JP2014132551A - Negative electrode material, negative electrode active material, negative electrode, and alkaline metal ion battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode material for an alkaline metal ion battery which has good storage characteristics and excellent capacity for charge and discharge while having average layer surface space of (002) plane being larger than that of a graphite material.SOLUTION: The negative electrode material is a carbonaceous negative electrode material that is used for an alkaline metal ion battery, and its average layer surface space dof (002) plane determined by X-ray diffraction by using CuKα ray as a radiation source is equal to or more than 0.340 nm. In the negative electrode material, a ratio (ρ/ρ) of a density (ρ) measured by using helium gas as the replacing medium to a density (ρ) measured by using butanol as the replacing medium is more than 1.05 and less than 1.25, and the density (ρ) measured by using helium gas as the replacing medium is equal to or more than 1.84 g/cmand equal to or less than 2.10 g/cm.

Description

本発明は、負極材料、負極活物質、負極およびアルカリ金属イオン電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode material, a negative electrode active material, a negative electrode, and an alkali metal ion battery.

アルカリ金属イオン電池用の負極材料としては、一般的に、黒鉛質材料が用いられている。しかし、黒鉛質材料はリチウムなどのアルカリ金属イオンのドープ・脱ドープにより結晶子の層間が伸縮するため、結晶子に歪みが生じやすい。そのため、黒鉛質材料は充放電の繰り返しによる結晶構造の破壊が起こりやすく、黒鉛質材料を負極材料に用いたアルカリ金属イオン電池は充放電サイクル特性に劣るとされている。   As a negative electrode material for an alkali metal ion battery, a graphite material is generally used. However, since the graphite material expands and contracts between the crystallite layers by doping and dedoping of alkali metal ions such as lithium, the crystallite is likely to be distorted. For this reason, the graphite material is likely to break the crystal structure due to repeated charge / discharge, and the alkali metal ion battery using the graphite material as the negative electrode material is inferior in charge / discharge cycle characteristics.

特許文献1(特開平8−115723号公報)には、X線回折法により求めた(002)面の平均層面間隔が0.365nm以上、ブタノールを置換媒体として測定した密度(ρ)に対するヘリウムガスを置換媒体として測定した密度(ρ)の比(ρ/ρ)が1.15以上であることを特徴とする二次電池電極用炭素質材料が記載されている。
このような炭素質材料は結晶子の層間が黒鉛質材料に比べて大きく、充放電の繰り返しによる結晶構造の破壊が黒鉛質材料に比べて起こり難いため、充放電サイクル特性に優れるとされている(特許文献1、2参照)。
Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-115723) discloses that helium with respect to the density (ρ B ) measured by using butanol as a substitution medium having an average layer spacing of (002) plane of 0.365 nm or more determined by X-ray diffraction method. A carbonaceous material for a secondary battery electrode is described in which the ratio (ρ H / ρ B ) of density (ρ H ) measured using gas as a replacement medium is 1.15 or more.
Such a carbonaceous material is said to have excellent charge / discharge cycle characteristics because the crystallite layer is larger than the graphite material and the crystal structure is not easily destroyed by repeated charge / discharge compared to the graphite material. (See Patent Documents 1 and 2).

特開平8−115723号公報JP-A-8-115723 国際公開第2007/040007号パンフレットInternational Publication No. 2007/040007 Pamphlet

ところが、特許文献1に記載されているような、結晶子の層間が黒鉛質材料に比べて大きい炭素質材料は、黒鉛質材料に比べて大気中で劣化し易く、保存特性が劣っていた。そのため、製造直後から不活性ガス雰囲気などで保存する必要があり、黒鉛質材料に比べて取り扱い難いとされていた。   However, as described in Patent Document 1, a carbonaceous material having a larger crystallite layer than a graphite material is more easily deteriorated in the atmosphere than a graphite material and has poor storage characteristics. For this reason, it has been necessary to store in an inert gas atmosphere immediately after production, and it has been difficult to handle compared to a graphite material.

一般的に、d002が黒鉛質材料に比べて大きい負極材料は、黒鉛質材料よりも微細な細孔が発達しているため、その細孔内部に水分が吸着し易い。水分が吸着していると、負極材料にドープされたリチウムと水分との間で不可逆的な反応が生じ、その結果として、初期充電時の不可逆容量の増加や充放電サイクル特性の低下が起きてしまう。このような理由から、d002が大きい負極材料は黒鉛質材料よりも保存特性が劣ると考えられていた(例えば、特許文献2参照)。そのため、従来は、負極材料の細孔を閉孔させ、平衡水分吸着量を減らすことにより保存特性の改良を試みていた(例えば、特許文献2参照)。 In general, since a negative electrode material having a larger d 002 than a graphite material has fine pores developed more than the graphite material, moisture is easily adsorbed inside the pores. When moisture is adsorbed, an irreversible reaction occurs between lithium doped in the negative electrode material and moisture, resulting in an increase in irreversible capacity during initial charging and a decrease in charge / discharge cycle characteristics. End up. For these reasons, it has been considered that a negative electrode material having a large d 002 is inferior in storage characteristics to a graphite material (see, for example, Patent Document 2). Therefore, conventionally, attempts have been made to improve storage characteristics by closing the pores of the negative electrode material and reducing the equilibrium moisture adsorption amount (see, for example, Patent Document 2).

しかし、本発明者らが、劣化した負極材料を加熱乾燥して、微細な細孔内に吸着した水分を除去することにより負極材料の再生を行ってみたところ、負極材料を完全に再生させることはできなかった。また、特許文献2のように、負極材料の細孔を閉孔させると、充放電容量が低下してしまうという問題もあった。   However, when the present inventors regenerated the negative electrode material by heating and drying the deteriorated negative electrode material to remove the moisture adsorbed in the fine pores, the negative electrode material was completely regenerated. I couldn't. Further, as in Patent Document 2, when the pores of the negative electrode material are closed, there is a problem that the charge / discharge capacity decreases.

そこで、本発明では、黒鉛質材料に比べて大きい(002)面の平均層面間隔を有しつつ、保存特性および充放電容量に優れたアルカリ金属イオン電池用負極材料を提供する。   Therefore, the present invention provides a negative electrode material for an alkali metal ion battery having excellent storage characteristics and charge / discharge capacity while having an average layer spacing of (002) planes larger than that of a graphite material.

本発明者らは、黒鉛質材料に比べて大きい(002)面の平均層面間隔を有し、かつ、保存特性および充放電容量に優れたアルカリ金属イオン電池用負極材料を実現するために鋭意検討した。その結果、ブタノールを置換媒体として測定した密度(ρ)に対するヘリウムガスを置換媒体として測定した密度(ρ)の比(ρ/ρ)およびρが特定の範囲にある負極材料が保存特性および充放電容量に優れることを見出し、本発明に到達した。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to realize a negative electrode material for an alkali metal ion battery having an average layer spacing of (002) planes larger than that of a graphite material, and having excellent storage characteristics and charge / discharge capacity. did. As a result, the ratio (ρ H / ρ B ) of the density (ρ H ) measured using helium gas as the substitution medium to the density (ρ B ) measured using butanol as the substitution medium, and ρ H in a specific range The inventors have found that the storage characteristics and charge / discharge capacity are excellent, and have reached the present invention.

本発明によれば、
線源としてCuKα線を用いたX線回折法により求められる(002)面の平均層面間隔d002が0.340nm以上である、アルカリ金属イオン電池に用いられる炭素質の負極材料であって、
ブタノールを置換媒体として測定した密度(ρ)に対するヘリウムガスを置換媒体として測定した密度(ρ)の比(ρ/ρ)が1.05を超えて1.25未満であり、
ヘリウムガスを置換媒体として測定した密度(ρ)が1.84g/cm以上2.10g/cm以下である、負極材料が提供される。
According to the present invention,
A carbonaceous negative electrode material used for an alkali metal ion battery having an average layer spacing d 002 of (002) planes of 0.340 nm or more determined by an X-ray diffraction method using CuKα rays as a radiation source,
The ratio (ρ H / ρ B ) of the density (ρ H ) measured with helium gas as the displacement medium to the density (ρ B ) measured with butanol as the displacement medium is greater than 1.05 and less than 1.25;
Density measured helium gas as a replacement medium ([rho H) is less than 1.84 g / cm 3 or more 2.10 g / cm 3, the negative electrode material is provided.

さらに、本発明によれば、
上記負極材料を含む、負極活物質が提供される。
Furthermore, according to the present invention,
A negative electrode active material comprising the negative electrode material is provided.

さらに、本発明によれば、
上記負極活物質を含む負極活物質層と、
負極集電体と、
がこの順番で積層された、アルカリ金属イオン電池用負極が提供される。
Furthermore, according to the present invention,
A negative electrode active material layer containing the negative electrode active material;
A negative electrode current collector;
Are provided in this order, and a negative electrode for an alkali metal ion battery is provided.

さらに、本発明によれば、
上記アルカリ金属イオン電池用負極と、電解質と、正極とを少なくとも備えた、アルカリ金属イオン電池が提供される。
Furthermore, according to the present invention,
There is provided an alkali metal ion battery comprising at least the negative electrode for an alkali metal ion battery, an electrolyte, and a positive electrode.

本発明によれば、黒鉛質材料に比べて大きい(002)面の平均層面間隔を有しつつ、保存特性および充放電容量に優れたアルカリ金属イオン電池用負極材料を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode material for alkaline metal ion batteries excellent in a storage characteristic and charging / discharging capacity can be provided, having a (002) plane average layer space | interval larger compared with a graphite material.

本発明に係る実施形態の負極材料の断面構造の例を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the example of the cross-section of the negative electrode material of embodiment which concerns on this invention. 本発明に係る実施形態のリチウムイオン電池の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the lithium ion battery of embodiment which concerns on this invention. 実施例1で得られた負極材料の断面の光学顕微鏡写真を示す図である。2 is a diagram showing an optical micrograph of a cross section of the negative electrode material obtained in Example 1. FIG. 実施例5で得られた負極材料の断面の光学顕微鏡写真を示す図である。6 is a view showing an optical micrograph of a cross section of the negative electrode material obtained in Example 5. FIG. 比較例1で得られた負極材料の断面の光学顕微鏡写真を示す図である。6 is a view showing an optical micrograph of a cross section of a negative electrode material obtained in Comparative Example 1. FIG.

以下に、本件各発明の実施形態について、図面を用いて説明する。なお、図は概略図であり、実際の寸法比率とは必ずしも一致していない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the figure is a schematic diagram and does not necessarily match the actual dimensional ratio.

<負極材料>
本実施形態に係る負極材料は、リチウムイオン電池やナトリウムイオン電池などのアルカリ金属イオン電池に用いられる炭素質の負極材料であって、線源としてCuKα線を用いたX線回折法により求められる(002)面の平均層面間隔d002(以下、「d002」とも呼ぶ。)が0.340nm以上であり、好ましくは0.350nm以上であり、より好ましくは0.365nm以上である。d002が上記下限値以上であると、リチウムなどのアルカリ金属イオンのドープ・脱ドープの繰り返しによる結晶構造の破壊が抑制されるため、負極材料の充放電サイクル特性を向上させることができる。
平均層面間隔d002の上限は特に限定されないが、通常は0.400nm以下であり、好ましくは0.395nm以下であり、より好ましくは0.390nm以下である。d002が上記上限値以下であると、負極材料の不可逆的容量を抑制することができる。
このような、平均層面間隔d002を有する炭素質の材料は、一般的に、難黒鉛化性の炭素と呼ばれている。
<Negative electrode material>
The negative electrode material according to the present embodiment is a carbonaceous negative electrode material used for alkali metal ion batteries such as lithium ion batteries and sodium ion batteries, and is obtained by an X-ray diffraction method using CuKα rays as a radiation source ( The average layer spacing d 002 (hereinafter also referred to as “d 002 ”) of the (002) plane is 0.340 nm or more, preferably 0.350 nm or more, more preferably 0.365 nm or more. When d 002 is equal to or higher than the above lower limit, destruction of the crystal structure due to repeated doping and dedoping of alkali metal ions such as lithium is suppressed, and thus the charge / discharge cycle characteristics of the negative electrode material can be improved.
The upper limit of the average layer surface distance d 002 is not particularly limited, but is usually 0.400 nm or less, preferably 0.395 nm or less, and more preferably 0.390 nm or less. When d 002 is less than or equal to the above upper limit, the irreversible capacity of the negative electrode material can be suppressed.
Such a carbonaceous material having an average layer spacing d 002 is generally called non-graphitizable carbon.

また、本実施形態に係る負極材料は、ブタノールを置換媒体として測定した密度(ρ)に対するヘリウムガスを置換媒体として測定した密度(ρ)の比(ρ/ρ)が1.05超であり、好ましくは1.06以上であり、より好ましくは1.07以上である。
また、ρ/ρが1.25未満であり、好ましくは1.20未満であり、さらに好ましくは1.15未満である。
Further, the negative electrode material according to the present embodiment has a ratio (ρ H / ρ B ) of the density (ρ H ) measured using helium gas as the replacement medium to the density (ρ B ) measured using butanol as the replacement medium, and 1.05. It is super, preferably 1.06 or more, more preferably 1.07 or more.
Moreover, (rho) H / (rho) B is less than 1.25, Preferably it is less than 1.20, More preferably, it is less than 1.15.

上記ρ/ρが上記下限値以上であると、当該負極材料を用いて得られるアルカリ金属イオン電池の充放電容量を向上させることができる。また、上記ρ/ρが上記上限値以下であると、当該負極材料の保存特性を向上させることができる。
このように、上記ρ/ρが上記範囲内である、本実施形態に係る負極材料は、保存特性および充放電容量のバランスに優れている。
When the ρ H / ρ B is equal to or greater than the lower limit, the charge / discharge capacity of an alkali metal ion battery obtained using the negative electrode material can be improved. Moreover, the storage characteristic of the said negative electrode material can be improved as the said (rho) H / (rho) B is below the said upper limit.
Thus, the negative electrode material according to this embodiment in which the above ρ H / ρ B is within the above range is excellent in the balance between storage characteristics and charge / discharge capacity.

ρ/ρの値は、負極材料の細孔構造の一つの指標であり、この値が大きいほどブタノールは進入できないがヘリウムは進入できる大きさの細孔が多いことを意味する。つまり、ρ/ρが大きいことは微細な細孔が多数存在することを意味する。また、ヘリウムも進入できないような細孔が多く存在すると、ρ/ρは小さくなる。 The value of ρ H / ρ B is one index of the pore structure of the negative electrode material, and the larger the value, the larger the number of pores that can penetrate butanol but not helium. That is, a large ρ H / ρ B means that a large number of fine pores exist. Further, if there are many pores into which helium cannot enter, ρ H / ρ B becomes small.

また、本実施形態に係る負極材料は、細孔サイズの制御の観点から、ρが1.84g/cm以上2.10g/cm以下であり、好ましくは1.85g/cm以上2.05g/cm以下であり、より好ましくは1.85g/cm以上2.00g/cm以下である。 The negative electrode material according to the present embodiment, from the viewpoint of control of the pore size, [rho H is at 1.84 g / cm 3 or more 2.10 g / cm 3 or less, preferably 1.85 g / cm 3 or more 2 .05g / cm 3 or less, and more preferably not more than 1.85 g / cm 3 or more 2.00 g / cm 3.

また、本実施形態に係る負極材料は、細孔サイズの制御の観点から、ρが好ましくは1.50g/cm以上1.80g/cm以下であり、より好ましくは1.55g/cm以上1.78g/cm以下であり、さらに好ましくは1.60g/cm以上1.75g/cm以下である。 The negative electrode material according to the present embodiment, from the viewpoint of control of the pore size, [rho B is preferably not 1.50 g / cm 3 or more 1.80 g / cm 3 or less, more preferably 1.55 g / cm 3 or more 1.78 g / cm 3, more preferably not more than 1.60 g / cm 3 or more 1.75 g / cm 3.

上記のような本実施形態に係る負極材料が、d002が0.340nm以上であるにもかかわらず、保存特性および充放電容量に優れる理由は必ずしも明らかではないが、ρ/ρが上記範囲内であることにより、リチウムの吸蔵に適した微細構造が形成されるとともに、負極材料の表面が化学吸着水の吸着が起き難い構造になっているからだと考えられる。すなわち、ρ/ρが上記範囲内であることにより、高容量化に寄与する領域と、保存特性の向上に寄与する領域が適切な形で形成されているからだと考えられる。 The reason why the negative electrode material according to the present embodiment as described above is excellent in storage characteristics and charge / discharge capacity despite the fact that d 002 is 0.340 nm or more is not necessarily clear, but ρ H / ρ B is This is considered to be because the fine structure suitable for occlusion of lithium is formed by being within the range, and the surface of the negative electrode material has a structure in which adsorption of chemically adsorbed water hardly occurs. In other words, it is considered that the region contributing to the increase in capacity and the region contributing to the improvement of the storage characteristics are formed in an appropriate shape when ρ H / ρ B is within the above range.

特許文献1(特開平8−115723号公報)の実施例には、(ρ/ρ)が1.25以上であり、かつ、d002が黒鉛質材料に比べて大きい負極材料が記載されている。このような負極材料は充放電容量に優れるとされている。
しかし、本発明者らの検討によれば、このような負極材料は、黒鉛質材料に比べて大気中で劣化し易く、保存特性が劣っていることが明らかになった。そのため、製造直後から不活性ガス雰囲気などで保存する必要があり、黒鉛質材料に比べて取り扱い難かった。
一般的に、d002が黒鉛質材料に比べて大きい負極材料は、黒鉛質材料よりも微細な細孔が発達しているため、その細孔内部に水分が吸着し易い。水分が吸着していると、負極材料にドープされたリチウムと水分との間で不可逆的な反応が生じ、その結果として、初期充電時の不可逆容量の増加や充放電サイクル特性の低下が起きてしまう。このような理由から、d002が大きい負極材料は黒鉛質材料よりも保存特性が劣ると考えられていた(例えば、特許文献2参照)。そのため、従来は、負極材料の細孔を閉孔させ、平衡水分吸着量を減らすことにより保存特性の改良を試みていた(例えば、特許文献2参照)。
しかし、本発明者らが、劣化した負極材料を加熱乾燥して、微細な細孔内に吸着した水分を除去することにより負極材料の再生を試みたところ、負極材料を完全に再生させることはできなかった。また、特許文献2のように、負極材料の細孔を閉孔させると、充放電容量が低下してしまうという問題もあった。
In an example of Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 8-115723), a negative electrode material having (ρ H / ρ B ) of 1.25 or more and a large d 002 compared to a graphite material is described. ing. Such a negative electrode material is said to be excellent in charge / discharge capacity.
However, according to the study by the present inventors, it has been clarified that such a negative electrode material is easily deteriorated in the atmosphere and has poor storage characteristics as compared with a graphite material. Therefore, it is necessary to store in an inert gas atmosphere immediately after production, and it is difficult to handle as compared with a graphite material.
In general, since a negative electrode material having a larger d 002 than a graphite material has fine pores developed more than the graphite material, moisture is easily adsorbed inside the pores. When moisture is adsorbed, an irreversible reaction occurs between lithium doped in the negative electrode material and moisture, resulting in an increase in irreversible capacity during initial charging and a decrease in charge / discharge cycle characteristics. End up. For these reasons, it has been considered that a negative electrode material having a large d 002 is inferior in storage characteristics to a graphite material (see, for example, Patent Document 2). Therefore, conventionally, attempts have been made to improve storage characteristics by closing the pores of the negative electrode material and reducing the equilibrium moisture adsorption amount (see, for example, Patent Document 2).
However, when the present inventors tried to regenerate the negative electrode material by drying the deteriorated negative electrode material by heating and removing the moisture adsorbed in the fine pores, the negative electrode material was completely regenerated. could not. Further, as in Patent Document 2, when the pores of the negative electrode material are closed, there is a problem that the charge / discharge capacity decreases.

そこで、本発明者らは、さらに鋭意検討した。その結果、負極材料の(ρ/ρ)およびρを特定の範囲に設定することにより、保存特性により優れると共に充放電容量にも優れる負極材料が得られることを明らかにし、本発明を完成させた。 Therefore, the present inventors have further studied diligently. As a result, it has been clarified that by setting (ρ H / ρ B ) and ρ H of the negative electrode material within a specific range, a negative electrode material having excellent storage characteristics and charge / discharge capacity can be obtained. Completed.

本実施形態に係る負極材料は、リチウムイオン電池、ナトリウムイオン電池などのアルカリ金属イオン電池の負極材料として用いられる。とくに、本実施形態に係る負極材料は、リチウムイオン二次電池等のリチウムイオン電池の負極材料として好適に用いられる。   The negative electrode material according to the present embodiment is used as a negative electrode material for alkali metal ion batteries such as lithium ion batteries and sodium ion batteries. In particular, the negative electrode material according to this embodiment is suitably used as a negative electrode material for lithium ion batteries such as lithium ion secondary batteries.

また、本実施形態に係る負極材料は、上記負極材料をエポキシ樹脂で包埋し上記エポキシ樹脂を硬化させた後、得られた硬化物を切断して研磨することにより上記負極材料の断面を露出させ、次いで、光学顕微鏡を用いて上記断面を1000倍の倍率で明視野観察したとき、上記断面に、反射率が異なる第一領域および第二領域が観察されるのが好ましい。
このように、反射率が異なる第一領域および第二領域が観察される、本実施形態に係る負極材料は、保存特性および充放電容量により一層優れている。
Further, the negative electrode material according to the present embodiment exposes the cross section of the negative electrode material by embedding the negative electrode material with an epoxy resin and curing the epoxy resin, and then cutting and polishing the obtained cured product. Then, when the cross section is observed in a bright field with a magnification of 1000 times using an optical microscope, it is preferable that a first region and a second region having different reflectivities are observed in the cross section.
Thus, the negative electrode material according to the present embodiment in which the first region and the second region having different reflectivities are observed is more excellent in storage characteristics and charge / discharge capacity.

以下、図1を用いて反射率が異なる第一領域および第二領域についてより詳細に説明する。
図1は、本発明に係る実施形態の負極材料100の断面構造の例を説明するための模式図である。
Hereinafter, the first region and the second region having different reflectivities will be described in more detail with reference to FIG.
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining an example of a cross-sectional structure of a negative electrode material 100 according to an embodiment of the present invention.

本実施形態に係る負極材料100は、図1(a)〜(c)に示すように、例えば、第一領域101と第二領域103それぞれにおいて反射率がほぼ一定で、第一領域101と第二領域103との界面において反射率が不連続に変化しているものが好ましい。   As shown in FIGS. 1A to 1C, for example, the negative electrode material 100 according to the present embodiment has a substantially constant reflectance in each of the first region 101 and the second region 103. It is preferable that the reflectance changes discontinuously at the interface with the two regions 103.

また、本実施形態に係る負極材料100は、図1(a)〜(c)に示すように、例えば、負極材料100の上記断面の外延に沿って第一領域101が存在し、第一領域101の内側に第二領域103が存在しているものが好ましい。   Moreover, as shown to FIG.1 (a)-(c), the negative electrode material 100 which concerns on this embodiment has the 1st area | region 101, for example along the extension of the said cross section of the negative electrode material 100, and a 1st area | region. It is preferable that the second region 103 exists inside the 101.

さらに、本実施形態に係る負極材料100は、例えば、第二領域103の反射率(B)が第一領域101の反射率(A)よりも大きいものが好ましい。すなわち、光学顕微鏡で観察した際に、第二領域103の方が第一領域101よりも白っぽく(明るく)観察されるものが好ましい。   Furthermore, the negative electrode material 100 according to the present embodiment preferably has, for example, a reflectance (B) of the second region 103 larger than a reflectance (A) of the first region 101. That is, it is preferable that the second region 103 is observed whitish (brighter) than the first region 101 when observed with an optical microscope.

(カールフィッシャー電量滴定法による水分量)
本実施形態に係る負極材料は、温度40℃、相対湿度90%RHの条件下で当該負極材料を120時間保持した後、上記負極材料を温度130℃、窒素雰囲気の条件下で1時間保持して予備乾燥し、次いで、予備乾燥した後の負極材料を200℃、30分間保持することにより発生した水分をカールフィッシャー電量滴定法にて測定したとき、予備乾燥した後の負極材料から発生した水分量が、上記予備乾燥した後の負極材料100質量%に対し、好ましくは0.20質量%以下であり、より好ましくは0.15質量%以下であり、特に好ましくは0.10質量%以下である。
上記水分量が上記上限値以下であると、本実施形態に係る負極材料を大気中で長期間保存したとしても、負極材料の劣化をより一層抑制することができる。なお、上記水分量は、200℃で、30分間保持することにより脱離する化学吸着水の吸着量の指標を意味する。
上記水分量の下限は特に限定されないが、通常は0.01質量%以上である。
(Water content by Karl Fischer coulometric titration)
In the negative electrode material according to this embodiment, the negative electrode material is held for 120 hours under the conditions of a temperature of 40 ° C. and a relative humidity of 90% RH, and then the negative electrode material is held for 1 hour under the condition of a temperature of 130 ° C. and a nitrogen atmosphere. The moisture generated from the negative electrode material after the preliminary drying was measured by the Karl Fischer coulometric titration method. The amount is preferably 0.20% by mass or less, more preferably 0.15% by mass or less, particularly preferably 0.10% by mass or less, with respect to 100% by mass of the negative electrode material after the preliminary drying. is there.
Even when the negative electrode material according to the present embodiment is stored in the atmosphere for a long period of time when the water content is not more than the upper limit, deterioration of the negative electrode material can be further suppressed. The water content is an index of the amount of chemically adsorbed water that is desorbed by being held at 200 ° C. for 30 minutes.
Although the minimum of the said moisture content is not specifically limited, Usually, it is 0.01 mass% or more.

上記カールフィッシャー電量滴定法による水分量が上記上限値以下であると、負極材料の劣化をより一層抑制することができる理由は必ずしも明らかではないが、上記水分量が少ない負極材料ほど、水分の吸着が起き難い構造になっているからだと考えられる。   The reason why the deterioration of the negative electrode material can be further suppressed when the water content by the Karl Fischer coulometric titration method is less than or equal to the above upper limit value is not necessarily clear, but the negative electrode material having a lower water content is more likely to adsorb moisture. This is thought to be because the structure is difficult to occur.

本発明者らの検討によると、負極材料に吸着する水分には大きく分けて物理吸着水と化学吸着水とが存在し、化学吸着水の吸着量がより少ない負極材料ほど保存特性により優れると共に充放電容量にもより優れることが明らかになった。すなわち、化学吸着水の吸着量という尺度が、保存特性および充放電容量に優れた負極材料を実現するための設計指針として有効であることを見出した。
ここで、物理吸着水とは、負極材料の表面に主に水分子として物理的に存在している吸着水をいう。一方、化学吸着水とは、負極材料の表面の第一層に配位または化学的に結合して存在している吸着水をいう。
化学吸着水の吸着量が少ない負極材料は、その表面が水分を配位または化学的に結合し難い構造になっている、あるいは大気中に放置してもそのような構造に変化し難い構造になっていると考えられる。したがって、上記水分量が上記上限値以下であると、大気中で長期間保存したとしても、水分の吸着が起き難い、あるいは表面構造が変化し難いため、保存特性により一層優れていると考えられる。
According to the study by the present inventors, the water adsorbed on the negative electrode material is roughly divided into physical adsorbed water and chemically adsorbed water, and the negative electrode material having a smaller amount of adsorbed chemical adsorbed water has better storage characteristics and higher charge. It became clear that the discharge capacity was better. That is, it has been found that the measure of the amount of chemically adsorbed water is effective as a design guideline for realizing a negative electrode material having excellent storage characteristics and charge / discharge capacity.
Here, the physically adsorbed water refers to adsorbed water physically present mainly as water molecules on the surface of the negative electrode material. On the other hand, chemically adsorbed water refers to adsorbed water that is present in a coordinated or chemically bonded state with the first layer on the surface of the negative electrode material.
A negative electrode material with a small amount of chemically adsorbed water has a structure in which the surface is difficult to coordinate or chemically bind moisture, or to a structure that does not easily change to such a structure when left in the atmosphere. It is thought that it has become. Therefore, if the amount of water is not more than the above upper limit value, even if stored for a long time in the atmosphere, moisture adsorption hardly occurs or the surface structure does not easily change, so it is considered that the storage characteristics are more excellent. .

なお、本実施形態では、温度130℃、窒素雰囲気の条件下で1時間保持する上記予備乾燥において負極材料から脱離する水分を物理吸着水と呼び、予備乾燥した後の負極材料を200℃、30分間保持する上記操作において負極材料から脱離する水分を化学吸着水と呼ぶ。   In this embodiment, the moisture desorbed from the negative electrode material in the preliminary drying held at a temperature of 130 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere is called physical adsorption water, and the negative electrode material after the preliminary drying is 200 ° C. The water desorbed from the negative electrode material in the above operation for 30 minutes is referred to as chemisorbed water.

(結晶子のサイズ)
本実施形態に係る負極材料は、X線回折法により求めたc軸方向の結晶子の大きさ(以下「Lc(002) 」と略記することがある。)が、好ましくは5nm以下であり、より好ましくは3nm以下であり、さらに好ましくは2nm以下である。
(Crystallite size)
The negative electrode material according to the present embodiment preferably has a crystallite size in the c-axis direction obtained by X-ray diffraction (hereinafter sometimes abbreviated as “Lc (002) ”) of 5 nm or less. More preferably, it is 3 nm or less, More preferably, it is 2 nm or less.

(平均粒径)
本実施形態に係る負極材料は体積基準の累積分布における50%累積時の粒径(D50、平均粒径)が、1μm以上50μm以下であることが好ましく、2μm以上30μm以下であることがより好ましい。これにより、高密度の負極を作製することができる。
(Average particle size)
The negative electrode material according to this embodiment preferably has a 50% cumulative particle size (D 50 , average particle size) in a volume-based cumulative distribution of 1 μm to 50 μm, and more preferably 2 μm to 30 μm. preferable. Thereby, a high-density negative electrode can be produced.

(比表面積)
本実施形態の負極材料は、窒素吸着におけるBET3点法による比表面積が1m/g以上15m/g以下であることが好ましく、3m/g以上8m/g以下であることがより好ましい。
窒素吸着におけるBET3点法による比表面積が上記上限値以下であることにより、負極材料と電解液との不可逆的な反応をより一層抑制することができる。
また、窒素吸着におけるBET3点法による比表面積が上記下限値以上であることにより、電解液の負極材料への適切な浸透性を得ることができる。
(Specific surface area)
In the negative electrode material of the present embodiment, the specific surface area according to the BET three-point method in nitrogen adsorption is preferably 1 m 2 / g or more and 15 m 2 / g or less, and more preferably 3 m 2 / g or more and 8 m 2 / g or less. .
When the specific surface area by the BET three-point method in nitrogen adsorption is not more than the above upper limit value, the irreversible reaction between the negative electrode material and the electrolytic solution can be further suppressed.
Moreover, appropriate permeability to the negative electrode material of electrolyte solution can be obtained because the specific surface area by the BET three point method in nitrogen adsorption is more than the said lower limit.

比表面積の算出方法は以下のとおりである。
下記(1)式より単分子層吸着量Wを算出し、下記(2)式より総表面積Stotalを算出し、下記(3)式より比表面積Sを求める。
1/[W・{(P/P)−1}]={(C−1)/(W・C)}(P/P)(1/(W・C)) (1)
The calculation method of the specific surface area is as follows.
The monomolecular layer adsorption amount W m is calculated from the following formula (1), the total surface area S total is calculated from the following formula (2), and the specific surface area S is obtained from the following formula (3).
1 / [W · {(P o / P) −1}] = {(C−1) / (W m · C)} (P / P o ) (1 / (W m · C)) (1)

上記式(1)中、P:吸着平衡にある吸着質の気体の圧力、P:吸着温度における吸着質の飽和蒸気圧、W:吸着平衡圧Pにおける吸着量、W:単分子層吸着量、C:固体表面と吸着質との相互作用の大きさに関する定数(C=exp{(E−E)RT})[E:第一層の吸着熱(kJ/mol)、E:吸着質の測定温度における液化熱(kJ/mol)] In the above formula (1), P: pressure of an adsorbate gas in adsorption equilibrium, P o : saturated vapor pressure of the adsorbate at the adsorption temperature, W: adsorption amount at the adsorption equilibrium pressure P, W m : monolayer adsorption Amount, C: constant related to the magnitude of the interaction between the solid surface and the adsorbate (C = exp {(E 1 -E 2 ) RT}) [E 1 : heat of adsorption of the first layer (kJ / mol), E 2 : Heat of liquefaction at measurement temperature of adsorbate (kJ / mol)]

total=(WNAcs)M (2)
上記式(2)中、N:アボガドロ数、M:分子量、Acs:吸着断面積
S total = (W m NA cs ) M (2)
In the above formula (2), N: Avogadro number, M: molecular weight, A cs : adsorption cross section

S=Stotal/w (3)
式(3)中、w:サンプル重量(g)
S = S total / w (3)
In formula (3), w: sample weight (g)

(炭酸ガスの吸着量)
本実施形態に係る負極材料は、炭酸ガスの吸着量が好ましくは10ml/g未満であり、より好ましくは8ml/g以下であり、さらに好ましくは6ml/g以下である。炭酸ガスの吸着量が上記上限値以下であると、負極材料の保存特性をより一層向上させることができる。
また、本実施形態に係る負極材料は、炭酸ガスの吸着量が好ましくは0.05ml/g以上であり、より好ましくは0.1ml/g以上である。炭酸ガスの吸着量が上記下限値以上であると、リチウムの充電容量をより一層向上させることができる。
なお、炭酸ガスの吸着量の測定は、真空乾燥機を用いて、負極材料を130℃で3時間以上真空乾燥を行ったものを測定試料とし、Micromeritics Instrument Corporation社製ASAP−2000Mを使用して行うことができる。
(Carbon dioxide adsorption amount)
In the negative electrode material according to this embodiment, the amount of carbon dioxide adsorbed is preferably less than 10 ml / g, more preferably 8 ml / g or less, and further preferably 6 ml / g or less. When the adsorption amount of carbon dioxide gas is not more than the above upper limit value, the storage characteristics of the negative electrode material can be further improved.
In addition, the negative electrode material according to the present embodiment preferably has an adsorption amount of carbon dioxide gas of 0.05 ml / g or more, and more preferably 0.1 ml / g or more. When the adsorption amount of carbon dioxide gas is equal to or more than the lower limit, the charge capacity of lithium can be further improved.
The amount of carbon dioxide adsorbed is measured by using an ASAP-2000M manufactured by Micromeritics Instrument Corporation, which is obtained by vacuum drying a negative electrode material at 130 ° C. for 3 hours or more using a vacuum dryer. It can be carried out.

(細孔容積)
本実施形態に係る負極材料は、充填密度向上の観点から、水銀圧入法により求めた細孔直径が0.003μm〜5μmの細孔容積が好ましくは0.55ml/g未満であり、より好ましくは0.53ml/g以下であり、さらに好ましくは0.50ml/g以下である。
また、本実施形態に係る負極材料は、不可逆容量の低減の観点から、水銀圧入法により求めた細孔直径が0.003μm〜5μmの細孔容積が好ましくは0.10ml/g以上であり、より好ましくは0.20ml/g以上であり、さらに好ましくは0.30ml/g以上である。
ここで、水銀圧入法による細孔容積はMICROMERITICS社製オートポアIII9420を用いて測定することができる。
(Pore volume)
In the negative electrode material according to the present embodiment, from the viewpoint of improving the packing density, the pore volume obtained by mercury porosimetry is preferably 0.003 μm to 5 μm and the pore volume is preferably less than 0.55 ml / g, more preferably It is 0.53 ml / g or less, more preferably 0.50 ml / g or less.
In addition, the negative electrode material according to the present embodiment preferably has a pore volume of 0.003 μm to 5 μm, which is obtained by a mercury intrusion method, from the viewpoint of reducing irreversible capacity, and is preferably 0.10 ml / g or more. More preferably, it is 0.20 ml / g or more, More preferably, it is 0.30 ml / g or more.
Here, the pore volume by the mercury intrusion method can be measured by using Autopore III9420 manufactured by MICROMERITICS.

(放電容量)
本実施形態の負極材料は、後述する条件で作製したハーフセルについて、後述する充放電条件で充放電をおこなった際の放電容量が、好ましくは360mAh/g以上であり、より好ましくは380mAh/g以上であり、さらに好ましくは400mAh/g以上であり、特に好ましくは420mAh/g以上である。上記放電容量の上限は特に限定されず、多ければ多いほど好ましいが、現実的には700mAh/g以下であり、通常は500mAh/g以下である。なお、本明細書では、「mAh/g」は負極材料1gあたりの容量を示す。
(Discharge capacity)
The negative electrode material of the present embodiment has a discharge capacity of 360 mAh / g or more, more preferably 380 mAh / g or more, when charging / discharging under the charge / discharge conditions described later for a half cell manufactured under the conditions described later. More preferably, it is 400 mAh / g or more, and particularly preferably 420 mAh / g or more. The upper limit of the discharge capacity is not particularly limited and is preferably as many as possible. However, in reality, it is 700 mAh / g or less, and usually 500 mAh / g or less. In the present specification, “mAh / g” indicates a capacity per 1 g of the negative electrode material.

(ハーフセル作製条件)
上述したハーフセルの作製条件について説明する。
使用する負極は、当該負極材料により形成したものを用いる。より具体的には、負極材料とカルボキシメチルセルロースとスチレン・ブタジエンゴムとアセチレンブラックとを、重量比で100:1.5:3.0:2.0の割合で混合した組成物を用いて電極を形成したものを用いる。
対極は、金属リチウムを用いる。
電解液は、カーボネート系溶媒(エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比1:1で混合した混合溶媒)に1Mの割合でLiPFを溶解させたものを用いる。
(Half cell manufacturing conditions)
The conditions for producing the above-described half cell will be described.
The negative electrode used is formed of the negative electrode material. More specifically, an electrode is formed using a composition in which a negative electrode material, carboxymethyl cellulose, styrene-butadiene rubber, and acetylene black are mixed at a weight ratio of 100: 1.5: 3.0: 2.0. The formed one is used.
The counter electrode uses metallic lithium.
As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LiPF 6 in a carbonate solvent (a mixed solvent in which ethylene carbonate and diethyl carbonate are mixed at a volume ratio of 1: 1) at a ratio of 1 M is used.

上記負極は、例えば、以下のようにして作製することができる。
まず、所定量の負極材料と、カルボキシメチルセルロースと、スチレン・ブタジエンゴムと、アセチレンブラックと、水とを撹拌混合し、スラリーを調製する。得られたスラリーを集電体である銅箔上に塗布し、60℃で2時間予備乾燥を行い、その後、120℃で15時間真空乾燥する。次いで、所定の大きさに切り出すことにより、負極材料により構成された負極を得ることができる。
The negative electrode can be produced, for example, as follows.
First, a predetermined amount of negative electrode material, carboxymethylcellulose, styrene-butadiene rubber, acetylene black, and water are mixed with stirring to prepare a slurry. The obtained slurry is applied onto a copper foil as a current collector, preliminarily dried at 60 ° C. for 2 hours, and then vacuum dried at 120 ° C. for 15 hours. Subsequently, the negative electrode comprised with the negative electrode material can be obtained by cutting out to a predetermined magnitude | size.

また、上記負極は、直径13mmの円盤状とし、負極活物質層(負極から集電体を除いた部分)は、厚さ50μmの円盤状とし、対極(金属リチウムで構成された電極)は、直径12mm、厚さ1mmの円盤状とすることができる。
また、上記ハーフセルの形状は、2032型コインセル形状とすることができる。
In addition, the negative electrode has a disk shape with a diameter of 13 mm, the negative electrode active material layer (a portion obtained by removing the current collector from the negative electrode) has a disk shape with a thickness of 50 μm, and the counter electrode (an electrode made of metallic lithium) It can be a disk with a diameter of 12 mm and a thickness of 1 mm.
Further, the shape of the half cell can be a 2032 type coin cell shape.

(充放電条件)
上述したハーフセルの充放電条件は以下のとおりである。
測定温度:25℃
充電方式:定電流定電圧法、充電電流:25mA/g、充電電圧:0mV、充電終止電流:2.5mA/g
放電方式:定電流法、放電電流:25mA/g、放電終止電圧:2.5V
(Charge / discharge conditions)
The charging / discharging conditions of the half cell described above are as follows.
Measurement temperature: 25 ° C
Charging method: constant current constant voltage method, charging current: 25 mA / g, charging voltage: 0 mV, charging end current: 2.5 mA / g
Discharge method: constant current method, discharge current: 25 mA / g, final discharge voltage: 2.5 V

なお、ハーフセルについての「充電」とは、電圧の印加により、金属リチウムで構成された電極から負極材料により構成された電極にリチウムイオンを移動させることをいう。「放電」とは、負極材料により構成された電極から金属リチウムで構成された電極にリチウムイオンが移動する現象のことをいう。   Note that “charging” for a half cell refers to moving lithium ions from an electrode made of metallic lithium to an electrode made of a negative electrode material by applying a voltage. “Discharge” refers to a phenomenon in which lithium ions move from an electrode made of a negative electrode material to an electrode made of metallic lithium.

<負極材料の製造方法>
次に、本実施形態に係る負極材料の製造方法について説明する。
本実施形態に係る負極材料は、例えば、特定の樹脂組成物を原料として、適切な条件で炭化処理することにより製造することができる。
樹脂組成物を原料として、負極材料を製造すること自体は従来技術においても行われてきた。しかし、本実施形態では、(1)樹脂組成物の組成、(2)炭化処理の条件、(3)炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合、などの因子を高度に制御している。本実施形態に係る負極材料を得るためには、これらの因子を高度に制御することが重要となる。
特に、本発明者らは、本実施形態に係る負極材料を得るためには、上記(1)と(2)の条件を適切に設定した上で、(3)炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合を従来の基準よりも低く設定することが重要であることを見出した。
以下、本実施形態に係る負極材料の製造方法の一例を示す。ただし、本実施形態に係る負極材料の製造方法は、以下の例に限定されない。
<Method for producing negative electrode material>
Next, the manufacturing method of the negative electrode material according to the present embodiment will be described.
The negative electrode material according to the present embodiment can be produced, for example, by carbonizing a specific resin composition as a raw material under appropriate conditions.
The production of the anode material using the resin composition as a raw material itself has been performed in the prior art. However, in the present embodiment, factors such as (1) the composition of the resin composition, (2) the conditions for the carbonization treatment, and (3) the ratio of the raw material to the space where the carbonization treatment is performed are highly controlled. In order to obtain the negative electrode material according to the present embodiment, it is important to highly control these factors.
In particular, in order to obtain the negative electrode material according to the present embodiment, the present inventors set the above conditions (1) and (2) appropriately, and (3) the raw material for the space to be carbonized. It was found that it is important to set the occupation ratio lower than the conventional standard.
Hereinafter, an example of the manufacturing method of the negative electrode material which concerns on this embodiment is shown. However, the manufacturing method of the negative electrode material according to the present embodiment is not limited to the following example.

(樹脂組成物)
はじめに、(1)負極材料の原料として、炭化処理すべき樹脂組成物を選定する。
本実施形態に係る負極材料の原材料となる樹脂組成物に含まれる樹脂としては、例えば、熱硬化性樹脂;熱可塑性樹脂;エチレン製造時に副生する石油系のタールやピッチ、石炭乾留時に生成するコールタール、コールタールの低沸点成分を蒸留除去した重質成分やピッチ、石炭の液化により得られるタールやピッチなどのような石油系または石炭系のタール若しくはピッチ;さらには上記タールやピッチなどを架橋処理したもの;やし殻や木材等の天然高分子物質;などが挙げられる。これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。これらの中でも、原料段階での精製が可能であり、不純物の少ない負極材料が得られ、かつ、精製に要する工程を大幅に短縮できコスト低減に繋がる点から、熱硬化性樹脂が好ましい。
(Resin composition)
First, (1) a resin composition to be carbonized is selected as a raw material for the negative electrode material.
Examples of the resin contained in the resin composition that is the raw material of the negative electrode material according to the present embodiment include a thermosetting resin; a thermoplastic resin; a petroleum-based tar and pitch that are by-produced during ethylene production, and a coal produced by dry distillation. Coal tar, heavy components or pitch obtained by distilling off low boiling components of coal tar, petroleum-based or coal-based tar or pitch such as tar or pitch obtained by coal liquefaction; Cross-linked ones; natural polymer substances such as coconut shells and wood; Among these, one kind or a combination of two or more kinds can be used. Among these, a thermosetting resin is preferable because it can be purified at the raw material stage, a negative electrode material with few impurities can be obtained, and the steps required for purification can be greatly shortened, leading to cost reduction.

上記熱硬化性樹脂としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂などのフェノール樹脂;ビスフェノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;アニリン樹脂;シアネート樹脂;フラン樹脂;ケトン樹脂;不飽和ポリエステル樹脂;ウレタン樹脂などが挙げられる。また、これらが種々の成分で変性された変性物を用いることもできる。
これらの中でも、残炭率が高いという理由からホルムアルデヒドを用いる樹脂である、ノボラック型フェノール樹脂、レゾール型フェノール樹脂などのフェノール樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;アニリン樹脂が好ましい。
Examples of the thermosetting resin include: phenol resins such as novolak type phenol resins and resol type phenol resins; epoxy resins such as bisphenol type epoxy resins and novolac type epoxy resins; melamine resins; urea resins; aniline resins; Examples include furan resins; ketone resins; unsaturated polyester resins; urethane resins. In addition, modified products obtained by modifying these with various components can also be used.
Among these, phenol resins such as novolac type phenol resin and resol type phenol resin; melamine resin; urea resin; aniline resin, which are resins using formaldehyde, are preferable because of the high residual carbon ratio.

また、熱硬化性樹脂を用いる場合には、その硬化剤を併用することができる。
用いられる硬化剤としては、例えば、ノボラック型フェノール樹脂の場合はヘキサメチレンテトラミン、レゾール型フェノール樹脂、ポリアセタール、パラホルムアルデヒドなどを用いることができる。レゾール型フェノール樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂、アニリン樹脂の場合はヘキサメチレンテトラミンなどを用いることができる。
硬化剤の配合量は、通常は上記熱硬化性樹脂100質量部に対して0.1質量部以上50質量部以下である。
Moreover, when using a thermosetting resin, the hardening | curing agent can be used together.
As the curing agent used, for example, hexamethylenetetramine, resol type phenol resin, polyacetal, paraformaldehyde and the like can be used in the case of a novolak type phenol resin. In the case of a resol type phenol resin, melamine resin, urea resin, aniline resin, hexamethylenetetramine or the like can be used.
The compounding quantity of a hardening | curing agent is 0.1 to 50 mass parts normally with respect to 100 mass parts of said thermosetting resins.

また、負極材料の原材料としての樹脂組成物においては、上記熱硬化性樹脂、硬化剤の他に添加剤を配合することができる。   Moreover, in the resin composition as a raw material of negative electrode material, an additive can be mix | blended other than the said thermosetting resin and a hardening | curing agent.

ここで用いられる添加剤としては特に限定されないが、例えば、200℃以上800℃以下にて炭化処理した炭素材前駆体、有機酸、無機酸、含窒素化合物、含酸素化合物、芳香族化合物、非鉄金属元素などを挙げることができる。これら添加剤は、用いる樹脂の種類や性状などにより、1種または2種類以上を組み合わせて用いることができる。   Although it does not specifically limit as an additive used here, For example, the carbon material precursor carbonized at 200 to 800 degreeC, an organic acid, an inorganic acid, a nitrogen-containing compound, an oxygen-containing compound, an aromatic compound, nonferrous A metal element etc. can be mentioned. These additives can be used alone or in combination of two or more depending on the type and properties of the resin used.

樹脂組成物の調製方法としては特に限定されず、例えば、(1)上記樹脂と、これ以外の成分とを溶融混合する方法、(2)上記樹脂と、これ以外の成分とを溶媒に溶解して混合する方法、(3)上記樹脂と、これ以外の成分とを粉砕して混合する方法などにより調製することができる。   The method for preparing the resin composition is not particularly limited. For example, (1) a method in which the above resin and other components are melt-mixed, (2) the above resin and other components are dissolved in a solvent. (3) The resin and other components may be pulverized and mixed.

樹脂組成物の調製のための装置としては特に限定されないが、例えば、溶融混合を行う場合には、混練ロール、単軸あるいは二軸ニーダーなどの混練装置を用いることができる。溶解混合を行う場合は、ヘンシェルミキサー、ディスパーザなどの混合装置を用いることができる。粉砕混合を行う場合には、例えば、ハンマーミル、ジェットミルなどの装置を用いることができる。   The apparatus for preparing the resin composition is not particularly limited. For example, when melt mixing is performed, a kneading apparatus such as a kneading roll, a single screw or a twin screw kneader can be used. When performing dissolution and mixing, a mixing device such as a Henschel mixer or a disperser can be used. When performing pulverization and mixing, for example, an apparatus such as a hammer mill or a jet mill can be used.

このようにして得られた樹脂組成物は、複数種類の成分を物理的に混合しただけのものであってもよいし、樹脂組成物の調製時、混合(攪拌、混練など)に際して付与される機械的エネルギーおよびこれが変換された熱エネルギーにより、その一部を化学的に反応させたものであってもよい。具体的には、機械的エネルギーによるメカノケミカル的反応や、熱エネルギーによる化学反応をさせてもよい。   The resin composition thus obtained may be one obtained by physically mixing a plurality of types of components, or is applied during mixing (stirring, kneading, etc.) during preparation of the resin composition. A part of the material may be chemically reacted with mechanical energy and thermal energy converted from the mechanical energy. Specifically, a mechanochemical reaction using mechanical energy or a chemical reaction using thermal energy may be performed.

(炭化処理)
つぎに、得られた樹脂組成物を炭化処理する。
ここで炭化処理の条件としては、例えば、常温から1℃/時間以上200℃/時間以下で昇温して、800℃以上3000℃以下、0.01Pa以上101kPa(1気圧)以下で、0.1時間以上50時間以下、好ましくは0.5時間以上10時間以下保持して行うことができる。炭化処理時の雰囲気としては窒素、ヘリウムガスなどの不活性雰囲気下;不活性ガス中に微量の酸素が存在するような実質的に不活性な雰囲気下;還元ガス雰囲気下などで行うことが好ましい。このようにすることで、樹脂の熱分解(酸化分解)を抑制し、所望の負極材料を得ることができる。
(Carbonization treatment)
Next, the obtained resin composition is carbonized.
Here, as the conditions for the carbonization treatment, for example, the temperature is raised from normal temperature to 1 ° C./hour to 200 ° C./hour, 800 ° C. to 3000 ° C., 0.01 Pa to 101 kPa (1 atm), The reaction can be performed for 1 hour to 50 hours, preferably 0.5 hours to 10 hours. The atmosphere during carbonization is preferably an inert atmosphere such as nitrogen or helium gas; a substantially inert atmosphere in which a trace amount of oxygen is present in the inert gas; a reducing gas atmosphere, or the like. . By doing in this way, thermal decomposition (oxidative decomposition) of resin can be suppressed and a desired negative electrode material can be obtained.

このような炭化処理時の温度、時間などの条件は、負極材料の特性を最適なものにするため適宜調整することができる。   Conditions such as temperature and time during the carbonization treatment can be appropriately adjusted in order to optimize the characteristics of the negative electrode material.

なお、上記炭化処理を行う前に、プレ炭化処理を行ってもよい。
ここで、プレ炭化処理の条件としては特に限定されないが、例えば、200℃以上1000℃以下で1時間以上10時間以下行うことができる。このように、炭化処理前にプレ炭化処理を行うことで、樹脂組成物を不融化させ、炭化処理工程前に樹脂組成物などの粉砕処理を行った場合でも、粉砕後の樹脂組成物などが炭化処理時に再融着するのを防ぎ、所望とする負極材料を効率的に得ることができるようになる。
In addition, you may perform a pre carbonization process before performing the said carbonization process.
Here, the conditions for the pre-carbonization treatment are not particularly limited. Thus, even if the resin composition is infusibilized by performing pre-carbonization treatment before carbonization treatment and pulverization treatment of the resin composition or the like is performed before the carbonization treatment step, the resin composition after pulverization can be obtained. It is possible to prevent re-fusion during carbonization and to obtain a desired negative electrode material efficiently.

また、このプレ炭化処理の前に、樹脂組成物の硬化処理を行ってもよい。
硬化処理方法としては特に限定されないが、例えば、樹脂組成物に硬化反応が可能な熱量を与えて熱硬化する方法、あるいは、熱硬化性樹脂と硬化剤とを併用する方法などにより行うことができる。これにより、プレ炭化処理を実質的に固相でできるため、熱硬化性樹脂の構造をある程度維持した状態で炭化処理またはプレ炭化処理を行うことができ、負極材料の構造や特性を制御することができるようになる。
Moreover, you may perform the hardening process of a resin composition before this pre carbonization process.
Although it does not specifically limit as a hardening processing method, For example, it can carry out by the method of giving heat quantity which can perform hardening reaction to a resin composition, the method of thermosetting, or the method of using together a thermosetting resin and a hardening | curing agent. . As a result, the pre-carbonization treatment can be performed substantially in the solid phase, so that the carbonization treatment or the pre-carbonization treatment can be performed while maintaining the structure of the thermosetting resin to some extent, and the structure and characteristics of the negative electrode material are controlled. Will be able to.

なお、上記炭化処理あるいはプレ炭化処理を行う場合には、上記樹脂組成物に、金属、顔料、滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤などを添加して、所望する特性を負極材料に付与することもできる。   In addition, when performing the carbonization treatment or the pre-carbonization treatment, a metal, a pigment, a lubricant, an antistatic agent, an antioxidant, or the like is added to the resin composition to impart desired characteristics to the negative electrode material. You can also.

上記硬化処理またはプレ炭化処理を行った場合は、その後、上記炭化処理の前に、処理物を粉砕しておいてもよい。こうした場合には、炭化処理時の熱履歴のバラツキを低減させ、得られる負極材料の表面状態の均一性を高めることができる。そして、処理物の取り扱い性を向上させることができる。   When the said hardening process or pre carbonization process is performed, you may grind | pulverize a processed material before the said carbonization process after that. In such a case, variation in the thermal history during carbonization can be reduced, and the uniformity of the surface state of the obtained negative electrode material can be increased. And the handleability of a processed material can be improved.

(炭化処理を行う空間に占める原料の占有割合)
また、本実施形態に係る負極材料を得るには、炭化処理を行う空間に占める原料の占有割合を適切に調整することが重要である。具体的には、炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合を好ましくは10.0kg/m以下、より好ましくは5.0kg/m以下、特に好ましくは1.0kg/m以下に設定する。ここで、炭化処理を行う空間は、通常は炭化処理に使用する熱処理炉の炉内容積を表す。
なお、炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合の従来の基準は、100〜500kg/m程度である。そのため、本実施形態に係る負極材料を得るには、炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合を従来の基準よりも低く設定することが重要である。
炭化処理を行う空間に占める原料の占有割合を上記上限値以下とすることにより、本実施形態に係る負極材料を得ることができる理由は必ずしも明らかでないが、炭化処理時に原料(樹脂組成物)から発生するガスが系外に効率良く除去されることが関係していると考えられる。
(Occupation ratio of raw materials in the space for carbonization)
Moreover, in order to obtain the negative electrode material according to the present embodiment, it is important to appropriately adjust the occupation ratio of the raw material in the space where the carbonization treatment is performed. Specifically, the occupation ratio of the raw material with respect to the space for carbonization is preferably set to 10.0 kg / m 3 or less, more preferably 5.0 kg / m 3 or less, and particularly preferably 1.0 kg / m 3 or less. . Here, the space for performing the carbonization treatment usually represents the furnace volume of the heat treatment furnace used for the carbonization treatment.
In addition, the conventional reference | standard of the occupation ratio of the raw material with respect to the space which carbonizes is about 100-500 kg / m < 3 >. Therefore, in order to obtain the negative electrode material according to the present embodiment, it is important to set the occupation ratio of the raw material with respect to the space to be carbonized lower than the conventional standard.
The reason why the negative electrode material according to the present embodiment can be obtained by setting the occupation ratio of the raw material in the space for performing the carbonization treatment to be equal to or less than the above upper limit value is not necessarily clear, but from the raw material (resin composition) during the carbonization treatment. It is considered that the generated gas is efficiently removed from the system.

以上の手順により、本実施形態に係る負極材料を得ることができる。 The negative electrode material according to this embodiment can be obtained by the above procedure.

<負極活物質>
以下、本実施形態に係る負極活物質について説明する。
負極活物質とは、アルカリ金属イオン電池において、リチウムイオンなどのアルカリ金属イオンを出し入れすることができる物質のことをいう。本実施形態に係る負極活物質は、上述した本実施形態に係る負極材料を含むものである。
<Negative electrode active material>
Hereinafter, the negative electrode active material according to the present embodiment will be described.
The negative electrode active material refers to a substance capable of taking in and out alkali metal ions such as lithium ions in an alkali metal ion battery. The negative electrode active material according to the present embodiment includes the negative electrode material according to the present embodiment described above.

本実施形態に係る負極活物質は、上述した負極材料とは異なる種類の負極材料をさらに含んでもよい。このような負極材料としては、例えば、シリコン、一酸化ケイ素、黒鉛質材料など一般的に公知の負極材料が挙げられる。   The negative electrode active material according to the present embodiment may further include a type of negative electrode material different from the negative electrode material described above. Examples of such a negative electrode material include generally known negative electrode materials such as silicon, silicon monoxide, and graphite materials.

これらの中でも、本実施形態に係る負極活物質は、上述した本実施形態に係る負極材料に加え、黒鉛質材料を含むことが好ましい。これにより、得られるアルカリ金属イオン電池の充放電容量を向上させることができる。そのため、得られるアルカリ金属イオン電池を充放電容量および充放電効率のバランスが特に優れたものとすることができる。   Among these, the negative electrode active material according to the present embodiment preferably includes a graphite material in addition to the negative electrode material according to the present embodiment described above. Thereby, the charge / discharge capacity of the obtained alkali metal ion battery can be improved. Therefore, the obtained alkali metal ion battery can have a particularly excellent balance between charge / discharge capacity and charge / discharge efficiency.

使用する黒鉛質材料の体積基準の累積分布における50%累積時の粒径(平均粒径)は、2μm以上50μm以下が好ましく、5μm以上30μm以下がより好ましい。これにより、高い充放電効率を維持したまま高密度の負極を作製することができる。   The particle size (average particle size) at the time of 50% accumulation in the volume-based cumulative distribution of the graphite material used is preferably 2 μm or more and 50 μm or less, and more preferably 5 μm or more and 30 μm or less. Thereby, a high-density negative electrode can be produced while maintaining high charge / discharge efficiency.

<アルカリ金属イオン電池用負極、アルカリ金属イオン電池>
以下、本実施形態に係るアルカリ金属イオン電池用負極およびアルカリ金属イオン電池について説明する。
<Negative electrode for alkali metal ion battery, alkali metal ion battery>
Hereinafter, the negative electrode for an alkali metal ion battery and the alkali metal ion battery according to the present embodiment will be described.

本実施形態に係るアルカリ金属イオン電池用負極(以下、単に負極と呼ぶこともある。)は、上述した本実施形態に係る負極活物質を用いて製造されたものである。これにより、保存特性および充放電容量に優れた負極を提供することができる。
また、本実施形態に係るアルカリ金属イオン電池は、本実施形態に係る負極を用いて製造されたものである。これにより、保存特性および充放電容量に優れたアルカリ金属イオン電池を提供することができる。
The negative electrode for an alkali metal ion battery according to the present embodiment (hereinafter sometimes simply referred to as a negative electrode) is produced using the negative electrode active material according to the present embodiment described above. Thereby, the negative electrode excellent in storage characteristics and charge / discharge capacity can be provided.
In addition, the alkali metal ion battery according to the present embodiment is manufactured using the negative electrode according to the present embodiment. Thereby, the alkali metal ion battery excellent in storage characteristics and charge / discharge capacity can be provided.

本実施形態に係るアルカリ金属イオン電池は、例えば、リチウムイオン電池またはナトリウムイオン電池である。以下、リチウムイオン電池の場合を例に説明する。   The alkali metal ion battery according to the present embodiment is, for example, a lithium ion battery or a sodium ion battery. Hereinafter, the case of a lithium ion battery will be described as an example.

図2は、本実施形態に係るリチウムイオン電池の一例を示す模式図である。
リチウムイオン電池10は、図2に示すように、負極13と、正極21と、電解液16と、セパレーター18とを有している。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating an example of a lithium ion battery according to the present embodiment.
As illustrated in FIG. 2, the lithium ion battery 10 includes a negative electrode 13, a positive electrode 21, an electrolytic solution 16, and a separator 18.

負極13は、図2に示すように、負極活物質層12と負極集電体14とを有している。
負極集電体14としては特に限定されず、一般的に公知の負極用集電体を用いることができ、例えば、銅箔またはニッケル箔などを用いることができる。
As shown in FIG. 2, the negative electrode 13 includes a negative electrode active material layer 12 and a negative electrode current collector 14.
The negative electrode current collector 14 is not particularly limited, and generally known negative electrode current collectors can be used. For example, copper foil or nickel foil can be used.

負極活物質層12は、上述した本実施形態に係る負極活物質により構成されている。
負極13は、例えば、以下のようにして製造することができる。
The negative electrode active material layer 12 is composed of the negative electrode active material according to the present embodiment described above.
The negative electrode 13 can be manufactured as follows, for example.

上記負極活物質100重量部に対して、一般的に公知の有機高分子結着剤(例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系高分子;スチレン・ブタジエンゴム、ブチルゴム、ブタジエンゴムなどのゴム状高分子;など)1重量部以上30重量部以下、および適量の粘度調整用溶剤(N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミドなど)または水を添加して混練して、負極スラリーを調製する。
得られたスラリーを圧縮成形、ロール成形などによりシート状、ペレット状などに成形して、負極活物質層12を得ることができる。そして、このようにして得られた負極活物質層12と負極集電体14とを積層することにより、負極13を得ることができる。
また、得られた負極スラリーを負極集電体14に塗布して乾燥することにより、負極13を製造することもできる。
For 100 parts by weight of the negative electrode active material, generally known organic polymer binders (for example, fluorine-based polymers such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; styrene / butadiene rubber, butyl rubber, butadiene rubber, etc.) 1 to 30 parts by weight and an appropriate amount of a viscosity adjusting solvent (N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, etc.) or water is added and kneaded to prepare a negative electrode slurry. Prepare.
The negative electrode active material layer 12 can be obtained by molding the obtained slurry into a sheet shape, a pellet shape, or the like by compression molding, roll molding, or the like. And the negative electrode 13 can be obtained by laminating | stacking the negative electrode active material layer 12 and the negative electrode collector 14 which were obtained in this way.
Moreover, the negative electrode 13 can also be manufactured by apply | coating the obtained negative electrode slurry to the negative electrode collector 14, and drying.

電解液16は、正極21と負極13との間を満たすものであり、充放電によってリチウムイオンが移動する層である。   The electrolyte solution 16 fills the space between the positive electrode 21 and the negative electrode 13 and is a layer in which lithium ions move by charge / discharge.

電解液16としては特に限定されず、一般的に公知の電解液を用いることができ、例えば、非水系溶媒に電解質となるリチウム塩を溶解したものが用いられる。   The electrolytic solution 16 is not particularly limited, and a generally known electrolytic solution can be used. For example, a solution obtained by dissolving a lithium salt serving as an electrolyte in a non-aqueous solvent is used.

この非水系溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラクトンなどの環状エステル類;ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどの鎖状エステル類;ジメトキシエタンなどの鎖状エーテル類;あるいはこれらの混合物などを用いることができる。   Examples of the non-aqueous solvent include cyclic esters such as propylene carbonate, ethylene carbonate, and γ-butyrolactone; chain esters such as dimethyl carbonate and diethyl carbonate; chain ethers such as dimethoxyethane; or a mixture thereof. Can be used.

電解質としては特に限定されず、一般的に公知の電解質を用いることができ、例えば、LiClO、LiPFなどのリチウム金属塩を用いることができる。また、上記塩類をポリエチレンオキサイド、ポリアクリロニトリルなどに混合し、固体電解質として用いることもできる。 Is not particularly limited as electrolytes generally be a known electrolyte, for example, it may be used lithium metal salt such as LiClO 4, LiPF 6. Further, the above salts can be mixed with polyethylene oxide, polyacrylonitrile, etc. and used as a solid electrolyte.

セパレーター18としては特に限定されず、一般的に公知のセパレーターを用いることができ、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどポリオレフィン製の多孔質フィルム、不織布などを用いることができる。   It does not specifically limit as the separator 18, Generally a well-known separator can be used, For example, the porous film made from polyolefin, such as polyethylene and a polypropylene, a nonwoven fabric, etc. can be used.

正極21は、図2に示すように、正極活物質層20と正極集電体22とを有している。
正極活物質層20としては特に限定されず、一般的に公知の正極活物質により形成することができる。正極活物質としては特に限定されず、例えば、リチウムコバルト酸化物(LiCoO)、リチウムニッケル酸化物(LiNiO)、リチウムマンガン酸化物(LiMn)などの複合酸化物;ポリアニリン、ポリピロールなどの導電性高分子;などを用いることができる。
As shown in FIG. 2, the positive electrode 21 includes a positive electrode active material layer 20 and a positive electrode current collector 22.
It does not specifically limit as the positive electrode active material layer 20, Generally, it can form with a well-known positive electrode active material. Is not particularly limited as the cathode active material include lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickel oxide (LiNiO 2), composite oxides such as lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4); polyaniline, polypyrrole, etc. Or the like can be used.

正極集電体22としては特に限定されず、一般的に公知の正極集電体を用いることができ、例えば、アルミニウム箔を用いることができる。
そして、本実施形態における正極21は、一般的に公知の正極の製造方法により製造することができる。
The positive electrode current collector 22 is not particularly limited, and generally known positive electrode current collectors can be used. For example, an aluminum foil can be used.
And the positive electrode 21 in this embodiment can be manufactured with the manufacturing method of a well-known positive electrode generally.

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
また、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these are illustrations of this invention and various structures other than the above are also employable.
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

以下、本発明を実施例および比較例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、実施例では、「部」は「重量部」を示す。   Hereinafter, although an example and a comparative example explain the present invention, the present invention is not limited to these. In the examples, “part” means “part by weight”.

[1]負極材料の評価方法
はじめに、後述する実施例および比較例で得られた負極材料の評価方法を説明する。
[1] Evaluation method of negative electrode material First, the evaluation method of the negative electrode material obtained by the Example and comparative example which are mentioned later is demonstrated.

1.粒度分布
堀場製作所社製レーザー回折式粒度分布測定装置LA−920を用いて、レーザー回折法により、負極材料の粒度分布を測定した。測定結果から、負極材料について、体積基準の累積分布における50%累積時の粒径(D50、平均粒径)を求めた。
1. Particle size distribution The particle size distribution of the negative electrode material was measured by a laser diffraction method using a laser diffraction particle size distribution measuring apparatus LA-920 manufactured by Horiba. From the measurement results, the particle size (D 50 , average particle size) at 50% accumulation in the volume-based cumulative distribution was determined for the negative electrode material.

2.比表面積
ユアサ社製のNova−1200装置を使用して窒素吸着におけるBET3点法により測定した。具体的な算出方法は、上述したとおりである。
2. Specific surface area It measured by the BET 3 point | piece method in nitrogen adsorption | suction using the Nova-1200 apparatus made from Yuasa. The specific calculation method is as described above.

3.負極材料のd002 およびLc(002)
島津製作所製・X線回折装置「XRD−7000」を使用して(002)面の平均層面間隔d002を測定した。
負極材料のX線回折測定から求められるスペクトルより、(002)面の平均層面間隔d002を以下のBragg式より算出した。
λ=2dhklsinθ Bragg式 (dhkl=d002
λ:陰極から出力される特性X線Kα1の波長
θ:スペクトルの反射角度
また、Lc(002)は以下のようにして測定した。
X線回折測定から求められるスペクトルにおける002面ピークの半値幅と回折角から次のScherrerの式を用いて決定した。
Lc(002)=0.94 λ/(βcosθ) ( Scherrerの式)
Lc(002) : 結晶子の大きさ
λ : 陰極から出力される特性X線Kα1の波長
β : ピークの半値幅( ラジアン)
θ : スペクトルの反射角度
3. Negative electrode material d 002 and Lc (002)
Using an X-ray diffractometer “XRD-7000” manufactured by Shimadzu Corporation, the average layer spacing d 002 of the (002) plane was measured.
From the spectrum obtained from the X-ray diffraction measurement of the negative electrode material, the average layer spacing d 002 of the (002) plane was calculated from the following Bragg equation.
λ = 2d hkl sinθ Bragg equation (d hkl = d 002 )
λ: wavelength of characteristic X-ray K α1 output from the cathode θ: reflection angle of spectrum Lc (002) was measured as follows.
It was determined from the half width of the 002 plane peak and the diffraction angle in the spectrum obtained from the X-ray diffraction measurement using the following Scherrer equation.
Lc (002) = 0.94 λ / (βcos θ) (Scherrer equation)
Lc (002) : Crystallite size λ: Wavelength of characteristic X-ray K α1 output from the cathode β: Half width of peak (radian)
θ: Spectral reflection angle

4.炭酸ガスの吸着量
炭酸ガスの吸着量の測定は、真空乾燥機を用いて、負極材料を130℃で3時間以上真空乾燥を行ったものを測定試料とし、Micromeritics Instrument Corporation社製ASAP−2000Mを使用して行った。
測定用試料管に測定試料0.5gを入れ、0.2Pa以下の減圧下、300℃で3時間以上減圧乾燥を行い、その後、炭酸ガスの吸着量の測定を行った。
吸着温度は0℃とし、測定試料を入れた試料管の圧力が0.6Pa以下になるまで減圧にした後、炭酸ガスを試料管に導入し、試料管内の平衡圧力が0.11MPa(相対圧力0.032に相当)に達するまでの炭酸ガスの吸着量を定容法により求め、ml/g単位で表した。吸着量は標準状態(STP)に換算した値である。
4). Carbon dioxide gas adsorption amount Carbon dioxide gas adsorption amount was measured using a vacuum drier with a negative electrode material vacuum-dried at 130 ° C. for 3 hours or more as a measurement sample, using ASAP-2000M manufactured by Micromeritics Instrument Corporation. Done using.
A measurement sample tube (0.5 g) was placed in a measurement sample tube and dried under reduced pressure at 300 ° C. for 3 hours or more under a reduced pressure of 0.2 Pa or less. Thereafter, the amount of carbon dioxide adsorbed was measured.
The adsorption temperature is 0 ° C., the pressure is reduced until the pressure of the sample tube containing the measurement sample becomes 0.6 Pa or less, carbon dioxide gas is introduced into the sample tube, and the equilibrium pressure in the sample tube is 0.11 MPa (relative pressure). The amount of carbon dioxide adsorbed until it reached (corresponding to 0.032) was determined by the constant volume method and expressed in ml / g. The adsorption amount is a value converted to a standard state (STP).

5.カールフィッシャー電量滴定法による水分量の測定
カールフィッシャー電量滴定法による水分量は、以下の手順で測定した。
(手順1)小型環境試験器(ESPEC社製SH−241)の装置内で、温度40℃、相対湿度90%RHの条件下で1gの負極材料を120時間保持した。なお、負極材料は、できる限り薄い厚みとなるように、縦5cm、幅8cm、高さ1.5cmの容器に広げた上で、装置内に静置した。
(手順2)上記負極材料を温度130℃、窒素雰囲気の条件下で1時間保持して予備乾燥し、次いで、Mitsubishi Chemical Analytech社製CA−06を用いて、予備乾燥した後の負極材料を200℃、30分間保持することにより発生した水分をカールフィッシャー電量滴定法にて測定した。
5. Measurement of water content by Karl Fischer coulometric titration The water content by Karl Fischer coulometric titration was measured by the following procedure.
(Procedure 1) In an apparatus of a small environmental tester (SH-241 manufactured by ESPEC), 1 g of a negative electrode material was held for 120 hours under the conditions of a temperature of 40 ° C. and a relative humidity of 90% RH. The negative electrode material was spread in a container having a length of 5 cm, a width of 8 cm, and a height of 1.5 cm so as to be as thin as possible, and then left in the apparatus.
(Procedure 2) The negative electrode material was preliminarily dried by holding it for 1 hour under conditions of a temperature of 130 ° C. and a nitrogen atmosphere. The water generated by holding at 30 ° C. for 30 minutes was measured by the Karl Fischer coulometric titration method.

6.全吸水量の測定
負極材料1gについて、200℃にて24時間真空乾燥を行った後、負極材料の重量を測定した。次いで、小型環境試験器(ESPEC社製SH−241)の装置内で、温度40℃、相対湿度90%RHの条件下で120時間保持した。なお、負極材料は、できる限り薄い厚みとなるように、縦5cm、幅8cm、高さ1.5cmの容器に広げた上で、装置内に静置した。その後、負極材料の重量を測定し、下記の式より全吸水量を測定した。
全吸水量[%] =100×(120時間保持後の重量−真空乾燥後の重量)/(真空乾燥後の重量)
6). Measurement of total water absorption After 1 g of the negative electrode material was vacuum dried at 200 ° C. for 24 hours, the weight of the negative electrode material was measured. Subsequently, it hold | maintained for 120 hours on the conditions of the temperature of 40 degreeC, and relative humidity 90% RH in the apparatus of a small environment tester (SH-241 by ESPEC). The negative electrode material was spread in a container having a length of 5 cm, a width of 8 cm, and a height of 1.5 cm so as to be as thin as possible, and then left in the apparatus. Thereafter, the weight of the negative electrode material was measured, and the total water absorption was measured from the following formula.
Total water absorption [%] = 100 × (weight after holding for 120 hours−weight after vacuum drying) / (weight after vacuum drying)

7.保存特性
製造直後の負極材料および以下の保存試験後の負極材料について、以下の方法に従って初期効率をそれぞれ測定した。次いで、初期効率の変化率をそれぞれ算出した。
7). Storage characteristics The initial efficiency of each of the negative electrode material immediately after production and the negative electrode material after the following storage test was measured according to the following method. Next, the change rate of the initial efficiency was calculated.

(保存試験)
負極材料1gについて、小型環境試験器(ESPEC社製SH−241)の装置内で、温度40℃、相対湿度90%RHの条件下で7日間保持した。なお、負極材料は、できる限り薄い厚みとなるように、縦5cm、幅8cm、高さ1.5cmの容器に広げた上で、装置内に静置した。その後、上記負極材料を温度130℃、窒素雰囲気の条件下で1時間保持して乾燥した。
(Preservation test)
1 g of the negative electrode material was held for 7 days under conditions of a temperature of 40 ° C. and a relative humidity of 90% RH in a small environmental tester (SH-241 manufactured by ESPEC). The negative electrode material was spread in a container having a length of 5 cm, a width of 8 cm, and a height of 1.5 cm so as to be as thin as possible, and then left in the apparatus. Thereafter, the negative electrode material was dried by holding at a temperature of 130 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere.

(1)ハーフセルの作製
後述する実施例、比較例で得られた負極材料100部に対して、カルボキシメチルセルロース(ダイセルファインケム製、CMCダイセル2200)1.5部、スチレン・
ブタジエンゴム(JSR製、TRDー2001)3.0部、アセチレンブラック(電気化学工業製、デンカブラック)2.0部、および、蒸留水100部を加え、自転・公転ミキサーで撹拌・混合し、負極スラリーを調製した。
(1) Production of half cell With respect to 100 parts of the negative electrode material obtained in Examples and Comparative Examples described later, 1.5 parts of carboxymethyl cellulose (manufactured by Daicel Finechem, CMC Daicel 2200), styrene
Add 3.0 parts of butadiene rubber (manufactured by JSR, TRD-2001), 2.0 parts of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo, Denka Black), and 100 parts of distilled water, and stir and mix with a rotating / revolving mixer. A negative electrode slurry was prepared.

調製した負極スラリーを厚み14μmの銅箔(古河電気工業製、NC−WS)の片面に塗布し、その後、60℃で2時間空気中で予備乾燥を行い、次に、120℃で15時間真空乾燥した。真空乾燥後、ロールプレスによって電極を加圧成形した。これを直径13mmの円盤状として切り出し負極を作製した。負極活物質層の厚さは50μmであった。   The prepared negative electrode slurry was applied to one side of a 14 μm-thick copper foil (Furukawa Electric, NC-WS), then pre-dried in air at 60 ° C. for 2 hours, and then vacuumed at 120 ° C. for 15 hours. Dried. After vacuum drying, the electrode was pressure-formed by a roll press. This was cut into a disk shape having a diameter of 13 mm to produce a negative electrode. The thickness of the negative electrode active material layer was 50 μm.

金属リチウムを直径12mm、厚さ1mmの円盤状に形成し対極を作製した。また、セパレーターとして、ポリオレフィンの多孔質膜(セルガード社製、商品名;セルガード2400)を用いた。   Metallic lithium was formed in a disk shape with a diameter of 12 mm and a thickness of 1 mm to produce a counter electrode. In addition, a polyolefin porous film (manufactured by Celgard, trade name: Celgard 2400) was used as a separator.

上記の負極、対極、セパレーターを用い、電解液としてエチレンカーボネートとジエチルカーボネートとを体積比で1:1で混合した混合溶媒に1Mの割合でLiPFを加えたものを用いて、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で2032型コインセル形状の二極式ハーフセルを製造し、当該ハーフセルについて以下に述べる評価を行った。 Using the negative electrode, the counter electrode, and the separator described above, a mixed solvent obtained by mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate at a volume ratio of 1: 1 as an electrolytic solution and adding LiPF 6 at a ratio of 1 M was used in an argon atmosphere. A 2032 type coin cell-shaped bipolar half cell was manufactured in the glove box, and the evaluation described below was performed on the half cell.

(2)ハーフセルの充放電
以下の条件で充放電をおこなった。
測定温度:25℃
充電方式:定電流定電圧法、充電電流:25mA/g、充電電圧:0mV、充電終止電流:2.5mA/g
放電方式:定電流法、放電電流:25mA/g、放電終止電圧:2.5V
(2) Charging / discharging of a half cell Charging / discharging was performed on the following conditions.
Measurement temperature: 25 ° C
Charging method: constant current constant voltage method, charging current: 25 mA / g, charging voltage: 0 mV, charging end current: 2.5 mA / g
Discharge method: constant current method, discharge current: 25 mA / g, final discharge voltage: 2.5 V

また、上記の条件で求められた充電容量および放電容量の値に基づいて、負極材料の1g当たりの充電容量および放電容量[mAh/g]をそれぞれ求めた。また、下記式より初期効率および初期効率の変化率を求めた。
初期効率 [%] = 100×(放電容量)/(充電容量)
初期効率の変化率 [%] =100×(保存試験後の初期効率)/(製造直後の初期効率)
Further, the charge capacity and discharge capacity [mAh / g] per gram of the negative electrode material were determined based on the charge capacity and discharge capacity values obtained under the above conditions. Further, the initial efficiency and the rate of change of the initial efficiency were obtained from the following formula.
Initial efficiency [%] = 100 x (Discharge capacity) / (Charge capacity)
Rate of change in initial efficiency [%] = 100 x (initial efficiency after storage test) / (initial efficiency immediately after production)

8.細孔容積
水銀圧入法による細孔容積はMICROMERITICS社製オートポアIII9420を用いて測定した。
負極材料を試料容器に入れ、2.67Pa以下の圧力で30分間脱気する。ついで水銀を試料容器内に導入し、徐々に加圧して水銀を負極材料の細孔へ圧入する(最高圧力414MPa)。このときの圧力と水銀の圧入量の関係から以下の式を用いて負極材料の細孔容積分布を測定する。細孔直径5μmに相当する圧力(0.25MPa)から最高圧力(414MPa:細孔直径3nm相当)までに負極材料に圧入された水銀の体積を、細孔直径5μm以下の細孔容積とした。細孔直径の算出は、直径Dの円筒形の細孔に水銀を圧力Pで圧力する場合、水銀の表面張力γ、水銀と細孔壁との接触角をθとすると、表面張力と細孔断面に働く圧力の釣り合いから、次式が成り立つ。
−πDγcosθ=π(D/2)・P
D=(−4γcosθ)/P
ここで、水銀の表面張力を484dyne/cm、水銀と炭素との接触角を130度とし、圧力PをMPa、細孔直径Dをμmで表示し、下記式により圧力Pと細孔直径Dの関係を求めた。
D =1.27/P
8). Pore volume The pore volume by the mercury intrusion method was measured using Autopore III9420 manufactured by MICROMERITICS.
The negative electrode material is put in a sample container and deaerated at a pressure of 2.67 Pa or less for 30 minutes. Next, mercury is introduced into the sample container and gradually pressurized to press the mercury into the pores of the negative electrode material (maximum pressure 414 MPa). From the relationship between the pressure at this time and the amount of mercury injected, the pore volume distribution of the negative electrode material is measured using the following equation. The volume of mercury that was pressed into the negative electrode material from a pressure corresponding to a pore diameter of 5 μm (0.25 MPa) to a maximum pressure (414 MPa: equivalent to a pore diameter of 3 nm) was defined as a pore volume having a pore diameter of 5 μm or less. The calculation of the pore diameter is based on the assumption that when mercury is pressed into a cylindrical pore having a diameter D at a pressure P, the surface tension of the surface tension and the pore are given by the surface tension γ of mercury and the contact angle between mercury and the pore wall as θ. From the balance of pressure acting on the cross section, the following equation holds.
−πDγcos θ = π (D / 2) 2 · P
D = (− 4γcos θ) / P
Here, the surface tension of mercury is 484 dyne / cm, the contact angle between mercury and carbon is 130 degrees, the pressure P is expressed in MPa, and the pore diameter D is expressed in μm. Sought a relationship.
D = 1.27 / P

9.密度の測定
ρ:JIS R7212に定められた方法に従って、ブタノール法により測定した。
ρ:マイクロメリティックス社製乾式密度計アキュピック1330を用い、試料は120℃で2時間乾燥してから測定を行った。測定は、23℃で行った。圧力はいずれもゲージ圧力であり、絶対圧力から周囲圧力を差し引いた圧力である。
9. Measurement of density ρ B : Measured by the butanol method according to the method defined in JIS R7212.
ρ H : Using a dry density meter Accupic 1330 manufactured by Micromeritics, the sample was measured after drying at 120 ° C. for 2 hours. The measurement was performed at 23 ° C. All pressures are gauge pressures, and are the pressures obtained by subtracting the ambient pressure from the absolute pressure.

測定装置は試料室および膨張室を有し、試料室は室内の圧力を測定するための圧力計を有する。試料室と膨張室はバルブを備える連結管により接続されている。試料室にはストップバルブを備えるヘリウムガス導入管が接続され、膨張室にはストップバルブを備えるヘリウムガス配出管が接続されている。
測定は以下のようにして行った。標準球を用いて、試料室の容積(VCELL )および膨張室の容積(VEXP )を予め測定しておく。
The measuring device has a sample chamber and an expansion chamber, and the sample chamber has a pressure gauge for measuring the pressure in the chamber. The sample chamber and the expansion chamber are connected by a connecting pipe having a valve. A helium gas introduction pipe having a stop valve is connected to the sample chamber, and a helium gas distribution pipe having a stop valve is connected to the expansion chamber.
The measurement was performed as follows. Using a standard sphere, the volume of the sample chamber (V CELL ) and the volume of the expansion chamber (V EXP ) are measured in advance.

試料室に試料を入れ、試料室のヘリウムガス導入管、連結管、膨張室のヘリウムガス排出管を通してヘリウムガスを2時間流し装置内をヘリウムガスで置換する。次に試料室と膨張室の間のバルブ及び膨張室からのヘリウムガス排出管のバルブを閉じ、試料室のヘリウムガス導入管からヘリウムガスを134kPaになるまで導入する。その後、ヘリウムガス導入管のストップバルブを閉じる。ストップバルブを閉じてから5分後の試料室の圧力(P1)を測定する。次に試料室と膨張室の間のバルブを開いてヘリウムガスを膨張室に移送しそのときの圧力(P2)を測定する。
試料の体積(VSAMP )は次式で計算した。
SAMP =VCELL−VEXP/[(P1/P2)−1]
したがって、試料の重量をWSAMP とすると密度はρ=WSAMP/VSAMPとなる。
A sample is put into the sample chamber, and helium gas is allowed to flow for 2 hours through the helium gas inlet tube, the connecting tube in the sample chamber, and the helium gas discharge tube in the expansion chamber, and the inside of the apparatus is replaced with helium gas. Next, the valve between the sample chamber and the expansion chamber and the valve of the helium gas discharge pipe from the expansion chamber are closed, and helium gas is introduced from the helium gas introduction tube of the sample chamber to 134 kPa. Thereafter, the stop valve of the helium gas introduction pipe is closed. Measure the pressure (P 1 ) in the sample chamber 5 minutes after closing the stop valve. Next, the valve between the sample chamber and the expansion chamber is opened to transfer helium gas to the expansion chamber, and the pressure (P 2 ) at that time is measured.
The volume of the sample (V SAMP ) was calculated by the following formula.
V SAMP = V CELL −V EXP / [(P 1 / P 2 ) −1]
Therefore, if the weight of the sample is W SAMP , the density is ρ H = W SAMP / V SAMP .

10.光学顕微鏡による負極材料の断面観察
液状のエポキシ樹脂に10重量%程度の負極材料を添加し、よく混合した後、型枠に充填して負極材料をエポキシ樹脂で包埋した。次いで、120℃で24時間保持してエポキシ樹脂を硬化させた。その後、負極材料が表面に出るように適当な位置で硬化したエポキシ樹脂を切断し、切断面を研磨し鏡面とした。次いで、光学顕微鏡(カールツァイス社製Axioskop2 MAT)を用いて負極材料の断面を1000倍の倍率で明視野観察及び写真撮影を行った。
10. Cross-sectional observation of negative electrode material with optical microscope After adding about 10% by weight of negative electrode material to liquid epoxy resin and mixing well, the mold was filled and the negative electrode material was embedded with epoxy resin. Next, the epoxy resin was cured by holding at 120 ° C. for 24 hours. Thereafter, the epoxy resin cured at an appropriate position was cut so that the negative electrode material appeared on the surface, and the cut surface was polished to give a mirror surface. Next, bright field observation and photography were performed on the cross section of the negative electrode material at a magnification of 1000 times using an optical microscope (Axioskop2 MAT manufactured by Carl Zeiss).

[2]負極材料の製造
(実施例1)
特開平8−279358号公報の段落0051に記載の方法に準じて、石油ピッチから酸化ピッチを作製した。次いで、この酸化ピッチを原料として、以下の工程(a)〜(f)の順で処理を行い、負極材料1を得た。
[2] Production of negative electrode material (Example 1)
In accordance with the method described in paragraph 0051 of JP-A-8-279358, an oxidized pitch was produced from petroleum pitch. Next, using this oxidized pitch as a raw material, the following steps (a) to (f) were carried out in order, whereby a negative electrode material 1 was obtained.

(a)炉内容積60L(縦50cm、幅40cm、高さ30cm)の熱処理炉内に510gの酸化ピッチをできる限り薄い厚みとなるように広げて静置した。その後、還元ガス置換、不活性ガス置換、還元ガス流通、不活性ガス流通のいずれも無しで、室温から500℃まで、100℃/時間で昇温した。 (A) In a heat treatment furnace having a furnace internal volume of 60 L (length 50 cm, width 40 cm, height 30 cm), 510 g of oxidation pitch was spread and allowed to stand as thin as possible. Thereafter, the temperature was raised from room temperature to 500 ° C. at 100 ° C./hour without any of reducing gas replacement, inert gas replacement, reducing gas flow, and inert gas flow.

(b)次いで、還元ガス置換、不活性ガス置換、還元ガス流通、不活性ガス流通のいずれも無しで、500℃で2時間脱脂処理した後、冷却した。 (B) Next, degreasing treatment was performed at 500 ° C. for 2 hours without cooling gas replacement, inert gas replacement, reducing gas flow, and inert gas flow, and then cooled.

(c)得られた粉末を振動ボールミルで微粉砕した。
(d)その後、炉内容積24L(縦40cm、幅30cm、高さ20cm)の熱処理炉内に、得られた粉末204gをできる限り薄い厚みとなるように広げて静置した。次いで、不活性ガス(窒素)置換および流通下、室温から1200℃まで、100℃/時間で昇温した。
(C) The obtained powder was finely pulverized with a vibration ball mill.
(D) Thereafter, 204 g of the obtained powder was spread and allowed to stand as thin as possible in a heat treatment furnace having a furnace volume of 24 L (length 40 cm, width 30 cm, height 20 cm). Subsequently, the temperature was raised from room temperature to 1200 ° C. at 100 ° C./hour under inert gas (nitrogen) substitution and circulation.

(e)不活性ガス(窒素)流通下、1200℃で8時間保持し、炭化処理した。
(f)不活性ガス(窒素)流通下、600℃まで自然放冷後、600℃から100℃以
下まで、100℃/時間で冷却した。
(E) Under an inert gas (nitrogen) flow, it was kept at 1200 ° C. for 8 hours and carbonized.
(F) Under natural gas (nitrogen) circulation, the mixture was naturally cooled to 600 ° C., and then cooled from 600 ° C. to 100 ° C. at 100 ° C./hour.

なお、炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合は8.5kg/mであった。 In addition, the occupation ratio of the raw material with respect to the space which carbonizes is 8.5 kg / m < 3 >.

(実施例2)
熱硬化性樹脂であるフェノール樹脂PR−55321B(住友ベークライト社製)を原料として、以下の工程(a)〜(f)の順で処理を行い、負極材料2を得た。
(Example 2)
Using the phenol resin PR-55321B (manufactured by Sumitomo Bakelite Co., Ltd.), which is a thermosetting resin, as a raw material, the following steps (a) to (f) were performed in order, and the negative electrode material 2 was obtained.

(a)炉内容積60L(縦50cm、幅40cm、高さ30cm)の熱処理炉内に510gの熱硬化性樹脂をできる限り薄い厚みとなるように広げて静置した。その後、還元ガス置換、不活性ガス置換、還元ガス流通、不活性ガス流通のいずれも無しで、室温から500℃まで、100℃/時間で昇温した。 (A) 510 g of thermosetting resin was spread and allowed to stand as thin as possible in a heat treatment furnace having a furnace internal volume of 60 L (length 50 cm, width 40 cm, height 30 cm). Thereafter, the temperature was raised from room temperature to 500 ° C. at 100 ° C./hour without any of reducing gas replacement, inert gas replacement, reducing gas flow, and inert gas flow.

(b)次いで、還元ガス置換、不活性ガス置換、還元ガス流通、不活性ガス流通のいずれも無しで、500℃で2時間脱脂処理した後、冷却した。 (B) Next, degreasing treatment was performed at 500 ° C. for 2 hours without cooling gas replacement, inert gas replacement, reducing gas flow, and inert gas flow, and then cooled.

(c)得られた粉末を振動ボールミルで微粉砕した。
(d)その後、炉内容積24L(縦40cm、幅30cm、高さ20cm)の熱処理炉内に、得られた粉末204gをできる限り薄い厚みとなるように広げて静置した。次いで、不活性ガス(窒素)置換および流通下、室温から1200℃まで、100℃/時間で昇温した。
(C) The obtained powder was finely pulverized with a vibration ball mill.
(D) Thereafter, 204 g of the obtained powder was spread and allowed to stand as thin as possible in a heat treatment furnace having a furnace volume of 24 L (length 40 cm, width 30 cm, height 20 cm). Subsequently, the temperature was raised from room temperature to 1200 ° C. at 100 ° C./hour under inert gas (nitrogen) substitution and circulation.

(e)不活性ガス(窒素)流通下、1200℃で8時間保持し、炭化処理した。
(f)不活性ガス(窒素)流通下、600℃まで自然放冷後、600℃から100℃以
下まで、100℃/時間で冷却した。
(E) Under an inert gas (nitrogen) flow, it was kept at 1200 ° C. for 8 hours and carbonized.
(F) Under natural gas (nitrogen) circulation, the mixture was naturally cooled to 600 ° C., and then cooled from 600 ° C. to 100 ° C. at 100 ° C./hour.

なお、炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合は8.5kg/mであった。 In addition, the occupation ratio of the raw material with respect to the space which carbonizes is 8.5 kg / m < 3 >.

(実施例3)
炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合を3.5kg/mに変更した以外は実施例2と同様の方法で負極材料3を作製した。
(Example 3)
A negative electrode material 3 was produced in the same manner as in Example 2 except that the occupation ratio of the raw material with respect to the space to be carbonized was changed to 3.5 kg / m 3 .

(実施例4)
炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合を0.9kg/mに変更した以外は実施例2と同様の方法で負極材料4を作製した。
(Example 4)
A negative electrode material 4 was produced in the same manner as in Example 2 except that the occupation ratio of the raw material to the space for carbonization treatment was changed to 0.9 kg / m 3 .

(実施例5)
炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合を0.5kg/mに変更した以外は実施例2と同様の方法で負極材料5を作製した。
(Example 5)
A negative electrode material 5 was produced in the same manner as in Example 2 except that the occupation ratio of the raw material with respect to the space to be carbonized was changed to 0.5 kg / m 3 .

(実施例6)
炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合を0.3kg/mに変更した以外は実施例2と同様の方法で負極材料6を作製した。
(Example 6)
A negative electrode material 6 was produced in the same manner as in Example 2 except that the occupation ratio of the raw material to the space for carbonization was changed to 0.3 kg / m 3 .

(実施例7)
炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合を9.0kg/mに変更した以外は実施例2と同様の方法で負極材料7を作製した。
(Example 7)
A negative electrode material 7 was produced in the same manner as in Example 2 except that the occupation ratio of the raw material with respect to the space to be carbonized was changed to 9.0 kg / m 3 .

(比較例1)
炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合を16.0kg/mに変更した以外は実施例1と同様の方法で負極材料8を作製した。
(Comparative Example 1)
A negative electrode material 8 was produced in the same manner as in Example 1 except that the occupation ratio of the raw material with respect to the space to be carbonized was changed to 16.0 kg / m 3 .

(比較例2)
炭化処理を行う空間に対する原料の占有割合を16.0kg/mに変更した以外は実施例2と同様の方法で負極材料9を作製した。
(Comparative Example 2)
A negative electrode material 9 was produced in the same manner as in Example 2 except that the occupation ratio of the raw material with respect to the space to be carbonized was changed to 16.0 kg / m 3 .

以上の実施例および比較例により得られた負極材料1〜9について、前述した各種評価をおこなった。以上の結果を表1に示す。また、図3、図4および図5に、実施例1、実施例5および比較例1で得られた負極材料の断面の光学顕微鏡写真をそれぞれ示す。   Various evaluations described above were performed on the negative electrode materials 1 to 9 obtained in the above examples and comparative examples. The results are shown in Table 1. Moreover, the optical micrograph of the cross section of the negative electrode material obtained by Example 1, Example 5, and Comparative Example 1 is shown in FIG.3, FIG4 and FIG.5, respectively.

実施例1〜7で得られた負極材料は、反射率が異なる第一領域および第二領域が観察され、第一領域および第二領域の界面において反射率が不連続に変化していた。さらに、実施例1〜7で得られた負極材料は、負極材料の断面の外延に沿って第一領域が存在し、第一領域の内側に第一領域よりも反射率が大きい第二領域が存在していた。
このような構造を有する負極材料を用いたリチウムイオン電池は、保存特性および充放電容量に優れていた。
In the negative electrode materials obtained in Examples 1 to 7, the first region and the second region having different reflectivities were observed, and the reflectivity changed discontinuously at the interface between the first region and the second region. Further, in the negative electrode materials obtained in Examples 1 to 7, the first region exists along the extension of the cross section of the negative electrode material, and the second region having a higher reflectance than the first region is present inside the first region. Existed.
The lithium ion battery using the negative electrode material having such a structure was excellent in storage characteristics and charge / discharge capacity.

一方、比較例1および2で得られた負極材料は、反射率が異なる第一領域および第二領域が観察されなかった。このような構造を有する負極材料を用いたリチウムイオン電池は、実施例1〜7で得られた負極材料よりも保存特性および充放電容量が劣っていた。   On the other hand, in the negative electrode materials obtained in Comparative Examples 1 and 2, the first region and the second region having different reflectivities were not observed. The lithium ion battery using the negative electrode material having such a structure was inferior in storage characteristics and charge / discharge capacity than the negative electrode materials obtained in Examples 1-7.

10 リチウムイオン電池
12 負極活物質層
13 負極
14 負極集電体
16 電解液
18 セパレーター
20 正極活物質層
21 正極
22 正極集電体
100 負極材料
101 第一領域
103 第二領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Lithium ion battery 12 Negative electrode active material layer 13 Negative electrode 14 Negative electrode collector 16 Electrolyte 18 Separator 20 Positive electrode active material layer 21 Positive electrode 22 Positive electrode collector 100 Negative electrode material 101 1st area | region 103 2nd area | region

本発明によれば、
線源としてCuKα線を用いたX線回折法により求められる(002)面の平均層面間隔d002が0.340nm以上である、アルカリ金属イオン電池に用いられる炭素質の負極材料であって、
当該負極材料をエポキシ樹脂で包埋し上記エポキシ樹脂を硬化させた後、得られた硬化物を切断して研磨することにより上記負極材料の断面を露出させ、次いで、光学顕微鏡を用いて上記断面を1000倍の倍率で明視野観察したとき、
上記負極材料の上記断面は、反射率が異なる第一領域および第二領域を有するものであり、
ブタノールを置換媒体として測定した密度(ρ)に対するヘリウムガスを置換媒体として測定した密度(ρ)の比(ρ/ρ)が1.05を超えて1.25未満であり、
ヘリウムガスを置換媒体として測定した密度(ρ)が1.84g/cm以上2.10g/cm以下である、負極材料が提供される。
According to the present invention,
A carbonaceous negative electrode material used for an alkali metal ion battery having an average layer spacing d 002 of (002) planes of 0.340 nm or more determined by an X-ray diffraction method using CuKα rays as a radiation source,
After embedding the negative electrode material with an epoxy resin and curing the epoxy resin, the obtained cured product is cut and polished to expose a cross section of the negative electrode material, and then the cross section using an optical microscope. Is observed in bright field at a magnification of 1000 times,
The cross section of the negative electrode material has a first region and a second region having different reflectivities,
The ratio (ρ H / ρ B ) of the density (ρ H ) measured with helium gas as the displacement medium to the density (ρ B ) measured with butanol as the displacement medium is greater than 1.05 and less than 1.25;
Density measured helium gas as a replacement medium ([rho H) is less than 1.84 g / cm 3 or more 2.10 g / cm 3, the negative electrode material is provided.

Claims (13)

線源としてCuKα線を用いたX線回折法により求められる(002)面の平均層面間隔d002が0.340nm以上である、アルカリ金属イオン電池に用いられる炭素質の負極材料であって、
ブタノールを置換媒体として測定した密度(ρ)に対するヘリウムガスを置換媒体として測定した密度(ρ)の比(ρ/ρ)が1.05を超えて1.25未満であり、
ヘリウムガスを置換媒体として測定した密度(ρ)が1.84g/cm以上2.10g/cm以下である、負極材料。
A carbonaceous negative electrode material used for an alkali metal ion battery having an average layer spacing d 002 of (002) planes of 0.340 nm or more determined by an X-ray diffraction method using CuKα rays as a radiation source,
The ratio (ρ H / ρ B ) of the density (ρ H ) measured with helium gas as the displacement medium to the density (ρ B ) measured with butanol as the displacement medium is greater than 1.05 and less than 1.25;
Density measured helium gas as a replacement medium ([rho H) is less than 1.84 g / cm 3 or more 2.10 g / cm 3, the negative electrode material.
請求項1に記載の負極材料において、
ブタノールを置換媒体として測定した密度(ρ)が1.50g/cm以上1.80g/cm以下である、負極材料。
The negative electrode material according to claim 1,
Density measured butanol as the replacement medium ([rho B) is less than 1.50 g / cm 3 or more 1.80 g / cm 3, the negative electrode material.
請求項1または2に記載の負極材料において、
温度40℃、相対湿度90%RHの条件下で当該負極材料を120時間保持した後、
前記負極材料を温度130℃、窒素雰囲気の条件下で1時間保持して予備乾燥し、次いで、前記予備乾燥した後の前記負極材料を200℃、30分間保持することにより発生した水分をカールフィッシャー電量滴定法にて測定したとき、
前記予備乾燥した後の前記負極材料から発生した水分量が、前記予備乾燥した後の前記負極材料100質量%に対し、0.20質量%以下である、負極材料。
In the negative electrode material according to claim 1 or 2,
After holding the negative electrode material for 120 hours under conditions of a temperature of 40 ° C. and a relative humidity of 90% RH,
The negative electrode material is preliminarily dried by holding it at a temperature of 130 ° C. for 1 hour under a nitrogen atmosphere, and then the moisture generated by holding the negative electrode material after the preliminary drying at 200 ° C. for 30 minutes is Karl Fischer. When measured by coulometric titration,
The negative electrode material whose moisture content generated from the negative electrode material after the preliminary drying is 0.20% by mass or less with respect to 100% by mass of the negative electrode material after the preliminary drying.
請求項1乃至3いずれか一項に記載の負極材料において、
負極として当該負極材料により形成したもの、対極として金属リチウム、電解液としてカーボネート系溶媒に1Mの割合でLiPFを溶解させたもの、を用いて作製したハーフセルについて、
25℃で、充電電流25mA/g、充電電圧0mV、充電終止電流2.5mA/gの条件で定電流定電圧法により充電し、次いで、放電電流25mA/g、放電終止電圧2.5Vの条件で定電流法により放電した際の
放電容量が360mAh/g以上である、負極材料。
In the negative electrode material according to any one of claims 1 to 3,
About a half cell produced using a negative electrode material formed as the negative electrode, metallic lithium as the counter electrode, and LiPF 6 dissolved in a carbonate solvent at a rate of 1 M as the electrolyte,
Charge at 25 ° C under the conditions of a charging current of 25 mA / g, a charging voltage of 0 mV, and a charging end current of 2.5 mA / g by the constant current constant voltage method, and then a discharge current of 25 mA / g and a discharge end voltage of 2.5 V. A negative electrode material having a discharge capacity of 360 mAh / g or more when discharged by a constant current method.
請求項1乃至4いずれか一項に記載の負極材料において、
前記負極材料をエポキシ樹脂で包埋し前記エポキシ樹脂を硬化させた後、得られた硬化物を切断して研磨することにより前記負極材料の断面を露出させ、次いで、光学顕微鏡を用いて前記断面を1000倍の倍率で明視野観察したとき、
前記負極材料の前記断面は、反射率が異なる第一領域および第二領域を有する、負極材料。
In the negative electrode material according to any one of claims 1 to 4,
After embedding the negative electrode material with an epoxy resin and curing the epoxy resin, the obtained cured product is cut and polished to expose a cross section of the negative electrode material, and then the cross section using an optical microscope Is observed in bright field at a magnification of 1000 times,
The cross section of the negative electrode material is a negative electrode material having a first region and a second region having different reflectivities.
請求項1乃至5いずれか一項に記載の負極材料において、
炭酸ガスの吸着量が10ml/g未満である、負極材料。
The negative electrode material according to any one of claims 1 to 5,
A negative electrode material having a carbon dioxide gas adsorption amount of less than 10 ml / g.
請求項1乃至6いずれか一項に記載の負極材料において、
水銀圧入法により求めた細孔直径が0.003μm〜5μmの細孔容積が0.55ml /g未満である、負極材料。
The negative electrode material according to any one of claims 1 to 6,
A negative electrode material having a pore volume of 0.003 μm to 5 μm determined by a mercury intrusion method and less than 0.55 ml / g.
請求項1乃至7いずれか一項に記載の負極材料を含む、負極活物質。   The negative electrode active material containing the negative electrode material as described in any one of Claims 1 thru | or 7. 請求項8に記載の負極活物質において、
前記負極材料とは異なる種類の負極材料をさらに含む、負極活物質。
The negative electrode active material according to claim 8,
A negative electrode active material further comprising a negative electrode material of a type different from the negative electrode material.
請求項9に記載の負極活物質において、
異なる種類の前記負極材料が黒鉛質材料である、負極活物質。
The negative electrode active material according to claim 9,
A negative electrode active material, wherein the different types of negative electrode materials are graphite materials.
少なくとも請求項8乃至10いずれか一項に記載の負極活物質を含む負極活物質層と、
負極集電体と、
がこの順番で積層された、アルカリ金属イオン電池用負極。
A negative electrode active material layer comprising at least the negative electrode active material according to any one of claims 8 to 10,
A negative electrode current collector;
Are laminated in this order, and the negative electrode for alkaline metal ion batteries.
請求項11に記載のアルカリ金属イオン電池用負極と、電解質と、正極とを少なくとも備えた、アルカリ金属イオン電池。   An alkali metal ion battery comprising at least the negative electrode for an alkali metal ion battery according to claim 11, an electrolyte, and a positive electrode. リチウムイオン電池またはナトリウムイオン電池である、請求項12に記載のアルカリ金属イオン電池。   The alkali metal ion battery according to claim 12, which is a lithium ion battery or a sodium ion battery.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6380854B2 (en) * 2013-05-22 2018-08-29 パナソニックIpマネジメント株式会社 Negative electrode active material for sodium ion secondary battery, method for producing the same, and sodium ion secondary battery
WO2014188722A1 (en) * 2013-05-22 2014-11-27 パナソニックIpマネジメント株式会社 Negative-electrode active material for sodium-ion secondary battery, method for manufacturing said negative-electrode active material, and sodium-ion secondary battery
US20160204435A1 (en) * 2013-08-23 2016-07-14 Sumitomo Bakelite Co., Ltd. Negative electrode material, negative electrode active material, negative electrode and alkali metal ion battery
TW201622217A (en) * 2014-08-29 2016-06-16 住友電木股份有限公司 Resin composition for secondary battery negative electrode, production method of carbon material for secondary battery negative electrode, carbon material for secondary battery negative electrode, modified phenolic group-containing resin for secondary ba
CN105185997B (en) 2015-10-27 2017-02-01 中国科学院物理研究所 Sodion secondary battery negative electrode material and preparing method and application thereof
JP7340188B2 (en) * 2020-01-23 2023-09-07 国立大学法人広島大学 Spherical carbon particles containing nitrogen element, manufacturing method thereof, electrodes and batteries
JP7408410B2 (en) 2020-01-23 2024-01-05 株式会社クラレ Carbonaceous material and its manufacturing method, and battery using carbonaceous material

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3337077B2 (en) * 1990-12-28 2002-10-21 ソニー株式会社 Manufacturing method of non-aqueous electrolyte secondary battery
JPH07122300A (en) * 1993-10-26 1995-05-12 Sony Corp Non-aqueous electrolyte battery
JPH07335262A (en) * 1994-06-03 1995-12-22 Sony Corp Nonaqueous electrolyte secondary battery
JPH1083807A (en) * 1996-09-05 1998-03-31 Unitika Ltd Nonaqueous lithium secondary battery
CN100477345C (en) * 2004-03-30 2009-04-08 株式会社吴羽 Material for negative electrode of nonaqueous electrolyte secondary battery, process for producing the same, negative electrode and battery
JP4967316B2 (en) * 2005-06-28 2012-07-04 日立化成工業株式会社 Carbon particle for lithium secondary battery negative electrode, carbon negative electrode for lithium secondary battery using the same, and lithium secondary battery
TW200723579A (en) * 2005-09-09 2007-06-16 Kureha Corp Negative electrode material for nonaqueous electrolyte secondary battery, process for producing the same, negative electrode and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP4952186B2 (en) * 2005-10-20 2012-06-13 三菱化学株式会社 Non-aqueous electrolyte for secondary battery and secondary battery using the same
JP5049820B2 (en) * 2008-02-29 2012-10-17 日立ビークルエナジー株式会社 Lithium ion secondary battery
JP5394721B2 (en) * 2008-12-19 2014-01-22 Jfeケミカル株式会社 Lithium ion secondary battery, negative electrode material and negative electrode therefor
JP5365611B2 (en) * 2010-11-26 2013-12-11 住友ベークライト株式会社 Carbon material for lithium ion secondary battery, negative electrode mixture for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery

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