JP2012151087A - Negative electrode material for lithium ion secondary battery, method for manufacturing the same, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode material for a lithium ion secondary battery enabling high density and excellent in electrolyte permeability.SOLUTION: A negative electrode material for a lithium ion secondary battery contains a carbon particle mixture made of at least two kinds of carbon particle groups having different average fracture strengths. Selected from all the carbon particle groups before mixing to constitute the carbon particle mixture, a first carbon particle group has the lowest average fracture strength and a second carbon particle group has the highest average fracture strength. The ratio of the average fracture strength of the second carbon particle group to that of the first carbon particle group is in the range of 1.5 to 50.

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極材及びその製造方法、リチウムイオン二次電池用負極、並びにリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode material for a lithium ion secondary battery and a method for producing the same, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、ニッケル水素電池、鉛蓄電池等の他の二次電池に比べて軽量で、高い入出力特性を有することから、近年、電気自動車、ハイブリッド型電気自動車等に用いられる高入出力用電源として注目されている。   Lithium-ion secondary batteries are lighter and have higher input / output characteristics than other secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lead-acid batteries. It is attracting attention as an output power source.

リチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質としては、例えば、黒鉛、非晶質炭素が挙げられる。近年の高容量化に伴い、黒鉛の理論的な放電容量である372mAh/gに近い負極材の開発も進んでいる(例えば、特許文献1参照)。
更なる高容量化のためには、活物質を高密度に充填するか、または電極に対して高負荷(加圧)プレスして電極の体積密度を高くする必要がある。これに関連して例えば、活物質を高密度に充填するために粒度分布を変える試みが行われているが(例えば、特許文献2参照)、高容量化にはまだ不十分であり、さらに高負荷(加圧)プレスして電極の密度を上げることが必要となっている。
Examples of the negative electrode active material used in the lithium ion secondary battery include graphite and amorphous carbon. With the recent increase in capacity, the development of a negative electrode material close to 372 mAh / g, which is the theoretical discharge capacity of graphite, is also progressing (see, for example, Patent Document 1).
In order to further increase the capacity, it is necessary to fill the active material with a high density or press the electrode with a high load (pressurization) to increase the volume density of the electrode. In this connection, for example, attempts have been made to change the particle size distribution in order to fill the active material with a high density (see, for example, Patent Document 2), but this is still insufficient for increasing the capacity, and further, It is necessary to press the load (pressurize) to increase the density of the electrode.

特許第4448279号公報Japanese Patent No. 4448279 特開2005−340025号公報JP 2005-340025 A

しかしながら、電極に対して高負荷(加圧)プレスして電極の密度を上げていくと、電解液の電極への浸透性が低下する場合があった。電極材へのリチウムイオンの挿入・脱離反応は電解液を介しているため、電解液の浸透性の低下は、電池特性の低下を引き起こす場合がある。
本発明は、高密度化が可能で、電解液浸透性に優れるリチウムイオン二次電池用負極材及びその製造方法、並びにこれを用いたリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池を提供することを課題とする。
However, when the electrode density is increased by high-load (pressurization) pressing on the electrode, the permeability of the electrolytic solution to the electrode may decrease. Since the insertion / extraction reaction of lithium ions to / from the electrode material is performed through the electrolytic solution, a decrease in the permeability of the electrolytic solution may cause a decrease in battery characteristics.
The present invention provides a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that can be densified and has excellent electrolyte permeability, a method for producing the same, and a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery using the same. The task is to do.

前記課題を解決するための具体的手段は以下の通りである。
<1> 平均破壊強度が異なる少なくとも2種の炭素粒子群からなる炭素粒子混合物を含み、前記炭素粒子混合物を構成する混合前の全ての前記炭素粒子群のうち、平均破壊強度が最も小さい第一の炭素粒子群及び平均破壊強度が最も大きい第二の炭素粒子群について、前記第一の炭素粒子群の平均破壊強度に対する前記第二の炭素粒子群の平均破壊強度の比率が1.5以上50以下であるリチウムイオン二次電池用負極材。
Specific means for solving the above problems are as follows.
<1> A carbon particle mixture composed of at least two types of carbon particle groups having different average fracture strengths. Among all the carbon particle groups before mixing constituting the carbon particle mixture, the first average fracture strength is the smallest. The ratio of the average fracture strength of the second carbon particle group to the average fracture strength of the first carbon particle group is 1.5 or more and 50 for the carbon particle group and the second carbon particle group having the largest average fracture strength. The negative electrode material for lithium ion secondary batteries which is the following.

<2> 前記第一の炭素粒子群の含有量に対する前記第二の炭素粒子群の含有量の比率が1質量%以上50質量%以下である前記<1>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 <2> The lithium ion secondary battery according to <1>, wherein the ratio of the content of the second carbon particle group to the content of the first carbon particle group is 1% by mass or more and 50% by mass or less. Negative electrode material.

<3> 前記炭素粒子混合物は、4.9×10Pa以上4.9×10Pa以下の圧力による等方加圧処理物である前記<1>又は<2>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 <3> The carbon particle mixture is an isotropic pressure-treated product with a pressure of 4.9 × 10 6 Pa or more and 4.9 × 10 8 Pa or less, and the lithium ion two according to <1> or <2>. Negative electrode material for secondary batteries.

<4> 前記第一の炭素粒子群の体積平均粒子径(D50)が1μm以上40μm以下、第二の炭素粒子群の体積平均粒子径(D50)が1μm以上40μm以下であり、前記第一の炭素粒子群の体積平均粒子径(D50)に対する前記第二の炭素粒子群の体積平均粒子径(D50)の比率が1以上50以下である前記<1>〜<3>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 <4> The volume average particle diameter (D50) of the first carbon particle group is 1 μm or more and 40 μm or less, and the volume average particle diameter (D50) of the second carbon particle group is 1 μm or more and 40 μm or less. Any one of <1> to <3>, wherein the ratio of the volume average particle diameter (D50) of the second carbon particle group to the volume average particle diameter (D50) of the carbon particle group is 1 or more and 50 or less. The negative electrode material for lithium ion secondary batteries as described.

<5> 平均破壊強度が異なる少なくとも2種の炭素粒子群を混合して炭素粒子混合物を得る工程を含み、混合前の全ての前記炭素粒子群のうち、平均破壊強度が最小の第一の炭素粒子群及び平均破壊強度が最大の第二の炭素粒子群について、前記第一の炭素粒子群の平均破壊強度に対する第二の炭素粒子群の平均破壊強度の比率が1.5以上50以下であるリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。 <5> A step of mixing at least two types of carbon particle groups having different average breaking strengths to obtain a carbon particle mixture, and among all the carbon particle groups before mixing, the first carbon having the smallest average breaking strength For the particle group and the second carbon particle group having the maximum average breaking strength, the ratio of the average breaking strength of the second carbon particle group to the average breaking strength of the first carbon particle group is 1.5 or more and 50 or less. A method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery.

<6> 前記炭素粒子混合物を4.9×10Pa以上4.9×10Pa以下の圧力で等方加圧処理する工程をさらに含む前記<5>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。 <6> The lithium ion secondary battery according to <5>, further including a step of isotropically pressurizing the carbon particle mixture at a pressure of 4.9 × 10 6 Pa to 4.9 × 10 8 Pa. Manufacturing method of negative electrode material.

<7> 集電体と、前記集電体上に設けられ、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材を含む負極材層と、を含むリチウムイオン二次電池用負極。 <7> A lithium including a current collector and a negative electrode material layer provided on the current collector and including the negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4. Negative electrode for ion secondary battery.

<8> 前記<7>に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、正極と、電解質とを含むリチウムイオン二次電池。 <8> A lithium ion secondary battery comprising the lithium ion secondary battery negative electrode according to <7>, a positive electrode, and an electrolyte.

本発明によれば、高密度化が可能で、電解液浸透性に優れるリチウムイオン二次電池用負極材及びその製造方法、並びにこれを用いたリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode material for lithium ion secondary batteries which can be densified and is excellent in electrolyte solution permeability, its manufacturing method, and the negative electrode and lithium ion secondary battery for lithium ion secondary batteries using the same Can be provided.

比較例1にかかる負極断面の全体を示すSEM画像の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of an SEM image showing the entire cross section of a negative electrode according to Comparative Example 1. FIG. 比較例1にかかる負極断面の一部分の拡大図の一例を示す図である。6 is a diagram illustrating an example of an enlarged view of a part of a cross section of a negative electrode according to Comparative Example 1. FIG. 実施例7にかかる負極断面の全体を示すSEM画像の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the SEM image which shows the whole negative electrode cross section concerning Example 7. FIG. 実施例7にかかる負極断面の一部分の拡大図の一例を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an example of an enlarged view of a part of a cross section of a negative electrode according to Example 7.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極材(以下、単に「負極材」ともいう)は、平均破壊強度が異なる少なくとも2種の炭素粒子群からなる炭素粒子混合物を含み、前記炭素粒子混合物を構成する混合前の全ての前記炭素粒子群から選ばれる平均破壊強度が最も小さい第一の炭素粒子群及び平均破壊強度が最も大きい第二の炭素粒子群について、前記第一の炭素粒子群の平均破壊強度に対する前記第二の炭素粒子群の平均破壊強度の比率が1.5以上50以下であることを特徴とする。
前記炭素粒子混合物は、第一の炭素粒子群及び前記第一の炭素粒子群とは平均破壊強度が異なる第二の炭素粒子群を少なくとも含み、必要応じてその他の炭素粒子群含んで構成される。
The negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention (hereinafter also simply referred to as “negative electrode material”) includes a carbon particle mixture composed of at least two types of carbon particle groups having different average fracture strengths, and constitutes the carbon particle mixture. For the first carbon particle group having the smallest average fracture strength and the second carbon particle group having the largest average fracture strength selected from all the carbon particle groups before mixing, the average fracture of the first carbon particle group The ratio of the average fracture strength of the second carbon particle group to the strength is 1.5 or more and 50 or less.
The carbon particle mixture includes at least a first carbon particle group and a second carbon particle group having an average fracture strength different from that of the first carbon particle group, and includes other carbon particle groups as necessary. .

負極材をこのような構成とすることで、電極を形成した場合の電解液浸透性が向上する。さらに電極材を加圧プレスして高密度化した電極を形成する場合であっても、電解液の浸透性が維持される。これは例えば、電極材を加圧プレスした場合、破壊強度が小さくて軟らかい炭素粒子は変形するものの、破壊強度が大きくて硬い炭素粒子は変形を起こしにくいため、硬い炭素粒子同士の粒子間の空隙が保たれ、その結果、負極材を加圧プレスして形成した負極における電解液の浸透性が維持されると考えることができる。   By having such a configuration for the negative electrode material, the electrolyte permeability when the electrode is formed is improved. Further, even when the electrode material is pressed and pressed to form a densified electrode, the permeability of the electrolytic solution is maintained. This is because, for example, when the electrode material is pressed and pressed, the soft carbon particles having a low fracture strength are deformed, but the hard carbon particles having a high fracture strength are not easily deformed. As a result, it can be considered that the permeability of the electrolytic solution in the negative electrode formed by press-pressing the negative electrode material is maintained.

本発明においては、第一の炭素粒子群の平均破壊強度に対する第二の炭素粒子群の平均破壊強度の比率(以下、「平均破壊強度比率」ともいう)が1.5以上50以下であるが、1.7以上40以下であることが好ましく、1.7以上30以下であることがより好ましく、1.7以上25以下であることがさらに好ましく、15以上25以下であることが特に好ましい。
平均破壊強度比率が1.5未満では、加圧プレスする際に負極材に含まれる炭素粒子全体が同じように変形しやすく、電解液が浸透する炭素粒子間の空隙が閉塞され、電解液浸透性が低下する場合がある。また平均破壊強度比率が50を超えると、平均破壊強度が小さい第一の炭素粒子群に含まれる炭素粒子の変形がより大きくなり、その結果、炭素粒子全体の配向性が悪化し、入出力特性が低下する場合がある。
In the present invention, the ratio of the average fracture strength of the second carbon particle group to the average fracture strength of the first carbon particle group (hereinafter also referred to as “average fracture strength ratio”) is 1.5 to 50. It is preferably 1.7 or more and 40 or less, more preferably 1.7 or more and 30 or less, still more preferably 1.7 or more and 25 or less, and particularly preferably 15 or more and 25 or less.
When the average fracture strength ratio is less than 1.5, the entire carbon particles contained in the negative electrode material are easily deformed during pressure pressing, and the voids between the carbon particles through which the electrolyte solution permeates are blocked, and the electrolyte solution permeates. May decrease. Further, if the average fracture strength ratio exceeds 50, the deformation of the carbon particles contained in the first carbon particle group having a small average fracture strength becomes larger, and as a result, the orientation of the entire carbon particles deteriorates, and the input / output characteristics. May decrease.

第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群の平均破壊強度はそれぞれ、微小圧縮試験機(例えば、(株)島津製作所製MCT−W500)を用いて測定される。具体的には、第一の炭素粒子及び第二の炭素粒子からそれぞれ、体積平均粒子径(D50)の0.9倍以上1.1倍以下の粒子径を有する炭素粒子を10個選択する。選択された10個の炭素粒子それぞれについて微小圧縮試験機を用いて破壊強度を測定し、その測定値の算術平均値として平均破壊強度が与えられる。   The average fracture strengths of the first carbon particle group and the second carbon particle group are each measured using a micro compression tester (for example, MCT-W500 manufactured by Shimadzu Corporation). Specifically, ten carbon particles having a particle diameter of 0.9 to 1.1 times the volume average particle diameter (D50) are selected from each of the first carbon particles and the second carbon particles. For each of the 10 selected carbon particles, the breaking strength is measured using a micro compression tester, and the average breaking strength is given as an arithmetic average value of the measured values.

また第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群の体積平均粒子径(D50)は、それぞれの粒子径分布において、小径側から体積累積分布曲線を描いた場合に、累積50%となる粒子径として与えられる。
なお、体積平均粒子径(D50)は、界面活性剤を含んだ精製水に試料を分散させ、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、(株)島津製作所製SALD−3000J)で測定することができる。
Further, the volume average particle diameter (D50) of the first carbon particle group and the second carbon particle group is a particle whose accumulation is 50% when a volume cumulative distribution curve is drawn from the small diameter side in each particle diameter distribution. Given as diameter.
The volume average particle size (D50) can be measured with a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, SALD-3000J manufactured by Shimadzu Corporation) by dispersing a sample in purified water containing a surfactant. it can.

体積平均粒子径(D50)の0.9倍以上1.1倍以下の粒子径を有する炭素粒子は、炭素粒子を光学顕微鏡(500倍)を用いて観察し、該当する炭素粒子を選択することで得ることができる。また個々の炭素粒子の粒子径は、その炭素粒子の長径として与えられる。具体的には、炭素粒子を光学顕微鏡(500倍)で観察し、その炭素粒子に外接する2つの平行な平面の間の距離の最大値をその炭素粒子の長径とする。   For carbon particles having a particle diameter of 0.9 to 1.1 times the volume average particle diameter (D50), observe the carbon particles using an optical microscope (500 times) and select the corresponding carbon particles. Can be obtained at The particle diameter of each carbon particle is given as the long diameter of the carbon particle. Specifically, the carbon particles are observed with an optical microscope (500 times), and the maximum value of the distance between two parallel planes circumscribing the carbon particles is defined as the major axis of the carbon particles.

また第一の炭素粒子群の平均破壊強度及び第二の炭素粒子群の平均破壊強度は、前記平均破壊強度比率を満たす限り特に制限されないが、第一の炭素粒子群の平均破壊強度が1MPa以上88MPa以下であって、第二の炭素粒子群の平均破壊強度が1.7MPa以上150MPa以下であることが好ましく、第一の炭素粒子群の平均破壊強度が2MPa以上30MPa以下であって、第二の炭素粒子群の平均破壊強度が50MPa以上120MPa以下であることがより好ましい。
第一の炭素粒子の平均破壊強度が1MPa以上であると加圧プレス時の目標密度への調整が容易になり、生産性が向上する。また第一の炭素粒子の平均破壊強度が88MPa以下であると加圧プレス時に掛かる圧力が低減でき、容易に高密度化ができる。一方、第二の炭素粒子の平均破壊強度が1.7MPa以上であると第一の粒子が1MPa程度の破壊強度でも電解液浸透性向上の効果が期待できる。また第二の炭素粒子の平均破壊強度が150MPa以下であると加圧プレス時に必要な圧力が上昇することが抑制され、高密度化が容易になる。
Further, the average fracture strength of the first carbon particle group and the average fracture strength of the second carbon particle group are not particularly limited as long as the average fracture strength ratio is satisfied, but the average fracture strength of the first carbon particle group is 1 MPa or more. Preferably, the average fracture strength of the second carbon particle group is 1.7 MPa or more and 150 MPa or less, the average fracture strength of the first carbon particle group is 2 MPa or more and 30 MPa or less, The average fracture strength of the carbon particle group is more preferably 50 MPa or more and 120 MPa or less.
When the average fracture strength of the first carbon particles is 1 MPa or more, the adjustment to the target density at the time of pressure pressing becomes easy, and the productivity is improved. Further, when the average fracture strength of the first carbon particles is 88 MPa or less, the pressure applied during pressure pressing can be reduced, and the density can be easily increased. On the other hand, when the average breaking strength of the second carbon particles is 1.7 MPa or more, the effect of improving the electrolyte permeability can be expected even when the first particles have a breaking strength of about 1 MPa. In addition, when the average fracture strength of the second carbon particles is 150 MPa or less, an increase in pressure required at the time of pressure pressing is suppressed, and high density is facilitated.

さらに第一の炭素粒子群の体積平均粒子径及び第二の炭素粒子群の体積平均粒子径は特に制限されないが、第一の炭素粒子群の体積平均粒子径が1μm以上40μm以下であって、第二の炭素粒子群の体積平均粒子径が1μm以上40μm以下であることが好ましく、第一の炭素粒子群の体積平均粒子径が15μmを超え30μm以下であって、第二の炭素粒子群の体積平均粒子径が2μm以上15μm以下であることがより好ましく、第一の炭素粒子群の体積平均粒子径が20μm以上25μm以下であって、第二の炭素粒子群の体積平均粒子径が5μm以上15μm以下であることがさらに好ましい。   Further, the volume average particle diameter of the first carbon particle group and the volume average particle diameter of the second carbon particle group are not particularly limited, but the volume average particle diameter of the first carbon particle group is 1 μm or more and 40 μm or less, The volume average particle diameter of the second carbon particle group is preferably 1 μm or more and 40 μm or less, the volume average particle diameter of the first carbon particle group is more than 15 μm and 30 μm or less, and the second carbon particle group The volume average particle diameter is more preferably 2 μm or more and 15 μm or less, the volume average particle diameter of the first carbon particle group is 20 μm or more and 25 μm or less, and the volume average particle diameter of the second carbon particle group is 5 μm or more. More preferably, it is 15 μm or less.

第一の炭素粒子群の体積平均粒子径が40μm以下であると、電極面における凸凹の発生が抑制され電池の信頼性が向上すると共に、炭素粒子表面から内部へのLiの拡散距離が短くなるためリチウムイオン二次電池における入出力特性が向上する傾向がある。一方、第一の炭素粒子群の体積平均粒子径が1μm以上であると、比表面積が増加を抑制でき、リチウムイオン二次電池における初回充放電効率の低下を抑制できると共に、粒子同士の接触が良好になり入出力特性が向上する。
また第二の炭素粒子群の体積平均粒子径が1μm以上であると、比表面積が増加を抑制でき、リチウムイオン二次電池における初回充放電効率の低下を抑制できると共に、粒子同士の接触が良好になり入出力特性が向上する。一方、第二の炭素粒子群の体積平均粒子径が40μm以下であると、電極面における凸凹の発生が抑制され電池の信頼性が向上すると共に、炭素粒子表面から内部へのLiの拡散距離が短くなるためリチウムイオン二次電池における入出力特性が向上する傾向がある。
When the volume average particle diameter of the first carbon particle group is 40 μm or less, unevenness on the electrode surface is suppressed, the battery reliability is improved, and the diffusion distance of Li from the carbon particle surface to the inside is shortened. Therefore, the input / output characteristics of the lithium ion secondary battery tend to be improved. On the other hand, when the volume average particle diameter of the first carbon particle group is 1 μm or more, the specific surface area can be suppressed from increasing, the decrease in the initial charge / discharge efficiency in the lithium ion secondary battery can be suppressed, and the contact between the particles can be prevented. This improves the input / output characteristics.
Further, when the volume average particle diameter of the second carbon particle group is 1 μm or more, the specific surface area can be suppressed from increasing, the decrease in the initial charge / discharge efficiency in the lithium ion secondary battery can be suppressed, and the contact between the particles is good. The input / output characteristics are improved. On the other hand, when the volume average particle diameter of the second carbon particle group is 40 μm or less, the occurrence of unevenness on the electrode surface is suppressed and the battery reliability is improved, and the diffusion distance of Li from the carbon particle surface to the inside is increased. Since it becomes shorter, the input / output characteristics of the lithium ion secondary battery tend to be improved.

また前記第一の炭素粒子群の最大粒子径及び第二の炭素粒子群の最大粒子径は特に制限されないが、電極の薄膜化と、入出力特性及びやハイレートサイクル特性の観点から、第一の炭素粒子群の最大粒子径が5μm以上70μm以下であって、第二の炭素粒子群の最大粒子径が2μm以上50μm以下であることが好ましく、第一の炭素粒子群の最大粒子径が10μm以上50μm以下であって、第二の炭素粒子群の最大粒子径が5μm以上40μm以下であることがより好ましい。
なお、最大粒子径とは、粒子径分布において小径側から体積累積分布を描いた場合に累積99.9%となる粒子径D99.9を意味する。
Further, the maximum particle size of the first carbon particle group and the maximum particle size of the second carbon particle group are not particularly limited, but from the viewpoint of electrode thinning, input / output characteristics and high rate cycle characteristics, The maximum particle diameter of the carbon particle group is 5 μm or more and 70 μm or less, the maximum particle diameter of the second carbon particle group is preferably 2 μm or more and 50 μm or less, and the maximum particle diameter of the first carbon particle group is 10 μm or more. More preferably, the maximum particle diameter of the second carbon particle group is 5 μm or more and 40 μm or less.
The maximum particle diameter means a particle diameter D99.9 that is 99.9% cumulative when a volume cumulative distribution is drawn from the small diameter side in the particle diameter distribution.

また前記第一の炭素粒子群の体積平均粒子径に対する前記第二の炭素粒子群の体積平均粒子径の比率(以下、「平均粒子径比率」ともいう)は特に制限されないが、1以上50以下であることが好ましく、1.2以上30以下であることがより好ましく、2以上20以下であることがさらに好ましい。
平均粒子径比率が1以上であると加圧プレス時における第一の炭素粒子群を構成する炭素粒子の変形が抑制され、空隙が維持されやすくなり、電解液浸透性が良好になる。また平均粒子径比率が50以下であると第二の炭素粒子群を構成する炭素粒子が第一の炭素粒子群を構成する炭素粒子中に埋もれることが抑制され、空隙が維持され易くなり、電解液浸透性が良好になる。
The ratio of the volume average particle diameter of the second carbon particle group to the volume average particle diameter of the first carbon particle group (hereinafter also referred to as “average particle diameter ratio”) is not particularly limited, but is 1 or more and 50 or less. It is preferable that it is 1.2 or more and 30 or less, more preferably 2 or more and 20 or less.
When the average particle size ratio is 1 or more, deformation of the carbon particles constituting the first carbon particle group during pressure pressing is suppressed, voids are easily maintained, and electrolyte permeability is improved. In addition, when the average particle size ratio is 50 or less, the carbon particles constituting the second carbon particle group are suppressed from being buried in the carbon particles constituting the first carbon particle group, and the voids are easily maintained. Improves liquid permeability.

前記リチウムイオン二次電池用負極材は、電解液浸透性と電池特性の観点から、第一の炭素粒子群の体積平均粒子径が1μm以上40μm以下であり、第二の炭素粒子群の体積平均粒子径が1μm以上40μm以下であって、平均粒子径比率が1以上50以下であることが好ましく、第一の炭素粒子群の体積平均粒子径が10μmを超え30μm以下であり、第二の炭素粒子群の体積平均粒子径が2μm以上10μm以下であって、平均粒子径比率が1.2以上30以下であることがより好ましく、第一の炭素粒子群の体積平均粒子径が10μmを超え30μm以下であり、第二の炭素粒子群の体積平均粒子径が2μm以上10μm以下であって、平均粒子径比率が2以上20以下であることがさらに好ましい。   The negative electrode material for a lithium ion secondary battery has a volume average particle diameter of the first carbon particle group of 1 to 40 μm and a volume average of the second carbon particle group from the viewpoint of electrolyte permeability and battery characteristics. It is preferable that the particle diameter is 1 μm or more and 40 μm or less, the average particle diameter ratio is 1 or more and 50 or less, the volume average particle diameter of the first carbon particle group is more than 10 μm and 30 μm or less, and the second carbon More preferably, the volume average particle diameter of the particle group is 2 μm or more and 10 μm or less, and the average particle diameter ratio is 1.2 or more and 30 or less, and the volume average particle diameter of the first carbon particle group is more than 10 μm and 30 μm. More preferably, the volume average particle diameter of the second carbon particle group is 2 μm or more and 10 μm or less, and the average particle diameter ratio is 2 or more and 20 or less.

前記リチウムイオン二次電池用負極材は、電解液浸透性と電池特性の観点から、体積平均粒子径が1μm以上40μm以下であって、平均破壊強度が1MPa以上88MPa以下である第一の炭素粒子群と、体積平均粒子径が1μm以上40μm以下であって、平均破壊強度が1.7MPa以上150MPa以下である第二の炭素粒子群とを少なくとも混合して得られることが好ましく、体積平均粒子径が10μmを超え30μm以下であって、平均破壊強度が2MPa以上30MPa以下である第一の炭素粒子群と、体積平均粒子径が2μm以上10μm以下であって、平均破壊強度は50MPa以上125MPa以下である第二の炭素粒子群とを少なくとも混合して得られることがより好ましく、体積平均粒子径が15μm以上25μm以下であって、平均破壊強度が2.5MPa以上15MPa以下である第一の炭素粒子群と、体積平均粒子径が2.5μm以上7μm以下であって、平均破壊強度が75MPa以上110MPa以下である第二の炭素粒子群とを少なくとも混合して得られることがより好ましい。   The negative electrode material for a lithium ion secondary battery is a first carbon particle having a volume average particle diameter of 1 μm to 40 μm and an average breaking strength of 1 MPa to 88 MPa from the viewpoint of electrolyte permeability and battery characteristics. Preferably obtained by mixing at least a second carbon particle group having a volume average particle diameter of 1 μm or more and 40 μm or less and an average breaking strength of 1.7 MPa or more and 150 MPa or less. The first carbon particle group having an average fracture strength of 2 MPa to 30 MPa and a volume average particle diameter of 2 μm to 10 μm, and an average fracture strength of 50 MPa to 125 MPa. More preferably, it is obtained by mixing at least a certain second carbon particle group, and the volume average particle diameter is 15 μm or more and 25 μm or less. The first carbon particle group having an average breaking strength of 2.5 MPa or more and 15 MPa or less, and the second carbon particle group having a volume average particle diameter of 2.5 μm or more and 7 μm or less and an average breaking strength of 75 MPa or more and 110 MPa or less. More preferably, it is obtained by mixing at least a carbon particle group.

本発明に用いられる炭素粒子としては、天然黒鉛(鱗片状、球状等)、人造黒鉛、非晶質炭素(ハードカーボン、ソフトカーボン)等が挙げられ、これらの中から前記破壊強度比率を満たすように選択される限り、どのような組み合わせであってもよい。
尚、これらの炭素粒子は、当業界で通常用いられる天然黒鉛、人造黒鉛、非晶質炭素等から適宜選択して用いることができる。さらに炭素粒子とその他の材質の物質(例えば、金属、金属酸化物等)とが複合化した複合粒子や前記その他の材質の物質によって表面をある程度改質したような表面改質粒子から選択されてもよい。
Examples of the carbon particles used in the present invention include natural graphite (scale-like, spherical, etc.), artificial graphite, amorphous carbon (hard carbon, soft carbon), etc. Any combination may be used as long as it is selected.
These carbon particles can be appropriately selected and used from natural graphite, artificial graphite, amorphous carbon and the like that are usually used in the art. Further, selected from composite particles in which carbon particles and other materials (for example, metals, metal oxides, etc.) are combined, or surface modified particles whose surface has been modified to some extent by the other materials. Also good.

本発明においては、電解液浸透性の観点から、第一の炭素粒子群(破壊強度の小さい炭素粒子)の材質が主として天然黒鉛及び人造黒鉛から選択され、第二の炭素粒子(破壊強度の大きい炭素粒子)の材質が主として天然黒鉛及び非晶質炭素から選択されることが好ましく、第一の炭素粒子の材質が主として天然黒鉛及び人造黒鉛から選択され、第二の炭素粒子の材質が主として非晶質炭素から選択されることがより好ましく、第一の炭素粒子が球状天然黒鉛から選択され、第二の炭素粒子が非晶質炭素から選択されることがさらに好ましい。ここで、「主として」とは、それぞれの炭素粒子を構成する主成分(50質量%以上)が前記材質であって、全てが前記材質である必要がないことを意味し、その量は好ましくは70質量%以上、より好ましくは80質量%以上、特に好ましくは90質量%以上である。この量は、光学顕微鏡(500倍)で観察して、粒子径が該当するものを、任意に一定数選択し(例えば10個)、その材質を判断すればよい。   In the present invention, from the viewpoint of electrolyte permeability, the material of the first carbon particle group (carbon particles having a low breaking strength) is mainly selected from natural graphite and artificial graphite, and the second carbon particles (having a high breaking strength). The material of the carbon particles) is preferably selected mainly from natural graphite and amorphous carbon, the material of the first carbon particles is mainly selected from natural graphite and artificial graphite, and the material of the second carbon particles is mainly non- More preferably, it is selected from crystalline carbon, more preferably the first carbon particles are selected from spherical natural graphite and the second carbon particles are selected from amorphous carbon. Here, “mainly” means that the main component (50% by mass or more) constituting each carbon particle is the material, and it is not necessary that all of the material is the material, and the amount is preferably It is 70 mass% or more, More preferably, it is 80 mass% or more, Most preferably, it is 90 mass% or more. This amount may be observed with an optical microscope (500 times), and a certain number of particles having a corresponding particle diameter may be arbitrarily selected (for example, 10) to determine the material.

本発明のリチウムイオン電池用負極材は、天然黒鉛及び人造黒鉛から選択され、体積平均粒子径が1μm以上40μm以下であって、平均破壊強度が1MPa以上88MPa以下である第一の炭素粒子群と、天然黒鉛及び非晶質炭素から選択され、体積平均粒子径が1μm以上40μm以下であって、平均破壊強度が1.7MPa以上150MPa以下である第二の炭素粒子群とを少なくとも混合して得られることが好ましく、天然黒鉛及び人造黒鉛から選択され、体積平均粒子径が10μmを超え30μm以下であって、平均破壊強度が2MPa以上30MPa以下である第一の炭素粒子群と、非晶質炭素から選択され、体積平均粒子径が2μm以上10μm以下であって、平均破壊強度が50MPa以上125MPa以下である第二の炭素粒子群とを少なくとも混合して得られることがより好ましく、天然黒鉛から選択され、体積平均粒子径が15μm以上25μm以下であって、平均破壊強度が2.5MPa以上15MPa以下である第一の炭素粒子群と、非晶質炭素から選択され、体積平均粒子径が2.5μm以上7μm以下であって、平均破壊強度が75MPa以上110MPa以下である第二の炭素粒子群とを少なくとも混合して得られることがより好ましい。   The negative electrode material for a lithium ion battery of the present invention is selected from natural graphite and artificial graphite, has a volume average particle diameter of 1 μm to 40 μm, and an average fracture strength of 1 MPa to 88 MPa, Obtained by mixing at least a second carbon particle group selected from natural graphite and amorphous carbon and having a volume average particle diameter of 1 μm to 40 μm and an average fracture strength of 1.7 MPa to 150 MPa. A first carbon particle group selected from natural graphite and artificial graphite, having a volume average particle diameter of more than 10 μm and 30 μm or less, and an average fracture strength of 2 MPa or more and 30 MPa or less, and amorphous carbon Second carbon particles having a volume average particle diameter of 2 μm to 10 μm and an average breaking strength of 50 MPa to 125 MPa More preferably, the first carbon particles selected from natural graphite and having a volume average particle diameter of 15 μm to 25 μm and an average fracture strength of 2.5 MPa to 15 MPa. And at least a second carbon particle group selected from amorphous carbon and having a volume average particle diameter of 2.5 μm to 7 μm and an average fracture strength of 75 MPa to 110 MPa. It is more preferable.

前記リチウムイオン二次電池用負極材における、第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群の含有比率は特に制限されないが、電解液浸透性の観点から、第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群の総含有量に対する第二の炭素粒子群の含有量の比率(第二の炭素粒子群/(第一の炭素粒子群+第二の炭素粒子群)、以下、「含有比率」ともいう)が、1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、5質量%以上50質量%以下であることがより好ましく、10質量%以上50質量%以下であることがさらに好ましい。
前記含有比率が1質量%以上であると、炭素粒子間の空隙が十分に形成され、電解液の浸透経路を効果的に維持することができる。また前記含有比率が50質量%以下であると、加圧プレスした場合に平均破壊強度が大きい第二の炭素粒子群を構成する炭素粒子の変形が抑制され、浸透性が低下することを抑制できる。
The content ratio of the first carbon particle group and the second carbon particle group in the negative electrode material for a lithium ion secondary battery is not particularly limited, but from the viewpoint of electrolyte permeability, the first carbon particle group and the second carbon particle group are not limited. Ratio of content of second carbon particle group to total content of carbon particle group of (second carbon particle group / (first carbon particle group + second carbon particle group), hereinafter, “content ratio” Is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 5% by mass or more and 50% by mass or less, and still more preferably 10% by mass or more and 50% by mass or less.
When the content ratio is 1% by mass or more, voids between the carbon particles are sufficiently formed, and the permeation path of the electrolytic solution can be effectively maintained. In addition, when the content ratio is 50% by mass or less, deformation of the carbon particles constituting the second carbon particle group having a high average fracture strength when pressed with pressure can be suppressed, and deterioration of permeability can be suppressed. .

前記第一の炭素粒子群と第二の炭素粒子群とを含む炭素粒子混合物は、電解液浸透性と電池特性の観点から、前記平均粒子径比率が1以上50以下であって、前記含有比率が1質量%以上50質量%以下であることが好ましく、平均粒子径比率が1.2以上30以下であって含有比率が5質量%以上20質量%以下であることがより好ましく、平均粒子径比率が2以上20以下であって含有比率が5質量%以上20質量%以下であることがさらに好ましい。   The carbon particle mixture containing the first carbon particle group and the second carbon particle group has an average particle diameter ratio of 1 to 50 in terms of electrolyte permeability and battery characteristics, and the content ratio Is preferably 1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably the average particle size ratio is 1.2 or more and 30 or less, and the content rate is 5% by mass or more and 20% by mass or less. More preferably, the ratio is 2 or more and 20 or less, and the content ratio is 5 mass% or more and 20 mass% or less.

前記リチウムイオン二次電池用負極材に含まれる炭素粒子混合物は、電解液浸透性の観点から、4.9×10Pa(50kgf/cm)以上4.9×10Pa(5000kgf/cm)以下の圧力で等方加圧処理されていることが好ましく、9.8×10Pa(100kgf/cm)以上1.96×10Pa(2000kgf/cm)以下で等方加圧処理されていることがより好ましい。
等方加圧処理の詳細については後述する。
From the viewpoint of electrolyte permeability, the carbon particle mixture contained in the negative electrode material for a lithium ion secondary battery is 4.9 × 10 6 Pa (50 kgf / cm 2 ) or more and 4.9 × 10 8 Pa (5000 kgf / cm). it is preferable that the isotropic pressure treatment at a pressure of 2) below, isotropic pressure below 9.8 × 10 6 Pa (100kgf / cm 2) or more 1.96 × 10 8 Pa (2000kgf / cm 2) More preferably, it is pressure-treated.
Details of the isotropic pressure treatment will be described later.

また本発明における炭素粒子混合物は、電解液浸透性と電池特性の観点から、体積平均粒子径が1μm以上40μm以下であって、平均破壊強度が1MPa以上88MPa以下である第一の炭素粒子群と、体積平均粒子径が1μm以上40μm以下であって、平均破壊強度が1.7MPa以上150MPa以下である第二の炭素粒子群とを、第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群の総含有量に対する第二の炭素粒子群の含有比率が1質量%以上50質量%以下となるように混合して得られることが好ましく、体積平均粒子径が10μmを超え30μm以下であって、平均破壊強度が2MPa以上30MPa以下である第一の炭素粒子群と、体積平均粒子径が2μm以上10μm以下であって、平均破壊強度が50MPa以上125MPa以下である第二の炭素粒子群とを、第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群の総含有量に対する第二の炭素粒子群の含有比率が5質量%以上20質量%以下となるように混合して得られることがより好ましい。   Moreover, the carbon particle mixture in the present invention includes a first carbon particle group having a volume average particle diameter of 1 μm or more and 40 μm or less and an average breaking strength of 1 MPa or more and 88 MPa or less from the viewpoint of electrolyte permeability and battery characteristics. A second carbon particle group having a volume average particle diameter of 1 μm or more and 40 μm or less and an average fracture strength of 1.7 MPa or more and 150 MPa or less, the total of the first carbon particle group and the second carbon particle group It is preferably obtained by mixing so that the content ratio of the second carbon particle group with respect to the content is 1% by mass or more and 50% by mass or less, and the volume average particle diameter is more than 10 μm and 30 μm or less, and the average fracture A first carbon particle group having a strength of 2 MPa to 30 MPa, a volume average particle diameter of 2 μm to 10 μm, and an average fracture strength of 50 MPa to 125 MPa. The second carbon particle group so that the content ratio of the second carbon particle group to the total content of the first carbon particle group and the second carbon particle group is 5% by mass or more and 20% by mass or less. More preferably, it is obtained by mixing.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極材は炭素粒子混合物を含むが、粒子径を横軸に出現頻度を縦軸にとった粒子径分布の形状は特に制限されず、単一ピークの粒子径分布であっても、複数のピークを有する粒子径分布であってもよい。電解液浸透性の観点から、複数のピークを有する粒子径分布であることが好ましく、2つのピークを有する粒子径分布であることがより好ましい。   The negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention contains a carbon particle mixture, but the shape of the particle size distribution is not particularly limited, with the particle size as the horizontal axis and the appearance frequency as the vertical axis, and the single peak particle size It may be a distribution or a particle size distribution having a plurality of peaks. From the viewpoint of electrolyte solution permeability, a particle size distribution having a plurality of peaks is preferable, and a particle size distribution having two peaks is more preferable.

前記リチウムイオン二次電池用負極材は、その粒子径分布において小径側から体積累積分布を描いた場合に、累積90%となる粒子径D90の0.9倍以上1.1倍以下の粒子径を有する炭素粒子Aの破壊強度(PD90)に対する、累積10%となる粒子径D10の0.9倍以上1.1倍以下の粒子径を有する炭素粒子Bの破壊強度(PD10)の比率(PD10/PD90、以下「破壊強度比率」ともいう)が1.7以上75以下であることが好ましく、2以上60以下であることがより好ましく、20以上50以下であることがさらに好ましい。
破壊強度の比率(PD10/PD90)が前記範囲内であると十分な電解液浸透性が得られる。これは例えば負極材を加圧プレスする際に、空隙が維持され易くなるためと考えることができる。
尚、破壊強度PD90及びPD10は、粒子径D90またはD10の0.9倍以上1.1倍以下の粒子径を有する炭素粒子をそれぞれ10個選択し、その10個の炭素粒子それぞれについて微小圧縮試験機を用いて破壊強度を測定し、その測定値の算術平均値としてそれぞれ求められる。
The negative electrode material for a lithium ion secondary battery has a particle diameter of 0.9 times or more and 1.1 times or less of a particle diameter D90 of 90% when a volume cumulative distribution is drawn from the small diameter side in the particle diameter distribution. Ratio of the breaking strength (P D10 ) of the carbon particle B having a particle diameter of 0.9 times or more and 1.1 times or less of the particle diameter D10 that is 10% cumulative with respect to the breaking strength (P D90 ) of the carbon particles A having (P D10 / P D90 , hereinafter also referred to as “destructive strength ratio”) is preferably 1.7 or more, 75 or less, more preferably 2 or more and 60 or less, and further preferably 20 or more and 50 or less. .
When the ratio of the breaking strength (P D10 / P D90 ) is within the above range, sufficient electrolyte solution permeability can be obtained. This can be considered because, for example, when the negative electrode material is pressure-pressed, voids are easily maintained.
For the fracture strengths P D90 and P D10 , 10 carbon particles each having a particle diameter of 0.9 to 1.1 times the particle diameter D90 or D10 are selected, and each of the 10 carbon particles is minute. The fracture strength is measured using a compression tester, and each of the measured values is obtained as an arithmetic average value.

本発明において粒子径D90及び粒子径D10は特に制限されないが、粒子径D90が20μm以上50μm以下であって、粒子径D10が1μm以上30μm以下であることが好ましく、粒子径D90が25μm以上40μm以下であって、粒子径D10が5μm以上20μm以下であることがより好ましい。
また粒子径D90に対する粒子径D10の比率(粒子径D10/粒子径D90)は特に制限されないが、0.1〜0.8であることが好ましく、0.2〜0.6であることがより好ましい。
In the present invention, the particle diameter D90 and the particle diameter D10 are not particularly limited, but the particle diameter D90 is preferably 20 μm or more and 50 μm or less, the particle diameter D10 is preferably 1 μm or more and 30 μm or less, and the particle diameter D90 is 25 μm or more and 40 μm or less. And it is more preferable that the particle diameter D10 is 5 micrometers or more and 20 micrometers or less.
The ratio of the particle diameter D10 to the particle diameter D90 (particle diameter D10 / particle diameter D90) is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 0.8, and more preferably 0.2 to 0.6. preferable.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極材の体積平均粒子径(D50)は特に制限されず、例えば、1μm以上40μm以下とすることができ、3μm以上30μm以下が好ましく、5μm以上25μm以下がより好ましい。
体積平均粒子径が、1μm以上であると比表面積が大きくなることが抑制され、リチウムイオン二次電池の初回充放電効率が向上すると共に、粒子間の空隙が十分に保たれ入出力特性が向上する。一方、体積平均粒子径が40μm以下であると形成される電極面に凸凹が発生することを抑制して電池の信頼性が向上すると共に、炭素粒子の表面から内部へのLiの拡散距離が短くなりリチウムイオン二次電池の入出力特性が向上する傾向がある。
The volume average particle diameter (D50) of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries of the present invention is not particularly limited, and can be, for example, 1 μm or more and 40 μm or less, preferably 3 μm or more and 30 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 25 μm or less. preferable.
When the volume average particle size is 1 μm or more, the increase in specific surface area is suppressed, the initial charge / discharge efficiency of the lithium ion secondary battery is improved, and the voids between the particles are sufficiently maintained to improve the input / output characteristics. To do. On the other hand, when the volume average particle diameter is 40 μm or less, unevenness is suppressed on the formed electrode surface, thereby improving the reliability of the battery and reducing the diffusion distance of Li from the surface of the carbon particles to the inside. The input / output characteristics of the lithium ion secondary battery tend to be improved.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極材の最大粒子径Dmaxは特に制限されず、例えば、10μm以上70μm以下とすることができ、30μm以上65μm以下であることが好ましく、30μm以上45μm以下であることがより好ましい。
最大粒子径Dmaxが70μm以下であると、電極を薄膜化することができ、入出力特性やハイレートサイクル特性が向上する。
The maximum particle diameter Dmax of the negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be, for example, from 10 μm to 70 μm, preferably from 30 μm to 65 μm, and preferably from 30 μm to 45 μm. It is more preferable.
When the maximum particle diameter Dmax is 70 μm or less, the electrode can be thinned, and input / output characteristics and high-rate cycle characteristics are improved.

前記リチウムイオン二次電池用負極材は、励起波長532nmのレーザーラマン分光測定により求めたプロファイルの中で、1360cm−1付近に現れるピークの強度をId、1580cm−1付近に現れるピークの強度をIgとし、その両ピークの強度比Id/IgをR値とした際、そのR値が0.10以上1.5以下あることが好ましく、0.15以上1.0以下であることがより好ましい。
R値が、0.10以上であると寿命特性及び入出力特性に優れる傾向があり、1.5以下であると不可逆容量の増大を抑制できる傾向がある。
The negative electrode material for lithium ion secondary batteries, in a profile obtained by laser Raman spectroscopy of the excitation wavelength 532 nm, Ig the intensity of a peak appearing the intensity of the peak appearing in the vicinity of 1360 cm -1 Id, around 1580 cm -1 When the intensity ratio Id / Ig between the two peaks is an R value, the R value is preferably 0.10 or more and 1.5 or less, and more preferably 0.15 or more and 1.0 or less.
When the R value is 0.10 or more, there is a tendency that the life characteristics and the input / output characteristics are excellent, and when it is 1.5 or less, an increase in irreversible capacity tends to be suppressed.

ここで、1360cm−1付近のピークとは、通常、炭素の非晶質構造に対応すると同定されるピークであり、例えば1300cm−1〜1400cm−1に観測されるピークを意味する。また1580cm−1付近のピークとは、通常、黒鉛結晶構造に対応すると同定されるピークであり、例えば1530cm−1〜1630cm−1に観測されるピークを意味する。
尚、R値はラマンスペクトル測定装置(例えば、日本分光(株)製NSR−1000型、励起波長532nm)を用い、測定範囲(830cm−1〜1940cm−1)全体をベースラインとし求めることができる。
Here, the peak in the vicinity of 1360 cm −1 is a peak usually identified as corresponding to the amorphous structure of carbon, for example, a peak observed at 1300 cm −1 to 1400 cm −1 . Also a peak around 1580 cm -1, generally a peak identified as corresponding to the graphite crystal structure, means a peak observed for example 1530cm -1 ~1630cm -1.
Incidentally, R value Raman spectrum measuring apparatus (e.g., manufactured by JASCO Corporation NSR-1000 type, excitation wavelength 532 nm) using the entire measuring range (830cm -1 ~1940cm -1) can be calculated as a baseline .

また前記リチウムイオン二次電池用負極材は、タップ密度が0.3g/cm以上3.0g/cm以下であることが好ましく、0.5g/cm以上2.0g/cm以下であることがより好ましい。
タップ密度が0.3g/cm以上であると、負極を作製する際の有機結着剤量を抑制でき、形成されるリチウムイオン二次電池のエネルギー密度が大きくなる傾向がある。
The negative electrode material for a lithium ion secondary battery preferably has a tap density of 0.3 g / cm 3 or more and 3.0 g / cm 3 or less, and 0.5 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less. More preferably.
When the tap density is 0.3 g / cm 3 or more, the amount of the organic binder when producing the negative electrode can be suppressed, and the energy density of the formed lithium ion secondary battery tends to increase.

タップ密度は、例えば、負極材の体積平均粒子径を大きくすることで値が高くなる傾向があり、この性質を利用してタップ密度を上記範囲内に設定することができる。尚、本発明におけるタップ密度とは、容量100cmのメスシリンダーに試料粉末100cmをゆっくり投入し、メスシリンダーに栓をし、このメスシリンダーを5cmの高さから250回落下させた後の試料粉末の質量及び容積から求められる値を意味する。 For example, the tap density tends to increase as the volume average particle diameter of the negative electrode material is increased, and this property can be used to set the tap density within the above range. Incidentally, the tap density in the present invention, a sample powder 100 cm 3 was slowly poured into a measuring cylinder of volume 100 cm 3, and the stoppered graduated cylinder, the sample after the measuring cylinder was dropped 250 times from a height of 5cm It means a value determined from the mass and volume of the powder.

本発明においては、第一の炭素粒子群の平均破壊強度が1MPa以上88MPa以下であり、第二の炭素粒子群の平均破壊強度が1.7MPa以上150MPa以下であり、第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群の総含有量に対する第二の炭素粒子群の含有比率が1質量%以上50質量%以下であって、タップ密度が0.3g/cm以上3.0g/cm以下であることが好ましく、第一の炭素粒子群の平均破壊強度が2MPa以上30MPa以下であり、第二の炭素粒子群の平均破壊強度が50MPa以上120MPa以下であり、第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群の総含有量に対する第二の炭素粒子群の含有比率が5質量%以上20質量%以下であって、タップ密度が0.5g/cm以上2.0g/cm以下であることがより好ましい。 In the present invention, the average fracture strength of the first carbon particle group is 1 MPa or more and 88 MPa or less, the average fracture strength of the second carbon particle group is 1.7 MPa or more and 150 MPa or less, the first carbon particle group and The content ratio of the second carbon particle group to the total content of the second carbon particle group is 1% by mass or more and 50% by mass or less, and the tap density is 0.3 g / cm 3 or more and 3.0 g / cm 3 or less. The average fracture strength of the first carbon particle group is 2 MPa or more and 30 MPa or less, the average fracture strength of the second carbon particle group is 50 MPa or more and 120 MPa or less, and the first carbon particle group and the first carbon particle group The content ratio of the second carbon particle group to the total content of the second carbon particle group is 5% by mass or more and 20% by mass or less, and the tap density is 0.5 g / cm 3 or more and 2.0 g / cm 3 or less. There is Is more preferable.

また本発明においては、平均粒子径比率(第二の炭素粒子群/第一の炭素粒子群)が1以上50以下であり、平均破壊強度比率(第二の炭素粒子群/第一の炭素粒子群)が1.5以上50以下であって、タップ密度が0.3g/cm以上3.0g/cm以下であることが好ましく、平均粒子径比率が2以上20以下であり、平均破壊強度比率が1.7以上40以下であって、タップ密度が0.5g/cm以上2.0g/cm以下であることがより好ましい。 In the present invention, the average particle size ratio (second carbon particle group / first carbon particle group) is 1 or more and 50 or less, and the average fracture strength ratio (second carbon particle group / first carbon particle). Group) is 1.5 or more and 50 or less, the tap density is preferably 0.3 g / cm 3 or more and 3.0 g / cm 3 or less, the average particle size ratio is 2 or more and 20 or less, and the average fracture More preferably, the strength ratio is 1.7 to 40 and the tap density is 0.5 g / cm 3 to 2.0 g / cm 3 .

前記リチウムイオン二次電池用負極材は、第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群を少なくとも含む炭素粒子混合物に加えて、必要に応じてその他の成分を含んでいてもよい。その他の成分としては、後述する有機結着剤や導電補助材等を挙げることができる。
前記リチウムイオン二次電池用負極材における、第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群を含む炭素粒子の混合物の含有比率は例えば75質量%以上とすることができ、90質量%以上であることが好ましい。
The negative electrode material for a lithium ion secondary battery may contain other components as necessary in addition to the carbon particle mixture including at least the first carbon particle group and the second carbon particle group. Examples of other components include an organic binder and a conductive auxiliary material described later.
In the negative electrode material for a lithium ion secondary battery, the content ratio of the mixture of carbon particles including the first carbon particle group and the second carbon particle group can be, for example, 75% by mass or more, and 90% by mass or more. Preferably there is.

<リチウムイオン二次電池用負極材の製造方法>
リチウムイオン二次電池用負極材の製造方法は、平均破壊強度が異なる少なくとも2種の炭素粒子群を混合して炭素粒子混合物を得る工程を含み、混合前の前記炭素粒子群のうち、平均破壊強度が最小の第一の炭素粒子群及び平均破壊強度が最大の第二の炭素粒子群について、前記第一の炭素粒子群の平均破壊強度に対する第二の炭素粒子群の平均破壊強度の比率が1.5以上50以下であることを特徴とする。また前記リチウムイオン二次電池用負極材の製造方法は、必要に応じてその他の工程を更に含んでいてもよい。
<Method for producing negative electrode material for lithium ion secondary battery>
The method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery includes a step of obtaining a carbon particle mixture by mixing at least two types of carbon particle groups having different average fracture strengths. For the first carbon particle group having the smallest strength and the second carbon particle group having the largest average breaking strength, the ratio of the average breaking strength of the second carbon particle group to the average breaking strength of the first carbon particle group is It is 1.5 or more and 50 or less. Moreover, the manufacturing method of the said negative electrode material for lithium ion secondary batteries may further include the other process as needed.

炭素粒子混合物を得る工程は、炭素粒子混合物を構成する炭素粒子群の中で、少なくとも、最小の平均破壊強度を示す第一の炭素粒子群と、最大の平均破壊強度を示す第二の炭素粒子群とを混合する工程であれば特に制限されず、必要に応じてその他の炭素粒子をさらに混合する工程であってもよい。炭素粒子の混合方法は、粉体の混合方法として通常用いられる混合方法を特に制限なく適用することができる。   The step of obtaining the carbon particle mixture includes at least a first carbon particle group exhibiting a minimum average fracture strength and a second carbon particle exhibiting a maximum average fracture strength among the carbon particle groups constituting the carbon particle mixture. If it is the process of mixing a group, it will not restrict | limit in particular, The process of further mixing another carbon particle as needed may be sufficient. As a method for mixing carbon particles, a mixing method generally used as a method for mixing powders can be applied without particular limitation.

リチウムイオン二次電池用負極材の製造方法における、第一の炭素粒子群及び第二の炭素粒子群についての詳細は既述の通りであり、好ましい態様も同様である。   The details of the first carbon particle group and the second carbon particle group in the method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery are as described above, and preferred embodiments are also the same.

前記リチウムイオン二次電池用負極材の製造方法においては、第一の炭素粒子群を構成する炭素粒子と第二の炭素粒子群を構成する炭素粒子とを結着させる工程を更に含むことが好ましい。第一の炭素粒子群を構成する炭素粒子と第二の炭素粒子群を構成する炭素粒子とを結着を結着させることで、炭素粒子混合物をより均一な状態に分散することができ、電解液浸透性がより向上する。
結着方法は特に制限されないが結着方法は特に制限されないが、第一の炭素粒子群と第二の炭素粒子群とを混合した後に、等方加圧処理を行って結着させる方法や、第一の炭素粒子群と第二の炭素粒子群との混合物にさらにバインダ等を加えて結着させる方法等を挙げることができる。
中でも前記結着方法は、電解液浸透性と電池特性の観点から、等方加圧処理を行って結着させる方法であることが好ましい。
The method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery preferably further includes a step of binding the carbon particles constituting the first carbon particle group and the carbon particles constituting the second carbon particle group. . By binding the carbon particles constituting the first carbon particle group and the carbon particles constituting the second carbon particle group, it is possible to disperse the carbon particle mixture in a more uniform state. Improves liquid permeability.
The binding method is not particularly limited, but the binding method is not particularly limited, and after mixing the first carbon particle group and the second carbon particle group, a method of binding by performing an isotropic pressure treatment, Examples thereof include a method in which a binder or the like is further added to the mixture of the first carbon particle group and the second carbon particle group for binding.
Among these, the binding method is preferably a method of binding by performing isotropic pressure treatment from the viewpoints of electrolyte permeability and battery characteristics.

等方加圧処理における加圧条件は特に制限されないが、電解液浸透性の観点から、4.9×10Pa(50kgf/cm)以上4.9×10Pa(5000kgf/cm)以下であることが好ましく9.8×10Pa(100kgf/cm)以上1.96×10Pa(2000kgf/cm)以下であることがより好ましい。等方加圧処理の加圧条件が4.9×10Pa以上であると電解液浸透性がより向上する。また4.9×10Pa以下であると製造工程上の自由度が大きくなり生産性が向上する。
尚、等方加圧処理は例えば、水等の液体を加圧媒体とする静水圧プレス機や空気等を加圧媒体とする空圧による市販の等方性プレス機を用いて行うことができる。具体的には例えば、前記第一の炭素粒子群と第二の炭素粒子群の混合物をゴム製等の容器に充填、密閉した後、市販の等方プレス機を用いて容器ごと加圧処理することで等方加圧処理を行うことができる。
The pressure condition in the isotropic pressure treatment is not particularly limited, but from the viewpoint of electrolyte permeability, it is 4.9 × 10 6 Pa (50 kgf / cm 2 ) or more and 4.9 × 10 8 Pa (5000 kgf / cm 2 ). less it is more preferably preferably 9.8 × 10 6 Pa or less (100kgf / cm 2) or more 1.96 × 10 8 Pa (2000kgf / cm 2). When the pressure condition of the isotropic pressure treatment is 4.9 × 10 6 Pa or more, the electrolyte permeability is further improved. Further, when it is 4.9 × 10 8 Pa or less, the degree of freedom in the production process is increased and the productivity is improved.
The isotropic pressure treatment can be performed using, for example, a hydrostatic press using a liquid such as water as a pressurizing medium or a commercially available isotropic press using air or the like using a pressure as a pressurizing medium. . Specifically, for example, after filling and sealing a mixture of the first carbon particle group and the second carbon particle group in a rubber container or the like, the container is pressurized using a commercially available isotropic press machine. Thus, an isotropic pressure treatment can be performed.

また炭素粒子群Aと炭素粒子群Bとの混合物にさらにバインダ等を加えて結着させる方法におけるバインダは、後述するリチウムイオン二次電池用負極における有機結着剤であっても、熱処理により炭素化可能な有機化合物(以下、「炭素前駆体」ともいう)であってもよい。
熱処理により炭素化可能な有機化合物に特に制限はないが、例えば、エチレンヘビーエンドピッチ、原油ピッチ、コールタールピッチ、アスファルト分解ピッチ、ポリ塩化ビニル等を熱分解して生成するピッチ、ナフタレン等を超強酸存在下で重合させて作製される合成ピッチ等を挙げることができる。また、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール等の熱可塑性合成樹脂を用いることもできる。さらにデンプンやセルロース等の天然高分子化合物を用いることもできる。
上記炭素前駆体は、500℃〜3000℃の不活性雰囲気中で焼成・炭素化することで混合物を結着させることができる。
また、バインダ等を加えて結着させる方法におけるバインダの含有比率は、特に制限されない。例えば後述するリチウムイオン二次電池用負極における有機結着剤と同様の含有比率とすることができる。なお、バインダの含有比率はバインダとして炭素前駆体を使用した場合には、熱処理後に残る炭素化されたものの質量を基準とする。
Further, the binder in the method of adding a binder or the like to the mixture of the carbon particle group A and the carbon particle group B and binding the mixture is not limited to an organic binder in a negative electrode for a lithium ion secondary battery, which will be described later. It may be an organic compound (hereinafter also referred to as “carbon precursor”).
There are no particular restrictions on the organic compounds that can be carbonized by heat treatment. For example, ethylene heavy end pitch, crude oil pitch, coal tar pitch, asphalt cracking pitch, pitch generated by pyrolyzing polyvinyl chloride, naphthalene, etc. Examples thereof include a synthetic pitch produced by polymerization in the presence of a strong acid. In addition, thermoplastic synthetic resins such as polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, and polyvinyl butyral can also be used. Furthermore, natural polymer compounds such as starch and cellulose can also be used.
The said carbon precursor can bind | conclude a mixture by baking and carbonizing in 500 to 3000 degreeC inert atmosphere.
Further, the content ratio of the binder in the method of binding by adding a binder or the like is not particularly limited. For example, it can be set as the content rate similar to the organic binder in the negative electrode for lithium ion secondary batteries mentioned later. The content ratio of the binder is based on the mass of the carbonized material remaining after the heat treatment when a carbon precursor is used as the binder.

<リチウムイオン二次電池用負極>
本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、集電体と、前記集電体上に設けられ、前記リチウムイオン二次電池用負極材を含有する負極材層とを有し、必要に応じてその他の構成要素を含んで構成される。これにより、高密度で電解液浸透性に優れるリチウムイオン二次電池用負極を構成することが可能になる。
<Anode for lithium ion secondary battery>
The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention has a current collector and a negative electrode material layer provided on the current collector and containing the negative electrode material for a lithium ion secondary battery. It is configured including other components. This makes it possible to configure a negative electrode for a lithium ion secondary battery that is high in density and excellent in electrolyte permeability.

前記リチウムイオン二次電池用負極は、例えば、既述の本発明のリチウムイオン二次電池用負極材及び有機結着材を溶剤とともに撹拌機、ボールミル、スーパーサンドミル、加圧ニーダ等の分散装置により混練して、負極材スラリーを調製し、これを集電体に塗布して負極層を形成する、又は、ペースト状の負極材スラリーをシート状、ペレット状等の形状に成形し、これを集電体と一体化することで得ることができる。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery is prepared by, for example, dispersing the negative electrode material and the organic binder for the lithium ion secondary battery according to the present invention described above together with a solvent, such as a stirrer, a ball mill, a super sand mill, or a pressure kneader. A negative electrode material slurry is prepared by kneading and applied to a current collector to form a negative electrode layer, or a paste-like negative electrode material slurry is formed into a sheet shape, a pellet shape, etc. It can be obtained by integrating with the electric body.

上記有機結着剤としては、特に限定されないが、例えば、スチレン−ブタジエン共重合体;エチレン性不飽和カルボン酸エステル(例えば、メチル(メタ)アクリレート、エチル(メタ)アクリレート、ブチル(メタ)アクリレート、(メタ)アクリロニトリル、及びヒドロキシエチル(メタ)アクリレート等)、及びエチレン性不飽和カルボン酸(例えば、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等)からなる(メタ)アクリル共重合体;ポリ弗化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリエピクロヒドリン、ポリホスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミドイミドなどの高分子化合物が挙げられる。   Although it does not specifically limit as said organic binder, For example, a styrene-butadiene copolymer; Ethylenically unsaturated carboxylic acid ester (For example, methyl (meth) acrylate, ethyl (meth) acrylate, butyl (meth) acrylate, (Meth) acrylonitrile, hydroxyethyl (meth) acrylate, etc.) and ethylenically unsaturated carboxylic acid (for example, acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid, etc.) High molecular compounds such as polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamideimide;

リチウムイオン二次電池負極の負極層中の有機結着剤の含有比率は、リチウムイオン二次電池用負極材と有機結着剤の合計100質量部に対して0.5質量部〜20質量部であることが好ましく、1質量部〜10質量部であることがより好ましい。
有機結着剤の含有比率が0.5質量部上であることで密着性が良好で、充放電時の膨張・収縮によって負極が破壊されることが抑制される。一方、20質量部以下であることで、電極抵抗が大きくなることを抑制できる。
The content ratio of the organic binder in the negative electrode layer of the lithium ion secondary battery negative electrode is 0.5 parts by mass to 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass in total of the negative electrode material for the lithium ion secondary battery and the organic binder. It is preferable that it is 1 mass part-10 mass parts.
Adhesiveness is good when the content ratio of the organic binder is 0.5 parts by mass, and destruction of the negative electrode due to expansion / contraction during charge / discharge is suppressed. On the other hand, it can suppress that electrode resistance becomes large because it is 20 mass parts or less.

また負極材スラリーには、粘度を調整するために増粘剤を添加してもよい。増粘剤としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸(及びその塩)、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼインなどを使用することができる。   Further, a thickener may be added to the negative electrode material slurry in order to adjust the viscosity. As the thickener, for example, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid (and its salt), oxidized starch, phosphorylated starch, casein and the like can be used.

また、上記負極材スラリーには、必要に応じて、導電補助材を混合してもよい。導電補助材としては、例えば、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック、あるいは導電性を示す酸化物や窒化物等が挙げられる。導電補助材の使用量は、本発明のリチウムイオン二次電池負極材の全質量中に0.1質量%〜20質量%程度とすればよい。   Moreover, you may mix a conductive support material with the said negative electrode material slurry as needed. Examples of the conductive auxiliary material include carbon black, graphite, acetylene black, or an oxide or nitride that exhibits conductivity. What is necessary is just to let the usage-amount of a conductive support material be about 0.1 mass%-20 mass% in the total mass of the lithium ion secondary battery negative electrode material of this invention.

また前記集電体の材質及び形状については特に限定されず、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等を、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にした帯状のものを用いればよい。また、多孔性材料、たとえばポーラスメタル(発泡メタル)やカーボンペーパーなども使用可能である。   Further, the material and shape of the current collector are not particularly limited. For example, if a belt-like material made of aluminum, copper, nickel, titanium, stainless steel or the like in a foil shape, a punched foil shape, a mesh shape, or the like is used. Good. A porous material such as porous metal (foamed metal) or carbon paper can also be used.

上記負極材スラリーを集電体に塗布する方法としては、特に限定されないが、例えば、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、グラビアコート法、スクリーン印刷法など公知の方法が挙げられる。塗布後は、必要に応じて平板プレス、カレンダーロール等による圧延処理を行うことが好ましい。
また、シート状、ペレット状等の形状に成形された負極材スラリーと集電体との一体化は、例えば、ロール、プレス、もしくはこれらの組み合わせ等、公知の方法により行うことができる。
The method of applying the negative electrode material slurry to the current collector is not particularly limited. For example, metal mask printing method, electrostatic coating method, dip coating method, spray coating method, roll coating method, doctor blade method, gravure coating And publicly known methods such as screen printing and the like. After the application, it is preferable to perform a rolling process using a flat plate press, a calender roll or the like, if necessary.
Further, the integration of the negative electrode material slurry formed into a sheet shape, a pellet shape, and the like with the current collector can be performed by a known method such as a roll, a press, or a combination thereof.

前記集電体上に形成された負極層及び集電体と一体化した負極層は、用いた有機結着剤に応じて熱処理することが好ましい。例えば、ポリアクリロニトリルを主骨格とした有機結着剤を用いた場合は、100℃〜180℃で、ポリイミド、ポリアミドイミドを主骨格とした有機結着剤を用いた場合には150℃〜450℃で熱処理することが好ましい。
この熱処理により溶媒の除去、バインダの硬化による高強度化が進み、粒子間及び粒子と集電体間の密着性が向上できる。尚、これらの熱処理は、処理中の集電体の酸化を防ぐため、ヘリウム、アルゴン、窒素等の不活性雰囲気、又は真空雰囲気で行うことが好ましい。
The negative electrode layer formed on the current collector and the negative electrode layer integrated with the current collector are preferably heat-treated according to the organic binder used. For example, when an organic binder having polyacrylonitrile as the main skeleton is used, the temperature is 100 ° C. to 180 ° C., and when using an organic binder having polyimide, polyamideimide as the main skeleton, 150 ° C. to 450 ° C. It is preferable to heat-treat with.
This heat treatment increases the strength by removing the solvent and curing the binder, thereby improving the adhesion between the particles and between the particles and the current collector. These heat treatments are preferably performed in an inert atmosphere such as helium, argon, nitrogen, or a vacuum atmosphere in order to prevent oxidation of the current collector during the treatment.

また、熱処理後に、負極は加圧プレス(加圧処理)することが好ましい。加圧処理することで電極密度を調整することができる。本発明のリチウムイオン二次電池用負極では、電極密度が1.0g/cm〜2.0g/cmであることが好ましく、1.2g/cm〜1.9g/cmであることがより好ましく、1.4g/cm〜1.8g/cmであることがさらに好ましい。電極密度については、高いほど体積容量が向上するほか、密着性が向上し、サイクル特性も向上する傾向がある。 Moreover, it is preferable that the negative electrode is pressure-pressed (pressure treatment) after the heat treatment. The electrode density can be adjusted by applying pressure treatment. It The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, it is preferable that the electrode density of 1.0g / cm 3 ~2.0g / cm 3 , a 1.2g / cm 3 ~1.9g / cm 3 it is more preferable, further preferably 1.4g / cm 3 ~1.8g / cm 3 . As for the electrode density, the higher the volume capacity, the better the adhesion and the cycle characteristics.

<リチウムイオン二次電池>
本発明のリチウムイオン二次電池は、既述の本発明のリチウムイオン二次電池用負極と、正極と、電解質とを含んで構成されることを特徴とする。例えば、上記本発明のリチウムイオン二次電池用負極と正極とを、必要に応じてセパレータを介して対向して配置し、電解質を含む電解液を注入することにより構成することができる。
<Lithium ion secondary battery>
The lithium ion secondary battery of the present invention includes the above-described negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention, a positive electrode, and an electrolyte. For example, the negative electrode and the positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention can be arranged so as to face each other with a separator interposed therebetween, and an electrolytic solution containing an electrolyte can be injected.

前記正極は、前記負極と同様にして、集電体表面上に正極層を形成することで得ることができる。この場合の集電体はアルミニウム、チタン、ステンレス鋼等の金属や合金を、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にした帯状のものを用いることができる。   The positive electrode can be obtained by forming a positive electrode layer on the current collector surface in the same manner as the negative electrode. In this case, the current collector may be a band-shaped material made of a metal or an alloy such as aluminum, titanium, or stainless steel in a foil shape, a punched foil shape, a mesh shape, or the like.

前記正極層に用いる正極材料としては、特に制限はなく、例えば、リチウムイオンをドーピング又はインターカレーション可能な金属化合物、金属酸化物、金属硫化物、又は導電性高分子材料を用いればよく、特に限定されない。例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、及びこれらの複酸化物(LiCoNiMn、x+y+z=1、0<x、0<y;LiNi2−xMn、0<x≦2)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、リチウムバナジウム化合物、V、V13、VO、MnO、TiO、MoV、TiS、V、VS、MoS、MoS、Cr、Cr、オリビン型LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Fe)、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセン等の導電性ポリマー、多孔質炭素等などを単独或いは混合して使用することができる。 The positive electrode material used for the positive electrode layer is not particularly limited. For example, a metal compound, metal oxide, metal sulfide, or conductive polymer material that can be doped or intercalated with lithium ions may be used. It is not limited. For example, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), and double oxides thereof (LiCo x Ni y Mn z O 2 , x + y + z = 1, 0 <x, 0 <y; LiNi 2-x Mn x O 4 , 0 <x ≦ 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4 ), lithium vanadium compound, V 2 O 5 , V 6 O 13 , VO 2 , MnO 2 , TiO 2, MoV 2 O 8, TiS 2, V 2 S 5, VS 2, MoS 2, MoS 3, Cr 3 O 8, Cr 2 O 5, olivine-type LiMPO 4 (M: Co, Ni , Mn, Fe) , Conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacene, porous carbon, etc. alone or in combination Can be used.

前記セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを主成分とした不織布、クロス、微孔フィルム又はそれらを組み合わせたものを使用することができる。なお、作製するリチウムイオン二次電池の正極と負極が直接接触しない構造にした場合は、セパレータを使用する必要はない。   As the separator, for example, a nonwoven fabric mainly composed of polyolefin such as polyethylene and polypropylene, cloth, microporous film, or a combination thereof can be used. In addition, when it is set as the structure where the positive electrode and negative electrode of the lithium ion secondary battery to produce are not in direct contact, it is not necessary to use a separator.

前記電解液としては、例えば電解質であるLiClO、LiPF、LiAsF、LiBF、LiSOCF等のリチウム塩を、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、フルオロエチレンカーボネート、シクロペンタノン、スルホラン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン、3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オン、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ブチルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル等の単体もしくは2成分以上の混合物の非水系溶剤に溶解した、いわゆる有機電解液を使用することができる。 Examples of the electrolyte include lithium salts such as LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSO 3 CF 3, which are electrolytes, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, fluoroethylene carbonate, cyclopentacarbonate. Non, sulfolane, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, 3-methyl-1,3-oxazolidine-2-one, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butyl methyl Carbonate, ethyl propyl carbonate, butyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydro A so-called organic electrolyte solution dissolved in a non-aqueous solvent of a simple substance such as furan, 1,3-dioxolane, methyl acetate, ethyl acetate or a mixture of two or more components can be used.

本発明のリチウムイオン二次電池の構造は、特に限定されないが、通常、正極及び負極と、必要に応じて設けられるセパレータとを、扁平渦巻状に巻回して巻回式極板群としたり、これらを平板状として積層して積層式極板群としたりし、これら極板群を外装体中に封入した構造とするのが一般的である。
本発明のリチウムイオン二次電池は、特に限定されないが、ペーパー型電池、ボタン型電池、コイン型電池、積層型電池、円筒型電池、角型電池などとして使用される。
Although the structure of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, usually, a positive electrode and a negative electrode, and a separator provided as necessary, are wound into a flat spiral to form a wound electrode group, In general, these are laminated as a flat plate to form a laminated electrode plate group, or the electrode plate group is enclosed in an exterior body.
The lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is used as a paper-type battery, a button-type battery, a coin-type battery, a laminated battery, a cylindrical battery, a rectangular battery, or the like.

上述した本発明のリチウムイオン二次電池用負極材は、リチウムイオン二次電池用と記載したが、リチウムイオンを挿入脱離することを充放電機構とする電気化学装置全般、例えば、ハイブリッドキャパシタなどにも適用することが可能である。   The above-described negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention has been described as being used for a lithium ion secondary battery. However, in general, electrochemical devices having a charge / discharge mechanism that inserts and desorbs lithium ions, such as hybrid capacitors, etc. It is also possible to apply to.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。尚、特に断りのない限り、「部」及び「%」は質量基準である。   EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Unless otherwise specified, “part” and “%” are based on mass.

<実施例1>
体積平均粒子径が23μmで平均破壊強度が28MPaの球状化天然黒鉛粒子と、体積平均粒子径が10μmで平均破壊強度が51MPaの球状化天然黒鉛粒子とを用いて、黒鉛粒子の総含有量に対する体積平均粒子径が10μmで平均破壊強度が51MPaの黒鉛粒子の含有比率が10質量%となるように混合して、リチウムイオン二次電池用負極材1を得た。
<Example 1>
Using spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 23 μm and an average fracture strength of 28 MPa, and spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 10 μm and an average fracture strength of 51 MPa, the total content of graphite particles The negative electrode material 1 for lithium ion secondary batteries was obtained by mixing so that the content ratio of graphite particles having a volume average particle diameter of 10 μm and an average fracture strength of 51 MPa was 10% by mass.

(破壊強度比率の測定)
上記で得られたリチウムイオン二次電池用負極材1について、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、(株)島津製作所製SALD−3000J)を用いて粒子径分布を測定し、粒子径D90と粒子径D10を求めた。さらに微小圧縮試験機(例えば、(株)島津製作所製MCT−W500)を用いて、粒子径D90を有する炭素粒子の破壊強度に対する粒子径D10を有する炭素粒子の破壊強度の比率である破壊強度比率(PD10/PD90)を求めたところ2.1であった。
(Measurement of fracture strength ratio)
About the negative electrode material 1 for lithium ion secondary batteries obtained above, a particle size distribution is measured using a laser diffraction type particle size distribution measuring apparatus (for example, SALD-3000J manufactured by Shimadzu Corporation), and a particle size D90 The particle diameter D10 was determined. Further, using a micro compression tester (for example, MCT-W500 manufactured by Shimadzu Corporation), the fracture strength ratio which is the ratio of the fracture strength of the carbon particles having the particle diameter D10 to the fracture strength of the carbon particles having the particle diameter D90 When (P D10 / P D90 ) was determined, it was 2.1.

(タップ密度)
上記で得られたリチウムイオン二次電池用負極材1について、容量100cmのメスシリンダーに試料粉末100cmをゆっくり投入し、メスシリンダーに栓をし、このメスシリンダーを5cmの高さから250回落下させた後の試料粉末の質量及び容積からタップ密度を測定した。タップ密度は1.2g/cmであった。
(Tap density)
For negative electrode material 1 for a lithium ion secondary battery obtained above was slowly charged sample powder 100 cm 3 graduated cylinder volume 100 cm 3, and the stoppered graduated cylinder, 250 Kai落the graduated cylinder from a height of 5cm The tap density was measured from the mass and volume of the sample powder after being lowered. The tap density was 1.2 g / cm 3 .

(リチウムイオン二次電池用負極の作製)
負極材スラリーの全固形分を100質量%とした場合に、上記で得られたリチウムイオン二次電池用負極材1を96質量%、導電助剤としてアセチレンブラックを1質量%となるように混合し、さらに有機結着剤としてPVDF(ポリフッ化ビニリデン、クレハ化学製、#9305)5質量%溶液を固形分で3質量%となるように加えて30分間混練を行った。ついで固形分濃度が40〜50質量%となるようにN−メチル−2ピロリドン(和光化学製)を加えて、20分間混合してペースト状の負極材スラリーを作製した。
(Preparation of negative electrode for lithium ion secondary battery)
When the total solid content of the negative electrode material slurry is 100% by mass, the negative electrode material 1 for lithium ion secondary battery obtained above is mixed to 96% by mass, and acetylene black is mixed to 1% by mass as a conductive auxiliary. Further, a 5% by mass solution of PVDF (polyvinylidene fluoride, manufactured by Kureha Chemical Co., # 9305) as an organic binder was added to a solid content of 3% by mass and kneaded for 30 minutes. Next, N-methyl-2pyrrolidone (manufactured by Wako Chemical Co., Ltd.) was added so that the solid content concentration was 40 to 50% by mass and mixed for 20 minutes to prepare a paste-like negative electrode material slurry.

得られた負極材スラリーを厚さ10μmの電解銅箔に10mg/cmとなるように塗布し、80℃で15分乾燥した。さらに大気中105℃で1時間熱処理して、リチウムイオン二次電池用負極1を作製した。 The obtained negative electrode material slurry was applied to an electrolytic copper foil having a thickness of 10 μm so as to be 10 mg / cm 2 and dried at 80 ° C. for 15 minutes. Furthermore, it heat-processed at 105 degreeC in air | atmosphere for 1 hour, and produced the negative electrode 1 for lithium ion secondary batteries.

<実施例2>
体積平均粒子径が23μmで平均破壊強度が28MPaの球状化天然黒鉛粒子と、体積平均粒子径が10μmで平均破壊強度が51MPaの球状化天然黒鉛粒子とを用いて、黒鉛粒子の総含有量に対する体積平均粒子径が10μmで平均破壊強度が51MPaの球状化天然黒鉛粒子の含有比率が20質量%となるように混合して、リチウムイオン二次電池用負極材2を得た。
<Example 2>
Using spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 23 μm and an average fracture strength of 28 MPa, and spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 10 μm and an average fracture strength of 51 MPa, the total content of graphite particles A negative electrode material 2 for a lithium ion secondary battery was obtained by mixing so that the content ratio of spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 10 μm and an average breaking strength of 51 MPa was 20 mass%.

得られたリチウムイオン二次電池用負極材2の破壊強度比率(PD10/PD90)は2.4であった。またタップ密度は1.1g/cmであった。
また、リチウムイオン二次電池用負極材2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用負極2を作製した。
The fracture strength ratio (P D10 / P D90 ) of the obtained negative electrode material 2 for lithium ion secondary batteries was 2.4. The tap density was 1.1 g / cm 3 .
Moreover, the negative electrode 2 for lithium ion secondary batteries was produced like Example 1 except having used the negative electrode material 2 for lithium ion secondary batteries.

<実施例3>
体積平均粒子径が23μmで平均破壊強度が28MPaの球状化天然黒鉛粒子と、体積平均粒子径が10μmで平均破壊強度が51MPaの球状化天然黒鉛粒子とを用いて、黒鉛粒子の総含有量に対する体積平均粒子径が10μmで平均破壊強度が51MPaの球状化天然黒鉛粒子の含有比率が50質量%となるように混合して、リチウムイオン二次電池用負極材3を得た。
<Example 3>
Using spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 23 μm and an average fracture strength of 28 MPa, and spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 10 μm and an average fracture strength of 51 MPa, the total content of graphite particles The negative electrode material 3 for lithium ion secondary batteries was obtained by mixing so that the content ratio of spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 10 μm and an average breaking strength of 51 MPa was 50 mass%.

得られたリチウムイオン二次電池用負極材3の破壊強度比率(PD10/PD90)は2.6であった。またタップ密度は1.1g/cmであった。
また、リチウムイオン二次電池用負極材3を用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用負極3を作製した。
The fracture strength ratio (P D10 / P D90 ) of the obtained negative electrode material 3 for a lithium ion secondary battery was 2.6. The tap density was 1.1 g / cm 3 .
Moreover, the negative electrode 3 for lithium ion secondary batteries was produced like Example 1 except having used the negative electrode material 3 for lithium ion secondary batteries.

<実施例4>
体積平均粒子径が20μmで平均破壊強度が33MPaの球状化天然黒鉛粒子と、体積平均粒子径が15μmで平均破壊強度が97MPaの球状化天然黒鉛粒子とを用いて、黒鉛粒子の総含有量に対する体積平均粒子径が15μmで平均破壊強度が97MPaの球状化天然黒鉛粒子の含有比率が20質量%となるように混合して、リチウムイオン二次電池用負極材4を得た。
<Example 4>
Using spherical natural graphite particles having a volume average particle diameter of 20 μm and an average breaking strength of 33 MPa, and spherical natural graphite particles having a volume average particle diameter of 15 μm and an average breaking strength of 97 MPa, the total content of the graphite particles The negative electrode material 4 for lithium ion secondary batteries was obtained by mixing so that the content ratio of spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 15 μm and an average breaking strength of 97 MPa was 20 mass%.

得られたリチウムイオン二次電池用負極材4の破壊強度比率(PD10/PD90)は3.1であった。またタップ密度は1.1g/cmであった。
また、リチウムイオン二次電池用負極材4を用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用負極4を作製した。
The fracture strength ratio (P D10 / P D90 ) of the obtained negative electrode material 4 for lithium ion secondary batteries was 3.1. The tap density was 1.1 g / cm 3 .
Moreover, the negative electrode 4 for lithium ion secondary batteries was produced like Example 1 except having used the negative electrode material 4 for lithium ion secondary batteries.

<実施例5>
体積平均粒子径が20μmで平均破壊強度が5MPaの球状化天然黒鉛粒子と、体積平均粒子径5μmで平均破壊強度105MPaの鱗片状非晶質炭素粒子とを用いて、黒鉛粒子及び非晶質炭素粒子の総含有量に対する体積平均粒子径5μmで平均破壊強度105MPaの鱗片状非晶質炭素粒子の含有比率が20質量%となるように混合して、リチウムイオン二次電池用負極材5を得た。
<Example 5>
Using spherical natural graphite particles having a volume average particle diameter of 20 μm and an average breaking strength of 5 MPa, and flaky amorphous carbon particles having a volume average particle diameter of 5 μm and an average breaking strength of 105 MPa, graphite particles and amorphous carbon The negative electrode material 5 for a lithium ion secondary battery is obtained by mixing so that the content ratio of the flaky amorphous carbon particles having a volume average particle diameter of 5 μm and an average breaking strength of 105 MPa with respect to the total content of the particles is 20 mass%. It was.

得られたリチウムイオン二次電池用負極材5の破壊強度比率(PD10/PD90)は34であった。またタップ密度は0.9g/cmであった。
また、リチウムイオン二次電池用負極材5を用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用負極5を作製した。
The fracture strength ratio (P D10 / P D90 ) of the obtained negative electrode material 5 for a lithium ion secondary battery was 34. The tap density was 0.9 g / cm 3 .
Moreover, the negative electrode 5 for lithium ion secondary batteries was produced like Example 1 except having used the negative electrode material 5 for lithium ion secondary batteries.

<実施例6>
体積平均粒子径が20μmで平均破壊強度が5MPaの球状化天然黒鉛粒子と、体積平均粒子径が5μmで平均破壊強度が105MPaの鱗片状非晶質炭素粒子とを用いて、黒鉛粒子及び非晶質炭素粒子の総含有量に対する体積平均粒子径が5μmで平均破壊強度が105MPaの鱗片状非晶質炭素粒子の含有比率が10質量%となるように混合した。
これをゴム製の容器に充填、密閉したのち、該ゴム製容器を静水圧プレス機で、加圧媒体の圧力9.8×10Pa(1000kgf/cm)で、等方性加圧処理を行った。次いでカッターミルを用いて解砕処理を行った後に250meshの篩に通して、リチウムイオン二次電池用負極材6を得た。
<Example 6>
Using spherical natural graphite particles having a volume average particle diameter of 20 μm and an average fracture strength of 5 MPa, and flaky amorphous carbon particles having a volume average particle diameter of 5 μm and an average fracture strength of 105 MPa, graphite particles and amorphous The volume average particle diameter with respect to the total content of the carbonaceous particles was 5 μm, and the content ratio of the scaly amorphous carbon particles having an average breaking strength of 105 MPa was mixed to 10 mass%.
This is filled into a rubber container and sealed, and then the rubber container is isotropically pressed with a hydrostatic pressure press at a pressure of 9.8 × 10 7 Pa (1000 kgf / cm 2 ). Went. Subsequently, after crushing using a cutter mill, it was passed through a 250 mesh sieve to obtain a negative electrode material 6 for a lithium ion secondary battery.

得られたリチウムイオン二次電池用負極材5の破壊強度比率(PD10/PD90)は24であった。またタップ密度は0.9g/cmであった。
また、リチウムイオン二次電池用負極材6を用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用負極6を作製した。
The fracture strength ratio (P D10 / P D90 ) of the obtained negative electrode material 5 for a lithium ion secondary battery was 24. The tap density was 0.9 g / cm 3 .
Moreover, the negative electrode 6 for lithium ion secondary batteries was produced like Example 1 except having used the negative electrode material 6 for lithium ion secondary batteries.

<実施例7>
体積平均粒子径が20μmで平均破壊強度が5MPaの球状化天然黒鉛粒子と、体積平均粒子径が5μmで平均破壊強度が105MPaの鱗片状非晶質炭素粒子とを用いて、黒鉛粒子及び非晶質炭素粒子の総含有量に対する体積平均粒子径が5μmで平均破壊強度が105MPaの鱗片状非晶質炭素粒子の含有比率が20質量%となるように混合した。
これをゴム製の容器に充填、密閉したのち、該ゴム製容器を静水圧プレス機で、加圧媒体の圧力9.8×10Pa(1000kgf/cm)で、等方性加圧処理を行った。次いでカッターミルを用いて解砕処理を行った後に250meshの篩に通して、リチウムイオン二次電池用負極材7を得た。
<Example 7>
Using spherical natural graphite particles having a volume average particle diameter of 20 μm and an average fracture strength of 5 MPa, and flaky amorphous carbon particles having a volume average particle diameter of 5 μm and an average fracture strength of 105 MPa, graphite particles and amorphous The volume average particle diameter with respect to the total content of the carbonaceous particles was 5 μm, and the mixture was mixed so that the content ratio of the scaly amorphous carbon particles having an average breaking strength of 105 MPa was 20% by mass.
This is filled into a rubber container and sealed, and then the rubber container is isotropically pressed with a hydrostatic pressure press at a pressure of 9.8 × 10 7 Pa (1000 kgf / cm 2 ). Went. Subsequently, after crushing using a cutter mill, it was passed through a 250 mesh sieve to obtain a negative electrode material 7 for a lithium ion secondary battery.

得られたリチウムイオン二次電池用負極材5の破壊強度比率(PD10/PD90)は32.5であった。またタップ密度は0.9g/cmであった。
また、リチウムイオン二次電池用負極材7を用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用負極7を作製した。
The fracture strength ratio (P D10 / P D90 ) of the obtained negative electrode material 5 for lithium ion secondary batteries was 32.5. The tap density was 0.9 g / cm 3 .
Moreover, the negative electrode 7 for lithium ion secondary batteries was produced like Example 1 except having used the negative electrode material 7 for lithium ion secondary batteries.

<比較例1>
リチウムイオン二次電池用負極材C1として、体積平均粒子径が20μmで、平均破壊強度が28MPaの球状化天然黒鉛粒子を用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用負極C1を作製した。
また負極材C1の破壊強度比率(PD10/PD90)は1.4であった。またタップ密度は1.1g/cmであった。
<Comparative Example 1>
For a lithium ion secondary battery, the same procedure as in Example 1 was used, except that spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 20 μm and an average breaking strength of 28 MPa were used as the negative electrode material C1 for a lithium ion secondary battery. A negative electrode C1 was produced.
Moreover, the fracture strength ratio (P D10 / P D90 ) of the negative electrode material C1 was 1.4. The tap density was 1.1 g / cm 3 .

<比較例2>
体積平均粒子径が23μmで平均破壊強度が28MPaの球状化天然黒鉛粒子と、体積平均粒子径が20μmで平均破壊強度が33MPaの球状化天然黒鉛粒子とを用いて、黒鉛粒子の総含有量に対する体積平均粒子径が20μmで平均破壊強度が33MPaの球状化天然黒鉛粒子の含有比率が10質量%となるように混合して、リチウムイオン二次電池用負極材C2を得た。
<Comparative example 2>
Using spherical natural graphite particles having a volume average particle diameter of 23 μm and an average breaking strength of 28 MPa, and spherical natural graphite particles having a volume average particle diameter of 20 μm and an average breaking strength of 33 MPa, the total content of graphite particles Mixing was performed so that the content ratio of the spheroidized natural graphite particles having a volume average particle diameter of 20 μm and an average breaking strength of 33 MPa was 10% by mass to obtain a negative electrode material C2 for a lithium ion secondary battery.

得られたリチウムイオン二次電池用負極材C2の破壊強度比率(PD10/PD90)は1.4であった。またタップ密度は1.1g/cmであった。
また、リチウムイオン二次電池用負極材C2を用いたこと以外は実施例1と同様にして、リチウムイオン二次電池用負極C2を作製した。
The fracture strength ratio (P D10 / P D90 ) of the obtained negative electrode material C2 for lithium ion secondary batteries was 1.4. The tap density was 1.1 g / cm 3 .
Moreover, the negative electrode C2 for lithium ion secondary batteries was produced like Example 1 except having used the negative electrode material C2 for lithium ion secondary batteries.

<電解液浸透性>
上記で得られたリチウムイオン二次電池用負極材について、以下のようにして電解液浸透性の評価を行なった。結果を表1に示す。
上記で得られたリチウムイオン二次電池用負極材をそれぞれ、14mmφの円形に打ち抜き、ハンドプレスで加圧成型し、電極密度を1.6g/cmに調整し、これを評価用試料として使用した。
電解液として、エチルカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比3対7の混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度になるように溶解させ、これに0.5質量%のビニルカーボネートを添加したものを使用した。
マイクロシリンジに電解液を1μLとり、得られた評価用試料上に滴下し、目視で観察して、液滴が消失するまでの時間として浸透時間(秒)を測定した。
<Electrolytic solution permeability>
About the negative electrode material for lithium ion secondary batteries obtained above, electrolyte solution permeability was evaluated as follows. The results are shown in Table 1.
Each of the negative electrode materials for lithium ion secondary batteries obtained above is punched into a circle of 14 mmφ, pressed with a hand press, adjusted to an electrode density of 1.6 g / cm 3, and used as an evaluation sample. did.
As an electrolytic solution, LiPF 6 was dissolved to a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent of 3 to 7 in a volume ratio of ethyl carbonate and methyl ethyl carbonate, and 0.5% by mass of vinyl carbonate was added thereto. It was used.
1 μL of the electrolytic solution was taken in a microsyringe, dropped on the obtained sample for evaluation, and visually observed, and the permeation time (seconds) was measured as the time until the droplet disappeared.

表1から、本発明のリチウムイオン二次電池用負極材を用いて作製したリチウムイオン二次電池用負極は、電解液の浸透性に優れることが分かる。   Table 1 shows that the negative electrode for lithium ion secondary batteries produced using the negative electrode material for lithium ion secondary batteries of the present invention is excellent in electrolyte permeability.

<電気化学特性>
電気化学的測定は、以下のようにして評価用のリチウムイオン二次電池(コインセル)を作製して放電容量維持率を測定することで行った。
(リチウムイオン二次電池用正極の作製)
正極材スラリーの全固形分を100質量%とした場合に、正極活物質としてLiCoOを94質量%、導電助剤としてアセチレンブラックを3質量%となるように混合し、さらに有機結着剤としてPVDF(ポリフッ化ビニリデン、クレハ化学製、#1120)12質量%溶液を固形分で3質量%となるように加えて30分間混練を行った。ついで固形分濃度が50質量%〜60質量%となるようにN−メチル−2ピロリドン(和光化学製)を加えて、20分間混合してペースト状の正極材スラリーを作製した。
<Electrochemical characteristics>
The electrochemical measurement was performed by producing a lithium ion secondary battery (coin cell) for evaluation and measuring the discharge capacity retention rate as follows.
(Preparation of positive electrode for lithium ion secondary battery)
When the total solid content of the positive electrode material slurry is 100% by mass, 94% by mass of LiCoO 2 is mixed as the positive electrode active material, and 3% by mass of acetylene black is mixed as the conductive assistant, and further, as an organic binder. A 12% by mass solution of PVDF (polyvinylidene fluoride, manufactured by Kureha Chemical Co., # 1120) was added to a solid content of 3% by mass and kneaded for 30 minutes. Next, N-methyl-2pyrrolidone (manufactured by Wako Chemical Co., Ltd.) was added so that the solid content concentration was 50% by mass to 60% by mass and mixed for 20 minutes to prepare a paste-like positive electrode material slurry.

得られた正極材スラリーを厚さ21μmのアルミ箔に26mg/cmとなるように塗
布し、80℃で15分乾燥した。さらに大気中105℃で1時間熱処理後、14mmφの円形に打ち抜いた。ハンドプレスで加圧成型して、電極密度を3.2g/cmに調整し、リチウムイオン二次電池用正極を作製した。
The obtained positive electrode material slurry was applied to an aluminum foil having a thickness of 21 μm so as to be 26 mg / cm 2 and dried at 80 ° C. for 15 minutes. Further, after heat treatment at 105 ° C. for 1 hour in the air, it was punched into a circle of 14 mmφ. The electrode density was adjusted to 3.2 g / cm 3 by pressure molding with a hand press, and a positive electrode for a lithium ion secondary battery was produced.

上記で得られたリチウムイオン二次電池用負極をそれぞれ、16mmφの円形に打ち抜き、ハンドプレスで加圧成型し、電極密度を1.5g/cmに調整したものを用いて、上記で得られた正極、セパレータ、電解液とともにアルゴン循環型グローブボックス内でCR2016型コインセルを組みたてた。なお、電解液にはエチルカーボネートとメチルエチルカーボネートを体積比3対7の混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度になるように溶解させ、これに0.5質量%のビニルカーボネートを添加したものを使用した。セパレータにはポリエチレン微孔膜を使用した。 Each of the negative electrodes for lithium ion secondary batteries obtained above was punched into a 16 mmφ circle, press molded with a hand press, and the electrode density was adjusted to 1.5 g / cm 3 , and obtained above. A CR2016 type coin cell was assembled in an argon circulation type glove box together with the positive electrode, separator and electrolyte. In the electrolyte solution, ethyl carbonate and methyl ethyl carbonate were dissolved in a mixed solvent with a volume ratio of 3 to 7 to a concentration of 1 mol / L of LiPF 6 and 0.5% by mass of vinyl carbonate was added thereto. We used what we did. A polyethylene microporous membrane was used as the separator.

得られたコインセルの充電条件は、電流密度0.1C(0.42mA)の定電流で電池電圧4.15Vまで充電した後、電池電圧4.15Vで電流密度が0.01C(0.042mA)になるまで定電圧充電した。放電条件は,電流密度0.1Cの定電流で2.7V(0.42mA)まで放電した。この試験を4サイクル行った。5サイクル目以降は、電流密度1.0C(4.2mA)の定電流で電池電圧4.15Vまで充電した後、電池電圧4.15Vで電流密度が0.01C(0.042mA)になるまで定電圧充電した。放電条件は、電流密度1.0Cの定電流で2.7V(4.2mA)まで放電する試験を300サイクルまで繰り返した。   The charging condition of the obtained coin cell was that the battery was charged to a battery voltage of 4.15 V at a constant current of 0.1 C (0.42 mA), and then the current density was 0.01 C (0.042 mA) at a battery voltage of 4.15 V. The battery was charged at a constant voltage until The discharge condition was a discharge at a constant current of 0.1 C to 2.7 V (0.42 mA). This test was performed for 4 cycles. From the fifth cycle onward, after charging to a battery voltage of 4.15 V at a constant current of 1.0 C (4.2 mA), until the current density reaches 0.01 C (0.042 mA) at a battery voltage of 4.15 V Charged at a constant voltage. As the discharge condition, a test for discharging to 2.7 V (4.2 mA) at a constant current of 1.0 C was repeated up to 300 cycles.

各サイクルの放電容量維持率は、5サイクル目の放電容量に対する各サイクルの放電容量の割合とした。100サイクル目及び300サイクル目の放電容量維持率を表2に示す。   The discharge capacity maintenance rate of each cycle was the ratio of the discharge capacity of each cycle to the discharge capacity of the fifth cycle. Table 2 shows the discharge capacity retention rates at the 100th cycle and the 300th cycle.

表2から、本発明のリチウムイオン二次電池用負極材を用いて作製したリチウムイオン二次電池用負極を用いて作製したリチウムイオン二次電池は、サイクル特性に優れることが分かる。   Table 2 shows that the lithium ion secondary battery produced using the negative electrode for lithium ion secondary batteries produced using the negative electrode material for lithium ion secondary batteries of the present invention is excellent in cycle characteristics.

<断面観察>
実施例7及び比較例1で得られたリチウムイオン二次電池用負極材をそれぞれ、14mmφの円形に打ち抜いた。ハンドプレスで加圧成型して、電極密度を1.7g/cmに調整し、これを断面観察用試料として使用した。
断面観察用試料のそれぞれについて、イオンミリング装置((株)日立ハイテク製:E−3500)を用いて断面を作製した。走査型電子顕微鏡(キーエンス社製:VE−7800)を用いて、断面における粒子の状態を観察した。比較例1の電極断面のSEM画像を図1及び図2に、実施例7の電極断面のSEM画像を図3及び図4にそれぞれ示す。
<Section observation>
The negative electrode materials for lithium ion secondary batteries obtained in Example 7 and Comparative Example 1 were each punched into a circle of 14 mmφ. The electrode density was adjusted to 1.7 g / cm 3 by pressure molding with a hand press, and this was used as a sample for cross-sectional observation.
About each of the samples for cross-section observation, the cross section was produced using the ion milling apparatus (Hitachi High-Tech Co., Ltd. product: E-3500). Using a scanning electron microscope (manufactured by Keyence Corporation: VE-7800), the state of particles in the cross section was observed. The SEM image of the electrode cross section of Comparative Example 1 is shown in FIGS. 1 and 2, and the SEM image of the electrode cross section of Example 7 is shown in FIGS.

図1〜図4より、比較例1の負極の電極断面では粒子間空隙の分布が不均一であるのに対して、実施例7の負極の電極断面では粒子間空隙の分布が均一であることが分かる。また、実施例7の負極の電極断面には、粒子間に微細な空隙が連続的に存在することがわかる。   1-4, the distribution of interparticle voids is nonuniform in the electrode cross section of the negative electrode of Comparative Example 1, whereas the distribution of interparticle voids is uniform in the electrode cross section of the negative electrode of Example 7. I understand. Moreover, it turns out that the fine space | gap exists continuously between particles in the electrode cross section of the negative electrode of Example 7. FIG.

Claims (8)

平均破壊強度が異なる少なくとも2種の炭素粒子群からなる炭素粒子混合物を含み、
前記炭素粒子混合物を構成する混合前の全ての前記炭素粒子群のうち、平均破壊強度が最も小さい第一の炭素粒子群及び平均破壊強度が最も大きい第二の炭素粒子群について、前記第一の炭素粒子群の平均破壊強度に対する前記第二の炭素粒子群の平均破壊強度の比率が1.5以上50以下であるリチウムイオン二次電池用負極材。
A carbon particle mixture comprising at least two carbon particle groups having different average fracture strengths,
Of all the carbon particle groups before mixing constituting the carbon particle mixture, the first carbon particle group having the smallest average breaking strength and the second carbon particle group having the largest average breaking strength, A negative electrode material for a lithium ion secondary battery, wherein a ratio of an average breaking strength of the second carbon particle group to an average breaking strength of the carbon particle group is 1.5 or more and 50 or less.
前記第一の炭素粒子群の含有量に対する前記第二の炭素粒子群の含有量の比率が1質量%以上50質量%以下である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。   2. The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a ratio of the content of the second carbon particle group to the content of the first carbon particle group is 1% by mass or more and 50% by mass or less. 前記炭素粒子混合物は、4.9×10Pa以上4.9×10Pa以下の圧力による等方加圧処理物である請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 3. The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the carbon particle mixture is an isotropically pressure-treated product with a pressure of 4.9 × 10 6 Pa to 4.9 × 10 8 Pa. 4. Wood. 前記第一の炭素粒子群の体積平均粒子径(D50)が1μm以上40μm以下、第二の炭素粒子群の体積平均粒子径(D50)が1μm以上40μm以下であり、前記第一の炭素粒子群の体積平均粒子径(D50)に対する前記第二の炭素粒子群の体積平均粒子径(D50)の比率が1以上50以下である請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。   The volume average particle diameter (D50) of the first carbon particle group is 1 μm or more and 40 μm or less, the volume average particle diameter (D50) of the second carbon particle group is 1 μm or more and 40 μm or less, and the first carbon particle group The ratio of the volume average particle diameter (D50) of said 2nd carbon particle group with respect to the volume average particle diameter (D50) of 1 or more and 50 or less, The lithium ion of any one of Claims 1-3. Secondary battery negative electrode material. 平均破壊強度が異なる少なくとも2種の炭素粒子群を混合して炭素粒子混合物を得る工程を含み、
混合前の全ての前記炭素粒子群のうち、平均破壊強度が最小の第一の炭素粒子群及び平均破壊強度が最大の第二の炭素粒子群について、前記第一の炭素粒子群の平均破壊強度に対する第二の炭素粒子群の平均破壊強度の比率が1.5以上50以下であるリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。
Mixing at least two carbon particle groups having different average fracture strengths to obtain a carbon particle mixture,
Of all the carbon particle groups before mixing, the first carbon particle group having the smallest average breaking strength and the second carbon particle group having the largest average breaking strength, the average breaking strength of the first carbon particle group A method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, wherein the ratio of the average breaking strength of the second carbon particle group to 1.5 to 50 is 1.5.
前記炭素粒子混合物を4.9×10Pa以上4.9×10Pa以下の圧力で等方加圧処理する工程をさらに含む請求項5に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。 The method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 5, further comprising a step of subjecting the carbon particle mixture to isotropic pressure treatment at a pressure of 4.9 x 10 6 Pa to 4.9 x 10 8 Pa. Method. 集電体と、前記集電体上に設けられ、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材を含む負極材層と、を含むリチウムイオン二次電池用負極。   A lithium ion secondary comprising: a current collector; and a negative electrode material layer provided on the current collector and comprising the negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4. Battery negative electrode. 請求項7に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、正極と、電解質とを含むリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery containing the negative electrode for lithium ion secondary batteries of Claim 7, a positive electrode, and electrolyte.
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