JP2014152040A - Method for producing spheroidized graphite, spheroidized graphite produced thereby, spheroidized graphite-containing anode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery including the anode - Google Patents

Method for producing spheroidized graphite, spheroidized graphite produced thereby, spheroidized graphite-containing anode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery including the anode Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new method for efficiently producing spheroidized graphite in which a metal-containing substance is encapsulated.SOLUTION: The method for producing spheroidized graphite comprises the steps of: executing spheroidization by using a spheroidization device having a spiral flow passage; and folding flaky graphite of a metal-containing substance-encapsulated state to obtain the spheroidized graphite.

Description

本発明はリチウムイオン二次電池の負極材料に用いる球形化黒鉛の製造方法に関し、特に、負極容量を向上させることができる金属含有物質を内包した球形化黒鉛の製造方法に関する。また、該球形化黒鉛を含有する負極、該負極を備えるリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a method for producing spheroidized graphite used as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, and more particularly to a method for producing spheroidized graphite including a metal-containing substance capable of improving the negative electrode capacity. The present invention also relates to a negative electrode containing the spheroidized graphite and a lithium ion secondary battery including the negative electrode.

電子機器の小型化に伴い、高容量の二次電池に対する需要が高まってきている。特に、ニッケル・カドミウム電池や、ニッケル・水素電池に比べエネルギー密度がより高く、大電流充放電特性に優れたリチウムイオン二次電池が注目されている。リチウムイオン二次電池の高容量化は従来から広く検討されてきたが、更なる高容量化を達成することが求められている。   With the downsizing of electronic devices, demand for high-capacity secondary batteries is increasing. In particular, lithium ion secondary batteries, which have higher energy density than nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries and are excellent in high-current charge / discharge characteristics, are attracting attention. Although increasing the capacity of lithium ion secondary batteries has been extensively studied in the past, it is required to achieve further increase in capacity.

リチウムイオン二次電池の負極材料としては黒鉛が知られている。黒鉛は比較的安価であり、また、黒鉛を使用したリチウムイオン二次電池はサイクル特性に優れ、電極膨張も小さいため、負極用材料として多用されている。
一方、黒鉛を負極材料として用いた場合、理論容量が372mAh/gという限界値があり、黒鉛のみによる更なる高容量化は期待できない。そのため近年、黒鉛の代わりに理論容量が大きな金属含有物質を適用しようという試みがされている。
Graphite is known as a negative electrode material for lithium ion secondary batteries. Graphite is relatively inexpensive, and lithium ion secondary batteries using graphite are frequently used as negative electrode materials because of their excellent cycle characteristics and small electrode expansion.
On the other hand, when graphite is used as the negative electrode material, the theoretical capacity has a limit value of 372 mAh / g, and further increase in capacity only by graphite cannot be expected. Therefore, in recent years, an attempt has been made to apply a metal-containing material having a large theoretical capacity instead of graphite.

特にSiは理論容量値が大きく、負極としての適用が期待されているが、リチウムとの反応時の体積膨張が大きいため、集電体からの剥離が生じ、電極が割れてしまうという問題がある。
そのため、黒鉛などの炭素材料と共に用いることで、高容量化を達成しようという試みななされている。
In particular, Si has a large theoretical capacity value and is expected to be applied as a negative electrode. However, since the volume expansion during reaction with lithium is large, there is a problem that peeling from the current collector occurs and the electrode is cracked. .
Therefore, attempts have been made to achieve high capacity by using together with carbon materials such as graphite.

例えば特許文献1及び2では、カーボンナノワイヤー、カーボンナノチューブなどを、溶融Siにディップすることで、ナノワイヤ、ナノチューブ表面にSi層を形成させたナノフィラメント複合材料が得られ、該複合材料により高い可逆容量を有し、サイクル特性に優れた負極材が得られることが開示されている。   For example, in Patent Documents 1 and 2, carbon nanowires, carbon nanotubes, and the like are dipped in molten Si to obtain a nanofilament composite material in which a Si layer is formed on the nanowire and nanotube surfaces. It is disclosed that a negative electrode material having a capacity and excellent cycle characteristics can be obtained.

米国特許出願公開第2009/0269511US Patent Application Publication No. 2009/0269511 米国特許出願公開第2009/0169996US Patent Application Publication No. 2009/0169996

リチウムイオン二次電池の高容量化を目指し、炭素材料とSiなどの金属含有物質との複合体を製造する試みはされているものの、表面がSiなどの金属含有物質で被覆されているもの、または僅かにSiなどの金属含有物質が内包されるもの、が製造されるのみであった。
これは、従来、黒鉛が球形化処理される際には、強い物理的衝撃を与えることによる球形化が行われており、このような強い物理的衝撃により球形化される場合、同時に黒鉛の密度も高くなってしまう。そのため、球形化処理後の黒鉛と、金属含有物質とを混合した
としても、黒鉛中に金属含有物質が内包されることは難しい。
一方で、球形化処理前の黒鉛と金属含有物質とを混合し、球形化処理した場合であっても、従来の球形化処理においては、微粉を除きながら球形化処理を行っていくため、黒鉛中に金属含有物質が内包されることはほとんどない。
Aiming to increase the capacity of lithium ion secondary batteries, although attempts have been made to produce composites of carbon materials and metal-containing substances such as Si, the surface is coated with a metal-containing substance such as Si, Alternatively, only a material containing a metal-containing substance such as Si is produced.
Conventionally, when graphite is spheroidized, it is spheroidized by applying a strong physical impact. When spheroidized by such a strong physical impact, the density of graphite is simultaneously reduced. Will also be high. Therefore, even if graphite after spheroidizing treatment and a metal-containing substance are mixed, it is difficult for the metal-containing substance to be included in the graphite.
On the other hand, even when graphite before spheroidizing treatment and a metal-containing substance are mixed and spheroidized, the conventional spheronizing treatment is performed while removing the fine powder, There is almost no inclusion of metal-containing materials.

本発明は、このような状況下なされたものであり、金属含有物質を内包した球形化黒鉛を、効率良く製造する新たな製造方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made under such circumstances, and an object thereof is to provide a new production method for efficiently producing spheroidized graphite containing a metal-containing substance.

本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、予め鱗片状黒鉛と金属含有物質を混合させた状態で、該混合物に対して緩やかな衝撃を与えて鱗片状黒鉛を折りたたみ球形化させることで、金属含有物質を内包した球形化黒鉛が得られることを見出し、本発明を完成させた。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors folded the flaky graphite by applying a gentle impact to the mixture in a state where the flaky graphite and the metal-containing substance were mixed in advance. The inventors have found that spheroidizing graphite containing a metal-containing substance can be obtained by spheronizing, and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の概要は、以下のとおりである。
(1)鱗片状黒鉛と金属含有物質との混合物を準備する準備工程、および
該混合物を球形化する球形化工程、を含む球形化黒鉛の製造方法であって、
前記球形化工程は、らせん状の流路を有する球形化処理装置を用いて実施され、鱗片状黒鉛が金属含有物質を内包した状態で折りたたまれて球形化される、球形化黒鉛の製造方法。
(2)前記準備工程において、鱗片状黒鉛と金属含有物質との重量比が、99:1〜90:10である、(1)に記載の球形化黒鉛の製造方法。
(3)前記金属含有物質が、Si、Sn、Al、及びSiOからなる群から選択される少なくとも1種を含有する、(1)または(2)に記載の球形化黒鉛の製造方法。
(4)製造された黒鉛の、広角X線回折測定により得られる格子面(110)と(004)に対応するピーク強度の比Rc(=I(110)/I(004))が、0.05以上、0.22以下である、(1)から(3)のいずれかに記載の球形化黒鉛の製造方法。
(5)製造された黒鉛の、体積基準平均粒径(d50)が3μm以上、50μm以下である、(1)から(4)のいずれかに記載の球形化黒鉛の製造方法。
(6)更に圧縮成型工程を含む、(1)から(5)のいずれかに記載の球形化黒鉛の製造方法。
(7)(1)から(6)のいずれかに記載の方法で製造される球形化黒鉛。
(8)集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを備えるリチウムイオン二次電池用負極であって、該活物質が、(7)に記載の球形化黒鉛を含有する、リチウムイオン二次電池用負極。
(9)リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに、電解液を備えるリチウムイオン二次電池であって、該負極が(8)に記載のリチウムイオン二次電池用負極である、リチウムイオン二次電池。
That is, the outline of the present invention is as follows.
(1) A method for producing spheroidized graphite comprising a preparation step of preparing a mixture of scaly graphite and a metal-containing substance, and a spheronization step of spheronizing the mixture,
The spheronization step is performed using a spheronization processing apparatus having a spiral channel, and the spheroidized graphite is folded and spheroidized in a state of containing a metal-containing material.
(2) The method for producing spheroidized graphite according to (1), wherein in the preparation step, a weight ratio between the scaly graphite and the metal-containing substance is 99: 1 to 90:10.
(3) The method for producing spheroidized graphite according to (1) or (2), wherein the metal-containing substance contains at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Al, and SiO.
(4) The peak intensity ratio Rc (= I (110) / I (004)) corresponding to the lattice planes (110) and (004) obtained by wide-angle X-ray diffraction measurement of the produced graphite is 0.00. The method for producing spheroidized graphite according to any one of (1) to (3), which is 05 or more and 0.22 or less.
(5) The method for producing spheroidized graphite according to any one of (1) to (4), wherein the produced graphite has a volume-based average particle size (d50) of 3 μm or more and 50 μm or less.
(6) The method for producing spheroidized graphite according to any one of (1) to (5), further including a compression molding step.
(7) Spheroidized graphite produced by the method according to any one of (1) to (6).
(8) A negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising a current collector and an active material layer formed on the current collector, wherein the active material contains the spheroidized graphite according to (7) A negative electrode for a lithium ion secondary battery.
(9) A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and an electrolyte, wherein the negative electrode is a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to (8) Ion secondary battery.

本発明により、金属含有物質を内包した球形化黒鉛を効率良く製造する、新たな製造方法を提供することができる。金属含有物質として、黒鉛よりも高い容量を有する物質を用いることで、負極の高容量化が可能となる。   The present invention can provide a new production method for efficiently producing spheroidized graphite containing a metal-containing substance. By using a substance having a higher capacity than graphite as the metal-containing substance, the capacity of the negative electrode can be increased.

実施例で用いた球形化処理装置を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the spheroidization processing apparatus used in the Example. 本発明において、好適に使用し得る球形化処理装置を表す模式図である。It is a schematic diagram showing the spheroidization processing apparatus which can be used conveniently in this invention. 実施例1で製造した球形化黒鉛の断面を表すSEM画像である(図面代用写真)。It is a SEM image showing the cross section of the spheroidized graphite manufactured in Example 1 (drawing substitute photograph). 実施例1で製造した球形化黒鉛の断面を表すSEM画像である(図面代用写真)。It is a SEM image showing the cross section of the spheroidized graphite manufactured in Example 1 (drawing substitute photograph).

以下、本発明をより詳細に説明するが、本発明は具体的な実施態様にのみ限定されない。
本発明の実施態様に係る球形化黒鉛の製造方法は、鱗片状黒鉛と金属含有物質との混合物を準備する準備工程、および、該混合物を球形化する球形化工程、を含む。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail, but the present invention is not limited to specific embodiments.
The method for producing spheroidized graphite according to an embodiment of the present invention includes a preparation step of preparing a mixture of scaly graphite and a metal-containing substance, and a spheronization step of spheroidizing the mixture.

準備工程では、鱗片状黒鉛と金属含有物質を混合する。本実施態様では、金属含有物質は球形化黒鉛に内包されることで、負極容量を大きくさせるものが好ましい。すなわち、黒鉛よりも理論容量が大きい金属含有物質であることが好ましい。なお、金属含有物質とは、金属単体、金属と他の元素との化合物、金属と他の物質を含む合金、などが含まれる概念である。
黒鉛よりも理論容量が大きい金属含有物質の例としては、Si、Sn、Al、SiOxなどがあげられ、これらのうち、Si又はSiOx(0<x<2)が好ましい。xは0.2以上が好ましく、0.4以上がより好ましく、0.6以上が更に好ましい。また、1.8以下が好ましく、1.6以下がより好ましく、1.4以下が更に好ましく、1、即ちSiOであることが特に好ましい。最も好ましくはSiである。
SiOxの製造方法としては、例えば、SiO粉末と金属Si粉末を特定の割合で混合し、この混合物を反応器に充填した後、常圧あるいは特定の圧力に減圧した状態で1000℃以上に昇温し、保持してSiOxガスを発生させる。該ガスを捕集し、冷却して析出させ、SiOx粒子を得ることができる。
金属含有物質の平均粒子径(d50)は特段限定されず、通常0.1μm以上、好ましくは1.0μm以上であり、通常10μm以下、好ましくは7μm以下である。平均粒子径(d50)は、レーザー回折・散乱式粒度分布測定方法等で求められる。
また、金属含有物質のBET法による比表面積は、通常0.5m/g以上、好ましくは1m/g以上であり、また通常60m/g以下、好ましくは40m/g以下である。
In the preparation step, flake graphite and a metal-containing substance are mixed. In the present embodiment, it is preferable that the metal-containing substance is included in the spheroidized graphite to increase the negative electrode capacity. That is, it is preferably a metal-containing material having a theoretical capacity larger than that of graphite. Note that the metal-containing substance is a concept including a simple metal, a compound of a metal and another element, an alloy containing a metal and another substance, and the like.
Examples of the metal-containing substance having a theoretical capacity larger than that of graphite include Si, Sn, Al, and SiOx. Among these, Si or SiOx (0 <x <2) is preferable. x is preferably 0.2 or more, more preferably 0.4 or more, and still more preferably 0.6 or more. Moreover, 1.8 or less is preferable, 1.6 or less is more preferable, 1.4 or less is further more preferable, and it is especially preferable that it is 1, ie, SiO. Most preferably, it is Si.
As a method for producing SiOx, for example, SiO 2 powder and metal Si powder are mixed at a specific ratio, and after the mixture is charged into a reactor, the temperature is increased to 1000 ° C. or higher in a state where the pressure is reduced to normal pressure or a specific pressure. Warm and hold to generate SiOx gas. The gas can be collected, cooled and precipitated to obtain SiOx particles.
The average particle diameter (d50) of the metal-containing substance is not particularly limited, and is usually 0.1 μm or more, preferably 1.0 μm or more, and usually 10 μm or less, preferably 7 μm or less. The average particle diameter (d50) is determined by a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring method or the like.
The specific surface area of the metal-containing substance by the BET method is usually 0.5 m 2 / g or more, preferably 1 m 2 / g or more, and usually 60 m 2 / g or less, preferably 40 m 2 / g or less.

鱗片状黒鉛と金属含有物質の混合比は特段限定されないが、本実施態様の製造方法では、金属含有物質を効率良く黒鉛に内包させることが可能であり、混合物中の金属含有物質の量が少なくてもよい。鱗片状黒鉛と金属含有物質との重量比が99:1〜90:10であることが好ましく、99:1〜95:5であることがより好ましい。
混合の方法についても特段限定されず、公知の乾式方法により行うことができるが、あまり強い力で混合すると鱗片状黒鉛のエッジが削れてしまい微粉が発生する傾向にあるため、例えば鱗片状黒鉛と金属含有物質を袋中で数回シェイクする程度でよい。
The mixing ratio of the scaly graphite and the metal-containing substance is not particularly limited, but the production method of this embodiment can efficiently encapsulate the metal-containing substance in the graphite, and the amount of the metal-containing substance in the mixture is small. May be. The weight ratio of flaky graphite to the metal-containing substance is preferably 99: 1 to 90:10, and more preferably 99: 1 to 95: 5.
The mixing method is not particularly limited and can be performed by a known dry method, but when mixed with a too strong force, the edge of the flaky graphite tends to be scraped off and fine powder is generated. It is sufficient to shake the metal-containing substance several times in the bag.

原料となる鱗片状黒鉛は、通常リチウムイオン二次電池の負極用原料として用いられるものであれば特段限定されないが、以下に好ましい物性値を示す。
(1)002面の面間隔(d002)及びLc
鱗片状黒鉛のX線広角回折法による002面の面間隔(d002)は、通常3.37Å以下でLcが900Å以上であり、002面の面間隔(d002)が3.36Å以下でLcが950Å以上であることが好ましい。面間隔(d002)及び結晶子の大きさ(Lc)は、負極材バルクの結晶性を示す値であり、(002)面の面間隔(d002)の値が小さいほど、また結晶子の大きさ(Lc)が大きいほど、結晶性が高い負極材であることを示し、黒鉛層間に入るリチウムの量が理論値に近づくので容量が増加する。結晶性が低いと高結晶性黒鉛を電極に用いた場合の優れた電池特性(高容量で、且つ不可逆容量が低い)が発現されない。面間隔(d002)と結晶子サイズ(Lc)は、上記範囲が組み合わされていることが特に好ましい。X線回折は以下の手法により測定する。炭素粉末に総量の約15質量%のX線標準高純度シリコン粉末を加えて混合したものを材料とし、グラファ
イトモノクロメーターで単色化したCuKα線を線源とし、反射式ディフラクトメーター法で広角X線回折曲線を測定する。その後、学振法を用いて面間隔(d002)及び結晶子の大きさ(Lc)を求める。
The scaly graphite used as a raw material is not particularly limited as long as it is usually used as a raw material for a negative electrode of a lithium ion secondary battery. However, preferred physical property values are shown below.
(1) 002 plane spacing (d002) and Lc
The surface interval (d002) of the 002 plane by the X-ray wide-angle diffraction method of flaky graphite is usually 3.37 mm or less and Lc is 900 mm or more, and the surface distance (d002) of the 002 surface is 3.36 mm or less and Lc is 950 mm. The above is preferable. The face spacing (d002) and the crystallite size (Lc) are values indicating the crystallinity of the negative electrode material bulk. The smaller the (002) face spacing (d002) value, the larger the crystallite size. Larger (Lc) indicates a negative electrode material with higher crystallinity, and the capacity increases because the amount of lithium entering the graphite layer approaches the theoretical value. When the crystallinity is low, excellent battery characteristics (high capacity and low irreversible capacity) when high crystalline graphite is used for the electrode are not exhibited. It is particularly preferable that the above-mentioned ranges are combined for the interplanar spacing (d002) and the crystallite size (Lc). X-ray diffraction is measured by the following method. Carbon powder is mixed with X-ray standard high-purity silicon powder of about 15% by mass of the total amount, and the material is CuKα rays monochromatized with a graphite monochromator, and the wide angle X is measured by the reflective diffractometer method. A line diffraction curve is measured. Thereafter, the interplanar spacing (d002) and the crystallite size (Lc) are obtained using the Gakushin method.

(2)タップ密度
粉体粒子の充填構造は、粒子の大きさ、形状、粒子間相互作用力の程度等によって左右されるが、本明細書では充填構造を定量的に議論する指標の一つとしてタップ密度を適用することも可能である。本発明者らの検討では、真密度と平均粒径がほぼ等しい鉛質粒子では、形状が球状であるほど、タップ密度が高い値を示すことが確認されている。すなわち、タップ密度を上げるためには、粒子の形状に丸みを帯びさせ、球状に近づけることが重要である。粒子形状が球状に近づけば、粉体の充填性も大きく向上する。鱗片状黒鉛のタップ密度は、通常0.1g/cm以上であり、0.2g/cm以上であることが好ましく、0.3g/cm以上がより好ましい。
タップ密度は、粉体密度測定器である(株)粉体密度測定器である(株)セイシン企業社製「タップデンサーKYT−4000」を用い、直径1.6cm、体積容量20cmの円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して、鱗片状黒鉛を落下させて、セルに満杯に充填した後、ストローク長10mmのタップを1000回行なって、その時の体積と試料の重量から求めた密度をタップ密度として定義する。
(2) Tap density The packing structure of powder particles depends on the size, shape, degree of interaction force between particles, etc., but this specification is one of the indicators for quantitatively discussing the packing structure. It is also possible to apply a tap density as In the study by the present inventors, it has been confirmed that the lead density of the lead-like particles whose true density is almost equal to the average particle diameter shows a higher tap density as the shape is spherical. That is, in order to increase the tap density, it is important to make the shape of the particles round and close to a spherical shape. When the particle shape is close to a spherical shape, the powder filling property is greatly improved. The tap density of the flaky graphite is usually 0.1 g / cm 3 or more, preferably 0.2 g / cm 3 or more, and more preferably 0.3 g / cm 3 or more.
The tap density is a cylindrical shape having a diameter of 1.6 cm and a volume capacity of 20 cm 3 using “Tap Denser KYT-4000” manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd., which is a powder density measuring device. After dropping scaly graphite through a sieve with an opening of 300 μm into the tap cell and filling the cell fully, tap with a stroke length of 10 mm was performed 1000 times, and the density obtained from the volume and the weight of the sample was tapped. Defined as density.

(3)ラマンR値
アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルは粒子の表面の性状を現す指標として利用されている。鱗片状黒鉛のアルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1付近のピーク強度に対する1360cm−1付近のピーク強度比であるラマンR値は通常0.05以上0.9以下であり、0.05以上0.7以下であることが好ましく、0.05以上0.5以下であることがより好ましい。R値は炭素粒子の表面近傍(粒子表面から100Å位まで)の結晶性を表す指標であり、R値が小さいほど結晶性が高い、あるいは結晶状態が乱れていないことを示す。ラマンスペクトルは以下に示す方法により測定する。具体的には、測定対象粒子をラマン分光器測定セル内へ自然落下させることで試料充填し、測定セル内にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、測定セルをこのレーザー光と垂直な面内で回転させながら測定を行なう。なお、アルゴンイオンレーザー光の波長は514.5nmとする。
(3) Raman R value The argon ion laser Raman spectrum is used as an index showing the surface properties of particles. Raman R value is the peak intensity ratio in the vicinity of 1360 cm -1 to the peak intensity near 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum of the flake graphite is usually 0.05 to 0.9, 0.05 or 0. It is preferably 7 or less, more preferably 0.05 or more and 0.5 or less. The R value is an index representing the crystallinity in the vicinity of the surface of the carbon particle (from the particle surface to about 100 °), and the smaller the R value, the higher the crystallinity or the disordered crystal state. The Raman spectrum is measured by the method shown below. Specifically, the sample particle is naturally dropped into the Raman spectrometer measurement cell, and the sample cell is filled with the sample. While irradiating the measurement cell with an argon ion laser beam, the measurement cell is placed in a plane perpendicular to the laser beam. Measure while rotating. Note that the wavelength of the argon ion laser light is 514.5 nm.

(4)3R/2H
鱗片状黒鉛のX線広角回折法は、粒子全体の結晶性を表す指標として用いられる。鱗片状黒鉛は、X線広角回折法による菱面体結晶構造に基づく101面の強度3R(101)と六方晶結晶構造に基づく101面の強度2H(101)との比3R/2Hが通常0.1以上、0.15以上であることが好ましく、0.2以上であることが更に好ましい。菱面体結晶構造とは、黒鉛の網面構造の積み重なりが3層おきに繰り返される結晶形態である。また、六方晶結晶構造とはとは黒鉛の網面構造の積み重なりが2層おきに繰り返される結晶形態である。菱面体結晶構造3Rの比率の多い結晶形態を示す鱗片状黒鉛の場合、菱面体結晶構造3Rの比率の少ない黒鉛粒子に比べLiイオンの受け入れ性が高い。
(4) 3R / 2H
The X-ray wide angle diffraction method of scaly graphite is used as an index representing the crystallinity of the entire particle. In the scale-like graphite, the ratio 3R / 2H of the intensity 3R (101) of the 101 plane based on the rhombohedral crystal structure by the X-ray wide angle diffraction method and the intensity 2H (101) of the 101 plane based on the hexagonal crystal structure is usually 0. It is preferably 1 or more and 0.15 or more, and more preferably 0.2 or more. The rhombohedral crystal structure is a crystal form in which a stack of graphite network structures is repeated every three layers. The hexagonal crystal structure is a crystal form in which a stack of graphite network structures is repeated every two layers. In the case of scaly graphite showing a crystal form with a large proportion of rhombohedral crystal structure 3R, the acceptability of Li ions is higher than graphite particles with a small proportion of rhombohedral crystal structure 3R.

(5)BET比表面積
鱗片状黒鉛のBET法による比表面積は通常1m/g以上30m/g以下、2m/g以上15m/g以下であることが好ましく、5m/g以上10m/g以下であることがより好ましい。鱗片状黒鉛の比表面積が小さすぎると、Liイオンの受け入れ性が悪くなり、大きすぎると不可逆容量の増加による電池容量の減少を防ぐことができない傾向がある。BET比表面積(SA)は、日本ベル社製比表面積測定装置「Belsorp mini」を用いて、窒素ガス吸着流通法によりBET法にて測定した。具体的には、試料(鱗片状黒鉛)約1.0gをセルに充填し、350℃に加熱して前処理を行った後
、液体窒素温度まで冷却して、窒素30%、He70%のガスを飽和吸着させ、その後室温まで加熱して脱着したガス量を計測し、得られた結果から、通常のBET法により比表面積を算出した。
(5) BET specific surface area The specific surface area of the scaly graphite by the BET method is usually 1 m 2 / g or more and 30 m 2 / g or less, preferably 2 m 2 / g or more and 15 m 2 / g or less, and preferably 5 m 2 / g or more and 10 m or less. More preferably, it is 2 / g or less. If the specific surface area of the flaky graphite is too small, the acceptability of Li ions is deteriorated, and if it is too large, a decrease in battery capacity due to an increase in irreversible capacity tends to be prevented. The BET specific surface area (SA) was measured by the BET method by a nitrogen gas adsorption flow method using a specific surface area measuring device “Belsorb mini” manufactured by Bell Japan. Specifically, about 1.0 g of a sample (flaky graphite) is filled in a cell, heated to 350 ° C. and pretreated, then cooled to liquid nitrogen temperature, and 30% nitrogen and 70% He gas. Was saturated and adsorbed, then heated to room temperature, and the amount of desorbed gas was measured. From the obtained results, the specific surface area was calculated by the usual BET method.

(6)細孔容量
鱗片状黒鉛の水銀圧入法による10nm〜100000nmの範囲の細孔容量は、通常0.3ml/g以上、0.4ml/g以上が好ましく、0.5ml/g以上であることがより好ましい。細孔容量が小さすぎると、Liイオンの出入りの面積が小さくなり電池性能が悪化する傾向がある。細孔容量は以下に示す方法により測定する。水銀ポロシメトリー用の装置として、水銀ポロシメータを用いる。試料(負極材)を、室温、真空下にて脱気して前処理を実施する。引き続き、減圧下で水銀を導入し、ステップ状に昇圧させ、水銀圧入量を測定する。こうして得られた水銀圧入曲線からWashburnの式を用い、細孔分布、及び細孔容量を算出する。
(6) Pore volume The pore volume in the range of 10 nm to 100000 nm by the mercury intrusion method of flaky graphite is usually preferably 0.3 ml / g or more, preferably 0.4 ml / g or more, and 0.5 ml / g or more. It is more preferable. If the pore capacity is too small, the area where Li ions enter and exit tends to be small, and the battery performance tends to deteriorate. The pore volume is measured by the following method. A mercury porosimeter is used as an apparatus for mercury porosimetry. A sample (negative electrode material) is degassed at room temperature under vacuum and pretreated. Subsequently, mercury is introduced under reduced pressure, the pressure is increased stepwise, and the amount of mercury intrusion is measured. From the mercury intrusion curve thus obtained, the pore distribution and the pore volume are calculated using the Washburn equation.

(7)平均粒径
鱗片状黒鉛の平均粒径(d50)は通常5μm以上、好ましくは30μm以上、より好ましくは50μm以上、また、通常500μm以下、好ましくは300μm以下、より好ましくは100μm以下である。平均粒径が小さすぎると、比表面積が大きくなることによる不可逆容量の増加を防ぐことができない傾向がある。また、平均粒径が大きすぎると、電解液と鱗片状黒鉛の粒子との接触面積が減ることによる急速充放電性の低下を防ぐことができない傾向がある。
体積基準平均粒径(d50)は、界面活性剤を添加した水溶液に、鱗片状黒鉛約0.3gを懸濁させ、市販のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置「島津製作所製SALD−2000J」に導入し、装置内蔵超音波を照射しながら、測定装置における体積基準のメディアン径として測定したものを、鱗片状黒鉛の体積基準平均粒径(d50)と定義する。
(7) Average particle size The average particle size (d50) of the flake graphite is usually 5 μm or more, preferably 30 μm or more, more preferably 50 μm or more, and usually 500 μm or less, preferably 300 μm or less, more preferably 100 μm or less. . If the average particle size is too small, an increase in irreversible capacity due to an increase in specific surface area tends to be prevented. On the other hand, if the average particle size is too large, the rapid charge / discharge performance tends to be prevented from being lowered due to the decrease in the contact area between the electrolyte and the scaly graphite particles.
The volume-based average particle size (d50) is obtained by suspending about 0.3 g of scaly graphite in an aqueous solution to which a surfactant is added, and a commercially available laser diffraction / scattering type particle size distribution analyzer “SALD-2000J manufactured by Shimadzu Corporation”. The volume-based average particle diameter (d50) of the scaly graphite is defined as the volume-based median diameter in the measuring apparatus while being irradiated with the ultrasonic waves built in the apparatus.

(8)アスペクト比
アスペクト比は鱗片状黒鉛の物性を表す一つの指標である。鱗片状黒鉛のアスペクト比は通常3以上、好ましくは5以上、より好ましくは10以上、更に好ましくは15以上である。また、通常1000以下、好ましくは500以下、より好ましくは100以下、更に好ましくは50以下である。アスペクト比が大きすぎると粒径が100μm程度の大きな粒子ができやすい傾向があり、小さすぎる粒子は、一方向からの加圧をした際に接触面積が小さいため、強固な造粒体が形成されない傾向があり、また粒子を造粒しても鱗片状黒鉛の小さい比表面積が反映して、比表面積が30m/gを超える造粒体となる傾向がある。
なお、アスペクト比の測定は以下のように行った。鱗片状黒鉛を電子顕微鏡で写真撮影し、任意選んだ領域内の20個の粒子について、それぞれの粒子の最長径をa(μm)、最短径をb(μm)としてa/bを求め、a/bの20個の粒子の平均値をアスペクト比とする。
(8) Aspect ratio The aspect ratio is an index representing the physical properties of the flake graphite. The aspect ratio of the flaky graphite is usually 3 or more, preferably 5 or more, more preferably 10 or more, and still more preferably 15 or more. Moreover, it is 1000 or less normally, Preferably it is 500 or less, More preferably, it is 100 or less, More preferably, it is 50 or less. When the aspect ratio is too large, there is a tendency that large particles having a particle size of about 100 μm tend to be formed. Too small particles do not form a strong granule because the contact area is small when pressed from one direction. Even if the particles are granulated, the small specific surface area of the flake graphite is reflected, and the specific surface area tends to be a granulated body exceeding 30 m 2 / g.
The aspect ratio was measured as follows. The scaly graphite is photographed with an electron microscope, and for 20 particles in an arbitrarily selected region, a / b is obtained by setting the longest diameter of each particle to a (μm) and the shortest diameter to b (μm). An average value of 20 particles of / b is defined as an aspect ratio.

鱗片状黒鉛は、製造方法について特に限定されない。鉱石として天然に産出する鱗片状黒鉛をそのまま原料として用いても良い。鱗片状黒鉛は、中国、ブラジル、マダガスカル、ジンバブエ、インド、スリランカ、メキシコ、朝鮮半島など世界中で産出される。産地によって性状が少しずつ異なるが、本実施態様で用いる鱗片状黒鉛は、産地や性状、種類は特に制限されない。   The scaly graphite is not particularly limited with respect to the production method. Scaly graphite produced naturally as ore may be used as a raw material as it is. Scaly graphite is produced all over the world, including China, Brazil, Madagascar, Zimbabwe, India, Sri Lanka, Mexico and the Korean Peninsula. Although the properties differ little by little depending on the production area, the production area, properties, and types of the scaly graphite used in the present embodiment are not particularly limited.

本実施態様の製造方法は、球形化工程にその特徴を有する。球形化工程は、らせん状の流路を有する球形化処理装置を用いて実施されることで、鱗片状黒鉛が金属含有物質を内包した状態で折りたたまれて球形化される。
従来、黒鉛が球形化処理される際には、強い物理的衝撃を与えることが行われていた。このような強い物理的衝撃により球形化される場合、同時に黒鉛の密度も高くなる。そのため、球形化処理後の黒鉛と、金属含有物質とを混合したとしても、黒鉛中に金属含有物質が内包されることは難しい。
一方で、球形化処理前の黒鉛と金属含有物質とを混合し、球形化処理した場合であっても、従来の球形化処理においては、微粉を除きながら球形化処理を行っていくため、黒鉛中に金属含有物質が内包されることはほとんどない。
The manufacturing method of this embodiment has the characteristic in the spheronization process. The spheronization process is carried out using a spheronization processing apparatus having a spiral flow path, so that the flaky graphite is folded and spheroidized in a state of containing the metal-containing substance.
Conventionally, when graphite is spheroidized, a strong physical impact has been applied. When spheroidized by such a strong physical impact, the density of graphite also increases. Therefore, even if graphite after spheroidizing treatment and a metal-containing substance are mixed, it is difficult for the metal-containing substance to be included in the graphite.
On the other hand, even when graphite before spheroidizing treatment and a metal-containing substance are mixed and spheroidized, the conventional spheronizing treatment is performed while removing the fine powder, There is almost no inclusion of metal-containing materials.

本実施態様の球形化工程は、このような従来の黒鉛球形化処理方法とは異なり、らせん状の流路を有する球形化処理装置を用いて球形化処理を行うことで、鱗片黒鉛端部に緩やかな衝撃を与え、折りたたまれることを繰り返し、緩やかに球形化を進行させる。このような、緩やかに進行する球形化の過程において、金属含有物質が折りたたまれた黒鉛に内包されることとなる。   Unlike the conventional graphite spheronization method, the spheronization process of this embodiment is performed at the end of the scale graphite by performing the spheronization process using a spheronization process apparatus having a spiral flow path. Gives a gentle impact, repeats folding, and gradually progresses to spheroidization. In such a slowly progressing spheronization process, the metal-containing material is encapsulated in the folded graphite.

らせん状の流路を有する球形化処理装置の具体例を、図面を用いて説明する。
図1は、らせん状の流路を有する球形化処理装置の一例であるスパイラル管球形化装置10を示す。スパイラル管球形化装置10は、らせん状の円筒管3を有し、該円筒管の投入口1から鱗片状黒鉛及び金属含有物質の混合物を投入し、円筒管3を通過させることで緩やかに鱗片状黒鉛を折りたたみ、金属含有物質を内包させながら球形化する。
図2は、らせん状の流路を有する球形化処理装置の一例であるスクリュー管球形化装置20を示す。スクリュー管球形化装置20は、円柱状のコア部材11と中心に円柱状の空間を有するシェル部材12からなり、シェル部材12の内壁にらせん状の溝13を有し、コア部材11の外壁とシェル部材12の内壁が密着することで、シェル部材12の内壁に存在するらせん状の溝13とコア部材11との間でらせん状の流路を形成する。投入口1から鱗片状黒鉛及び金属含有物質の混合物を投入し、らせん状の溝13を通過させることで緩やかに鱗片状黒鉛を折りたたみ、金属含有物質を内包させながら球形化する。
その他、図示しないが、円筒状のケーシングに複数のうねり羽根エレメントにより流路を配設した流体撹拌装置(スタティックミキサー)に、鱗片状黒鉛と金属含有物質の混合物を通過させることでも、緩やかに鱗片状黒鉛を折りたたみ、金属含有物質を内包させながら球形化することができる。
A specific example of a spheronization processing apparatus having a spiral channel will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a spiral tube spheronization apparatus 10 which is an example of a spheronization processing apparatus having a spiral flow path. The spiral tube spheroidizing apparatus 10 has a spiral cylindrical tube 3, and a mixture of flaky graphite and a metal-containing substance is introduced from the inlet 1 of the cylindrical tube, and then slowly passed through the cylindrical tube 3. Folded graphite is formed into a sphere while containing a metal-containing substance.
FIG. 2 shows a screw tube spheronization device 20 which is an example of a spheronization processing device having a spiral flow path. The screw tube spheroidizing device 20 includes a cylindrical core member 11 and a shell member 12 having a cylindrical space in the center, and has a spiral groove 13 on the inner wall of the shell member 12. By closely contacting the inner wall of the shell member 12, a spiral flow path is formed between the spiral groove 13 and the core member 11 existing on the inner wall of the shell member 12. A mixture of flaky graphite and a metal-containing substance is introduced from the inlet 1 and the flaky graphite is gently folded by passing through a spiral groove 13 to be spherical while enclosing the metal-containing substance.
In addition, although not shown in the figure, the scale can be gently adjusted by passing a mixture of scaly graphite and a metal-containing substance through a fluid agitator (static mixer) in which a flow path is provided in a cylindrical casing by a plurality of undulating blade elements. The glassy graphite can be folded and spheroidized while enclosing the metal-containing substance.

スパイラル管球形化装置10やスクリュー管球形化装置20を用いて球形化を行う場合の製造条件は特段限定されず、当業者が適宜設定することで、本実施態様に係る球形化黒鉛を製造することができる。以下、スパイラル管球形化装置10を用いた場合について、好ましい条件を説明する。
円筒管3の素材としては、鱗片状黒鉛との衝突による衝撃、加圧条件や減圧条件に耐えられる金属素材であれば、特段限定されないが、例えば、銅、スズ、鉄などの金属、ステンレスなどの合金が挙げられる。その中でも、加工が容易で、かつ安価である、銅やステンレスが好ましい。
また、円筒管3の内壁の表面粗さを示す中心線平均粗さRaは、通常0.5μm以上、好ましくは2μm以上、より好ましくは5μm以上である。また通常20μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下である。鱗片状黒鉛が円筒管内部で同じ距離を移動する場合であっても、Raが大きい方が、内壁に鱗片状黒鉛が衝突した際に折れ曲がりやすくなり、より効率的に球形化できるため好ましい。また、Raを大きくするためには、円筒管3の内壁を別の金属で粗したり、酸洗したりすることが好ましい。Raは、JISのB0601に基づいて測定される。
Manufacturing conditions in the case of performing spheronization using the spiral tube spheronizing device 10 or the screw tube spheronizing device 20 are not particularly limited, and the spheroidized graphite according to the present embodiment is manufactured as appropriate by those skilled in the art. be able to. Hereinafter, preferable conditions will be described in the case where the spiral tube spheroidizing apparatus 10 is used.
The material of the cylindrical tube 3 is not particularly limited as long as it is a metal material that can withstand impacts due to collision with scaly graphite, pressurization conditions and decompression conditions, for example, metals such as copper, tin, iron, stainless steel, etc. These alloys are mentioned. Among these, copper and stainless steel, which are easy to process and inexpensive, are preferable.
Further, the centerline average roughness Ra indicating the surface roughness of the inner wall of the cylindrical tube 3 is usually 0.5 μm or more, preferably 2 μm or more, more preferably 5 μm or more. Moreover, it is 20 micrometers or less normally, Preferably it is 15 micrometers or less, More preferably, it is 10 micrometers or less. Even when the scaly graphite moves the same distance inside the cylindrical tube, it is preferable that Ra is larger because the scaly graphite is easily bent when the scaly graphite collides with the inner wall, and can be spheroidized more efficiently. In order to increase Ra, it is preferable that the inner wall of the cylindrical tube 3 is roughened with another metal or pickled. Ra is measured based on JIS B0601.

円筒管3内に供給された鱗片状黒鉛は、空気抵抗が少なくなるよう、気流束方向に対する表面積が最も小さくなるように配向することが好ましい。このとき鱗片状黒鉛を効率的に球形化するため、円筒管3は、鱗片状黒鉛が内壁と衝突する際に、垂直から遠い角度(
浅い角度)で衝突するように、螺旋状に巻き形成されている。すなわち、四角形状や直角に折れる部分を有するような直線形状のように気流方向に対して垂直に衝突することなく、また、垂直に近い角度(深い角度)で衝突することもない。このような形状にすることで、慣性力(遠心力)により、鱗片状黒鉛が内壁に対して浅い角度で衝突する確率が大きくなり、そのため衝突エネルギーが球形化に使われる確率が高くなる。その結果、球形化された炭素材料の収率が向上し、かつ、微粉の発生も抑制される。
The flake graphite supplied into the cylindrical tube 3 is preferably oriented so that the surface area with respect to the air flux direction is minimized so that the air resistance is reduced. At this time, in order to efficiently spheroidize the flaky graphite, the cylindrical tube 3 has an angle far from the vertical (when the flaky graphite collides with the inner wall (
It is spirally wound so as to collide at a shallow angle. That is, it does not collide perpendicularly to the airflow direction as in the case of a square shape or a linear shape having a portion that is bent at a right angle, and does not collide at an angle close to vertical (deep angle). With such a shape, the inertial force (centrifugal force) increases the probability that the scaly graphite collides with the inner wall at a shallow angle, and therefore the probability that the collision energy is used for spheroidization increases. As a result, the yield of the spheroidized carbon material is improved and the generation of fine powder is suppressed.

円筒管3の内径は、通常0.5mm以上、好ましくは1mm以上、より好ましくは2mm以上である。また通常1000mm以下、好ましくは15mm以下、より好ましくは10mm以下、更に好ましくは8mm以下である。内径は大きい方が粉体の処理量を大きくすることができるため、球形化処理の効率がよい。また、粉体を供給するガス量や装置の電気量を考慮すると、内径を上記範囲内にすることが生産効率やコスト面からみて好ましい。   The inner diameter of the cylindrical tube 3 is usually 0.5 mm or more, preferably 1 mm or more, more preferably 2 mm or more. Moreover, it is 1000 mm or less normally, Preferably it is 15 mm or less, More preferably, it is 10 mm or less, More preferably, it is 8 mm or less. The larger the inner diameter, the larger the processing amount of the powder, so that the efficiency of the spheroidizing process is good. In consideration of the amount of gas for supplying the powder and the amount of electricity of the apparatus, it is preferable from the viewpoint of production efficiency and cost that the inner diameter is within the above range.

螺旋の長さは、通常0.25m以上、好ましくは0.5m以上、より好ましくは1m以上である。また通常30m以下、好ましくは20m以下、より好ましくは10m以下である。圧力損失の観点から、螺旋の長さは上記範囲内にすることが好ましい。また、鱗片状黒鉛と円筒管内壁との十分な衝突回数が得られ、効率的に球形化処理を行うために、螺旋の長さは上記範囲内にすることが好ましい。
螺旋の巻き数は、通常2以上、好ましくは5以上、より好ましくは10以上である。螺旋の巻き数は、鱗片状黒鉛と円筒管内壁との十分な衝突回数が得られるように、多い方が好ましい。
The length of the spiral is usually 0.25 m or more, preferably 0.5 m or more, more preferably 1 m or more. Moreover, it is 30 m or less normally, Preferably it is 20 m or less, More preferably, it is 10 m or less. From the viewpoint of pressure loss, the length of the spiral is preferably within the above range. Further, in order to obtain a sufficient number of collisions between the scaly graphite and the inner wall of the cylindrical tube and to efficiently perform the spheronization treatment, the length of the spiral is preferably within the above range.
The number of turns of the spiral is usually 2 or more, preferably 5 or more, more preferably 10 or more. The number of spiral turns is preferably large so that a sufficient number of collisions between the scaly graphite and the inner wall of the cylindrical tube can be obtained.

螺旋の巻き曲率径は、通常30mm以上、好ましくは50mm以上、より好ましくは70mm以上である。また通常1000mm以下、好ましくは300mm以下、より好ましくは200mm以下である。衝突エネルギーが球形化に使われる確率を高くするため、螺旋の巻き曲率径は上記範囲内にすることが好ましい。また、深すぎず浅すぎない角度で衝突する確率を高くし、微粉の発生をできるだけ抑えるために、螺旋の巻き曲率径は上記範囲内にすることが好ましい。   The spiral curvature diameter is usually 30 mm or more, preferably 50 mm or more, more preferably 70 mm or more. Moreover, it is 1000 mm or less normally, Preferably it is 300 mm or less, More preferably, it is 200 mm or less. In order to increase the probability that the collision energy is used for spheroidization, the spiral curvature diameter is preferably within the above range. In order to increase the probability of collision at an angle that is neither too deep nor too shallow, and to suppress the generation of fine powder as much as possible, it is preferable that the spiral curvature diameter be within the above range.

鱗片状黒鉛の円筒管内への供給は、加圧条件下又は減圧条件下で行ってよい。加圧条件の場合、供給するガスとしては、空気や窒素ガスが挙げられる。減圧条件の場合は、真空ポンプで円筒管内の気圧を減少させることにより行う。簡易な方法である真空ポンプによる減圧であってもよいが、大きな気圧変化を発生させることができる点では、加圧条件下であってもよい。
また、加圧条件における排出部のガス流速は、通常50m/s以上、好ましくは100m/s以上、より好ましくは150m/s以上である。また通常300m/s以下、好ましくは250m/s以下、より好ましくは200m/s以下である。一方、減圧条件における供給部のガス流速は、通常20m/s以上、好ましくは40m/s以上、より好ましくは60m/s以上である。また通常200m/s以下、好ましくは150m/s以下、より好ましくは100m/s以下である。
上記ガス流速は、衝突エネルギーが球形化に使われる確率を高くするため、上記範囲内にすることが好ましい。また、鱗片状黒鉛の衝突エネルギーを抑えて、微粉の発生をできるだけ抑えるために、ガス流速は、上記範囲内にすることが好ましい。
The supply of the flaky graphite into the cylindrical tube may be performed under pressure or reduced pressure. In the case of pressurizing conditions, examples of the gas to be supplied include air and nitrogen gas. In the case of the reduced pressure condition, the pressure is reduced by reducing the pressure in the cylindrical tube with a vacuum pump. The pressure reduction by a vacuum pump, which is a simple method, may be used, but the pressurization condition may be used in that a large change in atmospheric pressure can be generated.
Moreover, the gas flow rate of the discharge part in pressurization conditions is 50 m / s or more normally, Preferably it is 100 m / s or more, More preferably, it is 150 m / s or more. Moreover, it is 300 m / s or less normally, Preferably it is 250 m / s or less, More preferably, it is 200 m / s or less. On the other hand, the gas flow rate of the supply section under reduced pressure is usually 20 m / s or more, preferably 40 m / s or more, more preferably 60 m / s or more. Moreover, it is 200 m / s or less normally, Preferably it is 150 m / s or less, More preferably, it is 100 m / s or less.
The gas flow rate is preferably within the above range in order to increase the probability that the collision energy is used for spheroidization. Moreover, in order to suppress the collision energy of scaly graphite and suppress generation | occurrence | production of a fine powder as much as possible, it is preferable to make a gas flow rate into the said range.

鱗片状黒鉛の供給量は、通常0.5g/min以上、好ましくは2g/min以上、より
好ましくは3g/min以上である。また通常10000g/min以下、好ましくは50g/min以下、より好ましくは30g/min以下、更に好ましくは10g/min以下である。円筒管内において粉体が衝突する面積を最大限に使用するため上記範囲内にすることが好ましい。
The supply amount of scaly graphite is usually 0.5 g / min or more, preferably 2 g / min or more, more preferably 3 g / min or more. Further, it is usually 10,000 g / min or less, preferably 50 g / min or less, more preferably 30 g / min or less, and still more preferably 10 g / min or less. In order to use the area where the powder collides in the cylindrical tube to the maximum, it is preferable to be within the above range.

上記例示したような球形化処理装置を用いて、球形化処理を複数回繰り返すことで、本実施態様に係る球形化黒鉛を得ることができる。
球形化処理回数は、処理装置の流路の長さにもよるが、通常3回以上、好ましくは5回以上、より好ましくは10回以上行い、通常50回以下、好ましくは40回以下、より好ましくは30回以下である。
なお、金属含有物質との混合は、複数回処理毎に行ってもよく、初回のみ行ってもよい。要求される金属含有物質内包量に応じ、適宜調整すればよい。
The spheroidizing graphite according to the present embodiment can be obtained by repeating the spheronizing process a plurality of times using the spheroidizing apparatus as exemplified above.
The number of spheroidizing treatments is usually 3 times or more, preferably 5 times or more, more preferably 10 times or more, usually 50 times or less, preferably 40 times or less, depending on the length of the flow path of the processing apparatus. Preferably it is 30 times or less.
In addition, mixing with a metal containing substance may be performed for every several times of processes, and may be performed only for the first time. What is necessary is just to adjust suitably according to the amount of metal-containing substance inclusion required.

本実施態様の製造方法により球形化された黒鉛は、広角X線回折測定により得られる格子面(110)と(004)に対応するピーク強度の比Rc(=I(110)/I(004))が、通常0.05以上、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.15以上、更に好ましくは0.20以上である。上限は特段限定されないが、通常0.30以下である。   Graphite spheroidized by the production method of this embodiment has a peak intensity ratio Rc (= I (110) / I (004) corresponding to lattice planes (110) and (004) obtained by wide-angle X-ray diffraction measurement. ) Is usually 0.05 or more, preferably 0.10 or more, more preferably 0.15 or more, and still more preferably 0.20 or more. Although an upper limit is not specifically limited, Usually, it is 0.30 or less.

黒鉛のRc(=I(110)/I(004))は、以下のとおり算出した。黒鉛0.5gを加圧セルに入れ、600Kgf/cmで5秒間加圧し、ペレット状に成型した試料について、X線回折により試料上のX線回折により試料上の黒鉛の(110)面と(004)面とのチャートを測定し、測定したチャートについて、プロファイル関数として非対称ピアソンVIIを用いて、フィッティングすることによりピーク分離を行い、(110)面と(004)面のピークの積分強度を算出した。得られた積分強度からI(110)/I(004)で表される強度比を算出し、Rcとした。 The Rc (= I (110) / I (004)) of graphite was calculated as follows. 0.5 g of graphite was put in a pressure cell, pressed at 600 kgf / cm 2 for 5 seconds, and a sample molded into a pellet shape was measured by X-ray diffraction on the sample and (110) plane of graphite on the sample by X-ray diffraction. The chart with the (004) plane is measured, the peak is separated by fitting the measured chart using the asymmetric Pearson VII as a profile function, and the integrated intensity of the peaks of the (110) plane and the (004) plane is calculated. Calculated. The intensity ratio represented by I (110) / I (004) was calculated from the obtained integrated intensity, and was defined as Rc.

また、本実施態様の製造方法により球形化された黒鉛は、タップ密度が通常0.75g/cm以上、好ましくは0.80g/cm以上であり、通常1.10g/cm以下であり、好ましくは1.05g/cm以下である。
本実施態様の製造方法により球形化された黒鉛は、緩やかに球形化を進行させるため、タップ密度が高くない。そのため、負極を製造する際には、圧縮成型を行ってもよい。圧縮成型は、例えば20kg/cm以上、200kg/cm以下の圧力で行うことができる。タップ密度は、上記鱗片状黒鉛のタップ密度の測定と同様の方法を用いることができる。
Further, it spheronized graphite by the manufacturing method of this embodiment, a tap density of typically 0.75 g / cm 3 or more, preferably 0.80 g / cm 3 or more, be a conventional 1.10 g / cm 3 or less , Preferably 1.05 g / cm 3 or less.
The graphite spheroidized by the manufacturing method of this embodiment does not have a high tap density because the spheroidization gradually proceeds. Therefore, when manufacturing a negative electrode, you may perform compression molding. The compression molding can be performed at a pressure of 20 kg / cm 2 or more and 200 kg / cm 2 or less, for example. For the tap density, a method similar to the measurement of the tap density of the flake graphite can be used.

また、本実施態様の製造方法により球形化された黒鉛は、体積基準平均粒径(d50)が通常5μm以上、10μm以上が好ましく、15μm以上がより好ましい。また通常50μm以下であり、40μm以下であることが好ましく、35μm以下であることがより好ましい。
本実施態様の製造方法により球形化された黒鉛は、緩やかに球形化を進行させるため、平均粒子径が比較的大きくなる傾向にある。なお、体積基準平均粒径(d50)は、上記鱗片状黒鉛の体積基準平均粒径と同様の測定方法により測定できる。
Further, the graphite spheroidized by the production method of the present embodiment preferably has a volume-based average particle size (d50) of usually 5 μm or more, 10 μm or more, and more preferably 15 μm or more. Moreover, it is 50 micrometers or less normally, it is preferable that it is 40 micrometers or less, and it is more preferable that it is 35 micrometers or less.
Graphite that has been spheroidized by the production method of the present embodiment has a tendency that the average particle diameter tends to be relatively large because spheroidization proceeds slowly. The volume-based average particle diameter (d50) can be measured by the same measurement method as the volume-based average particle diameter of the flaky graphite.

また、本実施態様の製造方法により球形化された黒鉛は、BET比表面積(SA)が通常1m/g以上、好ましくは3m/g以上、より好ましくは5m/g以上であり、通常50m/g以下、好ましくは20m/g以下、より好ましくは10m/g以下である。なお、BET比表面積(SA)は、上記鱗片状黒鉛のBET比表面積(SA)と同様の測定方法により測定できる。 Further, the graphite spheroidized by the production method of the present embodiment has a BET specific surface area (SA) of usually 1 m 2 / g or more, preferably 3 m 2 / g or more, more preferably 5 m 2 / g or more. 50 m 2 / g or less, preferably 20 m 2 / g or less, more preferably 10 m 2 / g or less. The BET specific surface area (SA) can be measured by the same measurement method as the BET specific surface area (SA) of the scaly graphite.

また、本実施態様の製造方法により球形化された黒鉛は、アスペクト比が通常10以下、好ましくは5以下、より好ましくは3以下である。アスペクト比が大きすぎると、粒子形状が球状や楕円形ではなく、円盤状、板状になっていき、鱗片状黒鉛に近いものになる。一方アスペクト比が小さくなると、粒子形状が楕円形、球形に近い状態になり、電極に
した時の粒子間の空隙の連続性が確保されリチウムイオンの移動性が高まり、急速充放電特性に優れた傾向を示す。なお、アスペクト比は、粒子の短径に対する長径の長さの比であり、最小値は1となるので、アスペクト比の下限は通常1である。なお、アスペクト比は、上記鱗片状黒鉛のアスペクト比と同様の測定方法により測定できる。
Further, the graphite spheroidized by the production method of this embodiment has an aspect ratio of usually 10 or less, preferably 5 or less, more preferably 3 or less. If the aspect ratio is too large, the particle shape is not spherical or elliptical, but discoid or plate-like, and becomes close to scale-like graphite. On the other hand, when the aspect ratio is small, the particle shape becomes elliptical or spherical, and the continuity of the voids between the particles when used as an electrode is secured, the mobility of lithium ions is increased, and the rapid charge / discharge characteristics are excellent. Show the trend. The aspect ratio is the ratio of the length of the major axis to the minor axis of the particle, and the minimum value is 1. Therefore, the lower limit of the aspect ratio is usually 1. The aspect ratio can be measured by the same measurement method as that for the scale-like graphite.

また、本実施態様の製造方法により球形化された黒鉛は、X線広角回折法による002面の面間隔(d002)が通常0.337nm以下である。d002値が大きすぎるということは結晶性が低いことを示し、初期不可逆容量が増加する場合がある。一方黒鉛の002面の面間隔の理論値は0.335nmであるため、通常0.335nm以上である。
また、球形化黒鉛のX線広角回折法によるLcは通常90nm以上、好ましくは95nm以上である。Lcは小さすぎると結晶性が低くなることを示しており、やはり不可逆容量の増加による容量低下をまねく傾向がある。なお、d002及びLcは、上記鱗片状黒鉛のd002及びLcと同様の測定方法により測定できる。
Further, the graphite spheroidized by the production method of the present embodiment has a surface spacing (d002) of 002 planes by an X-ray wide angle diffraction method of usually 0.337 nm or less. If the d002 value is too large, it indicates that the crystallinity is low, and the initial irreversible capacity may increase. On the other hand, the theoretical value of the interplanar spacing of the 002 plane of graphite is 0.335 nm and is usually 0.335 nm or more.
Moreover, Lc by the X-ray wide angle diffraction method of spheroidized graphite is usually 90 nm or more, preferably 95 nm or more. When Lc is too small, it indicates that the crystallinity is lowered, and there is a tendency to decrease the capacity due to the increase of the irreversible capacity. In addition, d002 and Lc can be measured by the same measuring method as d002 and Lc of the scale-like graphite.

本実施態様の製造方法により球形化された黒鉛は、リチウムイオン二次電池用負極を製造するための炭素材料として用いられるが、その際には複層構造炭素材料として用いてもよいし、又は、他の複層構造炭素材料と共に用いてもよい。
複層構造炭素材料は、球形化黒鉛の表面に炭素が被覆された炭素材料である。複層構造炭素材料は、球形化黒鉛に石油系や石炭系のタールやピッチ、ポリビニルアルコール、ポリアクリルニトリル、フェノール樹脂、セルロース等の樹脂を必要により溶媒等を使い混合し、非酸化性雰囲気で500℃〜2500℃、好ましくは700℃〜2000℃、より好ましくは800〜1500℃で焼成することで得られる。焼成後必要により粉砕分級を行うこともある。球形化黒鉛粒子を被覆している非晶質炭素の量である被覆率は、通常0.1〜20%の範囲、好ましくは0.2〜15%の範囲、より好ましくは0.4〜10%の範囲である。被覆非晶質炭素量が少なすぎると非晶質炭素の持つLiイオンの高受けいれ性を充分利用することができず、急速充電性が低くなってしまう。被覆非晶質炭素の量が多いと非晶質炭素量の持つ不可逆容量の大きさの影響が大きくなり、結果容量が小さくなる傾向がある。
The graphite spheroidized by the production method of this embodiment is used as a carbon material for producing a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and in that case, it may be used as a multilayer structure carbon material, or , And may be used together with other multilayer carbon materials.
The multi-layer structure carbon material is a carbon material in which carbon is coated on the surface of spheroidized graphite. Multi-layered carbon materials are made by mixing petroleum-based or coal-based tars and pitches, resins such as polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, phenolic resin, and cellulose with a solvent if necessary in a non-oxidizing atmosphere. It is obtained by firing at 500 ° C to 2500 ° C, preferably 700 ° C to 2000 ° C, more preferably 800-1500 ° C. If necessary, pulverization and classification may be performed after firing. The coverage, which is the amount of amorphous carbon coating the spheroidized graphite particles, is usually in the range of 0.1 to 20%, preferably in the range of 0.2 to 15%, more preferably 0.4 to 10%. % Range. If the amount of the coated amorphous carbon is too small, the high acceptability of Li ions possessed by the amorphous carbon cannot be fully utilized, and the rapid chargeability is lowered. When the amount of the coated amorphous carbon is large, the influence of the irreversible capacity of the amorphous carbon amount is increased, and the resulting capacity tends to be reduced.

本発明の別の実施態様は、集電体と、該集電体上に形成された活物質層を備え、該活物質が、上記球形化黒鉛を含有するリチウムイオン二次電池用負極である。
本実施態様に係る製造方法による球形化黒鉛を用いて負極を作製するには、球形化黒鉛を含む負極材料に結着樹脂を配合したものを水性若しくは、有機系溶剤でスラリーとし、必要によりこれに増粘材を加えて集電体に塗布し、乾燥すればよい。結着樹脂としては、非水電解液に対して安定で、かつ非水溶性のものを用いるのが好ましい。例えばスチレン、ブタジエンゴム、イソプレンゴム、エチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド等の合成樹脂;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体やその水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン、スチレン共重合体、スチレン・イソプレン、スチレンブロック共重合体やその水素化物等の熱可塑性エラストマー;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレンと炭素数3〜12のα−オレフィンとの共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニデンフルオライド、ポリペンタフルオロプロピレン、ポリヘキサフルオロプロピレン等のフッ素化高分子などを用いることができる。有機系媒体としては、例えばN−メチルピロリドンや、ジメチルホルムアミドを挙げることができる。
Another embodiment of the present invention is a negative electrode for a lithium ion secondary battery comprising a current collector and an active material layer formed on the current collector, wherein the active material contains the spheroidized graphite. .
In order to produce a negative electrode using spheroidized graphite by the production method according to the present embodiment, a negative electrode material containing spheroidized graphite and a binder resin are mixed into a slurry with an aqueous or organic solvent, and if necessary, A thickener may be added to and applied to the current collector and dried. As the binder resin, it is preferable to use a resin that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte and water-insoluble. For example, rubbery polymers such as styrene, butadiene rubber, isoprene rubber, ethylene / propylene rubber; synthetic resins such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, and aromatic polyamide; styrene / butadiene / styrene block copolymers and hydrogenated products thereof, Thermoplastic elastomers such as styrene / ethylene / butadiene, styrene copolymer, styrene / isoprene, styrene block copolymer and hydride thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, ethylene / vinyl acetate copolymer, ethylene Soft resinous polymers such as copolymers with α-olefins having 3 to 12 carbon atoms; fluorine such as polytetrafluoroethylene / ethylene copolymers, polyvinylidene fluoride, polypentafluoropropylene, and polyhexafluoropropylene It can be used as the polymer. Examples of the organic medium include N-methylpyrrolidone and dimethylformamide.

結着樹脂は負極材料100質量部に対して通常は0.1質量部以上、好ましくは0.2質量部以上用いる。結着樹脂の割合が小さすぎると、負極材料相互間や負極材料と集電体との結着力が弱く、負極から負極材料が剥離して電池容量が減少したリサイクル特性が悪化したりする。逆に結着樹脂の割合が大きすぎると負極の容量が減少し、かつリチウムイ
オンの負極材料への出入が妨げられるなどの問題が生ずる。従って結着樹脂は負極材料100質量部に対して多くても10質量部、通常は7質量部以下となるように用いるのが好ましい。
スラリーに添加する増粘材としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース等の水溶性セルロース類やポリビニルアルコール、ポリエチレングリコール等を用いればよい。なかでも好ましいのはカルボキシメチルセルロースである。増粘材は負極材料100質量部に対して通常は0.1質量部以上、好ましくは0.2質量部以上、通常10質量部以下、好ましくは7質量部以下となるように用いる。
The binder resin is usually used in an amount of 0.1 parts by mass or more, preferably 0.2 parts by mass or more with respect to 100 parts by mass of the negative electrode material. When the ratio of the binder resin is too small, the binding force between the negative electrode materials or between the negative electrode material and the current collector is weak, and the negative electrode material is peeled off from the negative electrode to deteriorate the recycle characteristics in which the battery capacity is reduced. On the other hand, when the ratio of the binder resin is too large, the capacity of the negative electrode is reduced, and problems such as the entry and exit of lithium ions into the negative electrode material are hindered. Accordingly, the binder resin is preferably used so that it is at most 10 parts by mass, usually 7 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass of the negative electrode material.
As the thickener added to the slurry, water-soluble celluloses such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyethylene glycol, and the like may be used. Of these, carboxymethylcellulose is preferred. The thickener is usually used in an amount of 0.1 parts by mass or more, preferably 0.2 parts by mass or more, usually 10 parts by mass or less, preferably 7 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the negative electrode material.

負極集電体としては従来からこの用途に用い得ることが知られている銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素などを用いればよい。集電体の形状は通常はシート状であり、その表面に凹凸をつけたものや、ネット、パンチングメタルなどを用いるものも好ましい。
集電体に負極材料と結着樹脂のスラリーを塗布・乾燥したのちは、加圧して集電体上に形成された電極の密度を大きくし、もって負極層単位体積当たりの電池容量を大きくするのが好ましい。電極の密度は通常1.2g/cm以上、好ましくは1.3g/cm以上、また、通常1.9g/cm以下、好ましくは1.8g/cm以下である。電極密
度が小さすぎると、電極の厚みが大きくなり、一定サイズの電池の中に収めることのできる量が減ることで、電池の容量が小さくなってしまう。電極密度が大きすぎると、電極内の粒子間空隙が減少し、空隙に保持される電解液量が減り、Liイオンの移動性が悪くなることで、急速充放電特性が小さくなる。
As the negative electrode current collector, copper, copper alloy, stainless steel, nickel, titanium, carbon, or the like that is conventionally known to be used for this purpose may be used. The shape of the current collector is usually a sheet shape, and those having an uneven surface, or using a net, punching metal or the like are also preferable.
After applying a slurry of negative electrode material and binder resin to the current collector and drying, pressurize to increase the density of the electrode formed on the current collector, thereby increasing the battery capacity per unit volume of the negative electrode layer Is preferred. The density of the electrode is usually 1.2 g / cm 3 or more, preferably 1.3 g / cm 3 or more, and usually 1.9 g / cm 3 or less, preferably 1.8 g / cm 3 or less. If the electrode density is too small, the thickness of the electrode increases, and the amount that can be accommodated in a battery of a certain size decreases, resulting in a decrease in battery capacity. When the electrode density is too large, the interparticle voids in the electrode are reduced, the amount of the electrolyte solution retained in the voids is reduced, and the mobility of Li ions is deteriorated, thereby reducing the rapid charge / discharge characteristics.

本発明の別の実施態様は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに電解液を備えると共に、該負極が上記負極である、リチウムイオン二次電池である。
本実施態様に係るリチウムイオン二次電池は、上記の負極を用いる以外は、常法に従って作成することができる。正極材料としては基本組成がLiCoOで表されるリチウムコバルト複合酸化物、LiNiOで表されるリチウムニッケル複合酸化物、LiMnOやLiMnで表されるリチウムマンガン複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物、二酸化マンガン等の遷移金属酸化物、及びこれらの複合酸化物混合物、さらにはTiS、FeS、Nb、Mo、CoS、V、CrO、V、FeO、GeO、LiNi0.33Mn0.33Co0.33等を用いればよい。これらの正極材料に結着樹脂を配合したものを適当な溶媒でスラリー化して集電体に塗布・乾燥することにより正極を作製できる。なおスラリー中にはアセチレンブラックやケッチェンブラック等の導電材を含有させるのが好ましい。また所望により増粘材を含有させてもよい。増粘材や結着樹脂としてはこの用途に周知のもの、例えば負極の作成に用いるものとして例示したものを用いればよい。正極材料100質量部に対する配合比率は、導電材は通常0.5質量部以上、好ましくは1質量部以上、また、通常20質量部以下、好ましくは15質量部以下である。増粘材は通常0.2質量部以上、好ましくは0.5質量部以上、また、通常10質量部以下、好ましくは7質量部以下である。結着樹脂は水でスラリー化するときは通常0.2質量部以上、好ましくは0.5質量部以上、また、通常10質量部以下、好ましくは7質量部以下であり、N−メチルピロリドンなどの結着樹脂を溶解する有機溶媒でスラリー化するときには通常0.5質量部以上、好ましくは1質量部以上、また、通常20質量部以下、好ましくは15質量部以下である。正極集電体としては、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ、タンタルなどやこれらの合金を用いればよい。なかでもアルミニウム、チタン、タンタルやその合金を用いるのが好ましく、アルミニウムないしはその合金を用いるのが最も好ましい。
Another embodiment of the present invention is a lithium ion secondary battery that includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and an electrolyte, and the negative electrode is the negative electrode.
The lithium ion secondary battery according to this embodiment can be prepared according to a conventional method except that the above negative electrode is used. As a positive electrode material, lithium such as lithium cobalt composite oxide whose basic composition is represented by LiCoO 2 , lithium nickel composite oxide represented by LiNiO 2 , lithium manganese composite oxide represented by LiMnO 2 or LiMn 2 O 4 Transition metal complex oxides, transition metal oxides such as manganese dioxide, and mixtures of these complex oxides, as well as TiS 2 , FeS 2 , Nb 3 S 4 , Mo 3 S 4 , CoS 2 , V 2 O 5 , CrO 3 , V 3 O 3 , FeO 2 , GeO 2 , LiNi 0.33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2, or the like may be used. A positive electrode can be produced by slurrying a mixture of these positive electrode materials with a binder resin with an appropriate solvent, and applying and drying to a current collector. The slurry preferably contains a conductive material such as acetylene black or ketjen black. Moreover, you may contain a thickener as desired. As the thickener and the binder resin, those well-known for this application, for example, those exemplified as those used for the production of the negative electrode may be used. The compounding ratio with respect to 100 parts by mass of the positive electrode material is usually 0.5 parts by mass or more, preferably 1 part by mass or more, and usually 20 parts by mass or less, preferably 15 parts by mass or less. The thickener is usually 0.2 parts by mass or more, preferably 0.5 parts by mass or more, and usually 10 parts by mass or less, preferably 7 parts by mass or less. When the binder resin is slurried with water, it is usually 0.2 parts by mass or more, preferably 0.5 parts by mass or more, and usually 10 parts by mass or less, preferably 7 parts by mass or less, such as N-methylpyrrolidone. When it is slurried with an organic solvent that dissolves the binder resin, it is usually 0.5 parts by mass or more, preferably 1 part by mass or more, and usually 20 parts by mass or less, preferably 15 parts by mass or less. As the positive electrode current collector, aluminum, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, or an alloy thereof may be used. Of these, aluminum, titanium, tantalum or an alloy thereof is preferably used, and aluminum or an alloy thereof is most preferably used.

電解液も従来周知の非水溶媒に種々のリチウム塩を溶解させたものを用いることができる。非水溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカー
ボネート、ビニレンカーボネート等の環状カーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート、γ−ブチロラクトンなどの環状エステル、クラウンエーテル、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、1,2−ジメチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン等の環状エーテル、1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテルなどを用いればよい。通常はこれらをいくつか併用する。なかでも環状カーボネートと鎖状カーボネート、又はこれに更に他の溶媒を併用するのが好ましい。
As the electrolytic solution, a solution in which various lithium salts are dissolved in a conventionally known non-aqueous solvent can be used. Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate and vinylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and diethyl carbonate, cyclic esters such as γ-butyrolactone, crown ethers, 2- Cyclic ethers such as methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, 1,2-dimethyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane, etc. may be used. Usually some of these are used together. Of these, it is preferable to use a cyclic carbonate and a chain carbonate, or another solvent in combination.

またビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、無水コハク酸、無水マレイン酸、プロパンスルトン、ジエチルスルホン等の化合物やジフルオロリン酸リチウムのようなジフルオロリン酸塩等が添加されていても良い。更に、ジフェニルエーテル、シクロヘキシルベンゼン等の過充電防止剤が添加されていても良い。
非水溶媒に溶解させる電解質としては、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiC(CFSOなどを用いればよい。電解液中の電解質の濃度は通常は0.5モル/リットル以上、好ましくは0.6モル/リットル以上、また、通常2モル/リットル以下、好ましくは1.5モル/リットル以下である。
Further, compounds such as vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, succinic anhydride, maleic anhydride, propane sultone, diethyl sulfone, difluorophosphate such as lithium difluorophosphate, and the like may be added. Furthermore, an overcharge inhibitor such as diphenyl ether or cyclohexylbenzene may be added.
Examples of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3, or the like may be used. The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is usually 0.5 mol / liter or more, preferably 0.6 mol / liter or more, and usually 2 mol / liter or less, preferably 1.5 mol / liter or less.

正極と負極との間に介在させるセパレータには、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンの多孔性シートや不織布を用いるのが好ましい。
本実施態様に係るリチウムイオン二次電池は、負極/正極の容量比を1.01以上、1.5以下に設計することが好ましく1.2以上、1.4以下に設計することがより好ましい。
The separator interposed between the positive electrode and the negative electrode is preferably a porous sheet or non-woven fabric of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.
In the lithium ion secondary battery according to this embodiment, the negative electrode / positive electrode capacity ratio is preferably designed to be 1.01 or more and 1.5 or less, more preferably 1.2 or more and 1.4 or less. .

以下、実施例により本発明をより詳細に説明するが、本発明の範囲が実施例のみに限定されないことはいうまでもない。
<実施例1>
鱗片状黒鉛(粒径(d50)46μm、SA:5m/g、タップ密度:0.55g/cm)、及びシリコン(粒径(d50)1.8μm)を重量比98:2で袋中に入れ、数回袋を振って鱗片状黒鉛とシリコンの混合粉末を準備した。
次に、図1に表すスパイラル管球形化装置(管内径1.74mm、装置全長1.6m、スパイラル曲率径80mm)を用い、加圧ポンプで入口圧力を0.42MPaとし、出口のガス速度を245m/s、ガス流量を35L/min.として、混合粉末を投入口から投入し、球形化処理を行った。
球形化処理は、上記同様の操作を28回繰り返した。得られた球形化黒鉛はIR成型機を用いて120kg/cmの圧力で成型し、負極材料を得た。負極材料のSEM画像を図3、及び図4に示し、物性を表1に示す。
なお、図3、及び図4中の実線丸内に存在する白色部分はSiであり、矢印で示される白色部分は原料由来の不純物である。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, it cannot be overemphasized that the scope of the present invention is not limited only to an Example.
<Example 1>
Scale graphite (particle size (d50) 46 μm, SA: 5 m 2 / g, tap density: 0.55 g / cm 3 ), and silicon (particle size (d50) 1.8 μm) in a weight ratio of 98: 2 in a bag The mixture was shaken several times to prepare a mixed powder of flaky graphite and silicon.
Next, using the spiral tube spheronizing device (tube inner diameter 1.74 mm, device total length 1.6 m, spiral curvature diameter 80 mm) shown in FIG. 1, the inlet pressure is set to 0.42 MPa with a pressurizing pump, and the gas velocity at the outlet is set. 245 m / s, gas flow rate 35 L / min. As above, the mixed powder was charged from the charging port and spheroidized.
In the spheronization treatment, the same operation as described above was repeated 28 times. The obtained spheroidized graphite was molded at a pressure of 120 kg / cm 2 using an IR molding machine to obtain a negative electrode material. 3 and 4 show SEM images of the negative electrode material, and Table 1 shows the physical properties.
In addition, the white part which exists in the solid line circle in FIG.3 and FIG.4 is Si, and the white part shown by the arrow is an impurity derived from a raw material.

<実施例2>
シリコンを粒径(d50)5μmとし、球形化処理を25回実施した以外は、実施例1と同様に負極材料を得た。物性を表1に示す。
<Example 2>
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the silicon particle size (d50) was 5 μm and the spheronization treatment was performed 25 times. The physical properties are shown in Table 1.

<電池性能評価>
実施例1及び2で製造した負極材料、導電材であるアセチレンブラック(HS−100)、ポリアミック酸NMP溶液を、Si:アセチレンブラック:ポリイミド重量比が70:10:20となるように加えて混合した。得られた混合物を塗布後、90℃で1時間予備乾燥した。予備乾燥を行った電極を、ロールプレス機によりプレス後、窒素気流下、350℃で1時間熱処理を加え、硬化を行った。
<Battery performance evaluation>
The negative electrode material manufactured in Examples 1 and 2, acetylene black (HS-100) as a conductive material, and polyamic acid NMP solution were added and mixed so that the weight ratio of Si: acetylene black: polyimide was 70:10:20. did. After the obtained mixture was applied, it was preliminarily dried at 90 ° C. for 1 hour. The pre-dried electrode was pressed by a roll press and then heat treated at 350 ° C. for 1 hour under a nitrogen stream to be cured.

得られた負極をアルゴン雰囲気下のグローブボックスへ移し、電解液としてフルオロエチレンカーボネート(FEC)/ジメチルカーボネート(DMC)=2/8(重量比)の混合液を溶媒として1mol/L−LiPF電解液と、セパレータとしてセルガード2325と、対極としてリチウム金属対極とを用い、コイン電池(リチウムイオン二次電池)を作製した。 The obtained negative electrode was transferred to a glove box under an argon atmosphere, and 1 mol / L-LiPF 6 electrolysis was performed using a mixed solution of fluoroethylene carbonate (FEC) / dimethyl carbonate (DMC) = 2/8 (weight ratio) as an electrolyte. A coin battery (lithium ion secondary battery) was manufactured using the liquid, Celgard 2325 as a separator, and a lithium metal counter electrode as a counter electrode.

製造したリチウムイオン二次電池について、0.05C、及び0.2Cのレートで、充電容量、及び放電容量を測定し、初期効率を算出した。これらの結果を表2に示す。   About the manufactured lithium ion secondary battery, the charge capacity and the discharge capacity were measured at the rates of 0.05C and 0.2C, and the initial efficiency was calculated. These results are shown in Table 2.

10 スパイラル管球形化装置
1 投入口
2 回収口
3 円筒管
4 加圧ポンプ
5 フィーダー
6 ホッパー
20 スクリュー管球形化装置
11 コア部材
12 シェル部材
13 溝
14 蓋
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Spiral tube spheronizer 1 Input port 2 Collection port 3 Cylindrical tube 4 Pressure pump 5 Feeder 6 Hopper 20 Screw tube spheronizer 11 Core member 12 Shell member 13 Groove 14 Lid

Claims (9)

鱗片状黒鉛と金属含有物質との混合物を準備する準備工程、および
該混合物を球形化する球形化工程、を含む球形化黒鉛の製造方法であって、
前記球形化工程は、らせん状の流路を有する球形化処理装置を用いて実施され、鱗片状黒鉛が金属含有物質を内包した状態で折りたたまれて球形化される、球形化黒鉛の製造方法。
A method for producing spheroidized graphite comprising a preparation step of preparing a mixture of flaky graphite and a metal-containing substance, and a spheronization step of spheronizing the mixture,
The spheronization step is performed using a spheronization processing apparatus having a spiral channel, and the spheroidized graphite is folded and spheroidized in a state of containing a metal-containing material.
前記準備工程において、鱗片状黒鉛と金属含有物質との重量比が、99:1〜90:10である、請求項1に記載の球形化黒鉛の製造方法。   2. The method for producing spheroidized graphite according to claim 1, wherein in the preparation step, a weight ratio of the flaky graphite to the metal-containing substance is 99: 1 to 90:10. 前記金属含有物質が、Si、Sn、Al、及びSiOからなる群から選択される少なくとも1種を含有する、請求項1または2に記載の球形化黒鉛の製造方法。   The method for producing spheroidized graphite according to claim 1 or 2, wherein the metal-containing substance contains at least one selected from the group consisting of Si, Sn, Al, and SiO. 製造された球形化黒鉛の、広角X線回折測定により得られる格子面(110)と(004)に対応するピーク強度の比Rc(=I(110)/I(004))が、0.05以上、0.22以下である、請求項1から3のいずれか1項に記載の球形化黒鉛の製造方法。   The produced spherical graphite has a peak intensity ratio Rc (= I (110) / I (004)) corresponding to lattice planes (110) and (004) obtained by wide-angle X-ray diffraction measurement of 0.05. The method for producing spheroidized graphite according to any one of claims 1 to 3, which is 0.22 or less. 製造された球形化黒鉛の、体積基準平均粒径(d50)が3μm以上、50μm以下である、請求項1から4のいずれか1項に記載の球形化黒鉛の製造方法。   The method for producing spheroidized graphite according to any one of claims 1 to 4, wherein the produced spheroidized graphite has a volume-based average particle diameter (d50) of 3 µm or more and 50 µm or less. 更に圧縮成型工程を含む、請求項1から5のいずれか1項に記載の球形化黒鉛の製造方法。   Furthermore, the manufacturing method of the spheroidized graphite of any one of Claim 1 to 5 including a compression molding process. 請求項1から6のいずれか1項に記載の方法で製造される球形化黒鉛。   Spheroidized graphite produced by the method according to any one of claims 1 to 6. 集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを備えるリチウムイオン二次電池用負極であって、該活物質が、請求項7に記載の球形化黒鉛を含有する、リチウムイオン二次電池用負極。   A lithium ion secondary battery negative electrode comprising a current collector and an active material layer formed on the current collector, wherein the active material contains the spheroidized graphite according to claim 7. Negative electrode for ion secondary battery. リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに、電解液を備えるリチウムイオン二次電池であって、該負極が請求項8に記載のリチウムイオン二次電池用負極である、リチウムイオン二次電池。   A lithium ion secondary battery comprising a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and an electrolyte solution, wherein the negative electrode is a negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 8. battery.
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