JP2011150865A - Negative electrode material for lithium secondary battery, manufacturing method therefor, and the lithium secondary battery - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium secondary battery having a small irreversible capacity, when it is initially charged and discharged, and having superior charge and discharge cycle characteristics, a negative electrode material capable of constituting the lithium secondary battery, and to provide a manufacturing method therefor. <P>SOLUTION: This negative electrode material for the lithium secondary battery contains graphite of which the R value, that is the peak intensity ratio in 1,360 cm<SP>-1</SP>with respect to a peak intensity in 1,580 cm<SP>-1</SP>in an argon ion laser Raman spectrum, is 0.1-0.5, and of which the plane spacing d<SB>002</SB>of a 002 plane is 0.338 nm or less, and an a natural polysaccharide or its derivative for covering a surface thereof, and this lithium secondary battery includes a negative electrode containing the negative electrode material. The negative electrode material is obtained by the manufacturing method, having a process for dispersing the graphite, in a solution with the natural polysaccharide or its derivative dissolved in water. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、初回充放電時の不可逆容量が小さく、かつ充放電サイクル特性が良好なリチウム二次電池、前記リチウム二次電池を構成し得る負極材料およびその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a lithium secondary battery having a small irreversible capacity at the time of first charge / discharge and good charge / discharge cycle characteristics, a negative electrode material capable of constituting the lithium secondary battery, and a method for producing the same.

リチウム二次電池は、エネルギー密度が高いという特徴から、携帯電話やノート型パーソナルコンピューターなどの携帯機器の電源として広く用いられている。最近では、携帯機器の高性能化が目覚しく、これに伴い、電源として利用されるリチウム二次電池において、例えば、高容量化が求められている。   Lithium secondary batteries are widely used as power sources for portable devices such as mobile phones and notebook personal computers because of their high energy density. Recently, the performance of portable devices has been remarkably improved, and in accordance with this, for example, a higher capacity is required for lithium secondary batteries used as a power source.

リチウム二次電池の高容量化については、これまで様々な検討がなされているが、いわゆる不可逆容量の低減も、その手法の一つとして挙げられる。   Various studies have been made to increase the capacity of the lithium secondary battery, and so-called irreversible capacity reduction can be cited as one of the methods.

現行のリチウム二次電池では、負極活物質として作用する負極材料に、黒鉛などの炭素材料が汎用されているが、例えば特許文献1には、負極材料として使用するリン状またはリン片状の黒鉛粒子の表面を、デンプンの誘導体などの有機物で被覆することで、不可逆容量の低減を図る技術が提案されている。   In current lithium secondary batteries, a carbon material such as graphite is widely used as a negative electrode material that acts as a negative electrode active material. For example, Patent Document 1 discloses phosphorus-like or flake-like graphite used as a negative electrode material. A technique for reducing the irreversible capacity by coating the surface of the particles with an organic substance such as a starch derivative has been proposed.

特開2003−168433号公報JP 2003-168433 A

ところが、特許文献1に記載の負極材料は、その母材となる黒鉛粒子が、アスペクト比の大きなリン状またはリン片状であるため、電池の充放電時におけるリチウムイオンの挿入・脱離に伴う黒鉛層間の膨張、収縮によるダメージが懸念される。すなわち、電池の充放電を繰り返すことで、黒鉛粒子の表面を被覆した有機物において、剥離や亀裂が生じるなどして、黒鉛粒子の表面が露出する場合があり、これによって充放電のサイクル毎に不可逆容量が発生して、電池の充放電サイクル劣化が引き起こされる虞がある。   However, in the negative electrode material described in Patent Document 1, the graphite particles serving as the base material are in the form of phosphorus or flakes having a large aspect ratio, and therefore accompanying the insertion / extraction of lithium ions during charge / discharge of the battery. There is concern about damage due to expansion and contraction between graphite layers. In other words, by repeating charge and discharge of the battery, the surface of the graphite particles may be exposed due to peeling or cracking in the organic matter covering the surface of the graphite particles, which makes it irreversible for each charge and discharge cycle. There is a possibility that the capacity is generated and the charge / discharge cycle deterioration of the battery is caused.

こうしたことから、電池の初回充放電時における不可逆容量が小さくすることに加えて、充放電を繰り返しても不可逆容量の発生を抑え得る技術の開発が求められる。   For this reason, in addition to reducing the irreversible capacity at the time of initial charge / discharge of the battery, development of a technique capable of suppressing the generation of the irreversible capacity even after repeated charge / discharge is required.

本発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、初回充放電時の不可逆容量が小さく、かつ充放電サイクル特性が良好なリチウム二次電池、前記リチウム二次電池を構成し得る負極材料およびその製造方法を提供することにある。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having a small irreversible capacity at the time of initial charge / discharge and good charge / discharge cycle characteristics, and the lithium secondary battery. An object of the present invention is to provide a negative electrode material and a manufacturing method thereof.

前記目的を達成し得た本発明のリチウム二次電池用負極材料は、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値が0.1〜0.5であり、かつ002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛と、その表面を被覆する天然多糖類またはその誘導体とを有することを特徴とするものである。 Anode material for lithium secondary battery of the present invention were able to achieve the object, R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum from 0.1 to 0. 5 and having a 002 plane spacing d 002 of 0.338 nm or less, and a natural polysaccharide or a derivative thereof covering the surface thereof.

また、本発明のリチウム二次電池用負極材料を製造するための本発明法は、天然多糖類またはその誘導体を水に溶解させてなる溶液に、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値が0.1〜0.5であり、かつ002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛を分散させる工程を有することを特徴とする。 The method of the present invention for producing the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention comprises a peak intensity of 1580 cm −1 in an argon ion laser Raman spectrum in a solution obtained by dissolving a natural polysaccharide or a derivative thereof in water. And having a R value which is a peak intensity ratio of 1360 cm −1 to 0.1 to 0.5 and a step of dispersing graphite having a 002 plane spacing d 002 of 0.338 nm or less. .

更に、本発明のリチウム二次電池は、正極、負極、非水電解液およびセパレータを有し、かつ前記負極が、本発明のリチウム二次電池用負極材料を含有していることを特徴とするものである。   Furthermore, the lithium secondary battery of the present invention has a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator, and the negative electrode contains the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention. Is.

本発明によれば、初回充放電時の不可逆容量が小さく、かつ充放電サイクル特性が良好なリチウム二次電池、前記リチウム二次電池を構成し得る負極材料およびその製造方法を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the irreversible capacity | capacitance at the time of first time charging / discharging is small, and the charging / discharging cycling characteristics can provide the lithium secondary battery which can comprise the said lithium secondary battery, and its manufacturing method. .

本発明のリチウム二次電池用負極材料(以下、単に「負極材料」という。)は、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値が0.1〜0.5であり、かつ002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛と、その表面を被覆する天然多糖類またはその誘導体とを有している。 Anode material for lithium secondary battery of the present invention (hereinafter, simply referred to as "anode material".) Is, R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum is 0. 1 to 0.5, and has a 002 plane spacing d 002 of 0.338 nm or less, and a natural polysaccharide or a derivative thereof covering the surface.

すなわち、本発明の負極材料では、母材となる前記黒鉛の表面に、天然多糖類またはその誘導体によって被覆層が形成されており、これにより、前記負極材料を用いた電池(本発明のリチウム二次電池)において、初回充放電時の不可逆容量を小さくすることができる。   That is, in the negative electrode material of the present invention, a coating layer is formed on the surface of the graphite serving as a base material with a natural polysaccharide or a derivative thereof, whereby a battery using the negative electrode material (the lithium secondary battery of the present invention). Secondary battery), the irreversible capacity during the first charge / discharge can be reduced.

また、本発明の負極材料において、その母材となる黒鉛は、R値およびd002が前記の値を満たしており、リチウム二次電池の負荷特性や低温での充電特性を高める作用を有している。よって、本発明の負極材料を用いたリチウム二次電池(本発明のリチウム二次電池)は、良好な負荷特性および低温での充電特性を確保することができる。 Further, in the negative electrode material of the present invention, the graphite as the base material has an R value and d 002 satisfying the above values, and has an effect of improving load characteristics and charge characteristics at a low temperature of the lithium secondary battery. ing. Therefore, the lithium secondary battery using the negative electrode material of the present invention (the lithium secondary battery of the present invention) can ensure good load characteristics and low-temperature charging characteristics.

なお、本発明の負極材料のように黒鉛の表面を有機物からなる被覆層で被覆した場合、かかる被覆層による抵抗のために、これを用いた電池の負荷特性が低下する虞があるが、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛は、前記の通り電池の負荷特性を高める作用を有しているため、かかる黒鉛を用いて構成した本発明の負極材料であれば、被覆層の形成による電池の負荷特性の低下も良好に抑制し得る。 In addition, when the surface of graphite is coated with a coating layer made of an organic material as in the negative electrode material of the present invention, the load characteristics of a battery using this may be reduced due to resistance by the coating layer. Since graphite having a value and d 002 satisfying the above values has the effect of enhancing the load characteristics of the battery as described above, the negative electrode material of the present invention constituted using such graphite can be used for the coating layer. The deterioration of the load characteristics of the battery due to the formation can be suppressed well.

また、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛を母材とすることで、電池の充放電に伴う天然多糖類またはその誘導体による被覆層の剥離や亀裂の発生を、より良好に抑制することができ、充放電サイクル特性のより良好な電池を構成できる。黒鉛の表面を低結晶性の炭素材で被覆させることで、R値およびd002が前記の値を満足するようになるが、このような黒鉛の場合、その表面に存在する低結晶性の炭素材は、電池の充放電に伴う膨張、収縮度合いが小さい。そのため、電池の充放電時における天然多糖類またはその誘導体による被覆層の剥離や亀裂が生じ難くなる。よって、本発明の負極材料を用いたリチウム二次電池(本発明のリチウム二次電池)では、充放電を繰り返しても、それに伴う新たな不可逆容量の発生が抑えられ、天然多糖類またはその誘導体による被覆層の効果が持続することから、充放電サイクル特性も良好なものとなる。 In addition, by using graphite whose R value and d 002 satisfy the above values as a base material, it is possible to further suppress the occurrence of peeling and cracking of the coating layer due to natural polysaccharides or derivatives thereof associated with charging / discharging of the battery. Thus, a battery having better charge / discharge cycle characteristics can be configured. By coating the surface of the graphite with a low crystalline carbon material, the R value and d 002 satisfy the above values. In the case of such graphite, the low crystalline carbon existing on the surface of the graphite is satisfied. The material has a small degree of expansion and contraction that accompanies charging / discharging of the battery. For this reason, peeling or cracking of the coating layer due to natural polysaccharides or derivatives thereof during charging / discharging of the battery is difficult to occur. Therefore, in the lithium secondary battery using the negative electrode material of the present invention (lithium secondary battery of the present invention), even if charging / discharging is repeated, generation of new irreversible capacity associated therewith is suppressed, and natural polysaccharides or derivatives thereof Since the effect of the coating layer due to is sustained, the charge / discharge cycle characteristics are also improved.

なお、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛は、その粒子表面が硬く、シート状の電極として塗膜した場合、電極表面が粗面化しやすい傾向にあるため、例えば電池内において、前記黒鉛を含有する負極と接するセパレータが圧縮され、短絡をしていなくても正極−負極間の距離が小さくなって、充放電サイクルの際に容量低下を生じて信頼性が損なわれたり、耐電圧不良が発生したりする虞がある。しかし、本発明の負極材料は、黒鉛の表面を天然多糖類またはその誘導体が被覆しているため、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛を用いた場合であっても、負極材料の表面が柔らかいことから、前記のセパレータの圧縮による信頼性の低下効果や、耐電圧不良の発生の抑制効果が期待できる。 In addition, the graphite whose R value and d 002 satisfy the above values has a hard particle surface, and when coated as a sheet-like electrode, the electrode surface tends to be roughened. For example, in a battery, The separator in contact with the graphite-containing negative electrode is compressed and the distance between the positive electrode and the negative electrode is reduced even without short-circuiting, resulting in a decrease in capacity during the charge / discharge cycle, impairing reliability, There is a risk of voltage failure. However, since the negative electrode material of the present invention covers the surface of graphite with natural polysaccharides or derivatives thereof, the negative electrode material can be used even when R value and d 002 satisfy the above values. Since the surface of the separator is soft, an effect of reducing reliability due to the compression of the separator and an effect of suppressing the occurrence of defective withstand voltage can be expected.

R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛は、例えば、d002が0.338nm以下である天然黒鉛または人造黒鉛を球状に賦形したものを母材とし、その表面を有機化合物で被覆し、800〜1500℃で焼成した後、解砕し、篩を通して整粒することによって得ることができる。なお、前記母材を被覆する有機化合物としては、芳香族炭化水素;芳香族炭化水素を加熱加圧下で重縮合して得られるタールまたはピッチ類;芳香族炭化水素の混合物を主成分とするタール、ピッチまたはアスファルト類;などが挙げられる。前記母材を前記有機化合物で被覆するには、前記有機化合物に前記母材を含浸・混捏する方法が採用できる。また、プロパンやアセチレンなどの炭化水素ガスを熱分解により炭素化し、これをd002が0.338nm以下の黒鉛の表面に堆積させる気相法によっても、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛を作製することができる。 Graphite whose R value and d 002 satisfy the above values are, for example, natural graphite or artificial graphite whose d 002 is 0.338 nm or less formed into a spherical shape, and the surface is coated with an organic compound. And after baking at 800-1500 degreeC, it can grind | pulverize and it can obtain by sizing through a sieve. The organic compound covering the base material includes aromatic hydrocarbons; tars or pitches obtained by polycondensation of aromatic hydrocarbons under heat and pressure; tars mainly composed of a mixture of aromatic hydrocarbons. , Pitch or asphalt; In order to coat the base material with the organic compound, a method of impregnating and kneading the base material into the organic compound can be employed. Also, the R value and d 002 satisfy the above values by a vapor phase method in which hydrocarbon gas such as propane or acetylene is carbonized by pyrolysis and deposited on the surface of graphite having d 002 of 0.338 nm or less. Graphite can be produced.

なお、R値およびd002が前記の値を満足する前記黒鉛は、水に対する濡れ性が固液面接触角(θ)で0〜50°であることが好ましい。固液面接触角(θ)が前記の値を満たす前記黒鉛であれば、表面の濡れ性が良好で、天然多糖類またはその誘導体による被覆層との密着性を更に高めることができる。前記黒鉛の表面と前記被覆層との密着性の向上によって、例えば、電池の充放電時において、前記被覆層の剥離や亀裂などがより生じ難くなる。 In addition, it is preferable that the graphite whose R value and d 002 satisfy the above values have a wettability to water of 0 to 50 ° in terms of a solid-liquid surface contact angle (θ). If the solid-liquid surface contact angle (θ) satisfies the above value, the graphite has good surface wettability and can further improve the adhesion with the coating layer of natural polysaccharide or its derivative. By improving the adhesion between the surface of the graphite and the coating layer, for example, peeling or cracking of the coating layer is less likely to occur during battery charge / discharge.

R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛における前記の濡れ性は、JIS R 3257−6の規定に準拠した静滴法により、水の接触角を測定することで求められる。具体的には、例えば、アルバック理工社製の「WET−1200」を用いて、25℃の大気雰囲気中で測定する手法が挙げられる。 The wettability of graphite in which the R value and d 002 satisfy the above values can be determined by measuring the contact angle of water by the sessile drop method in accordance with JIS R 3257-6. Specifically, for example, there is a method of measuring in an air atmosphere at 25 ° C. using “WET-1200” manufactured by ULVAC-RIKO.

なお、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛には、その濡れ性を前記好適値に調整するために、各種の表面処理を施しても構わない。特に酸素やフッ素を用いて処理した場合には、黒鉛表面の極性が高くなり、濡れ性が向上する効果が期待できる。具体的な黒鉛の表面処理方法としては、例えば、炭酸ガスや水蒸気雰囲気下で500〜1200℃に加熱するガス処理;硝酸などの酸性水溶液中で処理する酸化処理;各種フッ化物で処理するフッ素処理;などが挙げられる。 In addition, various surface treatments may be applied to graphite whose R value and d 002 satisfy the above values in order to adjust the wettability thereof to the above preferable value. In particular, when the treatment is performed using oxygen or fluorine, the effect of improving the wettability by increasing the polarity of the graphite surface can be expected. Specific graphite surface treatment methods include, for example, gas treatment heated to 500 to 1200 ° C. in a carbon dioxide or water vapor atmosphere; oxidation treatment in an acidic aqueous solution such as nitric acid; fluorine treatment treated with various fluorides And so on.

本発明の負極材料において、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛の被覆には、天然多糖類またはその誘導体を使用する。本発明の負極材料を製造するには、例えば、前記黒鉛を被覆するための材料を水に溶解させた溶液(スラリーなど)に前記黒鉛を分散させ、その後前記黒鉛を取り出して乾燥する方法や、前記溶液を前記黒鉛に吹き付け、乾燥する方法などが採用できる。このとき、前記黒鉛を被覆するための材料を溶解させた溶液の粘度が低いと、前記黒鉛表面に付着させた溶液が乾燥前に垂れるなどして、前記黒鉛表面を良好に被覆できない虞がある。よって、前記黒鉛を被覆するための材料を溶解させた溶液は、ある程度粘度が高いことが望ましいが、そのために、溶液に溶解させる材料の量を多くすると、前記黒鉛の表面に薄い被覆層を形成できなくなり、例えば、電池の負荷特性を低下させる虞がある。しかし、天然多糖類またはその誘導体であれば、比較的少ない溶解量で粘度の高い溶液を調製できるため、前記黒鉛の表面の被覆層を薄く形成することが容易であり、被覆層の形成による電池の負荷特性の低下を良好に抑制できる。 In the negative electrode material of the present invention, natural polysaccharides or derivatives thereof are used for covering graphite with R value and d 002 satisfying the above values. In order to produce the negative electrode material of the present invention, for example, a method of dispersing the graphite in a solution (slurry or the like) in which the material for coating the graphite is dissolved in water, and then taking out the graphite and drying it, A method of spraying the solution onto the graphite and drying it may be employed. At this time, if the viscosity of the solution in which the material for coating the graphite is dissolved is low, the solution adhered to the graphite surface may drip before drying, and thus the graphite surface may not be coated well. . Therefore, it is desirable that the solution in which the material for coating the graphite is dissolved has a certain degree of viscosity. Therefore, if the amount of the material dissolved in the solution is increased, a thin coating layer is formed on the surface of the graphite. For example, the load characteristics of the battery may be reduced. However, a natural polysaccharide or a derivative thereof can be used to prepare a solution having a high viscosity with a relatively small amount of dissolution. Therefore, it is easy to form a thin coating layer on the surface of the graphite. Can be satisfactorily suppressed.

天然多糖類またはその誘導体としては、例えば、キサンタンガム、ウェランガム、ジェランガム、グアーガム、カラギーナン、デキストリン、アルファー化でんぷんなどのでんぷん類などの天然多糖類;セルロース誘導体(カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロースなど)などの天然多糖類の誘導体;が好ましい。本発明の負極材料を製造するにあたり、前記黒鉛の被覆に使用する天然多糖類またはその誘導体の溶液の溶媒には、環境保護などの観点から水を使用することが好ましいが、前記例示の天然多糖類またはその誘導体は、水溶性があり、かつ少量を水に溶解するだけで溶液の粘度を比較的高くすることができる。なかでも、前記の天然多糖類は、水への増粘効果がより高く、より少量で粘度の高い溶液を調製できることから、特に好ましい。なお、天然多糖類またはその誘導体には、前記例示のものを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。   Natural polysaccharides or derivatives thereof include, for example, natural polysaccharides such as xanthan gum, welan gum, gellan gum, guar gum, carrageenan, dextrin, pregelatinized starch, etc .; cellulose derivatives (carboxymethylcellulose, hydroxyethylcellulose, hydroxypropylcellulose, etc.) Derivatives of natural polysaccharides such as In the production of the negative electrode material of the present invention, water is preferably used as a solvent for the solution of the natural polysaccharide or derivative thereof used for coating the graphite from the viewpoint of environmental protection. Saccharides or their derivatives are water-soluble, and the viscosity of the solution can be made relatively high by simply dissolving a small amount in water. Especially, the said natural polysaccharide is especially preferable from the fact that the thickening effect to water is higher, and a highly viscous solution can be prepared with a smaller amount. In addition, as a natural polysaccharide or its derivative (s), the thing of the said illustration may be used individually by 1 type, and 2 or more types may be used together.

負極材料において、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛表面における天然多糖類または誘導体の被覆厚みは、その被覆による効果をより良好に確保する観点から、1nm以上であることが好ましく、3nm以上であることがより好ましい。ただし、前記黒鉛の表面における天然多糖類またはその誘導体の被覆厚みが大きすぎると、これを用いた電池において、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛を使用したことによる負荷特性の向上効果や、天然多糖類またはその誘導体を用いたことによる負荷特性の低下抑制効果が小さくなる虞がある。よって、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛表面における天然多糖類または誘導体の被覆厚みは、20nm以下であることが好ましく、10nm以下であることがより好ましい。 In the negative electrode material, the coating thickness of the natural polysaccharide or derivative on the graphite surface where the R value and d 002 satisfy the above values is preferably 1 nm or more from the viewpoint of better ensuring the effect of the coating, More preferably, it is 3 nm or more. However, if the coating thickness of the natural polysaccharide or its derivative on the surface of the graphite is too large, the load characteristics are improved by using graphite in which the R value and d 002 satisfy the above values in a battery using this. There is a possibility that the effect and the effect of suppressing the decrease in load characteristics due to the use of natural polysaccharides or derivatives thereof may be reduced. Therefore, the coating thickness of the natural polysaccharide or derivative on the graphite surface where the R value and d 002 satisfy the above values is preferably 20 nm or less, and more preferably 10 nm or less.

本発明の負極材料は、例えば、天然多糖類またはその誘導体を水に溶解させた溶液(スラリーなど)を調製し、この溶液に、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛を分散させる工程を有する方法により製造することができる。 For the negative electrode material of the present invention, for example, a solution (slurry or the like) in which natural polysaccharides or derivatives thereof are dissolved in water is prepared, and graphite in which the R value and d 002 satisfy the above values is dispersed in this solution. It can manufacture by the method which has a process.

前記の天然多糖類またはその誘導体を水に溶解させた溶液は、25℃における粘度(振動式粘度計を用いて測定される粘度)が、5〜50mPa・sであることが好ましい。前記溶液の粘度は、溶解させる天然多糖類またはその誘導体の濃度を調節することで調整できる。   The solution in which the natural polysaccharide or derivative thereof is dissolved in water preferably has a viscosity at 25 ° C. (viscosity measured using a vibration viscometer) of 5 to 50 mPa · s. The viscosity of the solution can be adjusted by adjusting the concentration of the natural polysaccharide or its derivative to be dissolved.

また、天然多糖類またはその誘導体を水に溶解させた溶液は、25℃における表面張力が4〜40mN/mであることが好ましい。このような溶液を使用することで、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛と、その表面を被覆する天然多糖類またはその誘導体との密着性が、より良好となり、天然多糖類またはその誘導体による前記の効果の持続性がより向上する。なお、ここでいう「天然多糖類またはその誘導体の25℃における表面張力」は、市販の装置(例えば、協和界面科学社製「CBVP−Z」)を使用して、Wilhelmy法によって測定される値である。 Moreover, it is preferable that the surface tension in 25 degreeC of the solution which dissolved the natural polysaccharide or its derivative in water is 4-40 mN / m. By using such a solution, the adhesion between the graphite whose R value and d 002 satisfy the above values and the natural polysaccharide or derivative thereof covering the surface is improved, and the natural polysaccharide or The sustainability of the above-described effect by the derivative is further improved. The “surface tension of a natural polysaccharide or its derivative at 25 ° C.” here is a value measured by a Wilhelmy method using a commercially available device (for example, “CBVP-Z” manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.). It is.

天然多糖類またはその誘導体を水に溶解させた溶液の表面張力は、例えば、界面活性剤などの添加剤を用いることで調整することができる。前記溶液の表面張力を調整するための添加剤としては、例えば、各種アルコールやアセトンなどの有機溶剤、変性シリコーンや変性ポリエーテルなどの市販の表面調整剤(例えば、サンノプコ社製の「SNウエットシリーズ」、「SNクリーンアクトシリーズ」、「SNデフォーマーシリーズ」など)が挙げられる。前記溶液の表面張力の調整に際しては、前記例示の添加剤を、0.01〜5質量%程度の濃度となるように添加することが好ましい。   The surface tension of a solution obtained by dissolving a natural polysaccharide or a derivative thereof in water can be adjusted by using an additive such as a surfactant. Examples of the additive for adjusting the surface tension of the solution include organic solvents such as various alcohols and acetone, and commercially available surface conditioners such as modified silicone and modified polyether (for example, “SN wet series manufactured by San Nopco” ”,“ SN Clean Act Series ”,“ SN Deformer Series ”, etc.). In adjusting the surface tension of the solution, it is preferable to add the exemplified additives so as to have a concentration of about 0.01 to 5% by mass.

前記溶液にR値およびd002が前記の値を満足する黒鉛を分散させた後は、この黒鉛を溶液から取り出して乾燥するなどして、本発明の負極材料を得ることができる。 After the graphite having the R value and d 002 satisfying the above values is dispersed in the solution, the negative electrode material of the present invention can be obtained by taking out the graphite from the solution and drying it.

また、本発明の負極材料は、前記方法以外の方法、例えば、天然多糖類またはその誘導体を水に溶解させた溶液を、R値およびd002が前記の値を満足する黒鉛に吹き付け、乾燥する方法によっても製造することができる。なお、この場合も、天然多糖類またはその誘導体を水に溶解させた溶液については、粘度や表面張力が前記好適値にないものを使用してもよいが、これらが前記好適値にある溶液を用いることが好ましい。 In addition, the negative electrode material of the present invention is dried by spraying a method other than the above method, for example, a solution in which a natural polysaccharide or a derivative thereof is dissolved in water onto graphite whose R value and d 002 satisfy the above values. It can also be produced by a method. In this case as well, a solution in which a natural polysaccharide or a derivative thereof is dissolved in water may have a viscosity or surface tension that is not within the above-mentioned preferred values. It is preferable to use it.

本発明のリチウム二次電池は、本発明の負極材料を含有する負極を有するものであればよく、その他の構成および構造については、従来から知られているリチウム二次電池と同様の構成および構造を適用することができる。   The lithium secondary battery of the present invention only needs to have a negative electrode containing the negative electrode material of the present invention, and the other configurations and structures are the same as those of conventionally known lithium secondary batteries. Can be applied.

負極には、例えば、本発明の負極材料やバインダなどを含有する負極合剤層を、集電体の片面または両面に形成したものが使用できる。なお、前記負極では、本発明の負極材料に係るR値およびd002が前記の値を満足する黒鉛が負極活物質として作用する。 As the negative electrode, for example, a negative electrode mixture layer containing the negative electrode material of the present invention, a binder or the like formed on one side or both sides of a current collector can be used. In the negative electrode, graphite whose R value and d 002 according to the negative electrode material of the present invention satisfy the above values acts as the negative electrode active material.

なお、負極活物質には、本発明の負極材料とともに他の負極活物質を併用することもできる。前記他の負極活物質としては、例えば、表面を多糖類またはその誘導体で被覆していない黒鉛や、熱分解炭素類、コークス類、ガラス状炭素類、有機高分子化合物の焼成体、メソカーボンマイクロビーズ(MCMB)、炭素繊維などの、リチウムを吸蔵、放出可能な炭素系材料などが挙げられる。   In addition, another negative electrode active material can also be used together with the negative electrode material of this invention for a negative electrode active material. Examples of the other negative electrode active materials include graphite whose surface is not coated with a polysaccharide or a derivative thereof, pyrolytic carbons, cokes, glassy carbons, a fired body of an organic polymer compound, mesocarbon micro Examples thereof include carbon-based materials capable of occluding and releasing lithium, such as beads (MCMB) and carbon fibers.

ただし、本発明の負極材料とともに他の負極活物質を併用する場合には、本発明の負極材料の使用による効果を良好に確保する観点から、本発明の負極材料と他の負極活物質との総量中における本発明の負極材料の量を、70質量%以上とすることが好ましく、80質量%以上とすることがより好ましい。   However, when other negative electrode active materials are used in combination with the negative electrode material of the present invention, the negative electrode material of the present invention and other negative electrode active materials are used from the viewpoint of ensuring the effect of the use of the negative electrode material of the present invention. The amount of the negative electrode material of the present invention in the total amount is preferably 70% by mass or more, and more preferably 80% by mass or more.

負極は、例えば、本発明の負極材料や、その他の負極活物質、バインダおよび必要に応じて使用される導電助剤などを含む負極合剤を溶剤に分散させたスラリー状やペースト状の負極合剤含有組成物を、集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後、必要に応じてプレス処理を施して負極合剤層の厚みを調整する工程を経て作製できる。なお、本発明に係る負極は、前記以外の方法により作製してもよい。   The negative electrode is, for example, a slurry-like or paste-like negative electrode mixture in which a negative electrode material of the present invention, other negative electrode active materials, a binder, and a negative electrode mixture containing a conductive auxiliary agent used as necessary are dispersed in a solvent. The agent-containing composition can be produced by applying the pressure-sensitive composition to one side or both sides of the current collector and drying, and then applying a press treatment as necessary to adjust the thickness of the negative electrode mixture layer. In addition, you may produce the negative electrode which concerns on this invention by methods other than the above.

負極のバインダには、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)などのフッ素樹脂や、スチレンブタジエンゴム(SBR)などを用いることができる。また、負極の導電助剤には、カーボンブラックなどの炭素材料などを用いることができる。   As the binder for the negative electrode, a fluorine resin such as polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR), or the like can be used. Moreover, carbon materials, such as carbon black, etc. can be used for the conductive support agent of a negative electrode.

負極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。また、負極合剤層の組成としては、負極活物質の量(本発明の負極材料のみを使用する場合には、その量。他の負極活物質を併用する場合には、本発明の負極材料と他の負極活物質との総量。)が60〜95質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜15質量%であることが好ましい。また、導電助剤を使用する場合には、負極合剤層における導電助剤の量が0.5〜5質量%であることが好ましい。   The thickness of the negative electrode mixture layer is preferably 10 to 100 μm per one surface of the current collector, for example. The composition of the negative electrode mixture layer is the amount of the negative electrode active material (in the case of using only the negative electrode material of the present invention, the amount thereof. When using another negative electrode active material in combination, the negative electrode material of the present invention And the other negative electrode active material) is preferably 60 to 95% by mass, and the amount of the binder is preferably 1 to 15% by mass. Moreover, when using a conductive support agent, it is preferable that the quantity of the conductive support agent in a negative mix layer is 0.5-5 mass%.

負極の集電体としては、銅製やニッケル製の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、銅箔が用いられる。この負極集電体は、高エネルギー密度の電池を得るために負極全体の厚みを薄くする場合、厚みの上限は30μmであることが好ましく、下限は5μmであることが望ましい。   As the current collector for the negative electrode, a foil made of copper or nickel, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used, but a copper foil is usually used. In the negative electrode current collector, when the thickness of the entire negative electrode is reduced in order to obtain a battery having a high energy density, the upper limit of the thickness is preferably 30 μm, and the lower limit is preferably 5 μm.

負極側のリード部は、通常、負極作製時に、集電体の一部に負極合剤層を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、リード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体に銅製の箔などを後から接続することによって設けてもよい。   The lead portion on the negative electrode side is usually provided by leaving the exposed portion of the current collector without forming the negative electrode mixture layer on a part of the current collector and forming the lead portion at the time of preparing the negative electrode. However, the lead portion is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting a copper foil or the like to the current collector later.

本発明の電池に係る正極は、従来から知られているリチウム二次電池に用いられている正極、すなわち、Liイオンを吸蔵放出可能な活物質を含有する正極であれば特に制限はない。例えば、活物質として、Li1+xMO(−0.1<x<0.1、M:Co、Ni、Mn、Al、Mgなど。なお、元素MはLi以外の他の金属元素で10原子%まで置換されていてもよい。)で表される層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物、LiMnやその元素の一部を他元素で置換したスピネル構造のリチウムマンガン酸化物、LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Feなど)で表されるオリビン型化合物などを用いることが可能である。前記層状構造のリチウム含有遷移金属酸化物の具体例としては、LiCoOやLiNi1−xCox−yAl(0.1≦x≦0.3、0.01≦y≦0.2)などのほか、少なくともCo、NiおよびMnを含む酸化物(LiMn1/3Ni1/3Co1/3、LiMn5/12Ni5/12Co1/6、LiNi3/5Mn1/5Co1/5など)などを例示することができる。特に、Niを40%以上含む活物質の場合には、電池が高容量となるので好ましく、また、O(酸素原子)はフッ素、イオウ原子で1原子%まで置換されていてもよい。 The positive electrode according to the battery of the present invention is not particularly limited as long as it is a positive electrode used in a conventionally known lithium secondary battery, that is, a positive electrode containing an active material capable of occluding and releasing Li ions. For example, as the active material, Li 1 + x MO 2 (−0.1 <x <0.1, M: Co, Ni, Mn, Al, Mg, etc. Note that the element M is a metal element other than Li and is 10 atoms. A lithium-containing transition metal oxide having a layered structure represented by the following formula: LiMn 2 O 4 and a lithium manganese oxide having a spinel structure in which a part of the element is substituted with another element, LiMPO 4 An olivine type compound represented by (M: Co, Ni, Mn, Fe, etc.) can be used. Specific examples of the lithium-containing transition metal oxide having a layered structure include LiCoO 2 and LiNi 1-x Co xy Al y O 2 (0.1 ≦ x ≦ 0.3, 0.01 ≦ y ≦ 0. 2) and other oxides containing at least Co, Ni and Mn (LiMn 1/3 Ni 1/3 Co 1/3 O 2 , LiMn 5/12 Ni 5/12 Co 1/6 O 2 , LiNi 3 / 5 Mn 1/5 Co 1/5 O 2 etc.). In particular, an active material containing 40% or more of Ni is preferable because the battery has a high capacity, and O (oxygen atom) may be substituted with 1 atom% of fluorine or sulfur atom.

正極には、例えば、前記の正極活物質、バインダ(PVDFなどのフッ素樹脂など)および導電助剤(カーボンブラックなどの炭素材料など)を含む正極合剤からなる正極合剤層が、集電体の片面または両面に形成された構造のものを用いることができる。このような正極は、例えば、前記正極合剤を溶剤に分散させたスラリー状やペースト状の正極合剤含有組成物を、集電体の片面または両面に塗布し、乾燥した後、必要に応じてプレス処理を施して正極合剤層の厚みを調整する工程を経て作製できる。なお、本発明に係る正極は、前記以外の方法により作製してもよい。   The positive electrode includes, for example, a positive electrode mixture layer made of a positive electrode mixture containing the positive electrode active material, a binder (a fluorine resin such as PVDF) and a conductive additive (a carbon material such as carbon black). It is possible to use one having a structure formed on one or both sides. Such a positive electrode is, for example, coated with a slurry-like or paste-like positive electrode mixture-containing composition in which the positive electrode mixture is dispersed in a solvent, dried on one or both sides of the current collector, and then dried as necessary. Can be manufactured through a step of adjusting the thickness of the positive electrode mixture layer by performing a press treatment. In addition, you may produce the positive electrode which concerns on this invention by methods other than the above.

正極合剤層の厚みは、例えば、集電体の片面あたり10〜100μmであることが好ましい。また、正極合剤層の組成としては、正極活物質の量が60〜95質量%であることが好ましく、バインダの量が1〜15質量%であることが好ましく、導電助剤の量が3〜20質量%であることが好ましい。   The thickness of the positive electrode mixture layer is preferably, for example, 10 to 100 μm per one side of the current collector. Moreover, as a composition of a positive mix layer, it is preferable that the quantity of a positive electrode active material is 60-95 mass%, it is preferable that the quantity of a binder is 1-15 mass%, and the quantity of a conductive support agent is 3. It is preferable that it is -20 mass%.

正極の集電体としては、アルミニウムなどの金属の箔、パンチングメタル、網、エキスパンドメタルなどを用い得るが、通常、厚みが10〜30μmのアルミニウム箔が好適に用いられる。   As the current collector of the positive electrode, a metal foil such as aluminum, a punching metal, a net, an expanded metal, or the like can be used. Usually, an aluminum foil having a thickness of 10 to 30 μm is preferably used.

正極側のリード部は、通常、正極作製時に、集電体の一部に正極合剤層を形成せずに集電体の露出部を残し、そこをリード部とすることによって設けられる。ただし、リード部は必ずしも当初から集電体と一体化されたものであることは要求されず、集電体にアルミニウム製の箔などを後から接続することによって設けてもよい。   The lead portion on the positive electrode side is normally provided by leaving the exposed portion of the current collector without forming the positive electrode mixture layer on a part of the current collector and forming the lead portion at the time of producing the positive electrode. However, the lead portion is not necessarily integrated with the current collector from the beginning, and may be provided by connecting an aluminum foil or the like to the current collector later.

前記の負極および正極は、これらを、セパレータを介して積層した積層電極体や、更にこれを巻回した巻回電極体の形態で用いることができる。   The negative electrode and the positive electrode can be used in the form of a laminated electrode body obtained by laminating them via a separator or a wound electrode body obtained by winding the laminated electrode body.

セパレータについては特に制限はなく、公知のリチウム二次電池に使用されているものが適用できる。例えば、厚みが5〜30μmで、開孔率が30〜70%の微多孔性ポリエチレンフィルムまたは微多孔性ポリプロピレンフィルム、ポリエチレンポリプロピレン複合フィルムなどが好適に用いられる。また、高温でより高い安全性を確保するなどの目的で、前記微多孔性ポリエチレンフィルムの片面または両面に、耐熱性の無機フィラーなどを含有する層を形成した耐熱性セパレータを用いることもできる。   There is no restriction | limiting in particular about a separator, What is used for the well-known lithium secondary battery is applicable. For example, a microporous polyethylene film having a thickness of 5 to 30 μm and a porosity of 30 to 70%, a microporous polypropylene film, a polyethylene polypropylene composite film, or the like is preferably used. In addition, for the purpose of ensuring higher safety at a high temperature, a heat-resistant separator in which a layer containing a heat-resistant inorganic filler or the like is formed on one side or both sides of the microporous polyethylene film can also be used.

本発明の電池に係る非水電解液には、リチウム塩を有機溶媒に溶解した溶液が用いられる。リチウム塩としては、溶媒中で解離してLiイオンを形成し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に制限はない。例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiAsF、LiSbF などの無機リチウム塩;LiCFSO、LiCFCO、Li(SO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiC2n+1SO(n≧2)、LiN(RfOSO[ここでRfはフルオロアルキル基]などの有機リチウム塩;などを用いることができる。 As the nonaqueous electrolytic solution according to the battery of the present invention, a solution in which a lithium salt is dissolved in an organic solvent is used. The lithium salt is not particularly limited as long as it dissociates in a solvent to form Li + ions and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, inorganic lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , Li 2 C 2 F 4 (SO 3 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiC n F 2n + 1 SO 3 (n ≧ 2), LiN (RfOSO 2 ) 2 [where Rf is a fluoroalkyl group]; it can.

非水電解液に用いる有機溶媒としては、前記のリチウム塩を溶解し、電池として使用される電圧範囲で分解などの副反応を起こさないものであれば特に限定されない。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどの環状カーボネート;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鎖状カーボネート;プロピオン酸メチルなどの鎖状エステル;γ−ブチロラクトンといった環状エステル;ジメトキシエタン、ジエチルエーテル、1,3−ジオキソラン、ジグライム、トリグライム、テトラグライムなどの鎖状エーテル;ジオキサン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフランなどの環状エーテル;アセトニトリル、プロピオニトリル、メトキシプロピオニトリルといったニトリル類;エチレングリコールサルファイトなどの亜硫酸エステル類;などが挙げられ、これらを1種単独で用いてもよいし、2種以上を併用しても構わない。なお、より良好な特性の電池とするためには、エチレンカーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒など、高い導電率を得ることができる組み合わせで用いることが望ましい。また、これらの非水電解液に安全性や充放電サイクル性、高温貯蔵性といった特性を向上させる目的で、ビニレンカーボネート類、1,3−プロパンサルトン、ジフェニルジスルフィド、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、フルオロベンゼン、t−ブチルベンゼン、無水酸、硫黄化エステル、ビニルエチレンカーボネート(VEC)などの添加剤を適宜加えることもできる。   The organic solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited as long as it dissolves the lithium salt and does not cause a side reaction such as decomposition in a voltage range used as a battery. For example, cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and methyl ethyl carbonate; chain esters such as methyl propionate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; Chain ethers such as ethane, diethyl ether, 1,3-dioxolane, diglyme, triglyme and tetraglyme; cyclic ethers such as dioxane, tetrahydrofuran and 2-methyltetrahydrofuran; nitriles such as acetonitrile, propionitrile and methoxypropionitrile; Sulfites such as ethylene glycol sulfite; and the like, and these may be used alone. , It may be used in combination of two or more thereof. In order to obtain a battery with better characteristics, it is desirable to use a combination that can obtain high conductivity, such as a mixed solvent of ethylene carbonate and chain carbonate. In addition, vinylene carbonates, 1,3-propane sultone, diphenyl disulfide, cyclohexylbenzene, biphenyl, and fluorobenzene are used for the purpose of improving safety, charge / discharge cycleability, and high-temperature storage properties of these non-aqueous electrolytes. , T-butylbenzene, anhydride, sulfurated ester, vinyl ethylene carbonate (VEC) and other additives can be added as appropriate.

このリチウム塩の有機電解液中の濃度としては、0.5〜1.5mol/lとすることが好ましく、0.9〜1.25mol/lとすることがより好ましい。   The concentration of the lithium salt in the organic electrolyte is preferably 0.5 to 1.5 mol / l, and more preferably 0.9 to 1.25 mol / l.

また、前記の有機溶媒の代わりに、エチル−メチルイミダゾリウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、へプチル−トリメチルアンモニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、ピリジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミド、グアジニウムトリフルオロメチルスルホニウムイミドといった常温溶融塩を用いることもできる。   Also, instead of the organic solvent, melting at room temperature such as ethyl-methylimidazolium trifluoromethylsulfonium imide, heptyl-trimethylammonium trifluoromethylsulfonium imide, pyridinium trifluoromethylsulfonium imide, guanidinium trifluoromethylsulfonium imide A salt can also be used.

更に、前記の非水電解液を含有してゲル化するような高分子材料を添加して、有機電解液をゲル状にして電池に用いてもよい。有機電解液をゲル状とするための高分子材料としては、PVDF、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(PVDF−HFP)、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、エチレンオキシド−プロピレンオキシド共重合体、主鎖または側鎖にエチレンオキシド鎖を有する架橋ポリマー、架橋したポリ(メタ)アクリル酸エステルなど、公知のゲル状電解質形成可能なホストポリマーが挙げられる。   Furthermore, a polymer material that contains the non-aqueous electrolyte and gels may be added to make the organic electrolyte into a gel and used for the battery. Polymeric materials for gelling organic electrolytes include PVDF, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (PVDF-HFP), polyacrylonitrile, polyethylene oxide, polypropylene oxide, ethylene oxide-propylene oxide copolymer And a known host polymer capable of forming a gel electrolyte, such as a crosslinked polymer having an ethylene oxide chain in the main chain or side chain, and a crosslinked poly (meth) acrylate.

本発明の電池の形態としては、スチール缶やアルミニウム缶などを外装缶として使用した筒形(角筒形や円筒形など)などが挙げられる。また、金属を蒸着したラミネートフィルムを外装体としたソフトパッケージ電池とすることもできる。   Examples of the form of the battery of the present invention include a cylindrical shape (such as a rectangular tube shape or a cylindrical shape) using a steel can or an aluminum can as an outer can. Moreover, it can also be set as the soft package battery which used the laminated film which vapor-deposited the metal as an exterior body.

本発明のリチウム二次電池は、従来から知られているリチウム二次電池と同様の用途に適用することができる。   The lithium secondary battery of the present invention can be applied to the same use as a conventionally known lithium secondary battery.

以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は、本発明を制限するものではない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples do not limit the present invention.

実施例1
<負極材料の作製>
平均粒径D50%が18μm、d002が0.3361nm、比表面積が3.2m/gである黒鉛について、ラマン分光法によりR値を求めた。前記黒鉛の極微量を曇ガラスに付着させたものをターゲットとした。各サンプルフォルダーをレーザーラマン測定装置(Jovan Yvon社製「U−1000」)に設置し、1μmに集光させたアルゴンイオンレーザー(波長514.5nm、出力250mW)を照射し、後方散乱によりラマン散乱を集光し、集光時間1sec、送りステップ1cm−1で1200〜1800cm−1の範囲を3回積算させてラマンスペクトルを得た。得られたラマンスペクトルから算出した前記黒鉛のR値は0.18であった。
Example 1
<Production of negative electrode material>
For graphite having an average particle diameter D of 50% of 18 μm, d 002 of 0.3361 nm, and a specific surface area of 3.2 m 2 / g, the R value was determined by Raman spectroscopy. A target obtained by adhering a very small amount of graphite to frosted glass was used as a target. Each sample folder is placed in a laser Raman measuring device (“U-1000” manufactured by Jovan Yvon), irradiated with an argon ion laser (wavelength 514.5 nm, output 250 mW) focused on 1 μm, and Raman scattering is performed by backscattering. was condensed and integration time 1 sec, thereby integrating three times the range of the 1200~1800Cm -1 at a feed step 1 cm -1 to obtain a Raman spectrum. The R value of the graphite calculated from the obtained Raman spectrum was 0.18.

前記黒鉛を賦活炉に入れ、炭酸ガス気流下で、1000℃で2時間表面処理を行った。前記表面処理後の黒鉛について、前記の方法によって水に対する濡れ性[固液面接触角(θ)]を求めた。   The graphite was placed in an activation furnace and surface-treated at 1000 ° C. for 2 hours under a carbon dioxide gas stream. With respect to the graphite after the surface treatment, the wettability [solid-liquid surface contact angle (θ)] with respect to water was determined by the method described above.

天然多糖類であるキサンタンガム:100gを50Lの水に溶解して、25℃における表面張力が表1に示す値の溶液を調製し、この溶液に前記の黒鉛5kgを投入した後、溶液から取り出し、乾燥して、前記黒鉛の表面がキサンタンガムで被覆された負極材料を作製した。この負極材料において、キサンタンガムの被覆厚みを、透過型電子顕微鏡(TEM)により測定した。   Xanthan gum which is a natural polysaccharide: 100 g is dissolved in 50 L of water to prepare a solution having a surface tension at 25 ° C. as shown in Table 1. After 5 kg of the graphite is added to this solution, the solution is taken out from the solution. It dried and produced the negative electrode material by which the surface of the said graphite was coat | covered with the xanthan gum. In this negative electrode material, the coating thickness of xanthan gum was measured with a transmission electron microscope (TEM).

<負極の作製>
前記の負極材料:90質量部と、バインダであるPVDF:10質量部とを混合した負極合剤を、0.1質量部のシュウ酸をあらかじめ溶解したN−メチル−2−ピロリドン(NMP)に分散させて負極合剤含有スラリーを調製した。このスラリーを、銅箔からなる厚みが10μmの集電体の両面に間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って全厚が142μmになるように負極合剤層の厚みを調整した。その後、これを幅45mmになるように切断して、負極を得た。更にこの負極の銅箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
<Production of negative electrode>
The negative electrode material: 90 parts by mass and PVDF as a binder: 10 parts by mass were mixed in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) in which 0.1 part by mass of oxalic acid was previously dissolved. A negative electrode mixture-containing slurry was prepared by dispersing. This slurry was intermittently applied to both sides of a current collector made of copper foil having a thickness of 10 μm, dried, and then subjected to a calendar treatment to adjust the thickness of the negative electrode mixture layer so that the total thickness became 142 μm. Then, this was cut | disconnected so that it might become 45 mm in width, and the negative electrode was obtained. Further, a tab was welded to the exposed portion of the copper foil of the negative electrode to form a lead portion.

<正極の作製>
正極活物質であるLiCoO:70質量部、およびLiNi0.8Co0.2:15質量部、導電助剤であるアセチレンブラック:10質量部、並びにバインダであるPVDF:5質量部を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)を溶剤として均一になるように混合して、正極合剤含有ペーストを調製した。このペーストを、集電体となる厚みが15μmのアルミニウム箔の両面に間欠塗布し、乾燥した後、カレンダー処理を行って、全厚が150μmになるように正極合剤層の厚みを調整し、幅43mmになるように切断して、正極を作製した。更にこの正極のアルミニウム箔の露出部にタブを溶接してリード部を形成した。
<Preparation of positive electrode>
LiCoO 2 as a positive electrode active material: 70 parts by mass, LiNi 0.8 Co 0.2 O 2 : 15 parts by mass, acetylene black as a conductive auxiliary agent: 10 parts by mass, and PVDF as a binder: 5 parts by mass N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) was mixed uniformly as a solvent to prepare a positive electrode mixture-containing paste. This paste is intermittently applied to both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm to be a current collector, dried, and then subjected to a calendar treatment to adjust the thickness of the positive electrode mixture layer so that the total thickness becomes 150 μm. The positive electrode was produced by cutting to a width of 43 mm. Further, a tab was welded to the exposed portion of the aluminum foil of the positive electrode to form a lead portion.

<モデルセルの作製>
前記負極を用いてモデルセルを作製した。モデルセルは、前記負極(負極合剤層塗布面を2×2cm角に切り出したもの)を作用極とし、対極および参照極にLi金属箔を、非水電解液に、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートを1:1の割合(体積比)で混合した混合液にLiPFを1mol/Lの濃度で溶解させた溶液を用い、セパレータにポリエチレン製の微多孔性フィルム(厚さ12μm)を用いて構成した。
<Production of model cell>
A model cell was produced using the negative electrode. The model cell uses the negative electrode (the negative electrode mixture layer coated surface cut into 2 × 2 cm square) as the working electrode, Li metal foil as the counter electrode and reference electrode, ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate as the non-aqueous electrolyte. Using a solution obtained by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solution obtained by mixing 1: 1 at a ratio (volume ratio), and using a polyethylene microporous film (thickness 12 μm) as a separator did.

<モデルセルによる充放電試験>
前記のモデルセルについて、参照極に対して0.03Vの電位になるまで4mAの定電流充電を行い、更に全充電時間が3時間となるまで0.03Vでの定電圧充電をした。充電後のモデルセルを、4mAの定電流で2.5Vの電圧となるまで放電をして、初期の充電容量と放電容量を測定し、充放電効率(100×放電容量÷充電容量、単位%)を算出した。
<Charge / discharge test using model cell>
The model cell was charged with a constant current of 4 mA until a potential of 0.03 V with respect to the reference electrode, and further charged with a constant voltage of 0.03 V until the total charging time was 3 hours. Discharge the model cell after charging to a voltage of 2.5V at a constant current of 4 mA, measure the initial charge capacity and discharge capacity, and charge / discharge efficiency (100 x discharge capacity / charge capacity, unit%) ) Was calculated.

<電池の作製>
前記の負極および正極を、モデルセルに用いたものと同じセパレータを介して重ね合わせ、渦巻状に巻回して巻回電極体とした。この巻回電極体を押しつぶして扁平状にし、角形の外装缶内に装填した。更に、非水電解液(エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネートを体積比で1:2に混合した溶媒に、LiPFを濃度1.2mol/lで溶解し、シクロヘキシルベンゼンを溶媒100質量部に対して1.0質量部の割合で添加した溶液)を外装缶内に注入し、封止を行ってリチウム二次電池を作製した。なお、この電池は、缶の上部に内圧が上昇した場合に圧力を下げるための開裂ベントを備えている。
<Production of battery>
The negative electrode and the positive electrode were overlapped with the same separator as that used for the model cell, and wound in a spiral shape to obtain a wound electrode body. The wound electrode body was crushed into a flat shape and loaded into a rectangular outer can. Further, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1.2 mol / l in a non-aqueous electrolyte (a solvent in which ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 2), and cyclohexylbenzene was added to 1 part by mass of 100 parts by mass of the solvent. 0.02 parts by mass of solution) was poured into the outer can and sealed to prepare a lithium secondary battery. This battery is provided with a cleavage vent for lowering the pressure when the internal pressure rises at the top of the can.

前記のリチウム二次電池について、以下の負荷特性試験および充放電サイクル特性試験を行った。   The following load characteristic test and charge / discharge cycle characteristic test were performed on the lithium secondary battery.

<負荷特性試験>
前記電池について、1Cの定電流および4.2Vの定電圧における充電(総充電時間は3時間規制)を行い、その後0.2Cの定電流で電池電圧が2.75Vになるまで放電させて、0.2Cでの放電容量を得た。次に、前記電池を前記と同じ条件で充電し、その後、2Cの定電流で電池電圧が2.75Vになるまで放電させて、2Cでの放電容量を得た。0.2Cでの放電容量に対する2Cでの放電容量の割合を百分率(%)で表して、電池の負荷特性を評価した。
<Load characteristic test>
The battery is charged at a constant current of 1 C and a constant voltage of 4.2 V (total charging time is restricted to 3 hours), and then discharged at a constant current of 0.2 C until the battery voltage reaches 2.75 V. A discharge capacity at 0.2 C was obtained. Next, the battery was charged under the same conditions as described above, and then discharged at a constant current of 2C until the battery voltage reached 2.75V to obtain a discharge capacity at 2C. The ratio of the discharge capacity at 2C to the discharge capacity at 0.2C was expressed as a percentage (%) to evaluate the load characteristics of the battery.

<充放電サイクル特性試験>
前記電池について、負荷特性試験時と同じ条件で充電を行い、その後1Cの定電流で電池電圧が2.75Vになるまで放電させた。この一連の操作を1サイクルとして、500サイクルの充放電試験を実施した。1サイクル目の放電容量に対する500サイクル目の放電容量の割合を百分率(%)で表して、電池の充放電サイクル特性を評価した。
<Charge / discharge cycle characteristics test>
The battery was charged under the same conditions as in the load characteristic test, and then discharged at a constant current of 1 C until the battery voltage reached 2.75V. With this series of operations as one cycle, a 500-cycle charge / discharge test was performed. The ratio of the discharge capacity at the 500th cycle to the discharge capacity at the first cycle was expressed as a percentage (%) to evaluate the charge / discharge cycle characteristics of the battery.

実施例2
実施例1で負極材料の作製しに使用したものと同じ黒鉛を賦活炉に入れ、炭酸ガス気流下で、1000℃で2.5時間表面処理を行った。前記表面処理後の黒鉛について、前記の方法によって水に対する濡れ性[固液面接触角(θ)]を求めた。
Example 2
The same graphite used for producing the negative electrode material in Example 1 was put in an activation furnace, and surface treatment was performed at 1000 ° C. for 2.5 hours under a carbon dioxide gas stream. With respect to the graphite after the surface treatment, the wettability [solid-liquid surface contact angle (θ)] with respect to water was determined by the method described above.

天然多糖類であるキサンタンガム:70gを50Lの水に溶解し、更に疎水性シリカの水系張力調整剤を適量加えて、25℃における表面張力が表1に示す値の溶液を調製し、この溶液に前記の黒鉛5kgを投入した後、溶液から取り出し、乾燥して、前記黒鉛の表面がキサンタンガムで被覆された負極材料を作製した。この負極材料におけるキサンタンガムの被覆厚みをTEMにより測定した。   Xanthan gum, which is a natural polysaccharide: 70 g is dissolved in 50 L of water, and an appropriate amount of a hydrophobic silica aqueous tension adjuster is added to prepare a solution having a surface tension at 25 ° C. as shown in Table 1. After charging 5 kg of the graphite, it was taken out from the solution and dried to prepare a negative electrode material in which the surface of the graphite was coated with xanthan gum. The coating thickness of xanthan gum in this negative electrode material was measured by TEM.

前記の負極材料を用いた以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製して充放電試験を行うとともに、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製して負荷特性および充放電サイクル特性を評価した。   Except for using the negative electrode material, a model cell was prepared and charged / discharged in the same manner as in Example 1, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 to obtain load characteristics and charge / discharge. Cycle characteristics were evaluated.

実施例3
天然多糖類であるキサンタンガム:200gを50Lの水に溶解し、更に疎水性シリカの水系張力調整剤を適量加えて、25℃における表面張力が表1に示す値の溶液を調製し、この溶液に実施例1で用いたものと同じ表面処理を施した黒鉛5kgを投入した後、溶液から取り出し、乾燥して、前記黒鉛の表面がキサンタンガムで被覆された負極材料を作製した。この負極材料におけるキサンタンガムの被覆厚みをTEMにより測定した。
Example 3
Xanthan gum, which is a natural polysaccharide: 200 g is dissolved in 50 L of water, and an appropriate amount of a hydrophobic silica aqueous tension adjuster is added to prepare a solution having a surface tension at 25 ° C. as shown in Table 1. After charging 5 kg of graphite subjected to the same surface treatment as that used in Example 1, it was taken out from the solution and dried to prepare a negative electrode material in which the surface of the graphite was coated with xanthan gum. The coating thickness of xanthan gum in this negative electrode material was measured by TEM.

前記の負極材料を用いた以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製して充放電試験を行うとともに、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製して負荷特性および充放電サイクル特性を評価した。   Except for using the negative electrode material, a model cell was prepared and charged / discharged in the same manner as in Example 1, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 to obtain load characteristics and charge / discharge. Cycle characteristics were evaluated.

実施例4
平均粒径D50%が20μm、d002が0.3378nm、比表面積が1.5m/gである黒鉛(実施例1と同様にして求めたR値が0.45)について、炭酸ガスによる表面処理を行わずに、前記の方法によって水に対する濡れ性[固液面接触角(θ)]を求めた。
Example 4
Graphite having an average particle size D of 50% of 20 μm, d 002 of 0.3378 nm, and a specific surface area of 1.5 m 2 / g (R value obtained in the same manner as in Example 1 is 0.45) depends on carbon dioxide. Without surface treatment, the wettability [solid-liquid surface contact angle (θ)] with respect to water was determined by the above method.

天然多糖類であるキサンタンガム:100gを50Lの水に溶解し、更に疎水性シリカの水系張力調整剤を適量加えて、25℃における表面張力が表1に示す値の溶液を調製し、この溶液に前記の黒鉛5kgを投入した後、溶液から取り出し、乾燥して、前記黒鉛の表面がキサンタンガムで被覆された負極材料を作製した。この負極材料におけるキサンタンガムの被覆厚みをTEMにより測定した。   Xanthan gum, which is a natural polysaccharide: 100 g is dissolved in 50 L of water, and an appropriate amount of a hydrophobic silica aqueous tension adjuster is added to prepare a solution having a surface tension at 25 ° C. as shown in Table 1. After charging 5 kg of the graphite, it was taken out from the solution and dried to prepare a negative electrode material in which the surface of the graphite was coated with xanthan gum. The coating thickness of xanthan gum in this negative electrode material was measured by TEM.

前記の負極材料を用いた以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製して充放電試験を行うとともに、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製して負荷特性および充放電サイクル特性を評価した。   Except for using the negative electrode material, a model cell was prepared and charged / discharged in the same manner as in Example 1, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 to obtain load characteristics and charge / discharge. Cycle characteristics were evaluated.

比較例1
実施例1で用いたものと同じ黒鉛を、炭酸ガスによる表面処理およびキサンタンガムによる被覆処理を行うことなく、負極材料として使用した以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製して充放電試験を行うとともに、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製して負荷特性および充放電サイクル特性を評価した。
Comparative Example 1
A model cell was prepared and charged / discharged in the same manner as in Example 1 except that the same graphite as that used in Example 1 was used as a negative electrode material without performing surface treatment with carbon dioxide and coating with xanthan gum. While conducting the test, lithium secondary batteries were produced in the same manner as in Example 1, and the load characteristics and charge / discharge cycle characteristics were evaluated.

比較例2
平均粒径D50%が16μm、d002が0.336nm、比表面積が3.4m/gである黒鉛(アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値が0.05)について、炭酸ガスによる表面処理を行わずに、前記の方法によって水に対する濡れ性[固液面接触角(θ)]を求めた。
Comparative Example 2
16μm average particle diameter D 50%, d 002 is 0.336 nm, a specific surface area in the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the graphite (argon ion laser Raman spectrum is 3.4 m 2 / g With respect to a certain R value of 0.05), the wettability [solid-liquid surface contact angle (θ)] with respect to water was determined by the above method without performing surface treatment with carbon dioxide gas.

天然多糖類であるキサンタンガム:100gを50Lの水に溶解し、更に疎水性シリカの水系張力調整剤を適量加えて、25℃における表面張力が表1に示す値の溶液を調製し、この溶液に前記の黒鉛5kgを投入した後、溶液から取り出し、乾燥して、前記黒鉛の表面がキサンタンガムで被覆された負極材料を作製した。この負極材料におけるキサンタンガムの被覆厚みをTEMにより測定した。   Xanthan gum, which is a natural polysaccharide: 100 g is dissolved in 50 L of water, and an appropriate amount of a hydrophobic silica aqueous tension adjuster is added to prepare a solution having a surface tension at 25 ° C. as shown in Table 1. After charging 5 kg of the graphite, it was taken out from the solution and dried to prepare a negative electrode material in which the surface of the graphite was coated with xanthan gum. The coating thickness of xanthan gum in this negative electrode material was measured by TEM.

前記の負極材料を用いた以外は、実施例1と同様にしてモデルセルを作製して充放電試験を行うとともに、実施例1と同様にしてリチウム二次電池を作製して負荷特性および充放電サイクル特性を評価した。   Except for using the negative electrode material, a model cell was prepared and charged / discharged in the same manner as in Example 1, and a lithium secondary battery was prepared in the same manner as in Example 1 to obtain load characteristics and charge / discharge. Cycle characteristics were evaluated.

実施例1〜4および比較例1、2の負極材料の作製に使用した黒鉛のR値および濡れ性(固液面接触角)、キサンタンガムを水に溶解させた溶液(キサンタンガム水溶液)の特性(25℃の表面張力および粘度)、並びに黒鉛表面のキサンタンガムの被覆厚みを表1に、実施例1〜4および比較例1、2のモデルセル並びに電池の評価結果を表2に示す。   R value and wettability (solid-liquid surface contact angle) of graphite used for the production of negative electrode materials of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2, and characteristics of a solution in which xanthan gum was dissolved in water (xanthan gum aqueous solution) (25 Table 1 shows the xanthan gum coating thickness on the graphite surface, and Table 2 shows the evaluation results of the model cells and batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2.

Figure 2011150865
Figure 2011150865

Figure 2011150865
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表2から明らかなように、実施例1〜4の負極材料を用いたモデルセルは、初期充放電効率が高く、これらの負極材料の使用によって初回充放電時の不可逆容量が小さくなっている。また、実施例1〜4のリチウム二次電池は、充放電サイクル特性評価時の容量維持率が高く、特定の負極材料の使用によって、充放電を繰り返した際にも不可逆容量の低下効果が持続しており、高い充放電サイクル特性が確保できている。更に、実施例1〜4のリチウム二次電池は、負荷特性も優れている。   As is clear from Table 2, the model cells using the negative electrode materials of Examples 1 to 4 have high initial charge / discharge efficiency, and the irreversible capacity at the first charge / discharge is reduced by using these negative electrode materials. In addition, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 4 have a high capacity retention rate at the time of charge / discharge cycle characteristics evaluation, and the use of a specific negative electrode material maintains the effect of reducing the irreversible capacity even when charge / discharge is repeated. Therefore, high charge / discharge cycle characteristics can be secured. Furthermore, the lithium secondary batteries of Examples 1 to 4 have excellent load characteristics.

これに対し、黒鉛の表面を天然多糖類で被覆していない比較例1の負極材料を使用したモデルセルでは、初期充放電効率が低く、また、この負極材料を使用した電池では、充放電サイクル特性が劣っている。更に、R値が不適な黒鉛を用いて構成した比較例2の負極材料を使用した電池では、充放電サイクル特性が劣っており、黒鉛表面の被覆層の剥離などが生じて、その効果が十分に持続していないと考えられる。   On the other hand, in the model cell using the negative electrode material of Comparative Example 1 in which the surface of graphite is not coated with natural polysaccharide, the initial charge / discharge efficiency is low, and in the battery using this negative electrode material, the charge / discharge cycle is The characteristics are inferior. Furthermore, in the battery using the negative electrode material of Comparative Example 2 configured using graphite having an inappropriate R value, the charge / discharge cycle characteristics are inferior, the coating layer on the graphite surface is peeled off, and the effect is sufficient. It is thought that it is not sustained.

Claims (6)

アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値が0.1〜0.5であり、かつ002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛と、その表面を被覆する天然多糖類またはその誘導体とを有することを特徴とするリチウム二次電池用負極材料。 An R value of 0.1 to 0.5 is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum, and the plane spacing d 002 of the 002 plane is less than 0.338nm A negative electrode material for a lithium secondary battery, comprising graphite and a natural polysaccharide or a derivative thereof covering the surface thereof. 黒鉛表面を被覆する天然多糖類またはその誘導体の厚みが1〜20nmである請求項1に記載のリチウム二次電池用負極材料。   2. The negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the natural polysaccharide covering the graphite surface or a derivative thereof has a thickness of 1 to 20 nm. 黒鉛の水に対する濡れ性が、固液面接触角(θ)で0〜50°である請求項1または2に記載のリチウム二次電池用負極材料。   The negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the wettability of graphite with respect to water is 0 to 50 ° in terms of a solid-liquid surface contact angle (θ). 請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極材料を製造する方法であって、
天然多糖類またはその誘導体を水に溶解させてなる溶液に、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1のピーク強度に対する1360cm−1のピーク強度比であるR値が0.1〜0.5であり、かつ002面の面間隔d002が0.338nm以下である黒鉛を分散させる工程を有することを特徴とするリチウム二次電池用負極材料の製造方法。
A method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3,
Natural polysaccharides or derivatives thereof in a solution prepared by dissolving in water, R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum is located at 0.1 to 0.5 And a method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, comprising the step of dispersing graphite having a surface spacing d 002 of 002 planes of 0.338 nm or less.
天然多糖類またはその誘導体を水に溶解させてなる溶液は、25℃において、表面張力が10〜40mN/mであり、かつ粘度が5〜50mPa・sである請求項4に記載のリチウム二次電池用負極材料の製造方法。   The lithium secondary solution according to claim 4, wherein a solution obtained by dissolving a natural polysaccharide or a derivative thereof in water has a surface tension of 10 to 40 mN / m and a viscosity of 5 to 50 mPa · s at 25 ° C. A method for producing a negative electrode material for a battery. 正極、負極、非水電解液およびセパレータを有するリチウム二次電池であって、
前記負極が、請求項1〜3のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極材料を含有していることを特徴とするリチウム二次電池。
A lithium secondary battery having a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a separator,
The said negative electrode contains the negative electrode material for lithium secondary batteries in any one of Claims 1-3, The lithium secondary battery characterized by the above-mentioned.
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