solvent comprises at least one solvent selected from the group consisting of water, alkane, ketone, aldehyde, alcohol, ether, benzene, toluene, xylene, and kerosene. Manufacturing method for negative electrode material. 前記溶剤はエタン、プロパン、ペンタン、アセトン、ブタノン、n−メチル−2−2−ピロリドン、メチルアルコール、エタノール、プロパノール、ブチルアルコール、ペンチルアルコール、イソプロパノール、ブタナール、2−エチルエーテルからなる群から選ばれた少なくとも一種の溶剤からなることを特徴とする請求項10に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The solvent is selected from the group consisting of ethane, propane, pentane, acetone, butanone, n-methyl-2--2-pyrrolidone, methyl alcohol, ethanol, propanol, butyl alcohol, pentyl alcohol, isopropanol, butanal, 2-ethyl ether. The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 10, comprising at least one kind of solvent. 前記溶剤はイソプロパノールであることを特徴とする請求項11に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 11, wherein the solvent is isopropanol. 前記前駆体はSb化合物、Sb金属、Sn化合物、Sn金属からなる群から選ばれた少なくとも一種の物質からなることを特徴とする請求項7に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 7, wherein the precursor is made of at least one substance selected from the group consisting of Sb compounds, Sb metals, Sn compounds, and Sn metals. 前記Sb化合物は塩化アンチモン、硫酸アンチモン、ほうふっ化アンチモンからなる群から選ばれた少なくとも一種の物質からなることを特徴とする請求項13に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 13, wherein the Sb compound is made of at least one substance selected from the group consisting of antimony chloride, antimony sulfate, and antimony borofluoride. 前記Sb化合物は塩化アンチモンであることを特徴とする請求項14に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 14, wherein the Sb compound is antimony chloride. 前記Sn化合物は2価のスズの塩化物、4価のスズの塩化物、硫酸スズ、ほうふっ化スズからなる群から選ばれた少なくとも一種の物質からなることを特徴とする請求項13に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The Sn compound is made of at least one substance selected from the group consisting of divalent tin chloride, tetravalent tin chloride, tin sulfate, and tin borofluoride. Manufacturing method of negative electrode material for lithium secondary battery. 前記Sn化合物は2価のスズの塩化物、または4価のスズの塩化物であることを特徴とする請求項16に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 16, wherein the Sn compound is divalent tin chloride or tetravalent tin chloride. 前記カーボン材はメソフェーズ黒鉛粉末(MGP)、メソフェーズ 小球体炭素粉末、球体炭素材、人造黒鉛材、天然黒鉛材、ナノカーボンチューブからなる群から選ばれた少なくとも一種のカーボン材からなることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The carbon material is composed of at least one carbon material selected from the group consisting of mesophase graphite powder (MGP), mesophase microsphere carbon powder, spherical carbon material, artificial graphite material, natural graphite material, and nanocarbon tube. The manufacturing method of the negative electrode material for lithium secondary batteries of Claim 1. 前記カーボン材はメソフェーズ黒鉛粉末、または天然黒鉛材であることを特徴とする請求項18に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 18, wherein the carbon material is mesophase graphite powder or natural graphite material. 前記所定の雰囲気は窒素であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the predetermined atmosphere is nitrogen. 前記所定の雰囲気は更に水素を含むことを特徴とする請求項20に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 20, wherein the predetermined atmosphere further contains hydrogen. 前記雰囲気において、水素の濃度は3VOL%以下であることを特徴とする請求項21に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 21, wherein the hydrogen concentration in the atmosphere is 3 VOL% or less. 前記雰囲気の気圧は10-2トル以下であることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。 The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the atmospheric pressure is 10 −2 Torr or less. 前記熱処理は200〜800℃の範囲内の温度で行われることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the heat treatment is performed at a temperature within a range of 200 to 800 ° C. 前記熱処理は350〜700℃の範囲内の温度で行われることを特徴とする請求項24に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 24, wherein the heat treatment is performed at a temperature within a range of 350 to 700 ° C. 前記熱処理は10〜300分間行われることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the heat treatment is performed for 10 to 300 minutes. 前記熱処理は10〜120分間行われることを特徴とする請求項26に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   27. The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 26, wherein the heat treatment is performed for 10 to 120 minutes. 前記熱処理は120分間行われることを特徴とする請求項27に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。   The method of manufacturing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 27, wherein the heat treatment is performed for 120 minutes. 請求項1〜28のいずれかにより製造されたリチウム二次電池用負極材。   The negative electrode material for lithium secondary batteries manufactured by any one of Claims 1-28. 請求項29によるリチウム二次電池用負極材を用いたリチウム二次電池。   A lithium secondary battery using the negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 29.
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