JP2012049151A - Lithium secondary battery - Google Patents

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Masakazu Yokomizo
正和 横溝
Hideji Sato
秀治 佐藤
Tomiyuki Kamata
富行 鎌田
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Mitsubishi Chemical Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a lithium secondary battery which is excellent in immersion of an electrolytic solution into an electrode, can be manufactured in a short time and is small in initial irreversible capacity, that is, which has high capacity density as the battery capacity lost in the initial charge/discharge is reduced and has the excellent low temperature discharge efficiency, that is, which can discharge at high current density in a low temperature environment and is well-balanced in various kinds of battery characteristics such as a high cycle maintenance rate.SOLUTION: The lithium secondary battery includes: a positive electrode and negative electrode capable of storing/releasing lithium ions; an electrolyte; and a nonaqueous electrolytic solution. In the lithium secondary battery, (1) a negative electrode material in the negative electrode includes a negative electrode material (A) of which the circularity is 0.85 or more and the BET specific surface area is 4.1 m/g or less, and (2) propylene carbonate and carbonate having an unsaturated bonding are contained in the nonaqueous electrolytic solution.

Description

本発明はリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a lithium secondary battery.

近年、電子機器の小型化に伴い二次電池の高容化が望まれている。そのためニッケル・カドミウム電池、ニッケル・水素電池に比べ、よりエネルギー密度の高いリチウム二次電池が注目されている。
その負極活物質としては、最初はリチウム金属を用いることが試みられたが、充放電を繰り返すうちにデンドライト状のリチウムが析出してセパレータを貫通し、正極にまで達し、短絡を起こす可能性があることが判明した。そのため、現在では、充放電過程において、リチウムイオンを層間に出入りさせ、リチウム金属の析出を防止できる炭素材料を負極活物質として使用することが注目されている。
In recent years, with the miniaturization of electronic devices, it has been desired to increase the capacity of secondary batteries. Therefore, lithium secondary batteries with higher energy density are attracting attention as compared to nickel / cadmium batteries and nickel / hydrogen batteries.
At first, it was attempted to use lithium metal as the negative electrode active material, but during repeated charging and discharging, dendritic lithium precipitated and penetrated the separator, reaching the positive electrode, and could cause a short circuit. It turned out to be. Therefore, at present, in the charge / discharge process, attention is focused on the use of a carbon material that allows lithium ions to enter and exit between the layers and prevent the precipitation of lithium metal as the negative electrode active material.

この炭素材料として、黒鉛を使用すること、特に、黒鉛化度の大きい黒鉛をリチウム二次電池用の負極活物質として用いると、黒鉛のリチウム吸蔵の理論容量である372mAh/gに近い容量が得られ、活物質として好ましいことが知られている。
一方、非水系電解液の溶媒としては、高誘電率溶媒である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などで代表される環状カーボネート類や、低粘度溶媒であるジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトンなどの環状エステル類、テトラヒドロフラン、1,3−ジオキソランなどの環状エーテル類、1,2−ジメトキシエタンなどの鎖状エーテル類が、単独又は混合して用いられている。特に高誘電率溶媒と低粘度溶媒とを混合して用いることが多く、電解質として、例えばLiPF6、LiBF4、LiClO4、LiN(SO2CF32などが単独で、又は2種以上組合せて用いられる。
As the carbon material, when graphite is used, particularly when graphite having a high degree of graphitization is used as a negative electrode active material for a lithium secondary battery, a capacity close to 372 mAh / g, which is the theoretical capacity of lithium storage of graphite, is obtained. And is known to be preferable as an active material.
On the other hand, as the solvent for the non-aqueous electrolyte, cyclic carbonates represented by high-permittivity solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, and low-viscosity solvents such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate Chain carbonates, cyclic esters such as γ-butyrolactone, cyclic ethers such as tetrahydrofuran and 1,3-dioxolane, and chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane are used alone or in combination. Yes. In particular, a mixture of a high dielectric constant solvent and a low viscosity solvent is often used, and for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2, etc. are used alone or in combination of two or more. Used.

特に電解液にプロピレンカーボネートを用いた電池は、その誘電率の高さから、低温環境下での高電流密度放電に有用であることが知られている。しかしながら、プロピレンカーボネートは、充電時に負極材料表面で激しく反応してしまう為、充放電効率の低下を招く問題があり、電解液にプロピレンカーボネートを使用する為の技術的な改良が行われている。   In particular, a battery using propylene carbonate as an electrolyte is known to be useful for high current density discharge in a low temperature environment because of its high dielectric constant. However, since propylene carbonate reacts violently on the surface of the negative electrode material during charging, there is a problem in that charge / discharge efficiency is lowered, and technical improvements for using propylene carbonate in the electrolytic solution have been made.

例えば、特許文献1には、炭素負極の表面にイオン伝導性高分子、水溶性高分子、アルカリ金属塩のいずれかからなる被覆層を形成し、炭素負極と非水電解質層の分解を抑制し、非水電解質層の分解生成物の負極表面上への堆積を抑制する方法が記載されている。
また、特許文献2には、負極用黒鉛粒子がリン状または、リン片状の天然黒鉛粒子からなる塊状黒鉛粒子群で構成され、塊状黒鉛粒子群がレーザー光回折法による累積50%径(D50径)、窒素ガス吸着法による比表面積、静置法による見掛け密度及びタップ法による見掛け密度が特定の範囲にあり、タップ法による見掛け密度と静置法による見掛け密度が特定の割合にあり、さらに、ラマン分光分析の1350cm−1付近に現れるDピークと1580cm−1付近に現れるGピークの面積強度比(ID/IG)が特定の範囲にある非水系二次電池の負極用黒鉛粒子を用いることで、充電時に黒鉛表面でプロピレンカーボネートやγ−ブチロラクトンが分解し充放電効率が低下するのを抑制することが記載されている。又、該特許文献2には、かかる黒鉛粒子群にC10を基本構造から誘導される界面活性剤を0.1〜5重量%吸着または被覆することで不可逆容量を低減することが記載されている。
For example, in Patent Document 1, a coating layer made of any one of an ion conductive polymer, a water-soluble polymer, and an alkali metal salt is formed on the surface of the carbon negative electrode to suppress decomposition of the carbon negative electrode and the nonaqueous electrolyte layer. A method for suppressing the deposition of decomposition products of the nonaqueous electrolyte layer on the negative electrode surface is described.
Further, in Patent Document 2, the graphite particles for negative electrode are composed of a lump graphite particle group composed of phosphorus-like or flake-like natural graphite particles, and the lump graphite particle group has a cumulative 50% diameter (D50 by the laser light diffraction method). Diameter), specific surface area by nitrogen gas adsorption method, apparent density by static method and apparent density by tap method are in a specific range, apparent density by tap method and apparent density by static method are in a specific ratio, and Using graphite particles for negative electrodes of non-aqueous secondary batteries in which the area intensity ratio (ID / IG) of the D peak appearing near 1350 cm −1 and the G peak appearing near 1580 cm −1 in the Raman spectroscopic analysis is in a specific range. Thus, it is described that propylene carbonate and γ-butyrolactone are decomposed on the surface of graphite during charging and the charge / discharge efficiency is prevented from being lowered. Further, in Patent Document 2, the irreversible capacity is reduced by adsorbing or coating 0.1 to 5% by weight of a surfactant derived from the basic structure of C 6 H 10 O 5 on the graphite particle group. Is described.

特許文献3には、負極活物質の炭素材料と結着剤粉末粒子を圧力、せん断作用を与えながら混合することによって、前記炭素材料の表面の一部もしくは全部を結着剤粉末粒子で被覆する方法が記載され、負極活物質同士の結着強度等に優れることで電池の放電特性やサイクル寿命特性に優れることが記載されている。   In Patent Document 3, a part or all of the surface of the carbon material is coated with binder powder particles by mixing the carbon material of the negative electrode active material and the binder powder particles while applying pressure and shearing action. A method is described, and it is described that it is excellent in the discharge characteristics and cycle life characteristics of a battery by being excellent in the binding strength etc. of negative electrode active materials.

特開平11−120992号公報JP-A-11-129992 特開2003−168432号公報JP 2003-168432 A 特開2002−42787号公報JP 2002-42787 A

しかしながら、我々の検討によれば、特許文献1及び特許文献2に記載の方法では、炭素負極表面自体のプロピレンカーボネートに対する反応性抑制が十分とは言えず、初期不可逆容量の低減が不十分であり、また同時に電極内への電解液の浸液性が不十分であるため、リチウムイオン二次電池製造工程上で時間的な損失を招くという問題が残っている。その理由として、不飽和結合を有するカーボネートを電解液に用いておらず、また原料黒鉛に球形化が施されていないためと考えられる。一方、特許文献3に記載の方法では、負極活物質の炭素材料への結着剤粉末粒子の被覆を、圧力、せん断作用を与えながら混合することで、得られる電池の放電特性やサイクル寿命特性が改善されるが、初期不可逆容量及び低温放電効率の点で不十分である。これは、原料黒鉛に球形化が施されていないこと及び非水電解液に特別の工夫がなされていないためと考えられる。   However, according to our study, the methods described in Patent Document 1 and Patent Document 2 cannot sufficiently suppress the reactivity of the carbon negative electrode surface itself to propylene carbonate, and the initial irreversible capacity is not sufficiently reduced. At the same time, since the immersion of the electrolytic solution into the electrode is insufficient, there remains a problem that a time loss is caused in the manufacturing process of the lithium ion secondary battery. This is probably because carbonates having unsaturated bonds are not used in the electrolyte solution, and the raw graphite is not spheroidized. On the other hand, in the method described in Patent Document 3, the discharge characteristics and cycle life characteristics of the obtained battery are obtained by mixing the coating of the binder powder particles on the carbon material of the negative electrode active material while applying pressure and shearing action. Is improved, but is insufficient in terms of initial irreversible capacity and low-temperature discharge efficiency. This is presumably because the raw graphite is not spheroidized and the non-aqueous electrolyte is not specially devised.

本発明は、上記の課題に鑑みて成されたものであり、その目的は、電極内への電解液の浸液性が良好で、短時間で製造可能であり、初期不可逆容量が小さい、即ち、初回の充放電で損失する電池容量が減少するので高容量密度であり、低温放電効率が良好、即ち、低温環境下での高電流密度放電が可能で、サイクル維持率が高い等、各種の電池特性がバランスよく優れたリチウム二次電池を提供することに存する。   The present invention has been made in view of the above problems, and its purpose is that the electrolyte has good immersion in the electrode, can be manufactured in a short time, and the initial irreversible capacity is small. Since the battery capacity lost by the first charge / discharge is reduced, the capacity is high, the low temperature discharge efficiency is good, that is, the high current density discharge is possible in a low temperature environment, the cycle maintenance rate is high, etc. The object is to provide a lithium secondary battery having excellent balance of battery characteristics.

本発明者らは、負極活物質粒子としての黒鉛に高分子材料を接触、陥入させられる多孔質部位があることに着目し、前記課題を解決するため鋭意検討した結果、球形化を施した負極活物質としての黒鉛粒子に対して高分子材料を添着した球形化材料を負極材料とし、不飽和結合を有するカーボネートとプロピレンカーボネートを含有する電解液を組み合わせることによって、非常に優れた電解液浸液性を示し、且つ、優れた低温高電流密度充放電特性と低不可逆容量のリチウムイオン二次電池、即ち各種の電池特性に優れたリチウム二次電池が達成可能であることを見出し、本発明に到達した。   The present inventors paid attention to the fact that there is a porous portion where a polymer material can be brought into contact with and intruded into graphite as the negative electrode active material particles, and as a result of intensive investigations to solve the above-mentioned problems, spheroidization was performed. By using a spheroidized material in which a polymer material is attached to graphite particles as the negative electrode active material as a negative electrode material, and combining an electrolyte containing carbonate and propylene carbonate with an unsaturated bond, a very good electrolyte immersion It has been found that a lithium ion secondary battery exhibiting liquidity and having excellent low temperature and high current density charge / discharge characteristics and low irreversible capacity, that is, a lithium secondary battery excellent in various battery characteristics can be achieved. Reached.

即ち、本発明の要旨は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極および負極、電解質、非水電解液を備えるリチウム二次電池であって、
(1)負極における負極材料が、負極活物質である黒鉛に一種以上の高分子材料が添着されてなり、かつ円形度が0.85以上である負極材料(A)を含み、
(2)非水電解液中にプロピレンカーボネート及び不飽和結合を有するカーボネートを含有する、
ことを特徴とするリチウム二次電池、に存する。
That is, the gist of the present invention is a lithium secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, an electrolyte, and a non-aqueous electrolyte,
(1) The negative electrode material in the negative electrode includes a negative electrode material (A) in which one or more polymer materials are attached to graphite as a negative electrode active material, and the circularity is 0.85 or higher,
(2) containing propylene carbonate and carbonate having an unsaturated bond in the non-aqueous electrolyte,
The present invention resides in a lithium secondary battery characterized by that.

本発明のリチウム二次電池は、非常に優れた電解液浸液性を示すため製造効率が良く、且つ、優れた低温高電流密度充放電特性と初期不可逆容量が低く、実用上有効である。   The lithium secondary battery of the present invention exhibits a very excellent electrolyte immersion property, has high production efficiency, is excellent in low temperature and high current density charge / discharge characteristics, and has a low initial irreversible capacity, and is practically effective.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、これらの内容に特定はされない。
[リチウム二次電池]
本発明のリチウム二次電池の基本的構成は、従来公知のリチウム二次電池と同様であり、通常、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに電解質及びこれを溶解する非水溶媒を備える。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the description of constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and is not specified by these contents.
[Lithium secondary battery]
The basic structure of the lithium secondary battery of the present invention is the same as that of a conventionally known lithium secondary battery. Usually, a positive electrode and a negative electrode capable of occluding and releasing lithium ions, an electrolyte, and a nonaqueous solvent for dissolving the electrolyte are included. Prepare.

[正極]
正極は、正極活物質及びバインダを含有する正極活物質層を、集電体上に形成したものである。
(活物質)
正極活物質としては、リチウムイオンなどのアルカリ金属カチオンを充放電時に吸蔵、放出できる金属カルコゲン化合物などが挙げられる。金属カルコゲン化合物としては、バナジウムの酸化物、モリブデンの酸化物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、チタンの酸化物、タングステンの酸化物などの遷移金属酸化物、バナジウムの硫化物、モリブデンの硫化物、チタンの硫化物、CuSなどの遷移金属硫化物、NiPS3、FePS3等の遷移金属のリン−硫黄化合物、VSe2、NbSe3などの遷移金属のセレン化合物、Fe0.250.752、Na0.1CrS2などの遷移金属の複合酸化物、LiCoS2、LiNiS2などの遷移金属の複合硫化物等が挙げられる。
[Positive electrode]
The positive electrode is obtained by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a binder on a current collector.
(Active material)
Examples of the positive electrode active material include metal chalcogen compounds that can occlude and release alkali metal cations such as lithium ions during charge and discharge. Examples of metal chalcogen compounds include vanadium oxide, molybdenum oxide, manganese oxide, chromium oxide, titanium oxide, tungsten oxide and other transition metal oxides, vanadium sulfide, molybdenum sulfide. things, sulfides of titanium, transition metal sulfides such as CuS, NIPS 3, FEPS phosphorus transition metals, such as 3 - sulfur compounds, VSe 2, NbSe 3 selenium compounds of transition metals, such as, Fe 0.25 V 0.75 S 2, Examples thereof include composite oxides of transition metals such as Na 0.1 CrS 2 and composite sulfides of transition metals such as LiCoS 2 and LiNiS 2 .

これらの中でも、V25、V513、VO2、Cr25、MnO2、TiO、MoV28、LiCoO2、LiNiO2、LiMn24、TiS2、V25、Cr0.250.752、Cr0.50.52などが好ましく、特に好ましいのはLiCoO2、LiNiO2、LiMn24や、これらの遷移金属の一部を他の金属で置換したリチウム遷移金属複合酸化物である。これらの正極活物質は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。 Among these, V 2 O 5 , V 5 O 13 , VO 2 , Cr 2 O 5 , MnO 2 , TiO, MoV 2 O 8 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , TiS 2 , V 2 S 5 , Cr 0.25 V 0.75 S 2 , Cr 0.5 V 0.5 S 2, etc. are preferable. LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4, and lithium transitions in which some of these transition metals are replaced with other metals are particularly preferable. It is a metal complex oxide. These positive electrode active materials may be used alone or in combination.

(バインダ)
正極活物質を結着するバインダとしては、公知のものを任意に選択して用いることができる。例としては、シリケート、水ガラス等の無機化合物や、テフロン(登録商標)、ポリフッ化ビニリデン等の不飽和結合を有さない樹脂などが挙げられる。これらの中でも好ましいのは、不飽和結合を有さない樹脂である。正極活物質を結着する樹脂として不飽和結合を有する樹脂を用いると酸化反応時に分解される恐れがある。これらの樹脂の重量平均分子量は通常1万以上、好ましくは10万以上、また、通常300万以下、好ましくは100万以下の範囲である。
(Binder)
A known binder can be arbitrarily selected and used as the binder for binding the positive electrode active material. Examples include inorganic compounds such as silicate and water glass, and resins having no unsaturated bond such as Teflon (registered trademark) and polyvinylidene fluoride. Among these, a resin having no unsaturated bond is preferable. If a resin having an unsaturated bond is used as the resin for binding the positive electrode active material, the resin may be decomposed during the oxidation reaction. The weight average molecular weight of these resins is usually 10,000 or more, preferably 100,000 or more, and usually 3 million or less, preferably 1 million or less.

正極活物質層中には、電極の導電性を向上させるために、導電材を含有させてもよい。導電剤としては、活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限はないが、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉末、各種の金属の繊維、粉末、箔などが挙げられる。   The positive electrode active material layer may contain a conductive material in order to improve the conductivity of the electrode. The conductive agent is not particularly limited as long as it can be mixed with an active material in an appropriate amount to impart conductivity, but is usually carbon powder such as acetylene black, carbon black, and graphite, various metal fibers, powder, and foil. Etc.

(正極)
正極は、正極活物質やバインダを溶剤でスラリー化し、集電体上に塗布、乾燥することにより形成する。溶剤としては、N−メチルピロリドンや水などが挙げられる。正極の集電体としては、アルミニウム、ニッケル、SUSなどが挙げられ、集電体の厚さは、通常5μm以上、好ましくは9μm以上であり、通常30μm以下、好ましくは20μm以下である。
(Positive electrode)
The positive electrode is formed by slurrying a positive electrode active material or a binder with a solvent, and applying and drying on a current collector. Examples of the solvent include N-methylpyrrolidone and water. Examples of the current collector for the positive electrode include aluminum, nickel, and SUS. The thickness of the current collector is usually 5 μm or more, preferably 9 μm or more, and usually 30 μm or less, preferably 20 μm or less.

スラリーを集電体上に塗布した後、時間的効率とエネルギーの不要な投入を防ぐという観点から、通常60℃以上、好ましくは80℃以上、また、通常250℃以下、好ましくは195℃以下の温度で、乾燥空気又は不活性雰囲気下で乾燥し、活物性層を形成する。 スラリーを塗布、乾燥して得られる活物質層の厚さは、通常5μm以上、好ましくは20μm以上、更に好ましくは30μm以上、また、通常200μm以下、好ましくは100μm以下、更に好ましくは75μm以下である。   After applying the slurry on the current collector, it is usually 60 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and usually 250 ° C. or lower, preferably 195 ° C. or lower, from the viewpoint of preventing time efficiency and unnecessary input of energy. Dry at a temperature under dry air or an inert atmosphere to form an active physical layer. The thickness of the active material layer obtained by applying and drying the slurry is usually 5 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm or less. .

[負極]
負極は、集電体と、集電体上に形成された活物質層とを備えると共に、活物質層が、負極材料と、通常バインダを含有するが、本発明のリチウム二次電池は、負極における負極材料が下記に記載の本発明の負極材料(A)を含む。
(負極材料)
本発明の負極材料(A)は、リチウム二次電池の負極活物質として利用されるリチウムイオンを吸蔵・放出可能な黒鉛であって、その黒鉛は、一種類以上の高分子材料が添着されたものであり、高分子材料が添着された状態の黒鉛の円形度が0.85以上である。黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれでも良いが、原料価格、黒鉛表面特性の点で天然黒鉛が好ましい。
[Negative electrode]
The negative electrode includes a current collector and an active material layer formed on the current collector, and the active material layer contains a negative electrode material and a normal binder. The negative electrode material according to the present invention contains the negative electrode material (A) of the present invention described below.
(Negative electrode material)
The negative electrode material (A) of the present invention is graphite capable of occluding and releasing lithium ions used as a negative electrode active material of a lithium secondary battery, and the graphite is impregnated with one or more kinds of polymer materials. The circularity of graphite with the polymer material attached is 0.85 or more. As graphite, either natural graphite or artificial graphite may be used, but natural graphite is preferred in terms of raw material price and graphite surface characteristics.

高分子材料が点着される黒鉛の円形度は、通常0.85以上、好ましくは0.90以上、より好ましくは0.92以上である。円形度の理論上の上限は1であるが、円形度は、通常0.99以下、好ましくは0.97以下、より好ましくは0.95以下である。下限を下回ると扁平に近い形となるため、高密度充放電特性が悪くなる傾向がある。円形度が大きすぎると粒子間の接触抵抗が増大し、充放電サイクル特性が低下してしまう傾向がある。   The degree of circularity of graphite on which the polymer material is spotted is usually 0.85 or more, preferably 0.90 or more, more preferably 0.92 or more. The theoretical upper limit of the circularity is 1, but the circularity is usually 0.99 or less, preferably 0.97 or less, more preferably 0.95 or less. If the value is below the lower limit, the shape becomes almost flat, and the high-density charge / discharge characteristics tend to deteriorate. If the circularity is too large, the contact resistance between the particles increases, and the charge / discharge cycle characteristics tend to deteriorate.

尚、黒鉛及び高分子が添着された黒鉛の円形度は以下の式で定義され、円形度が1のときに理論的真球となる。
円形度=(相当円の周囲長)/(粒子投影面積を持つ円の周囲長)
円形度の値としては、例えば、フロー式粒子像分析装置(例えば、シスメックスインダストリアル社製FPIA)を用い、測定対象(ここでは黒鉛、又は高分子材料が添着された黒鉛である負極材料)0.2gを、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2体積%水溶液(約50mL)に混合し、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、検出範囲を0.6〜400μmに指定し、粒径が10〜40μmの範囲の粒子について測定した値を用いることができる。
The circularity of graphite to which graphite and a polymer are attached is defined by the following formula, and when the circularity is 1, a theoretical sphere is obtained.
Circularity = (perimeter of equivalent circle) / (perimeter of circle with particle projection area)
As the value of the circularity, for example, a flow type particle image analyzer (for example, FPIA manufactured by Sysmex Industrial Co.) is used, and a measurement target (here, negative electrode material which is graphite or graphite to which a polymer material is attached). 2 g was mixed with a 0.2 vol% aqueous solution (about 50 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate as a surfactant, and 28 kHz ultrasonic waves were irradiated at an output of 60 W for 1 minute. A value measured for particles having a particle size in the range of 10 to 40 μm can be used.

本発明の円形度0.85以上の黒鉛は、天然及び人造黒鉛を必要により、機械的・物理的処理や、酸化処理、プラズマ処理等の化学的処理などを行うことにより得ることができる。具体的には、例えば特開2005−149792号公報に記載のように、炭素質材料に表面粉砕を施すことにより得ることができる。例えばケーシング内部に多数のブレードを設置した高速回転ローターを備えた粉砕装置を用いて、炭素質材料に対して衝撃圧縮、摩擦、剪断等の機械的作用を与えて、粉砕しながら表面処理を行えばよい。ローターの周速度は30〜100m/秒、特に50〜100m/秒が好ましい。粉砕後の分級はミクロンセパレーター、ターボプレックス等の強制渦流式遠心分級機やエルボジェット等の慣性分級機などの気流式分級機を用いて得るのが一般的であるが、湿式の沈降分離法や遠心沈降機などを用いて得ることもできる。   The graphite having a circularity of 0.85 or more according to the present invention can be obtained by performing mechanical or physical treatment, chemical treatment such as oxidation treatment, plasma treatment, or the like, if necessary, using natural and artificial graphite. Specifically, for example, as described in JP-A-2005-149792, the carbonaceous material can be obtained by surface grinding. For example, using a crusher equipped with a high-speed rotating rotor with a large number of blades installed inside the casing, mechanical treatment such as impact compression, friction, shearing, etc. is applied to the carbonaceous material to perform surface treatment while crushing. Just do it. The peripheral speed of the rotor is preferably 30 to 100 m / sec, particularly 50 to 100 m / sec. The classification after pulverization is generally obtained by using an airflow classifier such as a forced vortex centrifugal classifier such as a micron separator or turboplex, or an inertia classifier such as an elbow jet. It can also be obtained using a centrifugal sedimentator.

また、黒鉛としては、Hgポロシオメトリー(水銀圧入法)により求められる、直径1μm以下に相当する粒子内の空隙、粒子表面のステップによる凹凸の量が、好ましくは0.05mL/g以上、更に好ましくは0.1mL/g以上あるものは、粒子内空隙への高分子材料の接触による添着効果が得られやすいので好ましい。また、全細孔容積が、好ましくは0.1mL/g以上、更に好ましくは0.25mL/g以上あると、添着し易くなるので好ましい。また、平均細孔径が、好ましくは0.05μm以上、更に好ましくは0.1μm以上あると、有効部位に添着しやすく、添着効果が得られやすいので好ましい。また、平均細孔径が、好ましくは80μm以下、更に好ましくは50μm以下であると、添着が有効に行なわれることから好ましい。
Hgポロシオメトリーの装置及び手順の具体例としては、下記に示す装置及び手順が挙げられる。
In addition, as the graphite, the amount of voids in the particle corresponding to a diameter of 1 μm or less and the unevenness due to the step on the particle surface, which is obtained by Hg porosimetry (mercury intrusion method), is preferably 0.05 mL / g or more, Those having a concentration of 0.1 mL / g or more are preferable because an adhesion effect due to the contact of the polymer material with the voids in the particles is easily obtained. Further, the total pore volume is preferably 0.1 mL / g or more, and more preferably 0.25 mL / g or more because it is easy to attach. Further, the average pore diameter is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, because it is easy to attach to an effective site and an attachment effect is easily obtained. Further, the average pore diameter is preferably 80 μm or less, more preferably 50 μm or less, since the attachment is effectively performed.
Specific examples of the Hg porosimetry apparatus and procedure include the following apparatuses and procedures.

Hgポロシオメトリー用の装置として、水銀ポロシメータ(オートポア9520:マイクロメリテックス社製)を用いて、試料(負極材料)を、0.2g前後の値となるように秤量し、パウダー用セルに封入し、室温、真空下(50μmHg以下)にて10分間脱気、前処理を実施する。引き続き、4psia(約28kPa)に圧力を戻し水銀を導入、4psia(約28kPa)から40000psia(約280MPa)まで昇圧させた後、25psia(約170kPa)まで降圧させる。この間、10秒の平衡時間の後、水銀量を測定する、という測定操作を80点以上実施する。こうして得られた水銀圧入曲線からWashburnの方程式を用い、細孔分布を算出する。なお、水銀の表面張力(γ)は485dyne/cm、接触角(ψ)は140°として算出する。   As a device for Hg porosimetry, a mercury porosimeter (Autopore 9520: manufactured by Micromeritex Corporation) is used, and a sample (negative electrode material) is weighed to a value of about 0.2 g and enclosed in a powder cell. Then, deaeration and pretreatment are performed at room temperature under vacuum (50 μmHg or less) for 10 minutes. Subsequently, the pressure is returned to 4 psia (about 28 kPa), mercury is introduced, the pressure is increased from 4 psia (about 28 kPa) to 40000 psia (about 280 MPa), and then the pressure is reduced to 25 psia (about 170 kPa). During this time, after the equilibration time of 10 seconds, the measurement operation of measuring the mercury amount is performed at 80 points or more. The pore distribution is calculated from the mercury intrusion curve thus obtained using the Washburn equation. Note that the surface tension (γ) of mercury is calculated as 485 dyne / cm and the contact angle (ψ) is 140 °.

天然黒鉛としては、不純物の少ないものが好ましく、必要に応じて種々の精製処理を施して用いる。また、黒鉛化度の大きいものが好ましく、具体的には、X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が、3.37Å(0.337nm)未満のものが好ましい。天然黒鉛のBET比表面積は、通常3.5m2/g以上、好ましくは、4.5m2/g以上、また、通常8m2/g以下、好ましくは6m2/g以下の範囲である。 Natural graphite is preferably one having few impurities, and is subjected to various purification treatments as necessary. Further, those having a high degree of graphitization are preferred, and specifically, those having a (002) plane spacing (d 002 ) of less than 3.37 mm (0.337 nm) by X-ray wide angle diffraction method are preferred. The natural graphite has a BET specific surface area of usually 3.5 m 2 / g or more, preferably 4.5 m 2 / g or more, and usually 8 m 2 / g or less, preferably 6 m 2 / g or less.

黒鉛の体積平均粒径は、通常5μm以上、また、通常50μm以下、好ましくは25μm以下、最も好ましくは18μm以下の範囲である。なお、黒鉛は、複数の粒子が凝集している二次粒子であってもよい。この場合は、二次粒子の平均粒径が前述の範囲内であることが好ましく、一次粒子の平均粒径は、通常15μm以下の範囲であることが好ましい。粒径が小さ過ぎると、比表面積が大きくなり、電解液との反応面が増加して不可逆容量が大きくなりやすい。逆に、粒径が大き過ぎると、活物質とバインダをスラリー化したものを集電体に塗布するに際し、大塊によるいわゆる筋引きなどが起こり、均一な膜厚の活物質層の形成が困難となる。
尚、上記黒鉛の円形度は、黒鉛が凝集している場合には、二次粒子の円形度を意味する。
The volume average particle diameter of graphite is usually 5 μm or more, and usually 50 μm or less, preferably 25 μm or less, and most preferably 18 μm or less. Note that the graphite may be secondary particles in which a plurality of particles are aggregated. In this case, the average particle diameter of the secondary particles is preferably within the above-mentioned range, and the average particle diameter of the primary particles is preferably in the range of usually 15 μm or less. When the particle size is too small, the specific surface area increases, the reaction surface with the electrolyte increases, and the irreversible capacity tends to increase. On the other hand, if the particle size is too large, so-called streaks due to large lumps occur when applying a slurry of the active material and binder to the current collector, making it difficult to form an active material layer with a uniform thickness. It becomes.
The circularity of the graphite means the circularity of secondary particles when the graphite is agglomerated.

(高分子材料)
本発明では、負極材料として高分子材料が添着された黒鉛を用いる。高分子材料の種類は特に制限されないが、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)とを3:7の体積比で混合した溶媒に1MのLiPF6を溶解させた電解液(以下適宜「基準電解液(B)」という。)に対する溶解性を指標として、下記手法に従って基準電解液(B)に対し溶解しやすい高分子材料(C−1)(以下、適宜「高分子材料(C−1)」という。)と基準電解液(B)に対して溶解しにくい高分子材料(C−2)(以下、適宜「高分子材料(C−2)」という。)に分けられる。本発明の高分子材料が添着された黒鉛は、1種以上の高分子材料(C−1)および/または1種以上の高分子材料(C−2)のどちらか一種以上が添着されている黒鉛である。
(Polymer material)
In the present invention, graphite to which a polymer material is attached is used as the negative electrode material. The type of the polymer material is not particularly limited, but an electrolytic solution in which 1M LiPF 6 is dissolved in a solvent in which ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) are mixed at a volume ratio of 3: 7 (hereinafter referred to as “appropriately” The polymer material (C-1) that is easily soluble in the reference electrolyte solution (B) according to the following method (hereinafter referred to as “polymer material (C- 1) ") and a polymer material (C-2) that is difficult to dissolve in the reference electrolyte solution (B) (hereinafter referred to as" polymer material (C-2) "as appropriate). The graphite to which the polymer material of the present invention is attached has at least one of at least one polymer material (C-1) and / or one or more polymer materials (C-2) attached. Graphite.

高分子材料の溶解性は、以下の手法により判断する。まず、対象となる高分子材料を良溶媒に溶解させた後に、剥離可能な基盤上に乾燥後の厚さが約100μmとなるようキャストし、不活性ガス下で乾燥した後、直径12.5mmに打ち抜いて、評価用のサンプルを作製する。得られたサンプルを基準電解液(B)に浸して常温・常圧条件下、Arガス雰囲気下の密閉容器中で静置し、1日後及び90日後のサンプルの面積をそれぞれ測定して、これらの比の値(1日後に対する90日後の面積減少率)を求める。この面積減少率が3%以上であれば、基準電解液(B)に対して溶解しやすい高分子材料(C−1)であると判断し、この面積減少率が3%未満(面積が増加している場合も含む。)であれば、基準電解液(B)に対して溶解しにくい高分子材料(C−2)であると判断する。本発明において、高分子材料(C−1)としては、上記の面積減少率が4%以上のものが好ましく、高分子材料(C−2)としては、上記の面積減少率が2.5%以下のものが好ましい。   The solubility of the polymer material is determined by the following method. First, the target polymer material is dissolved in a good solvent, cast on a peelable substrate so that the thickness after drying is about 100 μm, dried under an inert gas, and then 12.5 mm in diameter. To produce a sample for evaluation. The obtained sample was immersed in the reference electrolyte (B) and allowed to stand in a sealed container under an Ar gas atmosphere under normal temperature and normal pressure conditions, and the areas of the samples after 1 day and 90 days were measured respectively. The ratio value (area reduction rate after 90 days with respect to 1 day later) is obtained. If the area reduction rate is 3% or more, it is determined that the polymer material (C-1) is easily dissolved in the reference electrolyte (B), and the area reduction rate is less than 3% (the area increases). In other words, the polymer material (C-2) is difficult to dissolve in the reference electrolyte solution (B). In the present invention, the polymer material (C-1) preferably has an area reduction rate of 4% or more, and the polymer material (C-2) has an area reduction rate of 2.5%. The following are preferred.

上述の手法を用いて、代表的な高分子材料である、ポリビニルアルコール(PVA)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)について、基準電解液(B)に対する溶解度を測定した。その結果を表1に示す。   Using the above-mentioned method, typical polymer materials such as polyvinyl alcohol (PVA), styrene-butadiene rubber (SBR), carboxymethyl cellulose (CMC), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene About oxide (PEO), the solubility with respect to the reference | standard electrolyte solution (B) was measured. The results are shown in Table 1.

Figure 2012049151
Figure 2012049151

高分子材料(C−1)としては、表1に挙げたカルボキシメチルセルロース(CMC)、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレンオキサイド(PEO)の他に、ポリスチレン、ポリアクリル酸メチル、ポリメタクリル酸メチル(PMMA)等のアクリル酸エステルポリマー、ポリプロピレンオキサイド等、及びこれらの架橋体などを用いることができる。中でも、カルボキシメチルセルロース、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリル酸メチルが、安価で入手が容易であるため好ましい。   As the polymer material (C-1), in addition to carboxymethylcellulose (CMC), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene oxide (PEO) listed in Table 1, polystyrene, polymethyl acrylate An acrylic acid ester polymer such as polymethyl methacrylate (PMMA), polypropylene oxide, and a cross-linked product thereof can be used. Among these, carboxymethyl cellulose, polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, and polymethyl methacrylate are preferable because they are inexpensive and easily available.

高分子材料(C−2)としては、表1に挙げたポリビニルアルコール(PVA)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)の他に、スチレン・イソプレン・スチレンゴム、アクリルニトリル・ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、イソブチレン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステル類、ナイロン、及びこれらの架橋体などを用いることができる。中でも、ポリビニルアルコールが、可撓性が高く、熱水溶性を示し、取扱いが容易であるので好ましい。   As the polymer material (C-2), in addition to polyvinyl alcohol (PVA) and styrene-butadiene rubber (SBR) listed in Table 1, styrene / isoprene / styrene rubber, acrylonitrile / butadiene rubber, butadiene rubber, ethylene Propylene / diene copolymer, polyvinyl chloride, polytetrafluoroethylene, polyethylene, polypropylene, isobutylene, polyethylene terephthalate and other polyesters, nylon, and cross-linked products thereof can be used. Among them, polyvinyl alcohol is preferable because it has high flexibility, exhibits hot water solubility, and is easy to handle.

高分子材料(C−1)及び高分子材料(C−2)の分子量は、高分子連鎖の結合方法、分岐の割合、分子内官能基、立体コンフォメーションにより異なり、一意には決定できないが、一般的には、分子量の小さい高分子材料ほど、基準電解液(B)に対する溶解性が高くなり、逆に、分子量の大きい高分子材料ほど、基準電解液(B)に対する溶解性が低くなる傾向にある。   The molecular weight of the polymer material (C-1) and the polymer material (C-2) varies depending on the polymer chain bonding method, the branching ratio, the intramolecular functional group, and the steric conformation, and cannot be uniquely determined. Generally, a polymer material having a lower molecular weight has a higher solubility in the reference electrolyte solution (B), and conversely, a polymer material having a higher molecular weight tends to have a lower solubility in the reference electrolyte solution (B). It is in.

高分子材料の好ましい粒径は、これらを黒鉛に添着させる手法によって異なる。溶媒を用いて高分子材料を溶解してから添着させる、いわゆる湿式添着法を用いる場合には、高分子材料の粒径は特に制限されない。しかし、溶媒を介さない、もしくは溶媒に対して完全に溶解させないミクロ結晶ドメインが残留する状態で添着させる、いわゆる乾式添着法を用いる場合には、高分子材料の粒子の大きさが重要となる。具体的に、乾式添着法を用いる場合の高分子材料の粒径は、通常5μm以下、好ましくは0.5μm以下の範囲とする。粒経が大き過ぎると、黒鉛に対する添着性が劣化してしまう傾向がある。   The preferred particle size of the polymer material varies depending on the method of attaching these to graphite. In the case of using a so-called wet attachment method in which a polymer material is dissolved and then attached using a solvent, the particle size of the polymer material is not particularly limited. However, in the case of using a so-called dry attachment method in which a microcrystalline domain that does not pass through a solvent or is not completely dissolved in the solvent remains, the size of the polymer material particles is important. Specifically, the particle size of the polymer material when using the dry impregnation method is usually 5 μm or less, preferably 0.5 μm or less. If the particle size is too large, the adhesion to graphite tends to deteriorate.

上記高分子材料のなかでも、電池性能をバランスよく向上させる観点から1種以上の高分子材料(C−1)が黒鉛に添着されていることが好ましい。
又、極板強度が高く、浸液性が良好で、初期不可逆容量が小さく、高い電流密度充放電特性に優れ、サイクル維持率が高い点からは、2種以上の高分子材料、特に1種以上の高分子材料(C−1)及び1種以上の高分子材料(C−2)が黒鉛に添着されていることが好ましい。
Among the polymer materials, one or more polymer materials (C-1) are preferably attached to graphite from the viewpoint of improving the battery performance in a balanced manner.
In addition, two or more types of polymer materials, particularly one type, are used from the viewpoints of high electrode plate strength, good immersion, low initial irreversible capacity, high current density charge / discharge characteristics, and high cycle retention. The above polymer material (C-1) and one or more polymer materials (C-2) are preferably attached to graphite.

本発明の負極材料(A)は、負極活物質粒子である黒鉛に、2種類以上の異なる高分子材料(C−1)及び(C−2)が、それぞれ粒子の異なる位置に添着された構造をとっていてもよい。ここで、「それぞれ粒子の異なる位置に」とは、これらの高分子材料(C−1)及び(C−2)が、それぞれ黒鉛の異なる位置に、位置選択的に添着されていることを表わす。高分子材料(C−1)及び(C−2)が黒鉛に対して「位置選択的に」添着されていることは、後述する直径1μm以下の細孔容積の減少量によって判断することができる。   The negative electrode material (A) of the present invention has a structure in which two or more different polymer materials (C-1) and (C-2) are attached to different positions of particles on graphite as negative electrode active material particles. You may have taken. Here, “each at a different position of the particles” means that these polymer materials (C-1) and (C-2) are selectively attached to different positions of graphite. . Whether the polymer materials (C-1) and (C-2) are “position-selectively” attached to the graphite can be determined by the amount of decrease in pore volume having a diameter of 1 μm or less, which will be described later. .

具体的な添着の態様は特に制限されないが、高分子材料(C−1)及び(C−2)を添着する場合、黒鉛の細孔の内部(細孔部)に、高分子材料(C−1)が添着されるとともに、黒鉛の外面(外周部)に、高分子材料(C−2)が添着された態様が不可逆容量低減と、高電流密度充放電特性向上の点から好ましい。
本発明の負極材料(A)を製造する方法は特に制限されず、黒鉛に高分子材料を添着させることができれば良い。但し、高分子材料が添着された黒鉛の円形度が本発明の範囲を満足するためには、原料の黒鉛として前記に記載の好ましい円形度の黒鉛を使用するのが製造上好ましい。又、異なる溶解性の二種の高分子を添着する場合、上述した構造を有する負極材料を少ない工程で効率よく確実に製造するためには、黒鉛に対して、まず1種類以上の高分子材料(C−1)を先に添着させ(第1添着工程)、その後で、高分子材料(C−2)を添着させる(第2添着工程)という、少なくとも二段階の工程からなる方法が好ましい。なお、第1添着工程と第2添着工程とは明確に分かれた工程である必要はなく、連続的に実施される工程であっても構わない。
The specific manner of attachment is not particularly limited, but when polymer materials (C-1) and (C-2) are attached, the polymer material (C- The aspect in which 1) is attached and the polymer material (C-2) is attached to the outer surface (outer peripheral portion) of graphite is preferable from the viewpoint of reducing irreversible capacity and improving high current density charge / discharge characteristics.
The method for producing the negative electrode material (A) of the present invention is not particularly limited as long as the polymer material can be attached to graphite. However, in order to satisfy the scope of the present invention, the circularity of the graphite to which the polymer material is attached preferably uses graphite having the preferable circularity described above as the raw material graphite. In addition, when two kinds of polymers having different solubilities are attached, in order to efficiently and reliably manufacture the negative electrode material having the above-described structure with few steps, first, one or more kinds of polymer materials are used with respect to graphite. A method comprising at least two steps of attaching (C-1) first (first attaching step) and then attaching the polymer material (C-2) (second attaching step) is preferable. Note that the first attachment step and the second attachment step do not have to be clearly separated steps, and may be performed continuously.

黒鉛に高分子材料(C−1)を添着させる工程(第1添着工程)、及び、高分子材料(C−2)を添着する工程(第2添着工程)ともに、具体的な添着の手法は特に制限されないが、代表的な例としては以下の3つが挙げられる。
(i)黒鉛と高分子材料(C−1)又は(C−2)とを粒子状態で単に混合する手法。
(ii)黒鉛と高分子材料(C−1)又は(C−2)とを混合するとともに、機械的な衝撃によって添着又は融着させる手法。
(iii)高分子材料(C−1)又は(C−2)を溶媒に膨潤,分散,溶解し、これを黒鉛に添着させた後、乾燥させる手法。
これら(i)〜(iii)の手法は、何れか一種を単独で実施しても良く、二種以上を適宜組み合わせて実施しても良い。
For both the step of attaching the polymer material (C-1) to graphite (first attachment step) and the step of attaching the polymer material (C-2) (second attachment step), the specific attachment method is as follows: Although not particularly limited, the following three are typical examples.
(I) A method of simply mixing graphite and the polymer material (C-1) or (C-2) in a particle state.
(Ii) A technique in which graphite and polymer material (C-1) or (C-2) are mixed and attached or fused by mechanical impact.
(Iii) A technique in which the polymer material (C-1) or (C-2) is swollen, dispersed, or dissolved in a solvent, and this is attached to graphite and then dried.
Any one of these methods (i) to (iii) may be performed alone, or two or more methods may be combined appropriately.

(i)又は(ii)の手法の場合、具体的な混合の手法は、本発明の主旨を外れない限り特に制限されない。例えば、乾式混合、湿式混合の何れを用いてもよい。混合に用いる混合機も特に制限されないが、例としては、メカノヒュージョン、ハイブリダイザー、オングミル、メカノマイクロス、マイクロス、ジェットミル、ハイブリッドミキサー、混錬機、流動層式造粒装置、レーディゲミキサー、スプレードライヤー、ディスパーザー等が挙げられる。これらの混合機は何れか一種を単独で用いても良く、二種以上を任意に組み合わせて用いても良い。   In the case of the method (i) or (ii), the specific mixing method is not particularly limited as long as it does not depart from the gist of the present invention. For example, either dry mixing or wet mixing may be used. The mixer used for mixing is not particularly limited, but examples include mechano-fusion, hybridizer, ong mill, mechano-micros, micros, jet mill, hybrid mixer, kneader, fluidized bed granulator, and radige. A mixer, a spray dryer, a disperser, etc. are mentioned. Any one of these mixers may be used alone, or two or more thereof may be used in any combination.

これらの具体的な混合の手法は、使用する黒鉛や高分子材料の種類に応じて適宜選択すれば良い。一般的には、メカノヒュージョン、ハイブリダイザーなどの機械的な乾式混合を用いた場合、負極活物質粒子の表面のステップ部に高分子材料が添着し易く、湿式混合を用いた場合、負極活物質粒子の内部の空隙に高分子材料が入り込みやすく、また、流動層、ペイントシェーカーなどの粒子間に弱いシェアしか掛からない粉体混合機を用いた場合、負極活物質粒子の表面に高分子材料が付着しているものが得られると考えられる。   These specific mixing methods may be appropriately selected according to the type of graphite or polymer material to be used. In general, when mechanical dry mixing such as mechanofusion and hybridizer is used, a polymer material is easily attached to the step part of the surface of the negative electrode active material particles, and when wet mixing is used, the negative electrode active material When using a powder mixer that has a weak shear between the particles, such as fluidized bed and paint shaker, the polymer material can easily enter the voids inside the particles. It is thought that what has adhered is obtained.

一方、(iii)の手法を用いる場合、その手法の詳細は、本発明の主旨を外れない限り特に制限されない。溶媒としては、高分子材料(C−1)又は(C−2)を分散又は膨潤、溶解できるものであれば種類を問わないが、溶解できるものであればより容易に製造できるので、好適である。具体的には、水やエタノール等のアルコール類や、その他のベンゼン、トルエン、キシレン等の有機溶媒であっても問題ないが、水によって分散、膨潤、溶解できるものが、環境面への負荷が小さく、工程が安価であることから好適である。高分子材料(C−1)又は(C−2)の溶解、分散、膨潤手法は、ディスパーザー、混練機等の混合分散器を用い、高分子材料と溶媒を接触させて行なう。混合に際しては、粒子に対して液体を加えても、液体に対して粒子を加えても問題なく、含浸方法としては、ディスパーザー、混練機等の液体と粉体を混合できる装置であれば、特に制限を受けない。混合時は低固形分濃度から高固形分濃度まで自在に選ぶことができる。また、これ以外にも、スプレードライ等の噴霧法によっても含浸することが可能である。これらの材料を乾燥する手法としては、スプレードライ等による噴霧乾燥や静止状態で加熱する棚乾燥、混合撹拌を行ないながら熱エネルギーを導入して乾燥する方法、減圧乾燥等が挙げられるが、溶媒の含有量を減少させることのできる手法であれば特に問題はない。   On the other hand, when the method (iii) is used, the details of the method are not particularly limited unless departing from the gist of the present invention. Any solvent can be used as long as it can disperse, swell, or dissolve the polymer material (C-1) or (C-2), but any solvent that can dissolve can be easily manufactured. is there. Specifically, water and alcohols such as ethanol, and other organic solvents such as benzene, toluene, and xylene are not a problem, but those that can be dispersed, swollen, and dissolved by water have an environmental impact. It is suitable because it is small and the process is inexpensive. The polymer material (C-1) or (C-2) is dissolved, dispersed or swelled by using a mixing and dispersing device such as a disperser or a kneader to bring the polymer material and the solvent into contact with each other. At the time of mixing, there is no problem even if the liquid is added to the particles or the particles are added to the liquid, and the impregnation method may be any device that can mix liquid and powder, such as a disperser and a kneader. There are no particular restrictions. During mixing, a low solid content concentration to a high solid content concentration can be freely selected. In addition to this, it is possible to impregnate by a spraying method such as spray drying. Methods for drying these materials include spray drying such as spray drying, shelf drying that heats in a stationary state, a method of drying by introducing heat energy while mixing and stirring, vacuum drying, etc. There is no particular problem as long as the technique can reduce the content.

黒鉛に対する高分子材料の重量割合(高分子材料の重量:黒鉛の重量)は、通常0.01:99.99以上、好ましくは0.05:99.95以上、また、通常10:90以下、中でも2:98以下の範囲である。高分子材料の比率が少な過ぎると、細孔内に十分な高分子材料が添着されず、初期不可逆容量が劣る怖れがある。一方、高分子材料の比率が多過ぎると、リチウムの充放電に寄与する活物質の重量が減少し、電池容量が減少する怖れがある。   The weight ratio of the polymer material to graphite (weight of polymer material: graphite weight) is usually 0.01: 99.99 or more, preferably 0.05: 99.95 or more, and usually 10:90 or less, Especially, it is the range of 2:98 or less. If the ratio of the polymer material is too small, sufficient polymer material is not attached in the pores, and the initial irreversible capacity may be inferior. On the other hand, when the ratio of the polymer material is too large, the weight of the active material that contributes to charging / discharging of lithium is reduced, and the battery capacity may be reduced.

二種の異なった溶解性の高分子を添着する場合、高分子材料(C−1)と高分子材料(C−2)との重量割合(高分子材料(C−1)の重量:高分子材料(C−2)の重量)は、通常1:1以上、また、通常1000:1以下、好ましくは100:1以下の範囲である。高分子材料(C−1)の比率が少な過ぎると、高電流密度放電特性が低下する傾向があり、高分子材料(C−2)の比率が少な過ぎると、初期充放電効率が低下する傾向がある。   When two different types of soluble polymers are attached, the weight ratio of the polymer material (C-1) to the polymer material (C-2) (weight of the polymer material (C-1): polymer) The weight of the material (C-2) is usually 1: 1 or more, and usually 1000: 1 or less, preferably 100: 1 or less. If the ratio of the polymer material (C-1) is too small, the high current density discharge characteristics tend to be lowered. If the ratio of the polymer material (C-2) is too small, the initial charge / discharge efficiency tends to be lowered. There is.

(高分子材料添着後の負極材料)
上記の如き黒鉛に高分子材料が添着された本発明の負極材料(A)は、その円形度が0.85以上であり、好ましくは0.90以上、より好ましくは0.92以上であり、通常0.99以下、好ましくは0.97以下、より好ましくは0.95以下である。
下限を下回ると扁平に近い形となるため、低温放電効率が低下してしまうので好ましくない。また、大きすぎると粒子間の接触抵抗が増大し、充放電サイクル特性が低下してしまう傾向にある。
尚、高分子材料が添着された本発明の負極材料(A)の円形度は、負極材料が凝集している場合には、高分子材料が添着された二次粒子の状態での円形度を意味する。
(Negative electrode material after polymer material attachment)
The negative electrode material (A) of the present invention in which a polymer material is attached to graphite as described above has a circularity of 0.85 or more, preferably 0.90 or more, more preferably 0.92 or more, Usually, it is 0.99 or less, preferably 0.97 or less, more preferably 0.95 or less.
If the value is below the lower limit, the shape is almost flat, and the low-temperature discharge efficiency is lowered, which is not preferable. Moreover, when too large, the contact resistance between particle | grains will increase and it exists in the tendency for charging / discharging cycling characteristics to fall.
The circularity of the negative electrode material (A) of the present invention to which the polymer material is attached is the circularity in the state of the secondary particles to which the polymer material is attached when the negative electrode material is aggregated. means.

(架橋材等)
本発明の負極材料(A)には、上記の黒鉛、高分子材料の他に、架橋材を使用しても良い。特に黒鉛に高分子材料(C−2)が添着している場合には、架橋材により、高分子材料(C−2)の側鎖及び主鎖の一部の官能基を結合させることで、高分子材料(C−2)のネットワーク構造を発達させ、添着後に分子量を変化させることが可能となる。この効果によって耐電解液性を向上させる作用を発現し、初回充放電効率を向上させるはたらきがある。架橋材の種類は特に制限されず、併用する高分子材料(C−2)の種類に応じて適切なものを選択すれば良い。具体的に、高分子材料(C−2)としてポリビニルアルコールを用いる場合、好ましい架橋材の例としては、グリオキサザール、Ti,Zrなどの有機金属錯体及びこの誘導体が挙げられる。但し、使用できる架橋材の種類はこれに限定されるものではなく、例えば、高分子材料(C−2)の有する官能基の種類によっては、更に他の架橋材の使用も可能となる。なお、架橋材は何れか一種を単独で使用してもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
(Crosslinking materials, etc.)
For the negative electrode material (A) of the present invention, a cross-linking material may be used in addition to the above graphite and polymer materials. In particular, when the polymer material (C-2) is attached to graphite, by bonding some functional groups of the side chain and the main chain of the polymer material (C-2) with a crosslinking agent, The network structure of the polymer material (C-2) can be developed and the molecular weight can be changed after the attachment. This effect has the effect of improving the electrolytic solution resistance and improving the initial charge / discharge efficiency. The kind in particular of a crosslinking material is not restrict | limited, What is necessary is just to select an appropriate thing according to the kind of polymeric material (C-2) used together. Specifically, when polyvinyl alcohol is used as the polymer material (C-2), examples of preferable cross-linking materials include glyoxazal, organometallic complexes such as Ti and Zr, and derivatives thereof. However, the type of the cross-linking material that can be used is not limited to this. For example, other cross-linking materials can be used depending on the type of the functional group of the polymer material (C-2). In addition, any 1 type may be used individually for a crosslinking material, and 2 or more types may be used together by arbitrary combinations and a ratio.

(その他)
尚、黒鉛に高分子材料を添着した段階で、BET法にて測定した比表面積の減少が見られることが好ましい。具体的には、高分子材料の添着前における黒鉛のBET比表面積と比較して、高分子材料の添着後におけるBET比表面積が、通常10%以上、中でも25%以上減少することが好ましい。なお、高分子材料の添着前における黒鉛のBET法による比表面積の絶対値は、通常1m2/g以上、好ましくは2m2/g以上、また、通常20m2/g以下、好ましくは10m2/g以下の範囲である。又、高分子材料添着後の黒鉛のBET法による比表面積の絶対値は、通常0.5m2/g以上、好ましくは1m2/g以上、また、通常8m2/g以下、好ましくは6m2/g以下の範囲である。
(Other)
In addition, it is preferable that the reduction | decrease of the specific surface area measured by BET method is seen in the step which attached polymer material to graphite. Specifically, it is preferable that the BET specific surface area after the addition of the polymer material is usually reduced by 10% or more, especially 25% or more, compared with the BET specific surface area of the graphite before the application of the polymer material. The absolute value of the specific surface area by BET method of the graphite before impregnation of the polymeric material is usually 1 m 2 / g or more, preferably 2m 2 / g or more and usually 20 m 2 / g or less, preferably 10 m 2 / It is the range below g. Further, the absolute value of the specific surface area of the graphite after the polymer material attachment by the BET method is usually 0.5 m 2 / g or more, preferably 1 m 2 / g or more, and usually 8 m 2 / g or less, preferably 6 m 2. / G or less.

(他の負極材料との混合)
上述した本発明の負極材料(A)は、何れか一種を単独で、又は二種以上を任意の組成及び組み合わせで併用して、リチウム二次電池の負極材料として好適に使用することができるが、本発明の効果を損なわない範囲で、上述した本発明の負極材料(A)の一種又は二種以上を、他の一種又は二種以上の負極材料(E)と混合し、これをリチウム二次電池の負極材料として用いても良い。
上述の負極材料(A)に負極材料(E)を混合する場合、負極材料(A)と負極材料(E)の総量に対する負極材料(E)の混合割合は、通常80重量%以下、好ましくは50重量%以下、さらに好ましくは20重量%以下の範囲である。負極材料(E)の混合割合が多すぎると、負極材料(A)の特性が現れ難い傾向がある。
(Mixed with other negative electrode materials)
The negative electrode material (A) of the present invention described above can be suitably used as a negative electrode material for a lithium secondary battery by using any one of them alone or in combination of two or more of them in any composition and combination. As long as the effects of the present invention are not impaired, one or more of the above-described negative electrode materials (A) of the present invention are mixed with other one or two or more negative electrode materials (E), You may use as a negative electrode material of a secondary battery.
When the negative electrode material (E) is mixed with the negative electrode material (A) described above, the mixing ratio of the negative electrode material (E) to the total amount of the negative electrode material (A) and the negative electrode material (E) is usually 80% by weight or less, preferably It is in the range of 50% by weight or less, more preferably 20% by weight or less. If the mixing ratio of the negative electrode material (E) is too large, the characteristics of the negative electrode material (A) tend to hardly appear.

(バインダ)
バインダとしては、通常、分子内にオレフィン性不飽和結合を有するものを用いる。その種類は特に制限されないが、具体例としては、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン・イソプレン・スチレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体などが挙げられる。このようなオレフィン性不飽和結合を有するバインダを用いることにより、活物質層の電解液に対する膨潤性を低減することができる。中でも入手の容易性から、スチレン−ブタジエンゴムが好ましい。
(Binder)
As the binder, one having an olefinically unsaturated bond in the molecule is usually used. The type is not particularly limited, and specific examples include styrene-butadiene rubber, styrene / isoprene / styrene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, butadiene rubber, and ethylene / propylene / diene copolymer. By using such a binder having an olefinically unsaturated bond, the swellability of the active material layer with respect to the electrolytic solution can be reduced. Of these, styrene-butadiene rubber is preferred because of its availability.

このようなオレフィン性不飽和結合を有するバインダと、前述の活物質とを組み合わせて用いることにより、負極板の強度を高くすることができる。負極の強度が高いと、充放電による負極の劣化が抑制され、サイクル寿命を長くすることができる。また、本発明に係る負極では、活物質層と集電体との接着強度が高いので、活物質層中のバインダの含有量を低減させても、負極を捲回して電池を製造する際に、集電体から活物質層が剥離するという課題も起こらないと推察される。   By using a binder having such an olefinically unsaturated bond in combination with the above active material, the strength of the negative electrode plate can be increased. When the strength of the negative electrode is high, deterioration of the negative electrode due to charge / discharge is suppressed, and the cycle life can be extended. In addition, since the negative electrode according to the present invention has high adhesive strength between the active material layer and the current collector, even when the binder content in the active material layer is reduced, the negative electrode is wound to produce a battery. It is speculated that the problem that the active material layer peels from the current collector does not occur.

分子内にオレフィン性不飽和結合を有するバインダとしては、その分子量が大きいものか、或いは、不飽和結合の割合が大きいものが望ましい。具体的に、分子量が大きいバインダの場合には、その分子量が通常1万以上、好ましくは5万以上、また、通常100万以下、好ましくは30万以下の範囲にあるものが望ましい。また、不飽和結合の割合が大きいバインダの場合には、全バインダの1g当たりのオレフィン性不飽和結合のモル数が、通常2.5×10-7以上、好ましくは8×10-7以上、また、通常1×10-4以下、好ましくは5×10-6以下の範囲にあるものが望ましい。バインダとしては、これらの分子量に関する規定と不飽和結合の割合に関する規定のうち、少なくとも何れか一方を満たしていればよいが、両方の規定を同時に満たすものがより好ましい。オレフィン性不飽和結合を有するバインダの分子量が小さ過ぎると機械的強度に劣り、大き過ぎると可撓性に劣る。また、バインダ中のオレフィン性不飽和結合の割合が小さ過ぎると強度向上効果が薄れ、大き過ぎると可撓性に劣る。 As the binder having an olefinically unsaturated bond in the molecule, one having a large molecular weight or one having a large proportion of unsaturated bonds is desirable. Specifically, in the case of a binder having a large molecular weight, it is desirable that the molecular weight is usually 10,000 or more, preferably 50,000 or more, and usually 1,000,000 or less, preferably 300,000 or less. In the case of a binder having a large proportion of unsaturated bonds, the number of moles of olefinically unsaturated bonds per gram of all binders is usually 2.5 × 10 −7 or more, preferably 8 × 10 −7 or more, Further, it is usually 1 × 10 −4 or less, preferably 5 × 10 −6 or less. The binder only needs to satisfy at least one of these regulations regarding molecular weight and regulations regarding the proportion of unsaturated bonds, but it is more preferable to satisfy both regulations simultaneously. When the molecular weight of the binder having an olefinically unsaturated bond is too small, the mechanical strength is inferior, and when it is too large, the flexibility is inferior. Moreover, if the ratio of the olefinically unsaturated bond in the binder is too small, the effect of improving the strength is reduced, and if it is too large, the flexibility is poor.

また、オレフィン性不飽和結合を有するバインダは、その不飽和度が、通常15%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは40%以上、また、通常90%以下、好ましくは80%以下の範囲にあるものが望ましい。なお、不飽和度とは、ポリマーの繰り返し単位に対する二重結合の割合(%)を表す。
本発明においては、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダも、本発明の効果が失われない範囲において、上述のオレフィン性不飽和結合を有するバインダと併用することができる。オレフィン性不飽和結合を有するバインダに対する、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダの混合比率は、通常150重量%以下、好ましくは120重量%以下の範囲である。オレフィン性不飽和結合を有さないバインダを併用することにより、塗布性を向上することができるが、併用量が多すぎると活物質層の強度が低下する。
The binder having an olefinically unsaturated bond has a degree of unsaturation of usually 15% or more, preferably 20% or more, more preferably 40% or more, and usually 90% or less, preferably 80% or less. Is desirable. The degree of unsaturation represents the ratio (%) of the double bond to the repeating unit of the polymer.
In the present invention, a binder that does not have an olefinically unsaturated bond can also be used in combination with the above-described binder that has an olefinically unsaturated bond as long as the effects of the present invention are not lost. The mixing ratio of the binder having no olefinically unsaturated bond to the binder having an olefinically unsaturated bond is usually 150% by weight or less, preferably 120% by weight or less. By using a binder that does not have an olefinically unsaturated bond, the coatability can be improved. However, if the combined amount is too large, the strength of the active material layer is lowered.

オレフィン性不飽和結合を有さないバインダの例としては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、澱粉、カラギナン、プルラン、グアーガム、ザンサンガム(キサンタンガム)等の増粘多糖類、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類、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のビニルアルコール類、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等のポリ酸、或いはこれらポリマーの金属塩、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのアルカン系ポリマー及びこれらの共重合体などが挙げられる。   Examples of the binder having no olefinic unsaturated bond include thickening polysaccharides such as methylcellulose, carboxymethylcellulose, starch, carrageenan, pullulan, guar gum, xanthan gum (xanthan gum), polyethers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, Vinyl alcohols such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, polyacids such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid, or metal salts of these polymers, fluorine-containing polymers such as polyvinylidene fluoride, alkane polymers such as polyethylene and polypropylene, and these A copolymer etc. are mentioned.

本発明においては、黒鉛に高分子材料(C−1)および/または(C−2)が添着された本発明の負極材料(A)と、上述のオレフィン性不飽和結合を有するバインダとを組み合わせて用いた場合、活物質層に用いるバインダの比率を従来に比べて低減することができる。具体的に、本発明の負極材料と、バインダ(これは場合によっては、上述のように不飽和結合を有するバインダと、不飽和結合を有さないバインダとの混合物であってもよい。)との重量比率は、それぞれの乾燥重量比で、通常90/10以上、好ましくは95/5以上であり、通常99.9/0.1以下、好ましくは99.5/0.5以下、更に好ましくは99/1以下の範囲である。バインダの割合が高過ぎると容量の減少や、抵抗増大を招きやすく、バインダの割合が少な過ぎると極板強度が劣る。   In the present invention, the negative electrode material (A) of the present invention in which the polymer material (C-1) and / or (C-2) is attached to graphite is combined with the above-mentioned binder having an olefinically unsaturated bond. When used, the ratio of the binder used for the active material layer can be reduced as compared with the conventional case. Specifically, the negative electrode material of the present invention and a binder (in some cases, it may be a mixture of a binder having an unsaturated bond and a binder having no unsaturated bond as described above). The weight ratio of each is usually 90/10 or more, preferably 95/5 or more, and usually 99.9 / 0.1 or less, preferably 99.5 / 0.5 or less, and more preferably, in each dry weight ratio. Is in the range of 99/1 or less. If the binder ratio is too high, the capacity is likely to decrease and the resistance is increased. If the binder ratio is too small, the electrode plate strength is inferior.

(負極)
本発明の負極は、上述の本発明の負極材料(A)とバインダ及び必要に応じて用いられる負極材料(E)とを分散媒に分散させてスラリーとし、これを集電体に塗布することにより形成される。分散媒としては、アルコールなどの有機溶媒や、水を用いることができる。このスラリーには更に、所望により導電剤を加えてもよい。導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック、平均粒径1μm以下のCu、Ni又はこれらの合金からなる微粉末などが挙げられる。導電剤の添加量は、本発明の負極材料に対して通常10重量%以下程度である。
(Negative electrode)
The negative electrode of the present invention is prepared by dispersing the negative electrode material (A) of the present invention, a binder, and a negative electrode material (E) used as necessary in a dispersion medium, and applying the slurry to a current collector. It is formed by. As the dispersion medium, an organic solvent such as alcohol or water can be used. If necessary, a conductive agent may be added to the slurry. Examples of the conductive agent include carbon black such as acetylene black, ketjen black, and furnace black, and fine powder made of Cu, Ni having an average particle diameter of 1 μm or less, or an alloy thereof. The addition amount of the conductive agent is usually about 10% by weight or less with respect to the negative electrode material of the present invention.

スラリーを塗布する集電体としては、従来公知のものを用いることができる。具体的には、圧延銅箔、電解銅箔、ステンレス箔等の金属薄膜が挙げられる。集電体の厚さは、通常5μm以上、好ましくは9μm以上であり、通常30μm以下、好ましくは20μm以下である。
スラリーを集電体上に塗布した後、通常60℃以上、好ましくは80℃以上、また、通常200℃以下、好ましくは195℃以下の温度で、乾燥空気又は不活性雰囲気下で乾燥し、活物性層を形成する。
A conventionally well-known thing can be used as a collector which apply | coats a slurry. Specific examples include metal thin films such as rolled copper foil, electrolytic copper foil, and stainless steel foil. The thickness of the current collector is usually 5 μm or more, preferably 9 μm or more, and usually 30 μm or less, preferably 20 μm or less.
After applying the slurry on the current collector, the slurry is usually dried at a temperature of 60 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and usually 200 ° C. or lower, preferably 195 ° C. or lower, in dry air or an inert atmosphere. A physical layer is formed.

スラリーを塗布、乾燥して得られる活物質層の厚さは、通常5μm以上、好ましくは20μm以上、更に好ましくは30μm以上、また、通常200μm以下、好ましくは100μm以下、更に好ましくは75μm以下である。活物質層が薄すぎると、活物質の粒径との兼ね合いから負極としての実用性に欠け、厚すぎると、高密度の電流値に対する十分なLiの吸蔵・放出の機能が得られにくい。   The thickness of the active material layer obtained by applying and drying the slurry is usually 5 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm or less. . If the active material layer is too thin, it is not practical as a negative electrode due to the balance with the particle size of the active material.

(浸液性)
本発明のリチウム二次電池用負極の浸液性の上限は、通常25秒以下、好ましくは22秒以下、より好ましくは20秒以下である。
この上限を上回るとリチウムイオン二次電池の製造工程で注液の段階が律速となり、多くの設備投資や、製造上の時間的損失が生じるという問題がある。
ただし、ここで述べた浸液性は、本明細書の実施例中に記載の評価法により測定される。
(Immersion)
The upper limit of the immersion property of the negative electrode for a lithium secondary battery of the present invention is usually 25 seconds or less, preferably 22 seconds or less, more preferably 20 seconds or less.
When this upper limit is exceeded, there is a problem in that the stage of liquid injection becomes rate-determining in the manufacturing process of the lithium ion secondary battery, resulting in a large amount of capital investment and time loss in manufacturing.
However, the immersion property described here is measured by the evaluation method described in the examples of the present specification.

[電解質]
電解質としては、通常リチウム塩が使用され、この用途に用い得ることが知られている公知のリチウム塩の中から、適宜選択して用いることができる。例えば、LiCl、LiBrなどのハロゲン化物、LiClO4、LiBrO4、LiClO4などの過ハロゲン酸塩、LiPF6、LiBF4、LiAsF6などの無機フッ化物塩などの無機リチウム塩、LiCF3SO3、LiC49SO3などのパーフルオロアルカンスルホン酸塩、Liトリフルオロスルフォンイミド((CF3SO22NLi)などのパーフルオロアルカンスルホン酸イミド塩などの含フッ素有機リチウム塩などが挙げられる。リチウム塩は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。非水系電解液中におけるリチウム塩の濃度は、通常0.5M以上、2.0M以下の範囲である。
[Electrolytes]
As the electrolyte, a lithium salt is usually used, and it can be appropriately selected from known lithium salts known to be usable for this application. For example, halides such as LiCl and LiBr, perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 and LiClO 4 , inorganic lithium salts such as inorganic fluoride salts such as LiPF 6 , LiBF 4 and LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , Fluorine-containing organic lithium salts such as perfluoroalkanesulfonic acid salts such as LiC 4 F 9 SO 3 and perfluoroalkanesulfonic acid imide salts such as Li trifluorosulfonimide ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi) . Lithium salts may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is usually in the range of 0.5M to 2.0M.

また、電解質として、リチウムイオン等のアルカリ金属カチオンの導電体である高分子固体電解質を用いることもできる。高分子固体電解質としては、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にLiの塩を溶解させたものや、ポリエーテルの末端水酸基がアルコキシドに置換されているポリマーなどが挙げられる。   Further, as the electrolyte, a polymer solid electrolyte which is a conductor of an alkali metal cation such as lithium ion can be used. Examples of the polymer solid electrolyte include a polymer in which a Li salt is dissolved in a polyether polymer compound such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, and a polymer in which the terminal hydroxyl group of the polyether is substituted with an alkoxide.

[非水電解液]
本発明に係る非水系電解液はプロピレンカーボネート及び不飽和結合を有するカーボネートを含有することを特徴としている。
不飽和結合を有するカーボネートとしては、ビニレンカーボネート系化合物、ビニルエチレンカーボネート系化合物、メチレンエチレンカーボネート系化合物等の環状カーボネート、またはアリルメチルカーボネート化合物、ビニルメチルカーボネート、ジアリルカーボネート等の鎖状カーボネートが挙げられる。
[Non-aqueous electrolyte]
The nonaqueous electrolytic solution according to the present invention is characterized by containing propylene carbonate and a carbonate having an unsaturated bond.
Examples of the carbonate having an unsaturated bond include cyclic carbonates such as vinylene carbonate compounds, vinyl ethylene carbonate compounds, and methylene ethylene carbonate compounds, or chain carbonates such as allyl methyl carbonate compounds, vinyl methyl carbonate, and diallyl carbonate. .

ビニレンカーボネート系化合物としては、ビニレンカーボネート、メチルビニレンカーボネート、エチルビニレンカーボネート、4,5−ジメチルビニレンカーボネート、4,5−ジエチルビニレンカーボネート等が挙げられる。
ビニルエチレンカーボネート系化合物としては、ビニルエチレンカーボネート、4−メチル−4−ビニルエチレンカーボネート、4−エチル−4−ビニルエチレンカーボネート、4−n−プロピル−4−ビニルエチレンカーボネート、5−メチル−4−ビニルエチレンカーボネート、4,4−ジビニルエチレンカーボネート、4,5−ジビニルエチレンカーボネート等が挙げられる。
Examples of vinylene carbonate compounds include vinylene carbonate, methyl vinylene carbonate, ethyl vinylene carbonate, 4,5-dimethyl vinylene carbonate, 4,5-diethyl vinylene carbonate, and the like.
Examples of the vinyl ethylene carbonate compound include vinyl ethylene carbonate, 4-methyl-4-vinyl ethylene carbonate, 4-ethyl-4-vinyl ethylene carbonate, 4-n-propyl-4-vinyl ethylene carbonate, 5-methyl-4- Examples include vinyl ethylene carbonate, 4,4-divinyl ethylene carbonate, 4,5-divinyl ethylene carbonate, and the like.

メチレンエチレンカーボネート系化合物としては、メチレンエチレンカーボネート、4,4−ジメチル−5−メチレンエチレンカーボネート、4,4−ジエチル−5−メチレンエチレンカーボネート等が挙げられる。
これらのうち、サイクル特性向上の点から、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネートが好ましく、特にビニレンカーボネートが好ましい。
Examples of the methylene ethylene carbonate compound include methylene ethylene carbonate, 4,4-dimethyl-5-methylene ethylene carbonate, 4,4-diethyl-5-methylene ethylene carbonate, and the like.
Among these, vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate are preferable from the viewpoint of improving cycle characteristics, and vinylene carbonate is particularly preferable.

これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよい。
不飽和結合を有するカーボネートは、負極の表面に安定な保護被膜を形成するため、電池のサイクル特性を向上させることができ、又、上記本発明の負極材料を含む電池において、電解液がプロピレンカーボネートと共に不飽和結合を有するカーボネートを有することにより、初期不可逆容量及び低温放電効率が良好となる。
These may be used alone or in combination of two or more.
Since the carbonate having an unsaturated bond forms a stable protective film on the surface of the negative electrode, the cycle characteristics of the battery can be improved. In the battery containing the negative electrode material of the present invention, the electrolyte is propylene carbonate. Moreover, by having a carbonate having an unsaturated bond, the initial irreversible capacity and the low-temperature discharge efficiency are improved.

2種類以上を併用する場合は、ビニレンカーボネートとビニルエチレンカーボネートとを併用するのが好ましい。
非水電解液に対するプロピレンカーボネートの含有率は、通常5体積%以上、好ましくは10体積%以上、より好ましくは20体積%以上が望ましく、通常95体積%以下、好ましくは70体積%以下、より好ましくは50体積%以下が望ましい。少なすぎるとプロピレンカーボネートを含有することによる低温での高電流密度充放電特性の向上効果が小さくなってしまう。多すぎるとプロピレンカーボネートの分解が無視できなくなり、不可逆容量の増加が問題となってくる。
When using 2 or more types together, it is preferable to use together vinylene carbonate and vinyl ethylene carbonate.
The content of propylene carbonate in the non-aqueous electrolyte is usually 5% by volume or more, preferably 10% by volume or more, more preferably 20% by volume or more, and usually 95% by volume or less, preferably 70% by volume or less, more preferably. Is preferably 50% by volume or less. If the amount is too small, the effect of improving the high current density charge / discharge characteristics at low temperatures due to the inclusion of propylene carbonate is reduced. If the amount is too large, the decomposition of propylene carbonate cannot be ignored, and an increase in irreversible capacity becomes a problem.

非水電解液に対する不飽和結合を有するカーボネートの含有率は、通常0.5体積%以上、好ましくは1体積%以上、より好ましくは2体積%以上が望ましく、通常10体積%以下、好ましくは7.5体積%以下、より好ましくは5体積%以下が望ましい。少なすぎるとVCが存在することによる浸液性向上の相乗効果が薄くなるため、製造工程でリードタイムが増加し、好ましくなく、又初期不可逆容量及び低温放電効率が劣ることとなる。多すぎると不飽和結合を有するカーボネートと正極が反応することによって正極上に生じる被膜が高抵抗となり、高電流密度充放電特性が低下する問題が生じる。   The content of the carbonate having an unsaturated bond with respect to the nonaqueous electrolytic solution is usually 0.5% by volume or more, preferably 1% by volume or more, more preferably 2% by volume or more, and usually 10% by volume or less, preferably 7%. .5% by volume or less, more preferably 5% by volume or less is desirable. If the amount is too small, the synergistic effect of improving the immersion property due to the presence of VC becomes thin, leading to an increase in lead time in the production process, which is not preferable, and the initial irreversible capacity and the low-temperature discharge efficiency are inferior. If the amount is too large, the reaction between the carbonate having an unsaturated bond and the positive electrode results in a high resistance of the coating film formed on the positive electrode, resulting in a problem that the high current density charge / discharge characteristics deteriorate.

又、プロピレンカーボネートに対する不飽和結合を有するカーボネートの含有割合(体積比)は、通常0.005以上、好ましくは0.01以上であり、通常2以下、好ましくは1以下である。少なすぎると不可逆容量の増加を低減効果が得られない傾向があり、多すぎると高電流密度充放電特性が低下する傾向がある。
本発明の非水電解液は、プロピレンカーボネート及び不飽和結合を有するカーボネート以外に、従来から非水系電解液の溶媒として提案されている公知の非水系溶媒の中から、適宜選択し併用しても良い。併用してもよい溶媒としては、例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類(但し、プロピレンカーボネートを除く);1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテル類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン等の環状エーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類などが挙げられる。
The content (volume ratio) of the carbonate having an unsaturated bond with respect to propylene carbonate is usually 0.005 or more, preferably 0.01 or more, and usually 2 or less, preferably 1 or less. If the amount is too small, the effect of reducing the increase in irreversible capacity tends not to be obtained, and if the amount is too large, the high current density charge / discharge characteristics tend to decrease.
The non-aqueous electrolyte of the present invention may be appropriately selected from known non-aqueous solvents conventionally proposed as solvents for non-aqueous electrolytes in addition to propylene carbonate and carbonates having an unsaturated bond. good. Examples of the solvent that may be used in combination include chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate; cyclic carbonates such as ethylene carbonate and butylene carbonate (excluding propylene carbonate); 1,2- Chain ethers such as dimethoxyethane; cyclic ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, sulfolane, 1,3-dioxolane; chain esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate; γ-butyrolactone, γ -Cyclic esters such as valerolactone.

中でも、鎖状カーボネート類と環状カーボネート類(但し、プロピレンカーボネートを除く)を含有するのが、電解液の誘電率、粘度等のバランスの点から好ましい。この場合の鎖状カーボネートと環状カーボネートの体積割合(鎖状カーボネート:環状カーボネート)は、通常5:95以上、好ましくは10:90以上、更に好ましくは50:50以上であり、通常95:5以下、好ましくは90:10以下、更に好ましくは80:20以下である。鎖状カーボネート類の含有割合が多すぎると、誘電率の低下によって充放電に寄与できるリチウムイオンが減少する問題があり、少なすぎると粘度の増加を招き、注液の特性が低下する傾向がある。
又、併用しても良い上記溶媒の非水電解液に対する含有割合(体積%)は、通常、95.5%以下、好ましくは90%以下であり、通常4.5%以上である。多すぎると低温高電流密度充放電特性が低下する問題があり、少なすぎると併用する効果がほとんど認められないこととなる。
Among these, it is preferable to contain a chain carbonate and a cyclic carbonate (excluding propylene carbonate) from the viewpoint of the balance of dielectric constant, viscosity and the like of the electrolytic solution. In this case, the volume ratio of the chain carbonate to the cyclic carbonate (chain carbonate: cyclic carbonate) is usually 5:95 or more, preferably 10:90 or more, more preferably 50:50 or more, and usually 95: 5 or less. , Preferably 90:10 or less, more preferably 80:20 or less. If the content of the chain carbonates is too large, there is a problem that lithium ions that can contribute to charge / discharge decrease due to a decrease in the dielectric constant, and if it is too small, the viscosity increases and the properties of the liquid injection tend to deteriorate. .
The content (volume%) of the above-mentioned solvent that may be used in combination with the nonaqueous electrolytic solution is usually 95.5% or less, preferably 90% or less, and usually 4.5% or more. When the amount is too large, there is a problem that the charge / discharge characteristics at a low temperature and high current density are deteriorated. When the amount is too small, the effect of combined use is hardly recognized.

(その他/プロピレンカーボネート/不飽和結合を有するカーボネート/本発明の負極材料の組み合わせがよい理由)
特許文献1記載のとおり、負極活物質表面に樹脂を添着することで、炭素負極と非水電解質層との濡れ性(浸液性)が向上すること、プロピレンカーボネートの分解が抑制されることが知られているが、実製造ラインにおいてまだ、この浸液性では十分とはいえない。一方、電解液中にプロピレンカーボネートに代えてビニレンカーボネートを加えることでも浸液性の向上を図ることが可能であるが、この場合も、未だ十分な浸液性とはいえない。これに対して、その理由の詳細は不明なるも、黒鉛を活物質とする場合には、樹脂添着により円形度を0.85以上とし、かつ非水電解液中に、プロピレンカーボネートとビニレンカーボネートの如き不飽和カーボネートを含むことにより、浸液性が相乗的に良好となり、かつ、プロピレンカーボネートの分解を抑制し、低温放電効率を維持しつつ、初期不可逆容量の増大が抑制されたリチウム二次電池となる。
(Others / Propylene carbonate / Carbonates with unsaturated bonds / Reason why the negative electrode material of the present invention is good)
As described in Patent Document 1, by adding a resin to the surface of the negative electrode active material, the wettability (immersability) between the carbon negative electrode and the nonaqueous electrolyte layer is improved, and the decomposition of propylene carbonate is suppressed. As is known, this immersion property is still not sufficient in an actual production line. On the other hand, it is possible to improve the immersion property by adding vinylene carbonate in place of propylene carbonate in the electrolytic solution. However, in this case as well, the immersion property is still not sufficient. On the other hand, although the details of the reason are unclear, when graphite is used as the active material, the circularity is set to 0.85 or more by resin attachment, and propylene carbonate and vinylene carbonate are contained in the non-aqueous electrolyte. By including such unsaturated carbonate, the lithium secondary battery in which the immersion property is synergistically improved, and the increase in the initial irreversible capacity is suppressed while the decomposition of propylene carbonate is suppressed and the low temperature discharge efficiency is maintained. It becomes.

(セパレータ)
正極と負極との間には通常、電極間の短絡を防止するために、多孔膜や不織布などの多孔性のセパレータを介在させる。この場合、非水系電解液は、多孔性のセパレータに含浸させて用いる。セパレータの材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエーテルスルホンなどが用いられ、好ましくはポリオレフィンである。
(Separator)
In order to prevent a short circuit between the electrodes, a porous separator such as a porous film or a nonwoven fabric is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode. In this case, the nonaqueous electrolytic solution is used by impregnating a porous separator. As a material for the separator, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyethersulfone, and the like are used, and polyolefin is preferable.

本発明のリチウム二次電池の形態は特に制限されない。例としては、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ等が挙げられる。また、これらの形態の電池を任意の外装ケースに収めることにより、コイン型、円筒型、角型等の任意の形状にして用いることができる。   The form of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited. Examples include a cylinder type in which a sheet electrode and a separator are spiral, a cylinder type having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a coin type in which a pellet electrode and a separator are stacked, and the like. In addition, by storing batteries of these forms in an optional outer case, the battery can be used in an arbitrary shape such as a coin shape, a cylindrical shape, or a square shape.

本発明のリチウム二次電池を組み立てる手順も特に制限されず、電池の構造に応じて適切な手順で組み立てればよいが、例を挙げると、外装ケース上に負極を乗せ、その上に電解液とセパレータを設け、更に負極と対向するように正極を乗せて、ガスケット、封口板と共にかしめて電池にすることができる。   The procedure for assembling the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be assembled by an appropriate procedure according to the structure of the battery.For example, the negative electrode is placed on the outer case, and the electrolyte and A battery can be formed by providing a separator and placing a positive electrode so as to face the negative electrode and caulking together with a gasket and a sealing plate.

次に、本発明を実施例により更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited to description of a following example, unless the summary is exceeded.

<実施例1>
(負極材料)
高分子材料(C−1)としてカルボキシメチルセルロース(第一工業製薬社製BSH6)1gを、純水199gに加えて溶解させた。この溶液中に、天然黒鉛として比表面積5.8m2/g、平均粒径23μm、円形度(0.93)の球形化天然黒鉛粒子200gを加え、容積0.75Lのステンレス容器中で、ホモディスパーザーを用いて2時間、攪拌・混合した。得られた混合物を、1.5cmの高さとなるようにステンレスバットに入れ、N2ガス中、110℃で10時間乾燥した。これを篩い、高分子材料1層添着負極活物質粒子とした。これを、実施例1の負極材料とした。
得られた負極材料について、以下の手順により、BET法による比表面積を測定した。これらの結果を表2に示す。
<Example 1>
(Negative electrode material)
As a polymer material (C-1), 1 g of carboxymethylcellulose (BSH6 manufactured by Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) was added to 199 g of pure water and dissolved. Into this solution, 200 g of spherical natural graphite particles having a specific surface area of 5.8 m 2 / g, an average particle size of 23 μm, and a circularity (0.93) were added as natural graphite. It stirred and mixed for 2 hours using the disperser. The obtained mixture was placed in a stainless steel vat so as to have a height of 1.5 cm, and dried in N 2 gas at 110 ° C. for 10 hours. This was sieved to obtain negative electrode active material particles with one layer of polymer material. This was used as the negative electrode material of Example 1.
About the obtained negative electrode material, the specific surface area by BET method was measured with the following procedures. These results are shown in Table 2.

<BET法>
BET比表面積は、自動表面積測定装置(AMS8000:大倉理研社製)を用いて、BET1点法(窒素ガス吸着)にて測定した。試料(負極材料)を、0.8g前後の値となるよう正確に秤量し、専用セルに入れて装置に装着した。100℃に加熱、測定用ガス(窒素30%、ヘリウムバランス)をフローさせて30分間前処理を行った。前処理終了後、セルを液体窒素温度まで冷却し、上記ガスを飽和吸着させ、その後室温まで試料を加熱してTCDにて脱離したガス量を計測した。得られたガス量と測定後のサンプル重量から、BET1点法を用いて比表面積を算出した。
<BET method>
The BET specific surface area was measured by a BET one-point method (nitrogen gas adsorption) using an automatic surface area measuring apparatus (AMS8000: manufactured by Okura Riken). The sample (negative electrode material) was accurately weighed so as to have a value of about 0.8 g, and placed in a dedicated cell and attached to the apparatus. Pretreatment was performed for 30 minutes by heating to 100 ° C. and flowing a measurement gas (nitrogen 30%, helium balance). After completion of the pretreatment, the cell was cooled to liquid nitrogen temperature, the gas was saturated and adsorbed, and then the sample was heated to room temperature and the amount of gas desorbed by TCD was measured. From the amount of gas obtained and the sample weight after measurement, the specific surface area was calculated using the BET one-point method.

(負極の作成)
上記負極材料と、バインダとして、カルボキシメチルセルロースの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースの濃度1重量%)10g、及び、不飽和度75%のスチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン−ブタジエンゴムの濃度50重量%、スチレン−ブタジエンゴムの分子量12万)0.2gとを、ハイスピードミキサーを用いて混合し、スラリーとした。このスラリーを銅箔(集電体)上にドクターブレード法で塗布し、乾燥した。これをロールプレスにより線密度20〜300kg/cmでプレスすることにより、活物質層を形成した。乾燥後の活物質層の重量は10mg/cm、密度は1.6g/mL、平均電極厚みは68μmであった。以上の手順により作製された負極(リチウム二次電池用負極)を、実施例の負極とする。
(Creation of negative electrode)
10 g of an aqueous dispersion of carboxymethylcellulose (carboxymethylcellulose concentration 1% by weight) and an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber having an unsaturation degree of 75% (styrene-butadiene rubber concentration 50%) as the negative electrode material and binder. %, Styrene-butadiene rubber molecular weight 120,000) 0.2 g was mixed using a high speed mixer to prepare a slurry. This slurry was applied onto a copper foil (current collector) by a doctor blade method and dried. This was pressed at a linear density of 20 to 300 kg / cm by a roll press to form an active material layer. The weight of the active material layer after drying was 10 mg / cm 2 , the density was 1.6 g / mL, and the average electrode thickness was 68 μm. The negative electrode (negative electrode for lithium secondary battery) produced by the above procedure is used as the negative electrode of the example.

<浸液速度の評価>
上述の(負極の作製)で作製したリチウム二次電池用塗工電極を直径12.5mmの円盤状に打抜き、110℃で減圧乾燥して、測定用サンプルを作製した。このサンプルを水平になるように固定し、この上にプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びビニレンカーボネートの体積比が50:45:5である電解液をマイクロシリンジにて5μL滴下した。滴下から液滴の消失までの時間を目視にて測定し、この時間の短さにより浸液性の良否を評価した。結果を表2に示す。
<Evaluation of immersion speed>
The coating electrode for a lithium secondary battery prepared in the above (Preparation of negative electrode) was punched into a disk shape having a diameter of 12.5 mm and dried under reduced pressure at 110 ° C. to prepare a measurement sample. This sample was fixed to be horizontal, and 5 μL of an electrolyte solution having a volume ratio of propylene carbonate, ethylene carbonate, and vinylene carbonate of 50: 45: 5 was dropped on the sample with a microsyringe. The time from dripping to the disappearance of the droplet was measured visually, and the immersion quality was evaluated based on the shortness of this time. The results are shown in Table 2.

<初期電池特性(初期不可逆容量)及び低温高電流密度充放電特性の評価>
負極材料100重量部に、スチレン−ブタジエンゴムの50%水分散液2重量部、及びカルボキシメチルセルロースの1%水溶液100重量部を加えて混練し、スラリーとした。銅箔上にこのスラリーをドクターブレード法で塗布した。110℃で乾燥した後、ロールプレスにより、負極層の厚さが65μm、密度が1.63g/mLとなるように圧密化した。これを直径12.5mmの円盤状に打抜き、190℃で減圧乾燥して負極とした。この負極と、リチウム金属板(対極 0.5mm厚 14φ)とを、プロピレンカーボネート:エチレンカーボネート:ジエチレンカーボネートの2:3:5(体積%である)の混合物に、これに対して1重量%のビニレンカーボネート及び0.8MのLiPFを混合した電解液を含浸させたセパレータを介して重ねて、充放電試験用の半電池を作製した。この半電池に0.2mAの電流で0.01V(Li/Li)まで充電(=負極へのリチウムイオンのインターカレーション)を行ない、更にこの電圧で負極層1g当りの電流容量が350mAhrとなるまで充電した。次いで、0.4mAの電流で1.5Vまで放電し、充電量と0.8Vまでの放電量の差を初期不可逆容量(mAh/g)とした。
<Evaluation of initial battery characteristics (initial irreversible capacity) and low temperature high current density charge / discharge characteristics>
To 100 parts by weight of the negative electrode material, 2 parts by weight of a 50% aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber and 100 parts by weight of a 1% aqueous solution of carboxymethylcellulose were added and kneaded to form a slurry. This slurry was applied on a copper foil by a doctor blade method. After drying at 110 ° C., it was consolidated by a roll press so that the negative electrode layer had a thickness of 65 μm and a density of 1.63 g / mL. This was punched into a disk shape with a diameter of 12.5 mm and dried under reduced pressure at 190 ° C. to obtain a negative electrode. This negative electrode and a lithium metal plate (counter electrode 0.5 mm thickness 14φ) were mixed in a 2: 3: 5 (volume%) mixture of propylene carbonate: ethylene carbonate: diethylene carbonate in an amount of 1% by weight. A half-cell for a charge / discharge test was fabricated by stacking them with a separator impregnated with an electrolyte mixed with vinylene carbonate and 0.8 M LiPF 6 . This half-cell is charged to 0.01 V (Li / Li + ) with a current of 0.2 mA (= intercalation of lithium ions to the negative electrode), and at this voltage, the current capacity per 1 g of the negative electrode layer is 350 mAhr. Charged until Subsequently, it discharged to 1.5V with the electric current of 0.4 mA, and made the initial irreversible capacity (mAh / g) the difference of the amount of charge and the amount of discharge to 0.8V.

次に0℃の恒温槽にて6時間静置した後に次に示す、低温高密度放電効率測定を実施した。
0.2mAの電流で0.005Vまで充電し、更に0.005Vで電流が0.02mAとなるまで充電した後、0.215mAで1.0Vまで放電した。この時の放電量を0.2C放電容量とした。引き続き0.2mAの電流で0.005Vまで充電し、更に0.005Vで電流が0.02mAとなるまで充電後、0.86mAで、1.0Vまで放電した。このときの放電量を0.5C放電容量とした。高電流密度放電効率は、次の式から算出した。
低温高電流密度放電効率(%)=0.5C放電容量/0.2C放電容量
Next, after standing for 6 hours in a thermostatic bath at 0 ° C., the following low-temperature high-density discharge efficiency measurement was performed.
The battery was charged to 0.005 V at a current of 0.2 mA, further charged at 0.005 V until the current reached 0.02 mA, and then discharged to 1.0 V at 0.215 mA. The discharge amount at this time was 0.2 C discharge capacity. Subsequently, the battery was charged to 0.005 V at a current of 0.2 mA, further charged at 0.005 V until the current became 0.02 mA, and then discharged to 1.0 V at 0.86 mA. The discharge amount at this time was 0.5 C discharge capacity. The high current density discharge efficiency was calculated from the following equation.
Low temperature high current density discharge efficiency (%) = 0.5C discharge capacity / 0.2C discharge capacity

<比較例1>
実施例1において、球形化された天然黒鉛に対して高分子材料を添着せずに、そのまま負極活物質として用いた以外同様にしての負極活物質の作成を行った。尚、浸液速度測定用電解液には、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートの体積比が50:50である電解液を用いた。又、実施例1において電解液に対してビニレンカーボネートを添加しない以外は、同様の手順によって負極およびリチウム二次電池を作成した。評価結果を表2に示す。
この表2の示すとおり、本発明の樹脂添着を実施していないこと及びビニレンカーボネートを使用していないため、電極内への電解液の浸液性が不十分であるという問題がある。
<Comparative Example 1>
In Example 1, a negative electrode active material was prepared in the same manner as described above except that the polymer material was not attached to the spheroidized natural graphite and was used as it was as the negative electrode active material. In addition, the electrolyte solution whose volume ratio of propylene carbonate and ethylene carbonate is 50:50 was used for the electrolyte solution for immersion rate measurement. Further, a negative electrode and a lithium secondary battery were prepared by the same procedure except that vinylene carbonate was not added to the electrolytic solution in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2.
As shown in Table 2, there is a problem that the immersion of the electrolytic solution into the electrode is insufficient because the resin attachment of the present invention is not performed and vinylene carbonate is not used.

<比較例2>
実施例1において、球形化された天然黒鉛に対して高分子材料を添着せずに、そのまま負極活物質として用いた以外は、同様の手順によって負極およびリチウム二次電池を作成した。尚、浸液速度測定用電解液には、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びビニレンカーボネートの体積比が50:45:5である電解液を用いた。
評価結果を表2に示す。
この表2の示すとおり、負極材料の黒鉛が樹脂添着されていないため、プロピレンカーボネート分解に起因する初期不可逆容量の問題と電極内への電解液の浸液性が不十分であるという問題がある。
<Comparative example 2>
In Example 1, a negative electrode and a lithium secondary battery were prepared by the same procedure except that the polymer material was not attached to the spheroidized natural graphite and was used as it was as the negative electrode active material. In addition, the electrolyte solution whose volume ratio of propylene carbonate, ethylene carbonate, and vinylene carbonate is 50: 45: 5 was used for the electrolyte solution for immersion rate measurement.
The evaluation results are shown in Table 2.
As shown in Table 2, since the graphite of the negative electrode material is not resin-added, there is a problem of initial irreversible capacity due to decomposition of propylene carbonate and a problem of insufficient immersion of the electrolyte in the electrode. .

<比較例3>
実施例1の浸液速度測定用電解液には、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートの比が50:50である電解液を用いた。実施例1において電解液にビニレンカーボネートを添加しない以外は、同様の手順によって負極およびリチウム二次電池を作成した。評価結果を表2に示す。
この表2の示すとおり、非水電解液がビニレンカーボネートを含有していないため、プロピレンカーボネート分解に起因する初期不可逆容量の問題と電極内への電解液の浸液性が不十分であるという問題がある。
<Comparative Example 3>
As the electrolyte solution for measuring the immersion speed in Example 1, an electrolyte solution having a ratio of propylene carbonate and ethylene carbonate of 50:50 was used. A negative electrode and a lithium secondary battery were prepared by the same procedure except that vinylene carbonate was not added to the electrolytic solution in Example 1. The evaluation results are shown in Table 2.
As shown in Table 2, since the non-aqueous electrolyte does not contain vinylene carbonate, the problem of initial irreversible capacity due to the decomposition of propylene carbonate and the problem of insufficient immersion of the electrolyte in the electrode There is.

<比較例4>
円形度0.93の球形化天然黒鉛粒子に代えてリン片状黒鉛(円形度0.82)を用いた以外は、実施例1と同様の手順によって負極およびリチウム二次電池を作成した。評価結果を表2に示す。
この表2の示すとおり、負極材料が球形化されていないため、プロピレンカーボネート分解に起因する初期不可逆容量の問題がある。
<Comparative example 4>
A negative electrode and a lithium secondary battery were prepared by the same procedure as in Example 1 except that flake graphite (circularity 0.82) was used in place of the spherical natural graphite particles having a circularity of 0.93. The evaluation results are shown in Table 2.
As shown in Table 2, since the negative electrode material is not spherical, there is a problem of initial irreversible capacity due to propylene carbonate decomposition.

<比較例5>
実施例1において、浸液速度測定用電解液には、プロピレンカーボネート及びエチレンカーボネートの体積比が55:45である電解液を用いた以外は、同様の手順によって負極およびリチウム二次電池を作成した。評価結果を表2に示す。
この表2の示すとおり、本発明のビニレンカーボネートの代わりにプロピレンカーボネートが加算されているため、電極内への電解液の浸液性の不十分であるという問題がある。
<Comparative Example 5>
In Example 1, a negative electrode and a lithium secondary battery were prepared in the same procedure except that an electrolytic solution having a volume ratio of propylene carbonate and ethylene carbonate of 55:45 was used as the electrolytic solution for measuring the immersion rate. . The evaluation results are shown in Table 2.
As shown in Table 2, since propylene carbonate is added instead of the vinylene carbonate of the present invention, there is a problem that the immersion of the electrolytic solution into the electrode is insufficient.

Figure 2012049151
Figure 2012049151

本発明のリチウム二次電池は、浸液性が良好で、初期不可逆容量が小さく、高電流密度充放電特性に優れ、サイクル維持率が高い、即ち各種の電池特性に優れたリチウム二次電池が実現される。また、本発明のリチウム二次電池の浸液性によって製造過程において、上述の利点を有する負極材料を平易な工程で製造することが可能となる。よって本発明は、リチウム二次電池が用いられる電子機器等の各種の分野において、好適に利用することが可能である。   The lithium secondary battery of the present invention is a lithium secondary battery having good immersion characteristics, small initial irreversible capacity, excellent high current density charge / discharge characteristics, high cycle maintenance ratio, that is, excellent various battery characteristics. Realized. In addition, due to the immersion property of the lithium secondary battery of the present invention, the negative electrode material having the above-described advantages can be manufactured in a simple process in the manufacturing process. Therefore, the present invention can be suitably used in various fields such as an electronic device in which a lithium secondary battery is used.

Claims (7)

リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極および負極、電解質、非水電解液を備えるリチウム二次電池であって、
(1)負極における負極材料が、円形度が0.85以上、BET比表面積が4.1m2/g以下である負極材料(A)を含み、
(2)非水電解液中にプロピレンカーボネート及び不飽和結合を有するカーボネートを含有する、
ことを特徴とするリチウム二次電池。
A lithium secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, an electrolyte, and a non-aqueous electrolyte,
(1) The negative electrode material in the negative electrode includes a negative electrode material (A) having a circularity of 0.85 or more and a BET specific surface area of 4.1 m 2 / g or less,
(2) containing propylene carbonate and carbonate having an unsaturated bond in the non-aqueous electrolyte,
A lithium secondary battery characterized by that.
上記負極材料のBET比表面積が0.5m2/g以上、4.1m2/g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。 2. The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode material has a BET specific surface area of 0.5 m 2 / g or more and 4.1 m 2 / g or less. 上記負極材料が、黒鉛であることを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 1, wherein the negative electrode material is graphite. 上記黒鉛が天然黒鉛であることを特徴とする請求項3に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to claim 3, wherein the graphite is natural graphite. 上記天然黒鉛が球形化を施したもの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。   The lithium secondary battery according to claim 4, wherein the natural graphite is spheroidized. 上記非水電解液中でのプロピレンカーボネートの含有率が、5体積%以上、95体積%以下であることを特徴とする請求項1ないし5の何れか1項に記載のリチウム二次電池。   The lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the content of propylene carbonate in the non-aqueous electrolyte is 5% by volume or more and 95% by volume or less. 上記非水電解液中での不飽和結合を有するカーボネートの含有率が、0.5体積%以上、10体積%以下であることを特徴とする請求項1ないし6の何れか1項に記載のリチウム二次電池。   7. The content of carbonate having an unsaturated bond in the non-aqueous electrolyte is 0.5% by volume or more and 10% by volume or less. 7. Lithium secondary battery.
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