JP2015035315A - 非水系二次電池負極用活物質の製造方法、及びその製造方法にて製造された非水系二次電池用活物質、非水系二次電池用負極並びに、非水系二次電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】初期充放電効率に優れ、ガス発生が少なく、高いサイクル維持率を有し、電池用電極として用いた場合に、電解液の浸液性を損ねることなく、電極の膨れを抑制可能な非水系二次電池負極用活物質の製造方法を提供する。
【解決手段】リチウムイオンの挿入・脱離が可能な活物質(A)と有機化合物(B)とを含有する非水系二次電池負極用活物質の製造方法であって、有機化合物(B)が少なくとも芳香環基又はアミノ基を有する直鎖のポリマーであり、以下の工程を有することを特徴とする非水系二次電池負極用活物質の製造方法。
工程(1):活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する工程
工程(2):工程(1)で得られた混合物をろ過する工程
工程(3):工程(2)で得られた残渣を溶媒で洗浄する工程
【選択図】なし
【解決手段】リチウムイオンの挿入・脱離が可能な活物質(A)と有機化合物(B)とを含有する非水系二次電池負極用活物質の製造方法であって、有機化合物(B)が少なくとも芳香環基又はアミノ基を有する直鎖のポリマーであり、以下の工程を有することを特徴とする非水系二次電池負極用活物質の製造方法。
工程(1):活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する工程
工程(2):工程(1)で得られた混合物をろ過する工程
工程(3):工程(2)で得られた残渣を溶媒で洗浄する工程
【選択図】なし
Description
本発明は、初期充放電効率に優れ、ガス発生が少なく、高いサイクル維持率を有し、電池用電極として用いた場合に、電解液の浸液性を損ねることなく、電極の膨れを抑制可能な非水系二次電池負極用活物質の製造方法、及びその製造方法にて製造された非水系二次電池用活物質、非水系二次電池用負極並びに、非水系二次電池に関するものである。
近年、電気自動車等の開発等を背景に、高エネルギー密度型電池として、非水系二次電池であるリチウムイオン二次電池の研究が盛んに行なわれている。リチウムイオン二次電池については、負極用活物質として、黒鉛等の炭素材料を使用することが知られている。
中でも、黒鉛化度の大きい黒鉛は、リチウムイオン二次電池用の負極用活物質として用いた場合、黒鉛のリチウム吸蔵の理論容量である372mAh/gに近い容量が得られ、さらに、コスト・耐久性にも優れることから、負極用活物質として好ましいことが知られている。
中でも、黒鉛化度の大きい黒鉛は、リチウムイオン二次電池用の負極用活物質として用いた場合、黒鉛のリチウム吸蔵の理論容量である372mAh/gに近い容量が得られ、さらに、コスト・耐久性にも優れることから、負極用活物質として好ましいことが知られている。
上記のような炭素材料を、リチウムイオン二次電池の負極用活物質として使用した場合、通常、炭素材料の表面に、結着剤等に用いられる高分子化合物や非水系電解液との反応によってSEI(Solid Electrolyte Interface)と呼ばれる保護被膜が形成される。SEIにより、炭素材料と電解液との接触が防がれ、活性な炭素材料による電解液の分解等が抑制される。また、負極表面の化学的安定性が保たれることも知られている。
しかしながら、炭素材料を負極用活物質として使用したリチウムイオン二次電池においては、SEI被膜生成や、副反応生成物としてのガス発生によって、初期サイクル時の充放電不可逆容量が増大し、結果として、高容量化に至らないといった課題があった。さらに、安定なSEI被膜が形成されることで、負極における界面抵抗が上昇し、電池の入出力特性が低下するという課題もあった。
上記の問題を解決するために、負極用活物質である炭素材料を高分子などで被覆する技術が知られている。特許文献1には、炭素材料の表面にイオン伝導性高分子や水溶性高分子からなる被覆層が設けられている非水系リチウム二次電池が開示されている。特許文献1によれば、ポリエチレンオキサイド等のイオン伝導性高分子やポリビニルアルコール等の水溶性高分子(スチレン−無水マレイン酸共重合体の加水分解物)からなる被覆層が、非水電解質層の分解抑制または非水電解質層の構成成分の分解生成物の負極表面上への堆積抑制等の機能を果たすことによって、初期充放電効率の向上、サイクル特性の向上に寄与することが記載されている。
しかしながら、上記のような高分子では炭素材料基材に対する接着性が不十分であり、初期放電効率、サイクル特性、及び安定性が未だ不十分であった。
そこで接着性がよい官能基としてアミノ基が注目され、特許文献2には炭素材料基材に脂肪族アミノ基を側鎖に有する有機高分子を付着させてなる炭素材料が開示されている。特許文献2によれば、有機高分子としてポリアリルアミンが最も好ましく、効果としては有機高分子を付着させて表面改質することにより、非水系二次電池負極用活物質として使用した時の不可逆容量を低減することができると記載されている。
そこで接着性がよい官能基としてアミノ基が注目され、特許文献2には炭素材料基材に脂肪族アミノ基を側鎖に有する有機高分子を付着させてなる炭素材料が開示されている。特許文献2によれば、有機高分子としてポリアリルアミンが最も好ましく、効果としては有機高分子を付着させて表面改質することにより、非水系二次電池負極用活物質として使用した時の不可逆容量を低減することができると記載されている。
また特許文献3には、炭素材料と炭素材料を被覆する少なくとも第3級窒素原子を主鎖
に有する有機高分子とで構成された電極材料が開示されている。この文献には有機高分子として分岐構造を有するポリエチレンイミンが最も好ましく、効果としては炭素材料の比表面積を低下させることで放電特性の改善が記載されている。
また特許文献4には、鱗状または鱗片状の天然黒鉛粒子に対し、澱粉の誘導体、粘性多糖類、水溶性セルロース誘導体、ポリウロニドおよび水溶性合成樹脂からなる群から選ばれる一つ以上の界面活性効果材料を吸着または被覆させてなる非水系二次電池負極用の黒鉛粒子が開示されている。界面活性効果材料の効果により、活物質と集電体の密着性が向上し、塗膜強度および塗膜密度が向上し、初期充放電効率・急速充放電特性・サイクル特性・高温保存性が改善することが当該文献に記載されている。
に有する有機高分子とで構成された電極材料が開示されている。この文献には有機高分子として分岐構造を有するポリエチレンイミンが最も好ましく、効果としては炭素材料の比表面積を低下させることで放電特性の改善が記載されている。
また特許文献4には、鱗状または鱗片状の天然黒鉛粒子に対し、澱粉の誘導体、粘性多糖類、水溶性セルロース誘導体、ポリウロニドおよび水溶性合成樹脂からなる群から選ばれる一つ以上の界面活性効果材料を吸着または被覆させてなる非水系二次電池負極用の黒鉛粒子が開示されている。界面活性効果材料の効果により、活物質と集電体の密着性が向上し、塗膜強度および塗膜密度が向上し、初期充放電効率・急速充放電特性・サイクル特性・高温保存性が改善することが当該文献に記載されている。
特許文献5では、ポリアクリル酸を溶解した溶媒と炭素材料を混合した後、溶媒を留去することによって、炭素材料表面にポリアクリル酸を添着させた非水系二次電池負極用の黒鉛粒子が開示されている。
特許文献6では、ポリアクリルアミドを溶解した溶媒と炭素材料を混合した後、溶媒を留去することによって、炭素材料表面にポリアクリルアミドを添着させた非水系二次電池負極用の黒鉛粒子が開示されている。
特許文献6では、ポリアクリルアミドを溶解した溶媒と炭素材料を混合した後、溶媒を留去することによって、炭素材料表面にポリアクリルアミドを添着させた非水系二次電池負極用の黒鉛粒子が開示されている。
しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献1〜2は水溶性樹脂と活物質を混合した後、乾燥させることによって、活物質表面に樹脂を添着させる手法が挙げられているが、性能を向上させるためには添加量が多く必要であり、また、このような手法では樹脂が位置選択性なく、一様に被覆されるため、負極抵抗が大きくなる、または充放電サイクルの増加に伴い、吸着力の低い樹脂が剥離し、容量低下やガス発生が生じるといった問題点が明らかとなった。
また、特許文献3〜6においては、樹脂を溶解した溶媒と活物質を混合した後、溶媒を留去し、活物質表面に樹脂を添着させる手法が挙げられているが、これらの文献で用いられている樹脂は、活物質との相互作用に寄与する官能基を有していないため、溶媒を留去する際に活物質に結合することができず、過剰に溶出することが明らかとなった。そのため活物質表面の樹脂添着量が不十分となり、電解液と活物質との反応抑制効果が低減することが明らかとなった。
さらに、炭素活物質上に樹脂を被覆する際には、分岐や架橋構造のある状態で被覆すると、炭素活物質の細孔内部まで樹脂が被覆できず、また、均一な被膜が形成されないことから、性能が十分に改善されないことが分かっている。
本発明者は上記課題を解決するために鋭意検討した結果、リチウムイオンの挿入・脱離が可能な活物質(A)と有機化合物(B)とを含有する非水系二次電池負極用活物質を製造する際に、有機化合物(B)として従来とは異なる化合物を適用し、従来とは異なる方
法で有機化合物(B)を活物質(A)に対し被覆することで、活物質層からの有機化合物(B)の溶出が抑えられるだけでなく、非水系二次電池とした際の有機化合物(B)に由来する抵抗値の上昇が低減され、初期充放電効率、ガス発生抑制効果を向上でき、且つサイクル特性に優れた非水系二次電池が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
法で有機化合物(B)を活物質(A)に対し被覆することで、活物質層からの有機化合物(B)の溶出が抑えられるだけでなく、非水系二次電池とした際の有機化合物(B)に由来する抵抗値の上昇が低減され、初期充放電効率、ガス発生抑制効果を向上でき、且つサイクル特性に優れた非水系二次電池が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。
具体的には、有機化合物(B)は、少なくとも芳香環基又はアミノ基を有したポリマー(高分子とも呼ぶ)であり、その被覆方法は活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する工程、得られた混合物をろ過する工程及び得られた残渣を溶媒で洗浄する工程を含むものである。
ここで前記効果の詳細は不明であるが、発明者らの検討の結果、非水系二次電池負極用活物質層中に上述したような特徴を有する有機化合物(B)と活物質(A)とを含有させると、有機化合物(B)が有する官能基が活物質(A)の表面に存在する官能基やπ共役構造を有するベーサル面に対し特異的に作用・吸着し、有機化合物(B)が活物質(A)の表面を被覆するため活物質(A)表面の活性を抑制する効果がある。
ここで前記効果の詳細は不明であるが、発明者らの検討の結果、非水系二次電池負極用活物質層中に上述したような特徴を有する有機化合物(B)と活物質(A)とを含有させると、有機化合物(B)が有する官能基が活物質(A)の表面に存在する官能基やπ共役構造を有するベーサル面に対し特異的に作用・吸着し、有機化合物(B)が活物質(A)の表面を被覆するため活物質(A)表面の活性を抑制する効果がある。
そして、本発明の製造方法を用いることで、上記特徴を持つ有機化合物(B)と活物質(A)を混合する工程では、有機化合物(B)の有する官能基は、活物質(A)の官能基を有する部分に親和力が働き特異的に吸着されるため、吸着力の弱い部分への非特異的な吸着が抑制され、活物質(A)への過剰な結合が抑制できると考えられる。また、得られた混合物をろ過する工程および得られた残渣を洗浄する工程において、活物質(A)に過剰に吸着した部位や、吸着力の弱い非特異的吸着部位、未吸着部位の有機化合物(B)を除去できるため、本発明の非水系二次電池負極用活物質を非水系二次電池とした際に、非水電解液に有機化合物(B)が溶出することによる性能劣化が抑制できる。また、活物質(A)を少量の有機化合物(B)で効率的に位置選択的に活物質表面を被覆可能であることから、抵抗の上昇を抑制することが出来る。
すなわち、本発明の要旨は、リチウムイオンの挿入・脱離が可能な活物質(A)と有機化合物(B)とを含有する非水系二次電池負極用活物質の製造方法であって、有機化合物(B)が少なくとも芳香環基又はアミノ基を有する直鎖のポリマーであり、以下の工程を有することを特徴とする非水系二次電池負極用活物質の製造方法に存する。
工程(1):活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する工程
工程(2):工程(1)で得られた混合物をろ過する工程
工程(3):工程(2)で得られた残渣を溶媒で洗浄する工程
工程(1):活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する工程
工程(2):工程(1)で得られた混合物をろ過する工程
工程(3):工程(2)で得られた残渣を溶媒で洗浄する工程
また、本発明の他の要旨は、上記製造方法によって製造された非水系二次電池負極用活物質に存する。 また、本発明の他の要旨は、上記非水系二次電池負極用活物質を用いて形成されることを特徴とする非水系二次電池用負極に存する。
また、本発明の他の要旨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、電解質を備えると共に、負極が、上記非水系二次電池負極であることを特徴とする非水系二次電池に存する。
また、本発明の他の要旨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、電解質を備えると共に、負極が、上記非水系二次電池負極であることを特徴とする非水系二次電池に存する。
本発明によれば、初期充放電効率に優れ、ガス発生が少なく、高いサイクル維持率を有し、電池用電極として用いた場合に、電解液の浸液性を損ねることなく、電極の膨れを抑制でき、また、負極容量の低下を抑制可能な非水系二次電池負極用活物質の製造方法、及びその製造方法にて製造された非水系二次電池用活物質、非水系二次電池用負極並びに、非水系二次電池が提供される。
以下、本発明の内容を詳細に述べる。なお、以下に記載する発明の構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨をこえない限り、これらの形態に特定されるものではない。
[非水系二次電池負極用活物質]
<活物質(A)>
本発明の非水系二次電池用活物質(以下、単に「本発明の活物質」ともいう)は活物質(A)を含有する。活物質(A)は、その骨格中にリチウムイオンを吸蔵・放出することができる材料であれば特に制限されないが、その例としては、黒鉛、非晶質炭素、黒鉛化度の小さい炭素質物に代表される種々の炭素材料、シリコン系材料、スズ系材料、チタン系材料が挙げられる。中でも、黒鉛または、シリコン系材料、スズ系材料が好ましい。本発明ではこれらを単独で、又は二種以上を組み合わせて使用することができる。炭素系材料とシリコン系材料または、炭素系材料とスズ系材料の複合材は高容量且つ、高寿命を得られる点で、より好ましい。また、酸化物やその他金属を含んでいてもよい。
<活物質(A)>
本発明の非水系二次電池用活物質(以下、単に「本発明の活物質」ともいう)は活物質(A)を含有する。活物質(A)は、その骨格中にリチウムイオンを吸蔵・放出することができる材料であれば特に制限されないが、その例としては、黒鉛、非晶質炭素、黒鉛化度の小さい炭素質物に代表される種々の炭素材料、シリコン系材料、スズ系材料、チタン系材料が挙げられる。中でも、黒鉛または、シリコン系材料、スズ系材料が好ましい。本発明ではこれらを単独で、又は二種以上を組み合わせて使用することができる。炭素系材料とシリコン系材料または、炭素系材料とスズ系材料の複合材は高容量且つ、高寿命を得られる点で、より好ましい。また、酸化物やその他金属を含んでいてもよい。
前記活物質の形状は特に制限されず、球状、薄片状、繊維状、不定形粒子などから適宜選択して用いることができるが、好ましくは球状である。
前記炭素材料の種類としては、人造黒鉛、天然黒鉛、非晶質炭素、黒鉛化度の小さい炭素質物等が挙げられるが、低コストと電極作製のし易さの点で、天然黒鉛が本発明において好ましく用いられる。炭素材料としては、不純物の少ないものが好ましく、必要に応じて種々の精製処理を施して用いる。
前記炭素材料の種類としては、人造黒鉛、天然黒鉛、非晶質炭素、黒鉛化度の小さい炭素質物等が挙げられるが、低コストと電極作製のし易さの点で、天然黒鉛が本発明において好ましく用いられる。炭素材料としては、不純物の少ないものが好ましく、必要に応じて種々の精製処理を施して用いる。
前記天然黒鉛としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土壌黒鉛等が挙げられる。前記鱗状黒鉛の産地は、主にスリランカであり、前記鱗片状黒鉛の産地は、マダガスカル、中国、ブラジル、ウクライナ、カナダ等であり、前記土壌黒鉛の主な産地は、朝鮮半島、中国、メキシコ等である。
これらの天然黒鉛の中で、土壌黒鉛は一般に粒径が小さいうえ、純度が低い。これに対して、鱗片状黒鉛や鱗状黒鉛は、黒鉛化度が高く不純物量が低い等の長所があるため、本発明において好ましく使用することができる。
これらの天然黒鉛の中で、土壌黒鉛は一般に粒径が小さいうえ、純度が低い。これに対して、鱗片状黒鉛や鱗状黒鉛は、黒鉛化度が高く不純物量が低い等の長所があるため、本発明において好ましく使用することができる。
前記天然黒鉛の中でも、本発明の効果を発揮する観点から、好ましくは球形化黒鉛であり、より好ましくは球形化天然黒鉛、更に具体的には、高純度化した鱗片状黒鉛に球形化処理を施して得られた球形化天然黒鉛である。前記球形化処理の方法については後述する。
また前記人造黒鉛としては、例えば、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などの有機物を焼成し、黒鉛化したものが挙げられる。焼成温度は、2500℃以上、3200℃以下の範囲とすることができ、焼成の際、珪素含有化合物やホウ素含有化合物などを黒鉛化触媒として用いることもできる。
また前記人造黒鉛としては、例えば、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などの有機物を焼成し、黒鉛化したものが挙げられる。焼成温度は、2500℃以上、3200℃以下の範囲とすることができ、焼成の際、珪素含有化合物やホウ素含有化合物などを黒鉛化触媒として用いることもできる。
また前記非晶質炭素としては、例えば、バルクメソフェーズを焼成した粒子や、炭素前駆体を不融化処理し、焼成した粒子が挙げられる。
また前記黒鉛化度の小さい炭素質物としては、有機物を通常2500℃未満の温度で焼成したものが挙げられる。有機物としては、コールタールピッチ、乾留液化油などの石炭系重質油;常圧残油、減圧残油などの直留系重質油;原油、ナフサなどの熱分解時に副生するエチレンタール等の分解系重質油などの石油系重質油;アセナフチレン、デカシクレン、アントラセンなどの芳香族炭化水素;フェナジンやアクリジンなどの窒素含有環状化
合物;チオフェンなどの硫黄含有環状化合物;アダマンタンなどの脂肪族環状化合物;ビフェニル、テルフェニルなどのポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラールなどのポリビニルエステル類、ポリビニルアルコールなどの熱可塑性高分子などが挙げられる。
また前記黒鉛化度の小さい炭素質物としては、有機物を通常2500℃未満の温度で焼成したものが挙げられる。有機物としては、コールタールピッチ、乾留液化油などの石炭系重質油;常圧残油、減圧残油などの直留系重質油;原油、ナフサなどの熱分解時に副生するエチレンタール等の分解系重質油などの石油系重質油;アセナフチレン、デカシクレン、アントラセンなどの芳香族炭化水素;フェナジンやアクリジンなどの窒素含有環状化
合物;チオフェンなどの硫黄含有環状化合物;アダマンタンなどの脂肪族環状化合物;ビフェニル、テルフェニルなどのポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラールなどのポリビニルエステル類、ポリビニルアルコールなどの熱可塑性高分子などが挙げられる。
炭素質物の黒鉛化度の程度に応じて、焼成温度は通常600℃以上とすることができ、好ましくは900℃以上、より好ましくは950℃以上であり、通常2500℃未満とすることができ、好ましくは2000℃以下、より好ましくは1400℃以下の範囲である。焼成の際、有機物にリン酸、ホウ酸、塩酸などの酸類、水酸化ナトリウム等のアルカリ類などを混合することもできる。
前記シリコン系材料としては、シリコン、シリコン酸化物、具体的には、SiOy、SiCxOy、(x及びyは任意の割合でも可)シリコン−酸化シリコン複合体、またはシリコンとその他金属との合金の何れを用いてもよい。シリコン系材料としては、小粒径、薄膜、多孔質構造などリチウム挿入、脱離時の体積膨張収縮を緩和可能な形態が好ましく、必要に応じて炭素材料やその他活物質材料と複合化して用いる。
前記スズ系材料としては、錫、酸化第一錫、酸化第二錫、錫アモルファス合金の何れを用いてもよい。スズ系材料としては、小粒径、薄膜、多孔質構造などリチウム挿入、脱離時の体積膨張収縮を緩和可能な形態が好ましく、必要に応じて種々の炭素材料やその他、活物質材料と複合化して用いる。
次に、本発明の非水系二次電池負極用活物質の材料の構成成分である各種特性について説明する。前記材料は、これらの特性のうち、いずれか1つ以上を満たすことが好ましい。
次に、本発明の非水系二次電池負極用活物質の材料の構成成分である各種特性について説明する。前記材料は、これらの特性のうち、いずれか1つ以上を満たすことが好ましい。
(平均粒子径(d50))
活物質(A)の平均粒子径(d50)は、通常1μm以上、50μm以下である。この範囲であれば、負極製造時、極板化した際に、負極形成材料の筋引きなどの工程上の不都合が生ずることを防止することができる。平均粒子径(d50)は、好ましくは4μm以上、より好ましくは10μm以上であり、また、好ましくは30μm以下、より好ましくは25μm以下である。
活物質(A)の平均粒子径(d50)は、通常1μm以上、50μm以下である。この範囲であれば、負極製造時、極板化した際に、負極形成材料の筋引きなどの工程上の不都合が生ずることを防止することができる。平均粒子径(d50)は、好ましくは4μm以上、より好ましくは10μm以上であり、また、好ましくは30μm以下、より好ましくは25μm以下である。
なお、本願明細書において、平均粒子径(d50)は、体積基準のメジアン径を意味する。具体的には、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液10mLに、試料0.01g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に導入し、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、測定装置における体積基準のメジアン径として測定した値として得ることができる。
(タップ密度)
活物質(A)のタップ密度は、通常0.7g/cm3以上、1g/cm3以上が好ましい。また、通常1.3g/cm3以下、1.1g/cm3以下が好ましい。タップ密度が低すぎると、非水系二次電池とした場合に高速充放電特性に劣り、タップ密度が高すぎると、粒子内炭素密度が上昇し、負極形成材料の圧延性に欠け、高密度の負極シートを形成することが難しくなる場合がある。
本発明において、タップ密度は、粉体密度測定器を用い、直径1.6cm、体積容量20cm3の円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して、試料を落下させて、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。
活物質(A)のタップ密度は、通常0.7g/cm3以上、1g/cm3以上が好ましい。また、通常1.3g/cm3以下、1.1g/cm3以下が好ましい。タップ密度が低すぎると、非水系二次電池とした場合に高速充放電特性に劣り、タップ密度が高すぎると、粒子内炭素密度が上昇し、負極形成材料の圧延性に欠け、高密度の負極シートを形成することが難しくなる場合がある。
本発明において、タップ密度は、粉体密度測定器を用い、直径1.6cm、体積容量20cm3の円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して、試料を落下させて、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。
(BET法比表面積(SA))
活物質(A)のBET法で測定した比表面積は、通常1m2/g以上、11m2/g以下である。この範囲であれば、Liが出入りする部位が十分で、非水系二次電池とした場合に良好な高速充放電特性・出力特性が得られ、活物質の電解液に対する活性を制御し、初期不可逆容量を小さくし、高容量化を容易に図ることができる。比表面積は、好ましくは1.2m2/g以上、より好ましくは、1.5m2/g以上であり、また、好ましくは1
0m2/g以下、より好ましくは9m2/g以下、さらに好ましくは8m2/g以下である。
なお、本願明細書において、BET法比表面積は、比表面積測定装置を用いて、窒素ガス吸着流通法によりBET5点法にて測定した値とする。
活物質(A)のBET法で測定した比表面積は、通常1m2/g以上、11m2/g以下である。この範囲であれば、Liが出入りする部位が十分で、非水系二次電池とした場合に良好な高速充放電特性・出力特性が得られ、活物質の電解液に対する活性を制御し、初期不可逆容量を小さくし、高容量化を容易に図ることができる。比表面積は、好ましくは1.2m2/g以上、より好ましくは、1.5m2/g以上であり、また、好ましくは1
0m2/g以下、より好ましくは9m2/g以下、さらに好ましくは8m2/g以下である。
なお、本願明細書において、BET法比表面積は、比表面積測定装置を用いて、窒素ガス吸着流通法によりBET5点法にて測定した値とする。
(X線パラメータ)
活物質(A)のX線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)は、通常0.335nm以上、0.340nm未満、好ましくは0.339nm以下であり、より好ましくは0.337nm以下である。d002値が0.340nm未満であれば、適切な結晶性が得られ、非水系二次電池とした場合に初期不可逆容量の増加が抑制できる。一方、0.335nmは黒鉛の理論値である。
活物質(A)のX線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)は、通常0.335nm以上、0.340nm未満、好ましくは0.339nm以下であり、より好ましくは0.337nm以下である。d002値が0.340nm未満であれば、適切な結晶性が得られ、非水系二次電池とした場合に初期不可逆容量の増加が抑制できる。一方、0.335nmは黒鉛の理論値である。
(ラマンR値)
活物質(A)のラマンR値は、1580cm−1付近のピークPAの強度IAと、1360cm−1付近のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比R(R=IB/IA)を算出して定義する。その値は通常0.01以上、1以下であり、0.6以下が好ましい。ラマンR値がこの範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎて、高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向し易くなり、負荷特性の低下を招く傾向がある。一方、この範囲を上回ると、粒子表面の結晶が乱れ、電解液との反応性が増し、非水系二次電池とした場合に効率の低下やガス発生の増加を招く傾向がある。
活物質(A)のラマンR値は、1580cm−1付近のピークPAの強度IAと、1360cm−1付近のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比R(R=IB/IA)を算出して定義する。その値は通常0.01以上、1以下であり、0.6以下が好ましい。ラマンR値がこの範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎて、高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向し易くなり、負荷特性の低下を招く傾向がある。一方、この範囲を上回ると、粒子表面の結晶が乱れ、電解液との反応性が増し、非水系二次電池とした場合に効率の低下やガス発生の増加を招く傾向がある。
ラマンスペクトルはラマン分光器で測定できる。具体的には、測定対象粒子を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。
アルゴンイオンレーザー光の波長 :532nm
試料上のレーザーパワー :25mW
分解能 :4cm−1
測定範囲 :1100cm−1〜1730cm−1
ピーク強度測定、ピーク半値幅測定:バックグラウンド処理、スムージング処理(単純平均によるコンボリューション5ポイント)
アルゴンイオンレーザー光の波長 :532nm
試料上のレーザーパワー :25mW
分解能 :4cm−1
測定範囲 :1100cm−1〜1730cm−1
ピーク強度測定、ピーク半値幅測定:バックグラウンド処理、スムージング処理(単純平均によるコンボリューション5ポイント)
(活物質(A)の製造方法)
以上説明した活物質(A)は種々の公知の方法により製造可能であり、その製造方法は特に制限されないが、ここでは、本発明において活物質(A)として好ましく用いられる球形化天然黒鉛の製造方法について説明する。
球形化天然黒鉛は天然黒鉛を球形化することで得られるものであるが、その球形化処理に用いる装置としては、例えば、衝撃力を主体に粒子の相互作用も含めた圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を繰り返し粒子に与える装置を用いることができる。
具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された天然黒鉛原料に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、表面処理を行なう装置が好ましい。
以上説明した活物質(A)は種々の公知の方法により製造可能であり、その製造方法は特に制限されないが、ここでは、本発明において活物質(A)として好ましく用いられる球形化天然黒鉛の製造方法について説明する。
球形化天然黒鉛は天然黒鉛を球形化することで得られるものであるが、その球形化処理に用いる装置としては、例えば、衝撃力を主体に粒子の相互作用も含めた圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を繰り返し粒子に与える装置を用いることができる。
具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された天然黒鉛原料に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、表面処理を行なう装置が好ましい。
球形化処理を施すことにより、鱗片状の天然黒鉛が折りたたまれる、もしくは周囲エッジ部分が球形粉砕されることにより球状とされた母体粒子に、粉砕により生じた主に5μm以下の微粉が付着する。また、球形化処理後の天然黒鉛の表面官能基量O/C値が通常
1%以上、4%以下となる条件で、球形化処理を行う。
この際には、機械的処理のエネルギーにより天然黒鉛表面の酸化反応を進行させ、天然黒鉛表面に酸性官能基を導入することができるよう、活性雰囲気下で球形化処理を行うことが好ましい。例えば前述の装置を用いて処理する場合は、回転するローターの周速度を通常30m/秒以上100m/秒以下、40m/秒以上100m/秒以下にすることが好ましく、50m/秒以上100m/秒以下にすることがより好ましい。
1%以上、4%以下となる条件で、球形化処理を行う。
この際には、機械的処理のエネルギーにより天然黒鉛表面の酸化反応を進行させ、天然黒鉛表面に酸性官能基を導入することができるよう、活性雰囲気下で球形化処理を行うことが好ましい。例えば前述の装置を用いて処理する場合は、回転するローターの周速度を通常30m/秒以上100m/秒以下、40m/秒以上100m/秒以下にすることが好ましく、50m/秒以上100m/秒以下にすることがより好ましい。
(被覆処理)
本発明に使用される活物質(A)は、炭素質物でその表面の少なくとも一部が被覆されていてもよい。この被覆の態様はSEM写真等で確認することができる。
・炭素質物
前記炭素質物としては、後述するその製造方法における加熱の温度の相違によって、非晶質炭素及び黒鉛化物が挙げられる。
具体的には、前記炭素質物は、その炭素前駆体を後述するように加熱処理することで得ることができる。前記炭素前駆体として、以下の(a)又は(b)に記載の炭素材料が好ましい。
本発明に使用される活物質(A)は、炭素質物でその表面の少なくとも一部が被覆されていてもよい。この被覆の態様はSEM写真等で確認することができる。
・炭素質物
前記炭素質物としては、後述するその製造方法における加熱の温度の相違によって、非晶質炭素及び黒鉛化物が挙げられる。
具体的には、前記炭素質物は、その炭素前駆体を後述するように加熱処理することで得ることができる。前記炭素前駆体として、以下の(a)又は(b)に記載の炭素材料が好ましい。
(a)石炭系重質油、直流系重質油、分解系石油重質油、芳香族炭化水素、N環化合物、S環化合物、ポリフェニレン、有機合成高分子、天然高分子、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂からなる群より選ばれた炭化可能な有機物
(b)炭化可能な有機物を低分子有機溶媒に溶解させたもの
これらの中でも石炭系重質油、直流系重質油、分解系石油重質油が、焼成後の炭素質物が均一に被覆されるのでより好ましい。
(b)炭化可能な有機物を低分子有機溶媒に溶解させたもの
これらの中でも石炭系重質油、直流系重質油、分解系石油重質油が、焼成後の炭素質物が均一に被覆されるのでより好ましい。
・被覆処理の方法
被覆処理においては、例えば上述した球形化天然黒鉛を核黒鉛とし、炭素質物を得るための炭素前駆体を被覆原料として用い、これらを混合、焼成することで、炭素質物が被覆された活物質(A)が得られる。
焼成温度を、通常600℃以上、好ましくは700℃以上、より好ましくは900℃以上、通常2000℃以下、好ましくは1500℃以下、より好ましくは1200℃以下とすると炭素質物として非晶質炭素が得られ、通常2000℃以上、好ましくは2500℃以上、通常3200℃以下で熱処理を行うと炭素質物として黒鉛化物が得られる。前記非晶質炭素とは結晶性の低い炭素であり、前記黒鉛化物とは結晶性の高い炭素である。
被覆処理においては、例えば上述した球形化天然黒鉛を核黒鉛とし、炭素質物を得るための炭素前駆体を被覆原料として用い、これらを混合、焼成することで、炭素質物が被覆された活物質(A)が得られる。
焼成温度を、通常600℃以上、好ましくは700℃以上、より好ましくは900℃以上、通常2000℃以下、好ましくは1500℃以下、より好ましくは1200℃以下とすると炭素質物として非晶質炭素が得られ、通常2000℃以上、好ましくは2500℃以上、通常3200℃以下で熱処理を行うと炭素質物として黒鉛化物が得られる。前記非晶質炭素とは結晶性の低い炭素であり、前記黒鉛化物とは結晶性の高い炭素である。
<有機化合物(B)>
次に、本発明の非水系二次電池負極用活物質の構成成分である有機化合物(B)について説明する。
本発明における有機化合物(B)は、少なくとも芳香環基又はアミノ基を有する直鎖のポリマーであれば、単一の化合物であっても二種類以上の化合物を混在していてもよい。
次に、本発明の非水系二次電池負極用活物質の構成成分である有機化合物(B)について説明する。
本発明における有機化合物(B)は、少なくとも芳香環基又はアミノ基を有する直鎖のポリマーであれば、単一の化合物であっても二種類以上の化合物を混在していてもよい。
有機化合物(B)は直鎖状であることにより、炭素活物質上に有機化合物(B)を被覆する際には、炭素活物質の細孔内部まで被覆でき、また、均一な被膜を形成することができる。なお、本発明でいう「有機化合物(B)が被覆する」とは、活物質(A)に有機化合物(B)が添着、付着、複合化した状態等を表す。
有機化合物(B)の重量平均分子量は特に制限されないが、通常500以上、好ましくは1000以上、より好ましくは2000以上、更に好ましくは2500以上である。一方前記重量平均分子量は、通常100万以下、好ましくは50万以下、より好ましくは30万以下、更に好ましくは20万以下である。
有機化合物(B)の重量平均分子量は特に制限されないが、通常500以上、好ましくは1000以上、より好ましくは2000以上、更に好ましくは2500以上である。一方前記重量平均分子量は、通常100万以下、好ましくは50万以下、より好ましくは30万以下、更に好ましくは20万以下である。
なお、本明細書において重量平均分子量とは、溶媒をテトラヒドロフラン(THF)と
したゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した標準ポリスチレン換算の重量平均分子量あるいは、溶媒が水系あるいはN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)あるいはジメチルスルホキシド(DMSO)のGPCにより測定した標準ポリエチレングリコール換算の重量平均分子量である。
したゲルパーミエーションクロマトグラフィー(GPC)により測定した標準ポリスチレン換算の重量平均分子量あるいは、溶媒が水系あるいはN,N−ジメチルホルムアミド(DMF)あるいはジメチルスルホキシド(DMSO)のGPCにより測定した標準ポリエチレングリコール換算の重量平均分子量である。
また、有機化合物(B)として二種類以上の化合物が混在している場合、芳香環基を有する化合物とアミノ基を有するポリマーの混合物が活物質(A)表面への高い吸着性と、リチウムイオン伝導性、生産性を担保できる理由から好ましい。
以下、本発明に用いる有機化合物(B)の好ましいポリマーの態様として、芳香環基を有する有機化合物(B1)、アミノ基を有する有機化合物(B2)について説明する。
以下、本発明に用いる有機化合物(B)の好ましいポリマーの態様として、芳香環基を有する有機化合物(B1)、アミノ基を有する有機化合物(B2)について説明する。
(1.芳香環基を有する有機化合物(B1))
本発明の有機化合物(B)の好ましい態様の1つである有機化合物(B1)が有する芳香環基はπ共役構造を有するため、活物質(A)が有するπ平面構造部分と作用することによって、活物質(A)の表面を選択的に被覆するため、ガスの発生を効果的に抑制し、負極抵抗の上昇を抑制することが可能であると考えられる。
なお、本明細書において、前記π共役構造を有する化合物とは、π電子を持つ原子が環状に並んだ構造を持つ不飽和環状化合物であって、ヒュッケル則を満たし、π電子が環上で非局在化し、環が平面構造をとっているものである。
本発明の有機化合物(B)の好ましい態様の1つである有機化合物(B1)が有する芳香環基はπ共役構造を有するため、活物質(A)が有するπ平面構造部分と作用することによって、活物質(A)の表面を選択的に被覆するため、ガスの発生を効果的に抑制し、負極抵抗の上昇を抑制することが可能であると考えられる。
なお、本明細書において、前記π共役構造を有する化合物とは、π電子を持つ原子が環状に並んだ構造を持つ不飽和環状化合物であって、ヒュッケル則を満たし、π電子が環上で非局在化し、環が平面構造をとっているものである。
芳香環としては、単環の5員環であるフラン、ピロール、イミダゾール、チオフェン、ホスホール、ピラゾール、オキサゾール、イソオキサゾール、チアゾール、単環の6員環であるベンゼン、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、二環の5員環+6員環であるベンゾフラン、イソベンゾフラン、インドール、イソインドール、ベンゾチオフェン、ベンゾホスホール、ベンゾイミダゾール、プリン、インダゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾイソオキサゾール、ベンゾチアゾール、二環の6員環+6員環であるナフタレン、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、キナゾリン、シンノリン、多環のアントラセン、ピレン等の骨格を有する環が挙げられる。
これらの中でも、非水系二次電池とした場合にガスの発生を抑制する観点から、ベンゼン環及びナフタレン環が好ましい。
また、本発明の有機化合物(B1)は活物質(A)に形成した有機化合物(B1)からなる被膜が電解液に溶出しにくくなる点から、有機化合物(B1)は非水電解液に難溶性であるものがより好ましい。なお、非水電解液に難溶とは有機化合物(B1)をエチルカーボネートとエチルメチルカーボネートとを3:7の体積比で混合した溶媒に24時間浸漬した場合において、浸漬前後の乾燥重量減少率が通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは1質量%以下であることを意味する。
また、本発明の有機化合物(B1)は活物質(A)に形成した有機化合物(B1)からなる被膜が電解液に溶出しにくくなる点から、有機化合物(B1)は非水電解液に難溶性であるものがより好ましい。なお、非水電解液に難溶とは有機化合物(B1)をエチルカーボネートとエチルメチルカーボネートとを3:7の体積比で混合した溶媒に24時間浸漬した場合において、浸漬前後の乾燥重量減少率が通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは1質量%以下であることを意味する。
有機化合物(B1)が前記非水電解液に対して難溶となるには、イオン性基を有していることが好ましい。イオン性基とは、水中でアニオン又はカチオンを生じうる基であり、その例としては、カルボン酸基、スルホン酸基、リン酸基、ホスホン酸基及びこれらの塩が挙げられる。前記塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、カルシウム塩、マグネシウム塩等が挙げられる。これらの中でも、非水系二次電池とした場合の初期不可逆容量の観点から、スルホン酸基及びそのリチウム塩もしくはナトリウム塩が好ましい。
このような有機化合物(B1)としては、イオン性基と芳香環基を有することが好ましい。
有機化合物(B1)を構成する構造単位となるモノマーとしては、イオン性基を有するモノマーと芳香環基を有するモノマーが挙げられる。また、イオン性基と芳香環基とを共
に有するモノマーであってもよい。
有機化合物(B1)を構成する構造単位となるモノマーとしては、イオン性基を有するモノマーと芳香環基を有するモノマーが挙げられる。また、イオン性基と芳香環基とを共
に有するモノマーであってもよい。
この場合、有機化合物(B1)は、イオン性基を有し芳香環基を有さないモノマーと、芳香環基を有しイオン性基を有さないモノマーとの共重合体であってもよいし、イオン性基と芳香環基を共に有するモノマーの重合体であってもよい。また、イオン性基を有するモノマーの重合体と芳香環基を有するモノマーの重合体の混合物であってもよい。
前記イオン性基と芳香環基とを有するモノマーの例としては、スチレンスルホン酸、ナフタレンカルボン酸、ナフタレンスルホン酸、ビニルナフタレンカルボン酸、ビニルナフタレンスルホン酸、ビニルアミノナフタレン、アントラセンカルボン酸、ビニルアントラセンカルボン酸、アントラセンスルホン酸、ビニルアントラセンスルホン酸、ビニルアミノアントラセン、アニリン、アニリンスルホン酸、安息香酸ビニル及びこれらの塩等が挙げられる。
前記イオン性基と芳香環基とを有するモノマーの例としては、スチレンスルホン酸、ナフタレンカルボン酸、ナフタレンスルホン酸、ビニルナフタレンカルボン酸、ビニルナフタレンスルホン酸、ビニルアミノナフタレン、アントラセンカルボン酸、ビニルアントラセンカルボン酸、アントラセンスルホン酸、ビニルアントラセンスルホン酸、ビニルアミノアントラセン、アニリン、アニリンスルホン酸、安息香酸ビニル及びこれらの塩等が挙げられる。
これらの中でも、スチレンスルホン酸ナトリウム、スチレンスルホン酸リチウム、ナフタレンスルホン酸ナトリウム、ナフタレンスルホン酸リチウムが好ましい。
更に、前記イオン性基を有し、芳香環基を有さないモノマーの例としては、ビニルスルホン酸、ビニルスルホン酸リチウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、アクリル酸リチウム等、メタクリル酸、メタクリル酸ナトリウム、メタクリル酸リチウム等が挙げられ、前記芳香環基を有し、イオン性基を有さないモノマーの例としては、スチレン、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート等が挙げられる。
更に、前記イオン性基を有し、芳香環基を有さないモノマーの例としては、ビニルスルホン酸、ビニルスルホン酸リチウム、ビニルスルホン酸ナトリウム、アクリル酸、アクリル酸ナトリウム、アクリル酸リチウム等、メタクリル酸、メタクリル酸ナトリウム、メタクリル酸リチウム等が挙げられ、前記芳香環基を有し、イオン性基を有さないモノマーの例としては、スチレン、ベンジルアクリレート、ベンジルメタクリレート等が挙げられる。
このようなモノマーに由来する構造単位を含むポリマーの具体的な例としては、スチレン−ビニルスルホン酸共重合体、スチレン−ビニルスルホン酸共重合体、スチレン−ビニルスルホン酸共重合体、ポリスチレンスルホン酸、スチレン−スチレンスルホン酸共重合体、ポリビニル安息香酸、スチレン−ビニル安息香酸共重合体、ポリビニルベンゾシクロブテン、ビニルベンゾシクロブテン‐スチレンスルホン酸共重合体、ビニルベンゾシクロブテン‐ビニルスルホン酸共重合体、ビニルベンゾシクロブテン‐アクリル酸共重合体、ビニルベンゾシクロブテン‐メタクリル酸共重合体、ポリビニルナフタレンカルボン酸、ポリビニルナフタレンスルホン酸、ポリビニルアミノナフタレン、ポリビニルナフタレンスルホン酸、ビニルナフタレン−アクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−メタクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−ビニルスルホン酸共重合体、ビニルナフタレン‐スチレンスルホン酸共重合体、ビニルナフタレンスルホン酸‐スチレンスルホン酸共重合体、ビニルナフタレンカルボン酸‐スチレンスルホン酸共重合体、ビニルナフタレンスルホン酸‐スチレンスルホン酸共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリビニルアントラセン‐カルボン酸、ポリビニルアントラセンスルホン酸、ポリビニルアミノアントラセン、ポリビニルアントラセンカルボン酸、ポリビニルアントラセンスルホン酸、ポリビニルアミノアントラセン、ビニルアントラセン‐アクリル酸共重合体、ビニルナフタレン−メタクリル酸共重合体、ビニルアントラセン‐ビニルスルホン酸共重合体、ビニルアントラセン‐スチレンスルホン酸共重合体、ビニルアントラセンスルホン酸‐スチレンスルホン酸共重合体、ビニルアントラセンカルボン酸‐スチレンスルホン酸共重合体、ビニルアントラセンスルホン酸‐スチレンスルホン酸共重合体、アントラセンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びこれら塩が挙げられる。
ガスの発生を効果的に抑制する観点から、ポリスチレンスルホン酸、ポリビニルベンゾシクロブテン、ポリビニルナフタレンカルボン酸、ポリビニルナフタレンスルホン酸、ポリビニルアミノナフタレン、ポリビニルナフタレンスルホン酸、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ポリビニルアントラセンスルホン酸、ポリビニルアミノアントラセン、ポリビニルアントラセンカルボン酸、ポリビニルアントラセンスルホン酸、アントラセンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びこれら塩がより好ましく、中でもポリスチレンスルホ
ン酸、ポリビニルベンゾシクロブテン、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びこれらのリチウム塩、ナトリウム塩が活物質表面、特には黒鉛ベーサル面への吸着性が高く、電解液への溶出も少ないため特に好ましい。
以上説明した有機化合物(B1)は、市販されているものを使用してもよいし、公知の方法により合成することもできる。なお、本発明において1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
ン酸、ポリビニルベンゾシクロブテン、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、及びこれらのリチウム塩、ナトリウム塩が活物質表面、特には黒鉛ベーサル面への吸着性が高く、電解液への溶出も少ないため特に好ましい。
以上説明した有機化合物(B1)は、市販されているものを使用してもよいし、公知の方法により合成することもできる。なお、本発明において1種単独で又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
(2.アミノ基を有する有機化合物(B2))
本発明の有機化合物(B)の好ましい態様の1つである有機化合物(B2)が有するアミノ基は、活物質(A)の表面の官能基と作用し、活物質(A)の表面の活性を抑制する。また活物質(A)の表面と有機化合物(B)との吸着性を向上することから、電解液の分解が抑制されて、さらに優れたサイクル特性が発揮されるなどの効果も奏される。
本発明の有機化合物(B)の好ましい態様の1つである有機化合物(B2)が有するアミノ基は、活物質(A)の表面の官能基と作用し、活物質(A)の表面の活性を抑制する。また活物質(A)の表面と有機化合物(B)との吸着性を向上することから、電解液の分解が抑制されて、さらに優れたサイクル特性が発揮されるなどの効果も奏される。
本発明の有機化合物(B)におけるアミノ基は、特に制限はないが、例えば、一級アミノ基、二級アミノ基、三級アミノ基、四級アンモニウム基が挙げられる。
これらの中でも一級アミノ基、二級アミノ基、三級アミノ基が好ましく、活物質表面官能基との接着性、または反応性が高い点で、一級アミノ基、二級アミノ基が特に好ましい。
これらの中でも一級アミノ基、二級アミノ基、三級アミノ基が好ましく、活物質表面官能基との接着性、または反応性が高い点で、一級アミノ基、二級アミノ基が特に好ましい。
以下、アミノ基を有する有機化合物(B2)について説明をする。
有機化合物(B2)を構成する構造単位となるモノマーとしては、エチレン性不飽和基含有アミンから誘導される単位を持つものが挙げられる。具体的には下記式(1)または(2)で表される単位を有するものが挙げられる。
有機化合物(B2)を構成する構造単位となるモノマーとしては、エチレン性不飽和基含有アミンから誘導される単位を持つものが挙げられる。具体的には下記式(1)または(2)で表される単位を有するものが挙げられる。
(式(1)において、R1〜R3は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基であり、R4は、原子が存在しない単結合又は炭素数1〜6のアルキレン基であり、R5及びR6は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。)
(式(2)において、R7〜R10は、それぞれ独立して、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基であり、R11及びR12は、それぞれ独立して、炭素数1〜6のアルキレン基であり、R13は、水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基である。)
式(1)及び(2)における炭素数1〜6のアルキル基は、直鎖状であっても、分岐状であってもよく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられ、好ましくはメチル基である。
式(1)及び(2)における炭素数1〜6のアルキル基は、直鎖状であっても、分岐状であってもよく、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基等が挙げられ、好ましくはメチル基である。
式(1)及び(2)における炭素数1〜6のアルキレン基は、直鎖状であっても、分岐状であってもよく、例えば、メチレン基、エチレン基等が挙げられ、好ましくはメチレン基である。
式(1)において、R1〜R3はそれぞれ独立して、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子であり、R4は、好ましくは原子が存在しない単結合又はメチレン基であり、R5及びR6はそれぞれ独立して、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
式(1)において、R1〜R3はそれぞれ独立して、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子であり、R4は、好ましくは原子が存在しない単結合又はメチレン基であり、R5及びR6はそれぞれ独立して、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
中でも、R1〜R3がいずれも水素原子であり、R4が原子が存在しない単結合又はメチレン基であり、R5及びR6が水素原子である、式(2)で表される単位がさらに好ましい。R5及びR6が水素原子であり、有機化合物(B2)が一級アミノ基を有する場合、活物質(A)表面との接着性または反応性が高いことから好ましい。
式(2)において、R7〜R10はそれぞれ独立して、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子であり、R11及びR12は、好ましくはメチレン基であり、R13は、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
式(2)において、R7〜R10はそれぞれ独立して、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子であり、R11及びR12は、好ましくはメチレン基であり、R13は、好ましくは水素原子又はメチル基であり、より好ましくは水素原子である。
中でも、R7〜R10がいずれも水素原子であり、R11及びR12がメチレン基であり、R13が水素原子である、式(3)で表される単位がさらに好ましい。R13が水素原子であり、有機化合物(B2)が二級アミノ基を有する場合、活物質表面との接着性または反応性が高いことから好ましい。
有機化合物(B2)は、式(1)の単位又は式(2)の単位のいずれかを含んでいればよく、式(1)及び式(2)の単位の両方を含んでいてもよい。
有機化合物(B2)は、式(1)の単位又は式(2)の単位のいずれかを含んでいればよく、式(1)及び式(2)の単位の両方を含んでいてもよい。
さらに、有機化合物(B2)は、式(1)及び式(2)の単位以外の単位を含んでいてもよく、例えば、マレイン酸、アクリルアミド、二酸化硫黄、リン酸化物、硫黄酸化物、有機酸、ホウ素化合物、ビニルスルホン酸、またはスチレン等から誘導される単位が挙げられる。
有機化合物(B2)の重量平均分子量は特に制限されないが、通常500以上、好ましくは1000以上、より好ましくは2000以上、更に好ましくは2500以上である。一方前記重量平均分子量は、通常100万以下、好ましくは50万以下、より好ましくは
30万以下、更に好ましくは20万以下である。
有機化合物(B2)の重量平均分子量は特に制限されないが、通常500以上、好ましくは1000以上、より好ましくは2000以上、更に好ましくは2500以上である。一方前記重量平均分子量は、通常100万以下、好ましくは50万以下、より好ましくは
30万以下、更に好ましくは20万以下である。
有機化合物(B2)は、エチレン性不飽和基を含有したアミンのホモポリマー及びコポリマーの少なくともいずれか一方であることが好ましい。具体的には、ビニルアミン、アリルアミン又はそれらの誘導体のホモポリマー及びコポリマーの少なくともいずれか一方であることが好ましい。
有機化合物(B2)として、上記のビニルアミン、アリルアミン若しくはそれらの誘導体のいずれかのホモポリマー、上記のビニルアミン、アリルアミン若しくはそれらの誘導体のいずれか2種以上のコポリマー、又は上記のビニルアミン、アリルアミン若しくはそれらの誘導体のいずれか1種以上と他成分の1種以上のコポリマー等を使用することができる。
有機化合物(B2)として、上記のビニルアミン、アリルアミン若しくはそれらの誘導体のいずれかのホモポリマー、上記のビニルアミン、アリルアミン若しくはそれらの誘導体のいずれか2種以上のコポリマー、又は上記のビニルアミン、アリルアミン若しくはそれらの誘導体のいずれか1種以上と他成分の1種以上のコポリマー等を使用することができる。
さらに、他成分として、マレイン酸、アクリルアミド、二酸化硫黄、リン酸化物、硫黄酸化物、有機酸、ホウ素化合物等を使用してもよい。他成分を含むコポリマーとしては例えば、ジアリルアミン−マレイン酸コポリマー、ジアリリルアミン−二酸化硫黄コポリマー等が挙げられる。
有機化合物(B2)は、初期充放電効率の点から、好ましくは、ビニルアミン、アリルアミン、N−アルキル置換アリルアミン(N−メチルアリルアミン等)、N,N−ジアルキル置換アリルアミン(N,N−ジメチルアリルアミン等)又はジアリルアミンのホモリマー又はコポリマーであり、より好ましくは、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリ−N−メチルアリルアミン、ポリ−N,N−ジメチルアリルアミン、ポリジアリルアミン、ポリ−N−メチルジアリルアミン、ポリジアリルアミン−二酸化硫黄共重合体であり、最も好ましくはポリビニルアミン、ポリアリルアミン又はポリジアリルアミン−スルホニル共重合体である。
有機化合物(B2)は、酢酸塩、塩酸塩、硫酸塩、アミド硫酸塩、アンモニウム塩等の塩の形態であってもよい。また、アミン部分が部分尿素化、部分カルボニル化等変性されたものであってもよい。
有機化合物(B2)は、酢酸塩、塩酸塩、硫酸塩、アミド硫酸塩、アンモニウム塩等の塩の形態であってもよい。また、アミン部分が部分尿素化、部分カルボニル化等変性されたものであってもよい。
以上説明した有機化合物(B)は、活物質(A)を少量で効率的に位置選択的に活物質表面を被覆可能であることから、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリ−N−メチルアリルアミン、ポリ−N,N−ジメチルアリルアミン、ポリジアリルアミン、ポリN−メチルジアリルアミン、ジアリルアミン‐二酸化硫黄共重合体、ポリスチレンスルホン酸、スチレンスルホン酸‐マレイン酸共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ベンジルメタクリレート‐スチレンスルホン酸共重合体、エチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレート−スチレンスルホン酸共重合体、プロピルフェニルエーテルメタクリレート−スチレンスルホン酸共重合体、及びそれらの塩であることが好ましい。
(3.リチウムイオン配位性基を有する有機化合物(C))
また、本発明の非水系二次電池負極用活物質はリチウムイオン配位性基を有する有機化合物(C)を含有していることが好ましい。リチウムイオン配位性基は、非共役電子対を持っている基と定義されるものであり、以下の記載に特に限定されるものではないが、オキシアルキレン基、スルホニル基、スルホ基、含ホウ素官能基、カルボニル基、カーボネート基、含リン官能基、アミド基、及びエステル基からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、リチウムイオンの配位性、伝導性の高さからオキシアルキレン基やスルホニル基の構造を持つことがより好ましい。
また、本発明の非水系二次電池負極用活物質はリチウムイオン配位性基を有する有機化合物(C)を含有していることが好ましい。リチウムイオン配位性基は、非共役電子対を持っている基と定義されるものであり、以下の記載に特に限定されるものではないが、オキシアルキレン基、スルホニル基、スルホ基、含ホウ素官能基、カルボニル基、カーボネート基、含リン官能基、アミド基、及びエステル基からなる群より選択される少なくとも1種であることが好ましく、リチウムイオンの配位性、伝導性の高さからオキシアルキレン基やスルホニル基の構造を持つことがより好ましい。
これらリチウムイオン配位性基は、電解液と溶媒和したリチウムイオンに対して、溶媒からの脱溶媒和を促進する効果が期待できる。これによって、電解液の還元分解が抑制され、初期充放電効率を改善することができる。また、リチウムイオン配位性基は有機化合
物からなる被膜が形成された活物質(A)の被膜内におけるリチウムイオンの拡散を促進することから、負極抵抗の上昇を抑制することが可能である。
なお、本発明では有機化合物(B)がリチウムイオン配位性基を有していてもよい。
物からなる被膜が形成された活物質(A)の被膜内におけるリチウムイオンの拡散を促進することから、負極抵抗の上昇を抑制することが可能である。
なお、本発明では有機化合物(B)がリチウムイオン配位性基を有していてもよい。
以下、リチウムイオン配位性基を有する有機化合物(C)について説明をする。
有機化合物(C)はリチウムイオン配位性基を有していれば、低分子化合物であっても、高分子化合物であってもよいが、ガスの発生を効果的に抑制する観点からは、高分子化合物であることが好ましい。
有機化合物(C)は、リチウムイオン配位性基を有した有機化合物であれば単独、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
有機化合物(C)はリチウムイオン配位性基を有していれば、低分子化合物であっても、高分子化合物であってもよいが、ガスの発生を効果的に抑制する観点からは、高分子化合物であることが好ましい。
有機化合物(C)は、リチウムイオン配位性基を有した有機化合物であれば単独、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
本発明の非水系二次電池負極用活物質中における有機化合物(C)の有機化合物(B)に対する組成割合は、十分な量の有機化合物(B)が活物質(A)に作用し、且つ負極抵抗増加を抑制できる点から通常1質量%以上、300質量%以下であり、好ましくは2質量%以上、150質量%以下であり、より好ましくは3質量%以上、100質量%以下であり、更に好ましくは4質量%以上、50質量%以下であり、特に好ましくは5質量%以上、40質量%以下である。
有機化合物(C)が低分子化合物の場合、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、コハク酸、無水コハク酸、スルトン、タウリン、単糖類、オリゴ糖類、シクロデキストリン、クラウンエーテル、ベンゼンスルホン酸及びそれらの塩、ナフタレンスルホン酸及びそれらの塩、酢酸及びそれらの塩、安息香酸及びそれらの塩、アミノ酸及びそれらの塩、ホウ酸及びそれらの塩、乳酸及びそれらの塩、ジブチルカーボネートなどが挙げられる。中でも、電解液の溶解性が低い点から、コハク酸、無水コハク酸、スルトン、タウリン、単糖類、オリゴ糖類、シクロデキストリン、ベンゼンスルホン酸及びそれらの塩、ナフタレンスルホン酸及びそれらの塩、酢酸及びそれらの塩、安息香酸及びそれらの塩、アミノ酸及びそれらの塩、ホウ酸及びそれらの塩、ジブチルカーボネートが好ましい。
本発明における有機化合物(C)が高分子化合物である場合の好ましい一態様としては下記式(3)で表される。
本発明における有機化合物(C)が高分子化合物である場合の好ましい一態様としては下記式(3)で表される。
(式中、R14及びR15は、それぞれ独立して、水素原子、アルキル基、アリール基、アラルキル基、グリシジル基またはエポキシ基である。また、AOは炭素数2〜5のオキシアルキレン基であり、nは1〜50の整数である。)
なお、グリシジル基は下記式(4)で表される官能基であり、エポキシ基は下記式(5)で表される官能基である。
なお、グリシジル基は下記式(4)で表される官能基であり、エポキシ基は下記式(5)で表される官能基である。
上記式(3)におけるアルキル基は、直鎖状であっても、分岐鎖状であってもよく、例えば、炭素数1〜20のアルキル基が挙げられ、負極抵抗の増加抑制の点から、好ましくは、炭素数1〜15のアルキル基であり、特に好ましくは、炭素数1〜10のアルキル基である。
上記式(3)におけるアリール基としては、例えば、非置換又はアルキル基置換のフェニル基が挙げられ、材料の入手し易さの点から、好ましくは、非置換又は炭素数1〜4のアルキル基で置換されたフェニル基であり、特に好ましくは非置換のフェニル基である。
上記式(3)におけるアリール基としては、例えば、非置換又はアルキル基置換のフェニル基が挙げられ、材料の入手し易さの点から、好ましくは、非置換又は炭素数1〜4のアルキル基で置換されたフェニル基であり、特に好ましくは非置換のフェニル基である。
上記式(3)におけるアラルキル基としては、例えば、非置換又はアルキル基置換のベンジル基が挙げられ、材料の入手し易さの点から、好ましくは、非置換又は炭素数1〜4のアルキル基で置換されたベンジル基であり、特に好ましくは非置換のベンジル基である。
上記式(3)におけるR14及びR15は、初期充放電効率の点から、水素原子、アルキル基、エポキシ基、グリシジル基が好ましく、より好ましくは、アルキル基、エポキシ基、グリシジル基であり、さらに好ましくはグリシジル基である。
上記式(3)におけるAOは、炭素数2〜5のオキシアルキレン基であり、負極抵抗の増加抑制の点から、好ましくはオキシエチレン基又はオキシプロピレン基である。
上記式(3)におけるR14及びR15は、初期充放電効率の点から、水素原子、アルキル基、エポキシ基、グリシジル基が好ましく、より好ましくは、アルキル基、エポキシ基、グリシジル基であり、さらに好ましくはグリシジル基である。
上記式(3)におけるAOは、炭素数2〜5のオキシアルキレン基であり、負極抵抗の増加抑制の点から、好ましくはオキシエチレン基又はオキシプロピレン基である。
R14及びR15とAOの好ましい組み合わせとしてはR14及びR15がそれぞれ独立して水素原子、アルキル基、エポキシ基、またはグリシジル基であり、AOが炭素数2〜5のオキシアルキレン基であるのが好ましい。より好ましくはR14及びR15がそれぞれ独立してアルキル基、エポキシ基、またはグリシジル基であり、AOが炭素数2〜5のオキシアルキレン基である。更に好ましくはR14及びR15がそれぞれ独立してアルキル基、エポキシ基、またはグリシジル基であり、AOがオキシエチレン基又はオキシプロピレン基である。最も好ましいのはR14及びR15がともにグリシジル基であり、AOがオキシエチレン基又はオキシプロピレン基の組み合わせである。
上記式(3)におけるnは、オキシアルキレン基の数を表し、負極抵抗の増加抑制の点から、好ましくは、1〜25の整数である。
有機化合物(C)としては、具体的には、ポリオキシエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリオキシプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ブトキシポリエチレングリコールグリシジルエーテル等が挙げられる。
有機化合物(C)の重量平均分子量は特に制限されないが、通常50以上、好ましくは150以上、より好ましくは300以上、更に好ましくは350以上である。一方前記重量平均分子量は、通常100万以下、好ましくは50万以下、より好ましくは1万以下、更に好ましくは5000以下である。
有機化合物(C)としては、具体的には、ポリオキシエチレングリコールジグリシジルエーテル、ポリオキシプロピレングリコールジグリシジルエーテル、ブトキシポリエチレングリコールグリシジルエーテル等が挙げられる。
有機化合物(C)の重量平均分子量は特に制限されないが、通常50以上、好ましくは150以上、より好ましくは300以上、更に好ましくは350以上である。一方前記重量平均分子量は、通常100万以下、好ましくは50万以下、より好ましくは1万以下、更に好ましくは5000以下である。
<非水系二次電池負極用活物質>
[非水系二次電池負極用活物質の製造方法]
本発明の非水系二次電池負極用活物質の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とする。
工程(1):活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する工程
工程(2):工程(1)で得られた混合物をろ過する工程
工程(3):工程(2)で得られた残渣を水で洗浄する工程
なお、添着した後は、上述した被覆処理のように有機化合物(B)を炭素化又は黒鉛化させる焼成工程行わないことが好ましい。
[非水系二次電池負極用活物質の製造方法]
本発明の非水系二次電池負極用活物質の製造方法は、以下の工程を有することを特徴とする。
工程(1):活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する工程
工程(2):工程(1)で得られた混合物をろ過する工程
工程(3):工程(2)で得られた残渣を水で洗浄する工程
なお、添着した後は、上述した被覆処理のように有機化合物(B)を炭素化又は黒鉛化させる焼成工程行わないことが好ましい。
(工程(1):活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する工程)
工程(1)では、活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する。
なお、使用する溶媒は、有機化合物(B)が溶解すれば、特に限定されないが、水、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ジエチルエーテル、ジオキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ピリジン、ジメチルスルホキシド、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタンが挙げられ、好ましくは水やエチルメチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、メタノール等が挙げられ、中でも水、エチルメチルケトン、エタノールがコストや乾燥のし易さでより好ましい。
工程(1)では、活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する。
なお、使用する溶媒は、有機化合物(B)が溶解すれば、特に限定されないが、水、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ジエチルエーテル、ジオキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ピリジン、ジメチルスルホキシド、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタンが挙げられ、好ましくは水やエチルメチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、メタノール等が挙げられ、中でも水、エチルメチルケトン、エタノールがコストや乾燥のし易さでより好ましい。
活物質(A)に対する溶媒の量は、通常10質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、更に好ましくは70質量%以上、特に好ましくは100質量%以上、最も好ましくは150質量%以上である。また、通常5000質量%以下、好ましくは2000質量%以下、より好ましくは1500質量%以下、更に好ましくは1000質量%以下、特に好ましくは500質量%以下、最も好ましくは300質量%以下である。
活物質(A)に対する溶媒の量が少なすぎる場合、強く吸着していないポリマーが残存し、初期不可逆量の増加や、抵抗の増大の傾向があり、また多すぎる場合必要以上にポリマーが洗い流されることで、吸着量の低下による初期不可逆容量低下の効果減少や、ガス発生抑制の効果減少の傾向がある。
活物質(A)と混合する際の、溶媒中の有機化合物(B)の濃度は、通常70質量%以下0.01質量%以上である。この範囲であれば、活物質(A)の細孔に溶液が十分に浸透し、活物質材料中、有機化合物(B)が均一に存在することが期待でき、効率的に効果が得られる。溶液の濃度は、好ましくは60質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下であり、また、好ましくは0.1質量%以上であり、より好ましくは0.2質量%以上である。上記の溶液濃度は、活物質(A)と接触させる際の溶液の濃度である。
活物質(A)と混合する際の、溶媒中の有機化合物(B)の濃度は、通常70質量%以下0.01質量%以上である。この範囲であれば、活物質(A)の細孔に溶液が十分に浸透し、活物質材料中、有機化合物(B)が均一に存在することが期待でき、効率的に効果が得られる。溶液の濃度は、好ましくは60質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下であり、また、好ましくは0.1質量%以上であり、より好ましくは0.2質量%以上である。上記の溶液濃度は、活物質(A)と接触させる際の溶液の濃度である。
また、本発明の非水系二次電池負極用活物質に有機化合物(C)を含有させる場合、本工程において混合させることが好ましく、活物質(A)と混合する際の、溶媒中の有機化合物(C)の濃度は、通常70質量%以下、好ましくは60質量%以下であり、より好ましくは40質量%以下、更に好ましくは20質量%以下、特に好ましくは10質量%以下、最も好ましくは5質量%以下、一方通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上であり、より好ましくは0.2質量%以上、更に好ましくは0.3質量%以上、特に好ましくは0.4質量%以上、最も好ましくは0.5質量%以上である。この範囲であれば、活物質(A)の細孔に溶液が十分に浸透し、活物質材料中、有機化合物(C)が均一に存在することが期待でき、効率的に効果が得られる。
活物質(A)と混合する際の、混合温度は溶媒の温度を調整することで制御することができ、通常10℃以上、好ましくは20℃以上、より好ましくは30℃以上、一方、通常90℃以下、好ましくは80℃以下、より好ましくは70℃以下である。この範囲の温度で、混合することにより吸着量が安定しやすく、また製造時期に依らず、温度制御が容易となる。
更に、工程(1)の混合温度は工程(3)の洗浄温度との温度差が通常2℃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℃以上であり、一方通常90℃以下、好ましくは70℃以下、より好ましくは50℃以下、更に好ましくは30℃以下である。工程(1)の混合温度と工程(3)の洗浄温度にこの範囲の温度差があることにより、活物質(A)と有機化合物(B)の特異的な吸着性が高まる。
有機化合物として2種類以上の有機化合物を用いる場合、それぞれの有機化合物の溶液を、別々に用意してもよいし、それぞれの有機化合物を、同一の溶媒に加えて溶液を用意してもよい。初期充放電効率の点から、それぞれの有機化合物の溶液を別途用意することが好ましい。
2種類以上の有機化合物が相互作用し、凝集、不溶化する場合等は、それぞれの有機化合物を順番に吸着させていくことが均一に被覆できる点から、好ましい。例えば、有機化合物(B1)及び有機化合物(B2)を用いる場合、有機化合物(B1)を添加し、吸着させたのちに有機化合物(B2)を添加、吸着させた後に濾過、洗浄を行う。または、有機化合物(B1)を添加し、吸着させた後に濾過、洗浄を行い、その後、有機化合物(B2)を添加、吸着させた後に再度、ろ過、洗浄を行うことが好ましい。また、有機化合物(B1)、有機化合物(B2)及び有機化合物(C)を用いる場合、まず有機化合物(B1)、次いで有機化合物(B2)、最後に有機化合物(C)といった順番で吸着させることが好ましい。
順番に吸着させるための方法の一例としては、工程(1)を行った後に、工程(1)を再び行い、順番に有機化合物を吸着させ、その後、工程(2)及び工程(3)を行っても良いし、工程(1)及び工程(2)を行った後に、工程(1)及び工程(2)を再び行い、順番に有機化合物を吸着させても良いし、工程(1)、工程(2)及び工程(3)を行った後に、工程(1)、工程(2)及び工程(3)を再び行い、順番に有機化合物を吸着させても良い。また、乾燥させる工程は、適宜間に挟んでも良い。
(工程(2):工程(1)で得られた混合物をろ過する工程)
工程(2)では、工程(1)で得られた混合物をろ過することにより溶媒と、活物質(A)に吸着しなかった有機化合物(B)や有機化合物(C)を除去することができる。
ろ過の方法は限定されず、自然ろ過、吸引ろ過、遠心分離や自然沈降後の上澄み除去等の公知の方法を用いることができる。
工程(2)では、工程(1)で得られた混合物をろ過することにより溶媒と、活物質(A)に吸着しなかった有機化合物(B)や有機化合物(C)を除去することができる。
ろ過の方法は限定されず、自然ろ過、吸引ろ過、遠心分離や自然沈降後の上澄み除去等の公知の方法を用いることができる。
ろ過に用いるフィルターとしては、活物質(A)が通過しない孔径のものであれば特に限定されないが、その孔径は通常0.1μm以上、好ましくは0.15μm以上、より好ましくは0.2μm以上、更に好ましくは0.3μm以上、最も好ましくは0.4μm以上、通常10μm以下、好ましくは5μm以下、より好ましくは3μm以下、更に好ましくは1μm以下である。
この孔径小さすぎる場合、ろ過に時間がかかり生産効率が低下する恐れがある。またこの孔径が大きすぎる場合、活物質(A)をトラップできない恐れがある。
この孔径小さすぎる場合、ろ過に時間がかかり生産効率が低下する恐れがある。またこの孔径が大きすぎる場合、活物質(A)をトラップできない恐れがある。
ろ過時の温度としては、通常2℃以上、好ましくは5℃以上、より好ましくは8℃以上
、更に好ましくは10℃以上、特に好ましくは15℃以上、一方、通常100℃以下、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下、更に好ましくは40℃以下、特に好ましくは30℃以下であることが好ましい。この範囲の温度で、ろ過することにより、未吸着または、吸着の弱い有機化合物(B)や有機化合物(C)を効果的に洗い流すことができる。
、更に好ましくは10℃以上、特に好ましくは15℃以上、一方、通常100℃以下、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下、更に好ましくは40℃以下、特に好ましくは30℃以下であることが好ましい。この範囲の温度で、ろ過することにより、未吸着または、吸着の弱い有機化合物(B)や有機化合物(C)を効果的に洗い流すことができる。
(工程(3):工程(2)で得られた残渣を溶媒で洗浄する工程)
工程(3)では、工程(2)で得られた残渣を溶媒で洗浄することにより、溶媒と、活物質(A)に吸着しなかった有機化合物(B)を除去することができる。なお、洗浄に使用する溶媒は、どんなものを用いてもでもよいが、有機化合物(B)の活物質(A)への吸着力、及び洗浄液への溶解性に応じて、選択することが好ましい。有機化合物(B)の溶解性が高い溶媒を用いると、未吸着または、吸着の弱い有機化合物(B)を除去することができ、有機化合物(B)の溶解性が低い溶媒を用いると、未吸着の有機化合物(B)のみを除去することが出来る。
工程(3)では、工程(2)で得られた残渣を溶媒で洗浄することにより、溶媒と、活物質(A)に吸着しなかった有機化合物(B)を除去することができる。なお、洗浄に使用する溶媒は、どんなものを用いてもでもよいが、有機化合物(B)の活物質(A)への吸着力、及び洗浄液への溶解性に応じて、選択することが好ましい。有機化合物(B)の溶解性が高い溶媒を用いると、未吸着または、吸着の弱い有機化合物(B)を除去することができ、有機化合物(B)の溶解性が低い溶媒を用いると、未吸着の有機化合物(B)のみを除去することが出来る。
なおここでいう溶媒の有機化合物(B)の溶解性は、有機化合物(B)を溶媒に24時間浸漬した場合において、浸漬前後の乾燥重量減少率が10質量%より大きいものを溶解性が高い溶媒、10質量%以下のものを溶解性が低い溶媒と定義する。
洗浄に用いる溶媒の量は、活物質(A)に対して通常10質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、更に好ましくは70質量%以上、特に好ましくは100質量%以上、最も好ましくは150質量%以上である。また、通常5000質量%以下、好ましくは2000質量%以下、より好ましくは1500質量%以下、更に好ましくは1000質量%以下、特に好ましくは500質量%以下、最も好ましくは300質量%以下である。洗浄に用いる溶媒量が少なすぎる場合、未吸着または、吸着の弱い有機化合物(B)を洗い流すことができず抵抗の上昇を招く場合がある。また洗浄に用いる溶媒量が多すぎる場合、有機化合物(B)が剥離してしまい、十分な吸着量を維持できずにガス発生を抑制できない場合がある。
洗浄に用いる溶媒の量は、活物質(A)に対して通常10質量%以上、好ましくは30質量%以上、より好ましくは50質量%以上、更に好ましくは70質量%以上、特に好ましくは100質量%以上、最も好ましくは150質量%以上である。また、通常5000質量%以下、好ましくは2000質量%以下、より好ましくは1500質量%以下、更に好ましくは1000質量%以下、特に好ましくは500質量%以下、最も好ましくは300質量%以下である。洗浄に用いる溶媒量が少なすぎる場合、未吸着または、吸着の弱い有機化合物(B)を洗い流すことができず抵抗の上昇を招く場合がある。また洗浄に用いる溶媒量が多すぎる場合、有機化合物(B)が剥離してしまい、十分な吸着量を維持できずにガス発生を抑制できない場合がある。
なお、使用する溶媒は、特に限定されないが、例えば水、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ジエチルエーテル、ジオキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ピリジン、ジメチルスルホキシド、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタンが挙げられ、好ましくは水やエチルメチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、メタノール等が挙げられ、中でも水、エチルメチルケトン、エタノールがコストや乾燥のし易さでより好ましい。
また、工程1で使用する溶媒と一緒の溶媒を用いることが有機化合物(B)の吸着性を保持できることから好ましい。一方で、より吸着量を上げたい場合には、有機化合物(B)が溶解しにくい溶媒を選択することが好ましい。
洗浄する際の、洗浄温度は溶媒の温度を調整することで制御することができ、通常2℃以上、好ましくは5℃以上、より好ましくは8℃以上、更に好ましくは10℃以上、特に好ましくは15℃以上、一方、通常100℃以下、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下、更に好ましくは40℃以下、特に好ましくは30℃以下であることが好ましい。この範囲の温度で、洗浄することにより、未吸着または、吸着の弱い有機化合物(B)や有機化合物(C)を洗い流すことができる。
洗浄する際の、洗浄温度は溶媒の温度を調整することで制御することができ、通常2℃以上、好ましくは5℃以上、より好ましくは8℃以上、更に好ましくは10℃以上、特に好ましくは15℃以上、一方、通常100℃以下、好ましくは80℃以下、より好ましくは60℃以下、更に好ましくは40℃以下、特に好ましくは30℃以下であることが好ましい。この範囲の温度で、洗浄することにより、未吸着または、吸着の弱い有機化合物(B)や有機化合物(C)を洗い流すことができる。
洗浄方法としては、工程(2)で得られた残渣を洗浄することができれば特に制限されないが、工程(2)で得られた残渣に対しに溶媒を注ぎ、溶媒を通過させる方法や残渣を取り出し溶媒中で撹拌するといった方法が挙げられる。
工程(2)及び工程(3)の操作によって、本発明の非水系二次電池負極用活物質を非水系二次電池とした際に、電解液に有機化合物(B)が溶出することを抑制でき、また活物質層の抵抗の上昇が抑制されるため優れた電池特性を発揮する。
工程(2)及び工程(3)の操作によって、本発明の非水系二次電池負極用活物質を非水系二次電池とした際に、電解液に有機化合物(B)が溶出することを抑制でき、また活物質層の抵抗の上昇が抑制されるため優れた電池特性を発揮する。
(乾燥させる工程)
工程(3)で得られた有機化合物(B)を吸着した活物質は、通常、溶媒を除去するために乾燥させる。減圧下で乾燥する場合、その温度は通常300℃以下とすることができ、また、50℃以上とすることができる。この範囲であれば、乾燥効率が十分であり、かつ溶媒残存による電池性能の低下が避けられ、かつ有機化合物(B)の分解防止や、活物質(A)と有機化合物(B)との相互作用が弱くなることによる効果の低減防止を容易に図ることができる。乾燥温度は、好ましくは250℃以下であり、また、好ましくは100℃以上である。
工程(3)で得られた有機化合物(B)を吸着した活物質は、通常、溶媒を除去するために乾燥させる。減圧下で乾燥する場合、その温度は通常300℃以下とすることができ、また、50℃以上とすることができる。この範囲であれば、乾燥効率が十分であり、かつ溶媒残存による電池性能の低下が避けられ、かつ有機化合物(B)の分解防止や、活物質(A)と有機化合物(B)との相互作用が弱くなることによる効果の低減防止を容易に図ることができる。乾燥温度は、好ましくは250℃以下であり、また、好ましくは100℃以上である。
減圧により乾燥を行なう場合、圧力は、ゲージ圧表記で0MPa以下とすることができ、また、−0.2MPa以上とすることができる。この範囲であれば、比較的効率よく乾燥を行うことができる。圧力は、好ましくは−0.03MPa以下であり、また、好ましくは−0.15MPa以上である。
(その他の工程)
また、上記工程で得られた“活物質(A)と有機化合物(B)とが複合化した材料(以下、高分子複合材と呼ぶ)”に対し、更に活物質(A)(以下、高分子未被覆材と呼ぶ)を混合しても良い。この際、高分子未被覆材としては、高分子複合材に含有される活物質(A)と同じ材料であっても良いし、上述した活物質(A)に記載の他の材料であっても良い。
また、上記工程で得られた“活物質(A)と有機化合物(B)とが複合化した材料(以下、高分子複合材と呼ぶ)”に対し、更に活物質(A)(以下、高分子未被覆材と呼ぶ)を混合しても良い。この際、高分子未被覆材としては、高分子複合材に含有される活物質(A)と同じ材料であっても良いし、上述した活物質(A)に記載の他の材料であっても良い。
高分子複合材に対し、高分子未被覆材を混合する場合、高分子複合材と高分子未被覆材の総量に対する高分子未被覆材の混合割合は、特に制限はないが、通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上、より好ましくは30質量%以上、また、通常90質量%以下、好ましくは80質量%以下、より好ましくは70質量%以下、更に好ましくは60質量%以下、特に好ましくは50質量%以下の範囲である。高分子未被覆材の混合割合が、前記範囲を下回ると、混合した効果が現れ難い傾向がある。一方、前記範囲を上回ると、高分子複合材の特性が現れ難い傾向がある。
<非水系二次電池負極用活物質>
このようにして得られる本発明の非水系二次電池負極用活物質においては、有機化合物(B)が活物質(A)に過不足なく、効果的に吸着し、強固に被覆していると考えられる。
(非水系電解液への有機化合物(B)の溶出量)
本発明の非水系二次電池負極用活物質を非水系電解液に75℃で3日間浸漬した場合、その非水系電解液への有機化合物(B)の溶出量は、有機化合物(B)全体の通常30質量%以下であり、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは10質量%以下であり、更に好ましくは5質量%以下である。また通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上である。
このようにして得られる本発明の非水系二次電池負極用活物質においては、有機化合物(B)が活物質(A)に過不足なく、効果的に吸着し、強固に被覆していると考えられる。
(非水系電解液への有機化合物(B)の溶出量)
本発明の非水系二次電池負極用活物質を非水系電解液に75℃で3日間浸漬した場合、その非水系電解液への有機化合物(B)の溶出量は、有機化合物(B)全体の通常30質量%以下であり、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは10質量%以下であり、更に好ましくは5質量%以下である。また通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上である。
非水系二次電池負極用活物質中の有機化合物(B)の非水系電解液への溶出量を測定する際に用いる非水系電解液は、エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート=3/3/4の体積比で混合した溶媒のことである。溶出量の測定方法
は、特に限定されないが、例えば非水系二次電池負極用活物質を非水系電解液に75℃で3日間浸漬した後、非水系二次電池負極用活物質を取り出して乾燥させ、浸漬処理の前後で非水系二次電池負極用活物質の質量を測ることで測定することができる。また、浸清処理の前後での非水系二次電池負極用活物質のNMRスペクトルを測定することによっても前記容出量を測定することができる。
前記溶出量が少なすぎる活物質表面を十分に被覆できていないため、初期充放電効率の向上効果及び、ガス発生抑制効果が得られにくく、一方多すぎると、負極抵抗の上昇や、活物質割合が低下するため、単位重量あたりの容量が低下する場合がある。
は、特に限定されないが、例えば非水系二次電池負極用活物質を非水系電解液に75℃で3日間浸漬した後、非水系二次電池負極用活物質を取り出して乾燥させ、浸漬処理の前後で非水系二次電池負極用活物質の質量を測ることで測定することができる。また、浸清処理の前後での非水系二次電池負極用活物質のNMRスペクトルを測定することによっても前記容出量を測定することができる。
前記溶出量が少なすぎる活物質表面を十分に被覆できていないため、初期充放電効率の向上効果及び、ガス発生抑制効果が得られにくく、一方多すぎると、負極抵抗の上昇や、活物質割合が低下するため、単位重量あたりの容量が低下する場合がある。
(非水系二次電池負極用活物質中の有機化合物(B)の含有量)
また、本発明の非水系二次電池負極用活物質において有機化合物(B)の含有量は、活物質(A)に対して通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上であり、また通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下、更に好ましくは1.5質量%以下、特に好ましくは1質量%以下の割合で含有されている。
また、本発明の非水系二次電池負極用活物質において有機化合物(B)の含有量は、活物質(A)に対して通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上であり、また通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下、更に好ましくは1.5質量%以下、特に好ましくは1質量%以下の割合で含有されている。
有機化合物(B)の含有量が少なすぎると、活物質(A)を被覆することによる効果が小さくなり、一方有機化合物(B)の含有量が多すぎると、活物質(A)と有機化合物(B)による被覆層との界面抵抗が上がってしまう、または電池内で電解液への溶出が起こりやすくなり、電池性能を低下させる場合がある。
非水系二次電池負極用活物質における有機化合物(B)の含有量は、例えば、溶媒を除去する際に濾過を行なう製造方法を用いる場合は、得られた本発明の活物質のTG−DTA分析における重量減少、又は濾液に含まれる有機化合物(B)の量から算出することができる。
非水系二次電池負極用活物質における有機化合物(B)の含有量は、例えば、溶媒を除去する際に濾過を行なう製造方法を用いる場合は、得られた本発明の活物質のTG−DTA分析における重量減少、又は濾液に含まれる有機化合物(B)の量から算出することができる。
また、本発明の活物質において有機化合物(B)+(C)の含有量は、活物質(A)に対して通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上であり、また通常10質量%以下、好ましくは5質量%以下、より好ましくは2質量%以下、更に好ましくは1.5質量%以下、特に好ましくは1質量%以下の割合で含有されている。
0.01質量%未満では活物質(A)を被覆することによる効果が小さくなり、一方10質量%以上だと、活物質(A)と有機化合物(B)による被覆層との界面抵抗が上がってしまう、または電池内で電解液への溶出が起こりやすくなり、電池性能を低下させる場合がある。(C)を添加することにより、電解液から被膜へのリチウムイオンの受け渡し、及び拡散がよりスムーズになることで、一層、抵抗の上昇を抑制しながら、初期不可逆容量及び、ガス発生を抑制することが可能となる。
0.01質量%未満では活物質(A)を被覆することによる効果が小さくなり、一方10質量%以上だと、活物質(A)と有機化合物(B)による被覆層との界面抵抗が上がってしまう、または電池内で電解液への溶出が起こりやすくなり、電池性能を低下させる場合がある。(C)を添加することにより、電解液から被膜へのリチウムイオンの受け渡し、及び拡散がよりスムーズになることで、一層、抵抗の上昇を抑制しながら、初期不可逆容量及び、ガス発生を抑制することが可能となる。
(平均粒子径(d50))
また、本発明の非水系二次電池負極用活物質の平均粒子径(d50)は、通常50μm以下とすることができ、また、1μm以上とすることができる。この範囲であれば、負極製造の際に、極板化した際に、負極形成材料の筋引きなどの工程上の不都合が生ずることを防止することができる。
また、本発明の非水系二次電池負極用活物質の平均粒子径(d50)は、通常50μm以下とすることができ、また、1μm以上とすることができる。この範囲であれば、負極製造の際に、極板化した際に、負極形成材料の筋引きなどの工程上の不都合が生ずることを防止することができる。
平均粒子径(d50)は、好ましくは30μm以下、より好ましくは25μm以下であり、また、好ましくは4μm以上、より好ましくは10μm以上である。なお、平均粒子径(d50)の測定方法は、前述した通りである。また、本発明の非水系二次電池負極用活物質の平均粒子径(d50)は、その原料である活物質(A)の平均粒子径(d50)を変更することによって、調整することができる。
(面間隔(d002))
非水系二次電池負極用活物質のX線広角回折法による002面の面間隔(d002)は、通常0.337nm以下、好ましくは0.336nm以下である。d値が大きすぎると
結晶性が低下し、放電容量が低下する傾向がある。一方、下限値である0.3356nmは黒鉛の理論値である。
また、非水系二次電池負極用活物質の結晶子サイズ(Lc)は、通常30nm以上、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上の範囲である。この範囲を下回ると、結晶性が低下し、電池の放電容量が低下する傾向がある。
非水系二次電池負極用活物質のX線広角回折法による002面の面間隔(d002)は、通常0.337nm以下、好ましくは0.336nm以下である。d値が大きすぎると
結晶性が低下し、放電容量が低下する傾向がある。一方、下限値である0.3356nmは黒鉛の理論値である。
また、非水系二次電池負極用活物質の結晶子サイズ(Lc)は、通常30nm以上、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上の範囲である。この範囲を下回ると、結晶性が低下し、電池の放電容量が低下する傾向がある。
(表面官能基量)
非水系二次電池負極用活物質は、下記式(1)で表される表面官能基量O/C値が通常2%以上であり、好ましくは3%、より好ましくは4%、一方通常30%以下、好ましくは20%以下、より好ましくは15%以下である。
この表面官能基量O/C値が小さすぎると、ポリマー偏在、被覆不足であることを示しており、電解液接触防止効果が乏しくなり初期効率・サイクル特性が低下、ガス量が増大する傾向がある。一方、表面官能基量O/C値が大きすぎると、ポリマーの過剰被覆状態を示しており、抵抗の増大を招き、入出力特性が低下する傾向がある。
式(1)
O/C値(%)={X線光電子分光法(XPS)分析におけるO1sのスペクトルのピーク面積に基づいて求めたO原子濃度/XPS分析におけるC1sのスペクトルのピーク面積に基づいて求めたC原子濃度}×100
本発明における表面官能基量O/C値はX線光電子分光法(XPS)を用いて以下のように測定することができる。
非水系二次電池負極用活物質は、下記式(1)で表される表面官能基量O/C値が通常2%以上であり、好ましくは3%、より好ましくは4%、一方通常30%以下、好ましくは20%以下、より好ましくは15%以下である。
この表面官能基量O/C値が小さすぎると、ポリマー偏在、被覆不足であることを示しており、電解液接触防止効果が乏しくなり初期効率・サイクル特性が低下、ガス量が増大する傾向がある。一方、表面官能基量O/C値が大きすぎると、ポリマーの過剰被覆状態を示しており、抵抗の増大を招き、入出力特性が低下する傾向がある。
式(1)
O/C値(%)={X線光電子分光法(XPS)分析におけるO1sのスペクトルのピーク面積に基づいて求めたO原子濃度/XPS分析におけるC1sのスペクトルのピーク面積に基づいて求めたC原子濃度}×100
本発明における表面官能基量O/C値はX線光電子分光法(XPS)を用いて以下のように測定することができる。
X線光電子分光法測定としてX線光電子分光器を用い、測定対象を表面が平坦になるように試料台に載せ、アルミニウムのKα線をX線源とし、マルチプレックス測定により、C1s(280〜300eV)とO1s(525〜545eV)のスペクトルを測定する。得られたC1sのピークトップを284.3eVとして帯電補正し、C1sとO1sのスペクトルのピーク面積を求め、更に装置感度係数を掛けて、CとOの表面原子濃度をそれぞれ算出する。得られたそのOとCの原子濃度比O/C(O原子濃度/C原子濃度)を試料(鱗片状複合粒子(A))の表面官能基量O/C値と定義する。
(BET比表面積(SA))
非水系二次電池負極用活物質のBET法で測定した比表面積については、通常0.1m2/g以上、好ましくは0.7m2/g以上、より好ましくは1m2/g以上である。また、通常20m2/g以下、好ましくは15m2/g以下、より好ましくは12m2/g以下、更に好ましくは11m2/g以下、特に好ましくは8m2/g以下である。また、非水系二次電池負極用活物質の比表面積は、通常、活物質(A)の比表面積より大きくなる傾向がある。
非水系二次電池負極用活物質のBET法で測定した比表面積については、通常0.1m2/g以上、好ましくは0.7m2/g以上、より好ましくは1m2/g以上である。また、通常20m2/g以下、好ましくは15m2/g以下、より好ましくは12m2/g以下、更に好ましくは11m2/g以下、特に好ましくは8m2/g以下である。また、非水系二次電池負極用活物質の比表面積は、通常、活物質(A)の比表面積より大きくなる傾向がある。
比表面積が小さすぎると、リチウムイオンが出入りする部位が少なく、高速充放電特性及び出力特性に劣り、一方、比表面積が大きすぎると、活物質の電解液に対する活性が過剰になり、初期不可逆容量が大きくなるため、高容量電池を製造できない傾向がある。
なおBET比表面積の測定方法は、比表面積測定装置を用いて、窒素ガス吸着流通法によりBET1点法にて測定する。
なおBET比表面積の測定方法は、比表面積測定装置を用いて、窒素ガス吸着流通法によりBET1点法にて測定する。
(タップ密度)
非水系二次電池負極用活物質のタップ密度は、通常0.5g/cm3以上、0.6g/cm3以上が好ましく、0.7g/cm3以上がより好ましい。また、通常1.5g/cm3以下、1.2g/cm3以下が好ましく、1.1g/cm3以下がより好ましい。タップ密度が低すぎると、高速充放電特性に劣り、タップ密度が高すぎると、導電パス切れ抑制効果の低減によりサイクル特性の低下を招く場合がある。
また、非水系二次電池負極用活物質のタップ密度は、通常、活物質(A)のタップ密度
と同程度またはそれより小さくなる傾向がある。
非水系二次電池負極用活物質のタップ密度は、通常0.5g/cm3以上、0.6g/cm3以上が好ましく、0.7g/cm3以上がより好ましい。また、通常1.5g/cm3以下、1.2g/cm3以下が好ましく、1.1g/cm3以下がより好ましい。タップ密度が低すぎると、高速充放電特性に劣り、タップ密度が高すぎると、導電パス切れ抑制効果の低減によりサイクル特性の低下を招く場合がある。
また、非水系二次電池負極用活物質のタップ密度は、通常、活物質(A)のタップ密度
と同程度またはそれより小さくなる傾向がある。
<導電助剤との混合>
本発明の非水系二次電池負極用活物質は、負極の導電性を向上させるために、導電助剤を含有させてもよい。導電助剤は、特に限定されず、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック、カーボンナノファイバーなどの導電性繊維、平均粒径1μm以下のCu、Ni又はこれらの合金からなる微粉末などが挙げられる。
導電助剤の添加量は、本発明の非水系二次電池負極用活物質に対して、10質量%以下であることが好ましい。
本発明の非水系二次電池負極用活物質は、負極の導電性を向上させるために、導電助剤を含有させてもよい。導電助剤は、特に限定されず、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック、カーボンナノファイバーなどの導電性繊維、平均粒径1μm以下のCu、Ni又はこれらの合金からなる微粉末などが挙げられる。
導電助剤の添加量は、本発明の非水系二次電池負極用活物質に対して、10質量%以下であることが好ましい。
<その他の成分>
また、本発明の非水系二次電池負極用活物質において、含んでいてもよいその他の成分としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限されるものではないが、その他の成分の具体例として多糖類、オリゴ糖類、ポリビニルアルコール、ポリアニソールスルホン酸ナトリウム、ポリアニリンスルホン酸、ポリベンジルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルスルホン酸、シリコン樹脂等が挙げられる。
また、本発明の非水系二次電池負極用活物質において、含んでいてもよいその他の成分としては、本発明の効果を損なわない限り特に制限されるものではないが、その他の成分の具体例として多糖類、オリゴ糖類、ポリビニルアルコール、ポリアニソールスルホン酸ナトリウム、ポリアニリンスルホン酸、ポリベンジルメタクリレート、ポリアクリロニトリル、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホン、ポリカーボネート、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリビニルスルホン酸、シリコン樹脂等が挙げられる。
その他の成分の重量平均分子量は特に制限されないが、通常200以上、好ましくは1000以上、より好ましくは2000以上、更に好ましくは2500以上である。一方前記重量平均分子量は、通常100万以下、好ましくは50万以下、より好ましくは30万以下、更に好ましくは20万以下である。
また、その他の成分の含有量は特に限定されないが、活物質(A)に対して、0.01質量%以上、10質量%以下が好ましい。
また、その他の成分の含有量は特に限定されないが、活物質(A)に対して、0.01質量%以上、10質量%以下が好ましい。
<非水系二次電池用負極>
本発明はまた、本発明の非水系二次電池負極用活物質を用いて形成される非水系二次電池用負極に関し、当該負極として例えば、リチウムイオン二次電池用負極が挙げられる。非水系二次電池用負極の製造方法や本発明の非水系二次電池負極用活物質以外の材料の選択については、特に限定されない。
本発明はまた、本発明の非水系二次電池負極用活物質を用いて形成される非水系二次電池用負極に関し、当該負極として例えば、リチウムイオン二次電池用負極が挙げられる。非水系二次電池用負極の製造方法や本発明の非水系二次電池負極用活物質以外の材料の選択については、特に限定されない。
本発明の非水系二次電池用負極は、集電体と、集電体上に形成された活物質層とを備え、かつ活物質層が少なくとも本発明の非水系二次電池負極用活物質を含有するものであることができる。活物質層は、好ましくは、さらにバインダを含有する。
バインダは、特に限定されないが、分子内にオレフィン性不飽和結合を有するものが好ましい。具体例としては、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン・イソプレン・スチレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体などが挙げられる。このようなオレフィン性不飽和結合を有するバインダを用いることにより、活物質層の電解液に対する膨潤性を低減することができる。中でも入手の容易性から、スチレン−ブタジエンゴムが好ましい。
バインダは、特に限定されないが、分子内にオレフィン性不飽和結合を有するものが好ましい。具体例としては、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン・イソプレン・スチレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体などが挙げられる。このようなオレフィン性不飽和結合を有するバインダを用いることにより、活物質層の電解液に対する膨潤性を低減することができる。中でも入手の容易性から、スチレン−ブタジエンゴムが好ましい。
このような分子内にオレフィン性不飽和結合を有するバインダと、本発明の非水系二次電池負極用活物質とを組み合わせて用いることにより、負極板の強度を高くすることができる。負極板の強度が高いと、充放電による負極の劣化が抑制され、サイクル寿命を長くすることができる。
分子内にオレフィン性不飽和結合を有するバインダは、分子量が大きいものか、及び/又は不飽和結合の割合が大きいものが好ましい。分子量としては、重量平均分子量を通常1万以上とすることができ、また、通常100万以下とすることができる。この範囲であ
れば、機械的強度及び可撓性の両面を良好な範囲に制御できる。重量平均分子量は、好ましくは5万以上であり、また、好ましくは30万以下の範囲である。
分子内にオレフィン性不飽和結合を有するバインダは、分子量が大きいものか、及び/又は不飽和結合の割合が大きいものが好ましい。分子量としては、重量平均分子量を通常1万以上とすることができ、また、通常100万以下とすることができる。この範囲であ
れば、機械的強度及び可撓性の両面を良好な範囲に制御できる。重量平均分子量は、好ましくは5万以上であり、また、好ましくは30万以下の範囲である。
不飽和結合の割合としては、全バインダの1g当たりのオレフィン性不飽和結合のモル数を通常2.5×10−7以上とすることができ、また、通常1×10−6以下とすることができる。この範囲であれば、強度向上効果が十分に得られ、可撓性も良好である。モル数は、好ましくは8×10−7以上であり、また、好ましくは5×10−6以下である。
また、オレフィン性不飽和結合を有するバインダについては、その不飽和度を、通常15%以上、90%以下とすることができる。不飽和度は、好ましくは20%以上、より好ましくは40%以上であり、また、好ましくは80%以下である。本願明細書において、不飽和度とは、ポリマーの繰り返し単位に対する二重結合の割合(%)を表す。
バインダとして、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダも、使用することができる。分子内にオレフィン性不飽和結合を有するバインダにオレフィン性不飽和結合を有さないバインダを併用することによって、塗布性の向上等が期待できる。オレフィン性不飽和結合を有するバインダ100質量%とした場合、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダの混合比率は、活物質層の強度が低下するのを抑制するため、通常150質量%以下とすることができ、好ましくは120質量%以下である。
バインダとして、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダも、使用することができる。分子内にオレフィン性不飽和結合を有するバインダにオレフィン性不飽和結合を有さないバインダを併用することによって、塗布性の向上等が期待できる。オレフィン性不飽和結合を有するバインダ100質量%とした場合、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダの混合比率は、活物質層の強度が低下するのを抑制するため、通常150質量%以下とすることができ、好ましくは120質量%以下である。
オレフィン性不飽和結合を有さないバインダの例としては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、澱粉、カラギーナン、プルラン、グアーガム、ザンサンガム(キサンタンガム)等の増粘多糖類、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル類、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のビニルアルコール類、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等のポリ酸、あるいは或いはこれらポリマーの金属塩、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのアルカン系ポリマー及びこれらの共重合体などが挙げられる。
活物質層には、負極の導電性を向上させるために、導電剤を含有させてもよい。導電剤は、特に限定されず、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック、平均粒径1μm以下のCu、Ni又はこれらの合金からなる微粉末などが挙げられる。導電剤の添加量は、本発明の非水系二次電池負極用活物質に対して、10質量%以下であることが好ましい。
本発明の負極は、本発明の非水系二次電池負極用活物質、場合によりバインダ、導電剤を分散媒に分散させてスラリーとし、これを集電体に塗布することにより形成することができる。分散媒としては、アルコールなどの有機溶媒や、水を用いることができる。
スラリーを塗布する集電体としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。具体的には、圧延銅箔、電解銅箔、ステンレス箔等の金属薄膜などが挙げられる。集電体の厚さは通常4μm以上とすることができ、また、通常30μm以下とすることができる。厚さは、好ましくは6μm以上であり、また、好ましくは20μm以下である。
スラリーを塗布する集電体としては、特に限定されず、公知のものを用いることができる。具体的には、圧延銅箔、電解銅箔、ステンレス箔等の金属薄膜などが挙げられる。集電体の厚さは通常4μm以上とすることができ、また、通常30μm以下とすることができる。厚さは、好ましくは6μm以上であり、また、好ましくは20μm以下である。
スラリーを塗布、乾燥して得られる活物質層の厚さは、負極としての実用性及び高密度の電流値に対する十分なリチウムイオンの吸蔵・放出の機能の点から、通常5μm以上とすることができ、また、通常200μm以下とすることができる。厚さは、好ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上であり、また、好ましくは100μm以下、より好ましくは75μm以下である。
活物質層における非水系二次電池負極用活物質の密度は、用途により異なるが、車載用途やパワーツール用途などの入出力特性を重視する用途においては、通常1.10g/c
m3以上とすることができ、また、通常1.65g/cm3以下とすることができる。この範囲であれば、密度が低すぎることによる粒子同士の接触抵抗の増大を回避することができ、一方、密度が高すぎることによるレート特性の低下も抑制することができる。密度は、好ましくは1.20g/cm3以上、さらに好ましくは1.25g/cm3以上である。携帯電話やパソコンといった携帯機器用途などの容量を重視する用途では、通常1.45g/cm3以上とすることができ、また、通常1.90g/cm3以下とすることができ
る。この範囲であれば、密度が低すぎることによる単位体積あたりの電池の容量低下を回避することができ、一方、密度が高すぎることによるレート特性の低下も抑制することができる。密度は、好ましくは1.55g/cm3以上、さらに好ましくは1.65g/c
m3以上、特に好ましくは1.70g/cm3以上である。
m3以上とすることができ、また、通常1.65g/cm3以下とすることができる。この範囲であれば、密度が低すぎることによる粒子同士の接触抵抗の増大を回避することができ、一方、密度が高すぎることによるレート特性の低下も抑制することができる。密度は、好ましくは1.20g/cm3以上、さらに好ましくは1.25g/cm3以上である。携帯電話やパソコンといった携帯機器用途などの容量を重視する用途では、通常1.45g/cm3以上とすることができ、また、通常1.90g/cm3以下とすることができ
る。この範囲であれば、密度が低すぎることによる単位体積あたりの電池の容量低下を回避することができ、一方、密度が高すぎることによるレート特性の低下も抑制することができる。密度は、好ましくは1.55g/cm3以上、さらに好ましくは1.65g/c
m3以上、特に好ましくは1.70g/cm3以上である。
<非水系二次電池>
本発明の非水系二次電池の基本的構成は、例えば、公知のリチウムイオン二次電池と同様とすることができ、通常、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに電解質を備える。
<正極>
正極は、集電体と、集電体上に形成された活物質層とを備えることができる。活物質層は、正極用活物質、及び好ましくはバインダを含有する。
本発明の非水系二次電池の基本的構成は、例えば、公知のリチウムイオン二次電池と同様とすることができ、通常、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに電解質を備える。
<正極>
正極は、集電体と、集電体上に形成された活物質層とを備えることができる。活物質層は、正極用活物質、及び好ましくはバインダを含有する。
正極用活物質としては、リチウムイオンなどのアルカリ金属カチオンを充放電時に吸蔵、放出できる金属カルコゲン化合物などが挙げられる。金属カルコゲン化合物としては、バナジウムの酸化物、モリブデンの酸化物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、チタンの酸化物、タングステンの酸化物などの遷移金属酸化物、バナジウムの硫化物、モリブデンの硫化物、チタンの硫化物、CuSなどの遷移金属硫化物、NiPS3、FePS3等の遷移金属のリン−硫黄化合物、VSe2、NbSe3などの遷移金属のセレン化合物、Fe0.25V0.75S2、Na0.1CrS2などの遷移金属の複合酸化物、LiCoS2、LiNiS2などの遷移金属の複合硫化物等が挙げられる。
中でも、V2O5、V5O13、VO2、Cr2O5、MnO2、TiO、MoV2O8、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、TiS2、V2S5、Cr0.25V0.75S2、Cr0.5V0.5S2などが好ましく、特に好ましいのはLiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4や、これらの遷移金属の一部を他の金属で置換したリチウム遷移金属複合酸化物である。これらの正極活物質は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。
バインダは、特に限定されず、公知のものを任意に選択して用いることができる。例としては、シリケート、水ガラス等の無機化合物や、テフロン(登録商標)、ポリフッ化ビニリデン等の不飽和結合を有さない樹脂などが挙げられる。中でも好ましいのは、酸化反応時に分解しにくいため、不飽和結合を有さない樹脂である。バインダの重量平均分子量は、通常1万以上とすることができ、また、通常300万以下とすることができる。重量平均分子量は、好ましくは10万以上であり、また、好ましくは100万以下である。
活物質層中には、正極の導電性を向上させるために、導電剤を含有させてもよい。導電剤は、特に限定されず、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉末、各種の金属の繊維、粉末、箔などが挙げられる。
本発明の正極は、上述したような負極の製造方法と同様にして、活物質、場合によりバインダ、導電剤を分散媒に分散させてスラリーとし、これを集電体に塗布することにより形成することができる。正極の集電体は、特に限定されず、アルミニウム、ニッケル、SUSなどが挙げられる。
本発明の正極は、上述したような負極の製造方法と同様にして、活物質、場合によりバインダ、導電剤を分散媒に分散させてスラリーとし、これを集電体に塗布することにより形成することができる。正極の集電体は、特に限定されず、アルミニウム、ニッケル、SUSなどが挙げられる。
電解質(電解液ともいう)は、特に限定されず、非水系溶媒にリチウム塩を溶解させた
非水系電解液、この非水系電解液を有機高分子化合物等によりゲル状、ゴム状、固体シート状にしたものなどが挙げられる。
非水系電解液に使用される非水系溶媒は、特に限定されず、公知の非水系溶媒を用いることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類;1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテル類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン等の環状エーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類などが挙げられる。非水系溶媒は、単独でも、2種以上を併用してもよい。混合溶媒の場合は、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含む混合溶媒の組み合わせが好ましく、環状カーボネートが、エチレンカーボネートであることが好ましい。
非水系電解液、この非水系電解液を有機高分子化合物等によりゲル状、ゴム状、固体シート状にしたものなどが挙げられる。
非水系電解液に使用される非水系溶媒は、特に限定されず、公知の非水系溶媒を用いることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類;1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテル類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン等の環状エーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類などが挙げられる。非水系溶媒は、単独でも、2種以上を併用してもよい。混合溶媒の場合は、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含む混合溶媒の組み合わせが好ましく、環状カーボネートが、エチレンカーボネートであることが好ましい。
非水系電解液に使用されるリチウム塩も特に制限されず、公知のリチウム塩を用いることができる。例えば、LiCl、LiBrなどのハロゲン化物、LiClO4、LiBrO4、LiClO4などの過ハロゲン酸塩、LiPF6、LiBF4、LiAsF6などの無機フッ化物塩などの無機リチウム塩、LiCF3SO3、LiC4F9SO3などのパーフルオロアルカンスルホン酸塩、Liトリフルオロスルフォンイミド((CF3SO2)2NLi)などのパーフルオロアルカンスルホン酸イミド塩などの含フッ素有機リチウム塩などが挙げられ、中でもLiClO4、LiPF6、LiBF4が好ましい。リチウム塩は、単独で用いても、2種以上を併用してもよい。非水系電解液中におけるリチウム塩の濃度は、0.5M以上、2.0M以下の範囲とすることができる。
上述の非水系電解液に有機高分子化合物を含ませ、ゲル状、ゴム状、或いは固体シート状にして使用する場合、有機高分子化合物の具体例としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物;ポリエーテル系高分子化合物の架橋体高分子;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニルアルコール系高分子化合物;ビニルアルコール系高分子化合物の不溶化物;ポリエピクロルヒドリン;ポリフォスファゼン;ポリシロキサン;ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリルなどのビニル系高分子化合物;ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート)、ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート−co−メチルメタクリレート)、ポリ(ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン)等のポリマー共重合体などが挙げられる。
上述の非水系電解液は、さらに被膜形成剤を含んでいてもよい。被膜形成剤の具体例としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチルカーボネート、メチルフェニルカーボネートなどのカーボネート化合物、エチレンサルファイド、プロピレンサルファイドなどのアルケンサルファイド;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトンなどのスルトン化合物;マレイン酸無水物、コハク酸無水物などの酸無水物などが挙げられる。さらに、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よい。上記添加剤を用いる場合、初期不可逆容量の増加や低温特性、レート特性の低下等、他の電池特性に悪影響を及ぼさないようにするために、含有量を通常10質量%以下とすることができ、中でも8質量%以下、さらには5質量%以下、特に2質量%以下の範囲が好ましい。
また、電解質として、リチウムイオン等のアルカリ金属カチオンの導電体である高分子固体電解質を用いることもできる。高分子固体電解質としては、前述のポリエーテル系高分子化合物にLiの塩を溶解させたものや、ポリエーテルの末端水酸基がアルコキシドに置換されているポリマーなどが挙げられる。
正極と負極との間には、通常、電極間の短絡を防止するために、多孔膜や不織布などの
多孔性のセパレータを介在させることができ、非水系電解液は、多孔性のセパレータに含浸させて用いることが便利である。セパレータの材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエーテルスルホンなどが用いられ、好ましくはポリオレフィンである。
正極と負極との間には、通常、電極間の短絡を防止するために、多孔膜や不織布などの
多孔性のセパレータを介在させることができ、非水系電解液は、多孔性のセパレータに含浸させて用いることが便利である。セパレータの材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエーテルスルホンなどが用いられ、好ましくはポリオレフィンである。
非水系二次電池の形態は特に限定されず、例えば、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ等が挙げられる。また、これらの形態の電池を任意の外装ケースに収めることにより、コイン型、円筒型、角型等の任意の形状にして用いることができる。
非水系二次電池を組み立てる手順も特に限定されず、電池の構造に応じて適切な手順で組み立てることができる。例えば、外装ケース上に負極を乗せ、その上に電解液とセパレータを設け、さらに負極と対向するように正極を乗せて、ガスケット、封口板と共にかしめて電池にすることができる。
次に実施例により本発明の具体的態様を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、以下の実施例及び比較例において、各種評価等は下記に示す方法により行った。
<平均粒子径(d50)>
以下における平均粒子径(d50)は、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液10mLに、試料0.01gを懸濁させ、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(商品名:HORIBA製LA−920)に導入し、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、測定装置における体積基準のメジアン径として測定した値である。
以下における平均粒子径(d50)は、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液10mLに、試料0.01gを懸濁させ、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(商品名:HORIBA製LA−920)に導入し、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、測定装置における体積基準のメジアン径として測定した値である。
<タップ密度>
以下におけるタップ密度は、粉体密度測定器を用い、直径1.6cm、体積容量20cm3の円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して、試料を落下させて、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。
以下におけるタップ密度は、粉体密度測定器を用い、直径1.6cm、体積容量20cm3の円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して、試料を落下させて、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。
<BET法比表面積(SA)>
BET法比表面積は、比表面積測定装置を用いて、窒素ガス吸着流通法によりBET5点法にて測定した。
<極板作製>
銅箔(厚さ18μm)をテスター産業製Auto Film Applicatorにのせ、陰圧により吸着させた。実施例及び比較例で作製した活物質スラリーを銅箔上に適量のせ、テスター産業製フィルムアプリケータを10mm/secの速さで掃引させることにより、前記スラリーを塗布した。
BET法比表面積は、比表面積測定装置を用いて、窒素ガス吸着流通法によりBET5点法にて測定した。
<極板作製>
銅箔(厚さ18μm)をテスター産業製Auto Film Applicatorにのせ、陰圧により吸着させた。実施例及び比較例で作製した活物質スラリーを銅箔上に適量のせ、テスター産業製フィルムアプリケータを10mm/secの速さで掃引させることにより、前記スラリーを塗布した。
活物質スラリーを塗布した銅箔をイナートオーブン(EPEC−75,株式会社いすゞ
製作所製)中で乾燥させて、銅箔上に活物質層を形成した(90℃,50分,窒素気流10L/分)。
その後、極板をプレス機(3tメカ式精密ロールプレス)に通して活物質層を圧縮し、活物質層の密度が1.60±0.03g/cm3になるよう調整し、電極シートを得た。
製作所製)中で乾燥させて、銅箔上に活物質層を形成した(90℃,50分,窒素気流10L/分)。
その後、極板をプレス機(3tメカ式精密ロールプレス)に通して活物質層を圧縮し、活物質層の密度が1.60±0.03g/cm3になるよう調整し、電極シートを得た。
銅箔の活物質スラリーが塗布された部分を、打抜きパンチ(φ=12.5mm,SNG
,株式会社野上技研製)によって打抜き、重量測定及び膜厚計(IDS−112,株式会社ミツトヨ製)による膜厚測定を行い、目付と前記活物質層の密度を算出した。
<コインセル作製>
全ての作業はグローブボックス(OMNI−LAB,Vacuum atmosphe
res社製,Arを充填,酸素濃度0.2ppm以下、水分濃度0.5ppm)の中で行
った。また、コインセルの部材等は真空乾燥機(Vos−451SD,東京理化器械株式
会社製)を用いて12時間以上乾燥させた後にグローブボックスに搬入した。
,株式会社野上技研製)によって打抜き、重量測定及び膜厚計(IDS−112,株式会社ミツトヨ製)による膜厚測定を行い、目付と前記活物質層の密度を算出した。
<コインセル作製>
全ての作業はグローブボックス(OMNI−LAB,Vacuum atmosphe
res社製,Arを充填,酸素濃度0.2ppm以下、水分濃度0.5ppm)の中で行
った。また、コインセルの部材等は真空乾燥機(Vos−451SD,東京理化器械株式
会社製)を用いて12時間以上乾燥させた後にグローブボックスに搬入した。
<極板作製>にて作製した電極シートを直径12.5mmの円板状に打ち抜き、リチウム金属箔を直径14mmの円板状に打ち抜き対極とした。両極の間には、エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート/エチルメチルカーボネート=15/80/5の混合溶液に、LiPF6を1.2mol/Lになるように溶解させた電解液を含浸させたセパレータ(多孔性ポリエチレンフィルム製)を置き、前記電解液を使用した2016コイン型電池を作製した。
<コインセルの充放電評価>
下記の充放電プログラムを用いて充放電評価を行った。
(充放電プログラム)
下記の第1サイクル、第2サイクル、第3サイクル、第4サイクル及び第5サイクルを順番に行った。
第1サイクル:24時間休止した。
第2サイクル:CC−CV充電(CC:0.216mA、CV:10mV、終止条件:350mAh/g)を行った。次に10分間休止し、CC放電(CC:0.432mA、終止条件:1500mV)を行った。更に10分間休止した。
第3サイクル:CC−CV充電(CC:0.216mA、CV:5mV、終止条件:0.02mA)を行った。次に10分間休止し、CC放電(CC:0.432mA、終止条件:1500mV)を行った。更に10分間休止した。
第4サイクル:CC−CV充電(CC:0.216mA、CV:5mV、終止条件:0.02mA)を行った。次に10分間休止し、CC放電(CC:0.432mA、終止条件:1500mV)を行った。更に10分間休止した。
第5サイクル:10分間休止した。
下記の充放電プログラムを用いて充放電評価を行った。
(充放電プログラム)
下記の第1サイクル、第2サイクル、第3サイクル、第4サイクル及び第5サイクルを順番に行った。
第1サイクル:24時間休止した。
第2サイクル:CC−CV充電(CC:0.216mA、CV:10mV、終止条件:350mAh/g)を行った。次に10分間休止し、CC放電(CC:0.432mA、終止条件:1500mV)を行った。更に10分間休止した。
第3サイクル:CC−CV充電(CC:0.216mA、CV:5mV、終止条件:0.02mA)を行った。次に10分間休止し、CC放電(CC:0.432mA、終止条件:1500mV)を行った。更に10分間休止した。
第4サイクル:CC−CV充電(CC:0.216mA、CV:5mV、終止条件:0.02mA)を行った。次に10分間休止し、CC放電(CC:0.432mA、終止条件:1500mV)を行った。更に10分間休止した。
第5サイクル:10分間休止した。
なお“CC−CV充電”とは定電流で一定量充電した後に、定電圧で終止条件になるまで充電することを表す。また“CC放電”とは定電流で終止条件まで放電することを表す。
初期不可逆容量を、下記式から算出した。
初期不可逆容量(mAh/g)=第2サイクル(充電容量−放電容量)+第3サイクル(充電容量−放電容量)+第4サイクル(充電容量−放電容量)
初期不可逆容量を、下記式から算出した。
初期不可逆容量(mAh/g)=第2サイクル(充電容量−放電容量)+第3サイクル(充電容量−放電容量)+第4サイクル(充電容量−放電容量)
<ラミネートセル作製>
正極活物質としては、ニッケルマンガンコバルト酸リチウム(LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)を用い、これに導電剤とバインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)を混合してスラリー化した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミ箔に塗布して乾燥し、プレス機で圧延したものを、正極活物質層のサイズとして幅30mm、長さ40mm及び集電用の未塗工部を有する形状に切り出して正極とした。正極活物質層の密度は2.6g/cm3であった。
正極活物質としては、ニッケルマンガンコバルト酸リチウム(LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2)を用い、これに導電剤とバインダとしてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)を混合してスラリー化した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミ箔に塗布して乾燥し、プレス機で圧延したものを、正極活物質層のサイズとして幅30mm、長さ40mm及び集電用の未塗工部を有する形状に切り出して正極とした。正極活物質層の密度は2.6g/cm3であった。
負極は、上記<極板作製>で作製した電極シートを負極活物質層のサイズとして幅32mm、長さ42mm及び集電部タブ溶接部として未塗工部を有する形状に切り出し、負極とした。この時の負極活物質層の密度は1.6g/cm3であった。
正極1枚と負極1枚をそれぞれの活物質面が対向するように配置し、電極の間に多孔製ポリエチレンシートのセパレータが挟まれるようにした。この際、正極活物質面が負極活物質面内から外れないよう対面させた。
正極1枚と負極1枚をそれぞれの活物質面が対向するように配置し、電極の間に多孔製ポリエチレンシートのセパレータが挟まれるようにした。この際、正極活物質面が負極活物質面内から外れないよう対面させた。
この正極と負極それぞれについての未塗工部に集電タブを溶接して電極体としたものを、ポリプロピレンフィルム、厚さ0.04mmのアルミニウム箔、及びナイロンフィルムをこの順に積層したラミネートシート(合計厚さ0.1mm)を用いて、内面側に前記ポリプロピレンフィルムがくるようにしてラミネートシートではさみ、電解液を注入するための一辺を除いて、電極のない領域をヒートシールした。
その後、活物質層に非水電解液(エチレンカーボネート(EC)/ジメチルカーボネート(DMC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/3/4(体積比)に1.0mol/Lの濃度でヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を溶解させたもの)を200μL注入して、電極に充分浸透させ、密閉して、ラミネートセルを作製した。この電池の定格容量は34mAhである。
<ラミネートセルのコンディショニングと初期ガス量測定>
25℃環境下で、電圧範囲4.2〜3.0V、電流値0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)にて初期コンディショニングを行った。ラミネートセルのコンディショニング前後に体積測定を行い、その変化量を初期ガス量とみなした。なおラミネートセルの体積測定には、EtOHを浸漬液としてアルキメデス法を用いた。
25℃環境下で、電圧範囲4.2〜3.0V、電流値0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)にて初期コンディショニングを行った。ラミネートセルのコンディショニング前後に体積測定を行い、その変化量を初期ガス量とみなした。なおラミネートセルの体積測定には、EtOHを浸漬液としてアルキメデス法を用いた。
<抵抗測定>
負極抵抗は以下のようにして測定した。
上記の充放電のプログラムにて充放電試験を行ったラミネートセルを用い、インピーダンス測定を行った。測定結果からCole−Coleプロットを作製し、プロットに現れる正極及び負極を併せた円弧の径を読み取って界面抵抗値とした。
負極抵抗は以下のようにして測定した。
上記の充放電のプログラムにて充放電試験を行ったラミネートセルを用い、インピーダンス測定を行った。測定結果からCole−Coleプロットを作製し、プロットに現れる正極及び負極を併せた円弧の径を読み取って界面抵抗値とした。
<ポリマーの種類>
・ポリマー(1):ポリスチレンスルホン酸Li(アルドリッチ製 重量平均分子量 約70000)
・ポリマー(2):ポリアリルアミン(ニットーボーメディカル製 PAA−03 重量平均分子量 約3000)
・ポリマー(3):ジアリルアミン−二酸化硫黄共重合体(ニットーボーメディカル製 PAS−92 重量平均分子量 約5000)
・ポリマー(4):両末端エポキシ変性PEG(日油製 エピオール400 重量平均分子量 約500)
・ポリマー(5):ベンジルメタクリレート−スチレンスルホン酸Li共重合体(共重合モル比 アルドリッチ製 ベンジルメタクリレート:東ソー有機化学製 スチレンスルホ
ン酸Li=2:8 重量平均分子量 77000)
・ポリマー(6):エチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレート−スチレンスルホン酸Li共重合体:(共重合モル比 東京化成製 エチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレート:東ソー有機化学製 スチレンスルホン酸Li=2:8 重量平均分子量 94000)
・ポリマー(7):プロピルフェニルエーテルメタクリレート−スチレンスルホン酸Li共重合体:(共重合モル比 プロピルフェニルエーテルメタクリレート:東ソー有機化学製 スチレンスルホン酸Li=2:8 重量平均分子量 42000)プロピルフェニルエーテルメタクリレートは下記のように合成した。
・ポリマー(1):ポリスチレンスルホン酸Li(アルドリッチ製 重量平均分子量 約70000)
・ポリマー(2):ポリアリルアミン(ニットーボーメディカル製 PAA−03 重量平均分子量 約3000)
・ポリマー(3):ジアリルアミン−二酸化硫黄共重合体(ニットーボーメディカル製 PAS−92 重量平均分子量 約5000)
・ポリマー(4):両末端エポキシ変性PEG(日油製 エピオール400 重量平均分子量 約500)
・ポリマー(5):ベンジルメタクリレート−スチレンスルホン酸Li共重合体(共重合モル比 アルドリッチ製 ベンジルメタクリレート:東ソー有機化学製 スチレンスルホ
ン酸Li=2:8 重量平均分子量 77000)
・ポリマー(6):エチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレート−スチレンスルホン酸Li共重合体:(共重合モル比 東京化成製 エチレングリコールモノフェニルエーテルアクリレート:東ソー有機化学製 スチレンスルホン酸Li=2:8 重量平均分子量 94000)
・ポリマー(7):プロピルフェニルエーテルメタクリレート−スチレンスルホン酸Li共重合体:(共重合モル比 プロピルフェニルエーテルメタクリレート:東ソー有機化学製 スチレンスルホン酸Li=2:8 重量平均分子量 42000)プロピルフェニルエーテルメタクリレートは下記のように合成した。
3−フェニル−1−プロパノール5.3g、トリエチルアミン7.9gをテトラヒドロフラン80mlに溶解させ、5℃に冷却した。ここへメタクリル酸クロリド6.1gを滴下し、原料消失を確認した後、1N塩酸水溶液100mlを加えて反応停止した。ジイソプロピルエーテル150mlで抽出し、有機層を飽和重層水100mlで洗浄、無水硫酸ナトリウムで乾燥し、重合禁止剤としてジブチルヒドロキシトルエン10mgを加え、減圧下濃縮して粗生成物を得た。カラム精製を行い、目的物を得た。
・ポリマー(8):ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩(花王製デモールN:重量平均分子量2800)
・ポリマー(8):ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物ナトリウム塩(花王製デモールN:重量平均分子量2800)
〔実施例1〕
<非水系二次電池負極用活物質の調製>
活物質(A)として球形化天然黒鉛(平均粒子径(d50)=17μm、BET法比表面積(SA)=6.7m2/g、タップ密度=1.02g/cm3)50gを用い、その黒鉛と有機化合物(B)としてポリマー(1)0.5質量%水溶液50gをフラスコ内で50℃に加温し、一時間混合した後に(工程1)、目開き1μmのろ紙と桐山漏斗を用いて、吸引ろ過することにより、溶媒を除去した(工程2)。その後、濾過物を20℃の蒸留水25gで洗浄した(工程3)。洗浄後の濾過物を150℃、7時間乾燥することで活物質Aを得た。
<非水系二次電池負極用活物質の調製>
活物質(A)として球形化天然黒鉛(平均粒子径(d50)=17μm、BET法比表面積(SA)=6.7m2/g、タップ密度=1.02g/cm3)50gを用い、その黒鉛と有機化合物(B)としてポリマー(1)0.5質量%水溶液50gをフラスコ内で50℃に加温し、一時間混合した後に(工程1)、目開き1μmのろ紙と桐山漏斗を用いて、吸引ろ過することにより、溶媒を除去した(工程2)。その後、濾過物を20℃の蒸留水25gで洗浄した(工程3)。洗浄後の濾過物を150℃、7時間乾燥することで活物質Aを得た。
この活物質A 240mgと、電解液(エチレンカーボネート(EC)/ジメチルカー
ボネート(DMC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/3/4(体積比))400μLとをラミパックに入れた後、ヒートシーラーを用いて封止した。このセルを10セル作製し、75℃の恒温層に入れ、3日間保存した。
保存試験を終えたラミパックを取り出した後、内容物を乾固し、残存固形分をNMR用重溶媒(d−DMSO)に溶かし、1H−NMR測定を実施した。その結果より、溶出した有機化合物:ポリスチレンスルホン酸リチウムを定量したところ、2質量%以下であった。
ボネート(DMC)/エチルメチルカーボネート(EMC)=3/3/4(体積比))400μLとをラミパックに入れた後、ヒートシーラーを用いて封止した。このセルを10セル作製し、75℃の恒温層に入れ、3日間保存した。
保存試験を終えたラミパックを取り出した後、内容物を乾固し、残存固形分をNMR用重溶媒(d−DMSO)に溶かし、1H−NMR測定を実施した。その結果より、溶出した有機化合物:ポリスチレンスルホン酸リチウムを定量したところ、2質量%以下であった。
<スラリー調製>
上記で調製した活物質A 20gとカルボキシメチルセルロース水溶液(1質量%)20
gを混合し、混練機(あわとり練太郎,株式会社シンキー製)によって2000rpm、5分の条件にて混練した後、2200rpm、1分の条件にて脱泡をし、スチレン−ブタジエンゴム水性ディスパージョン(40質量%)0.5gを加え、再び上記と同様の条件で混練を行って活物質スラリーを調製した。
上記で調製した活物質A 20gとカルボキシメチルセルロース水溶液(1質量%)20
gを混合し、混練機(あわとり練太郎,株式会社シンキー製)によって2000rpm、5分の条件にて混練した後、2200rpm、1分の条件にて脱泡をし、スチレン−ブタジエンゴム水性ディスパージョン(40質量%)0.5gを加え、再び上記と同様の条件で混練を行って活物質スラリーを調製した。
〔実施例2〕
ポリマー(1)の水溶液1の代わりにポリマー(2)0.23質量%水溶液50gを用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Bを調製した。
〔実施例3〕
ポリマー(1)の水溶液1の代わりにポリマー(3)0.5質量%50g水溶液を用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Cを調製した。
ポリマー(1)の水溶液1の代わりにポリマー(2)0.23質量%水溶液50gを用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Bを調製した。
〔実施例3〕
ポリマー(1)の水溶液1の代わりにポリマー(3)0.5質量%50g水溶液を用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Cを調製した。
〔実施例4〕
ポリマー(1)の水溶液1の代わりにポリマー(2)0.165質量%水溶液50gを添加し、1時間混合した後に、目開き1μmのろ紙と桐山漏斗を用いて、吸引ろ過することにより、溶媒を除去した。その後、濾過物を20℃の蒸留水25gで洗浄した。洗浄後の濾過物に再び、ポリマー(4)0.09質量%水溶液50g加えて同様に1時間撹拌後、濾過、洗浄を行い、さらにポリマー(1)0.5質量%水溶液50g加えて同様に1時間撹拌後、濾過、洗浄を行い、最後に150℃、7時間乾燥することで活物質Dを得た。
ポリマー(1)の水溶液1の代わりにポリマー(2)0.165質量%水溶液50gを添加し、1時間混合した後に、目開き1μmのろ紙と桐山漏斗を用いて、吸引ろ過することにより、溶媒を除去した。その後、濾過物を20℃の蒸留水25gで洗浄した。洗浄後の濾過物に再び、ポリマー(4)0.09質量%水溶液50g加えて同様に1時間撹拌後、濾過、洗浄を行い、さらにポリマー(1)0.5質量%水溶液50g加えて同様に1時間撹拌後、濾過、洗浄を行い、最後に150℃、7時間乾燥することで活物質Dを得た。
〔実施例5〕
ポリマー(1)の水溶液の代わりにポリマー(5)0.5質量%水溶液50gを用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Eを調製した。
〔実施例6〕
ポリマー(1)の水溶液の代わりにポリマー(6)0.5質量%水溶液50gを用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Fを調製した。
ポリマー(1)の水溶液の代わりにポリマー(5)0.5質量%水溶液50gを用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Eを調製した。
〔実施例6〕
ポリマー(1)の水溶液の代わりにポリマー(6)0.5質量%水溶液50gを用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Fを調製した。
〔実施例7〕
ポリマー(1)の水溶液の代わりにポリマー(7)0.5質量%水溶液50gを用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Gを調製した。
〔実施例8〕
ポリマー(1)の水溶液の代わりにポリマー(8)0.5質量%水溶液50gを用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Hを調製した。
ポリマー(1)の水溶液の代わりにポリマー(7)0.5質量%水溶液50gを用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Gを調製した。
〔実施例8〕
ポリマー(1)の水溶液の代わりにポリマー(8)0.5質量%水溶液50gを用いたこと以外は実施例1と同様にして活物質Hを調製した。
〔比較例1〕
活物質(A)として有機化合物(B)を含有していない球形化天然黒鉛(平均粒子径(d50)=17μm、BET法比表面積(SA)=6.7m2/g、タップ密度=1.02g/cm3)を用いた以外は、実施例1と同様に活物質Iを調製した。
〔比較例2〕
活物質(A)として球形化天然黒鉛(平均粒子径(d50)=17μm、BET法比表面積(SA)=6.7m2/g、タップ密度=1.02g/cm3)50gを用い、その黒鉛とポリマー(1)の水溶液0.5質量%水溶液50gをフラスコ内で95℃に加温しながら、窒素を7L/minでフローし、3時間混合することで、水を除去した。その後、150℃、7時間乾燥することで活物質Jを調製した。
活物質(A)として有機化合物(B)を含有していない球形化天然黒鉛(平均粒子径(d50)=17μm、BET法比表面積(SA)=6.7m2/g、タップ密度=1.02g/cm3)を用いた以外は、実施例1と同様に活物質Iを調製した。
〔比較例2〕
活物質(A)として球形化天然黒鉛(平均粒子径(d50)=17μm、BET法比表面積(SA)=6.7m2/g、タップ密度=1.02g/cm3)50gを用い、その黒鉛とポリマー(1)の水溶液0.5質量%水溶液50gをフラスコ内で95℃に加温しながら、窒素を7L/minでフローし、3時間混合することで、水を除去した。その後、150℃、7時間乾燥することで活物質Jを調製した。
〔比較例3〕
ポリマー(1)の水溶液の代わりにポリマー(2)の0.2質量%水溶液50gを用いたこと以外は、比較例2と同様にして活物質Kを調製した。
〔比較例4〕
ポリマー(1)のの水溶液1の代わりにポリマー(3)の0.2質量%水溶液50gを用いたこと以外は、比較例2と同様にして活物質Lを調製した。
ポリマー(1)の水溶液の代わりにポリマー(2)の0.2質量%水溶液50gを用いたこと以外は、比較例2と同様にして活物質Kを調製した。
〔比較例4〕
ポリマー(1)のの水溶液1の代わりにポリマー(3)の0.2質量%水溶液50gを用いたこと以外は、比較例2と同様にして活物質Lを調製した。
以上調製した活物質A〜Lを使用して実施例1と同様にスラリーを調整し、行ったコインセルの充放電評価、ラミネートセルの初期ガス量測定及び保存ガス量測定の結果を下記表1にまとめて示す。
活物質(A)と有機化合物(B)を含有した非水系二次電池負極用活物質(実施例1〜8、比較例2〜3)は、比較例1の非水系二次電池負極用活物質と比較して、初期不可逆容量とガス発生量が大幅に低減されていることが分かった。また、工程(1)〜工程(3)によって製造された実施例1〜3の非水系二次電池負極用活物質は、同じ有機化合物(B)を有するが工程(2)のろ過工程及び工程(3)の洗浄工程を有しない比較例2〜4の非水系二次電池負極用活物質と比較して、有機化合物(B)の含有量が同等又は低減されているにも関わらず、初期不可逆容量、ガス発生量及び抵抗のバランスに優れていることが明らかとなった。これは、活物質(A)に対し有機化合物(B)が選択的に、吸着および、または、結合するために、Liの出入りを阻害しないためにガス発生量を減少しながら、負極抵抗の上昇を抑制しているためと考えられる。
本発明による非水系二次電池負極用活物質は、それを非水系二次電池において、非水系二次電池負極用活物質として使用した場合、ガスの発生を抑制しつつ、初期充放電効率をいっそう改善でき、かつ充放電サイクルに伴う容量ロスも抑制可能なバランスの良い非水系二次電池用負極材が得られることを見出した。
Claims (9)
- リチウムイオンの挿入・脱離が可能な活物質(A)と有機化合物(B)とを含有する非水系二次電池負極用活物質の製造方法であって、有機化合物(B)が少なくとも芳香環基又はアミノ基を有する直鎖のポリマーであり、以下の工程を有することを特徴とする非水系二次電池負極用活物質の製造方法。
工程(1):活物質(A)と有機化合物(B)を溶媒中で混合する工程
工程(2):工程(1)で得られた混合物をろ過する工程
工程(3):工程(2)で得られた残渣を溶媒で洗浄する工程 - 工程(3)の洗浄する溶媒が活物質(A)に対して10質量%以上5000質量%以下であることを特徴とする請求項1に記載の非水系二次電池負極用活物質の製造方法。
- 工程(3)の洗浄に用いる溶媒が水、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、アセトン、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、ジエチルエーテル、ジオキサン、ベンゼン、トルエン、キシレン、テトラヒドロフラン、ペンタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘプタン、アセトニトリル、ジメチルホルムアミド、ピリジン、ジメチルスルホキシド、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタンからなる群より選ばれる少なくとも1種であること特徴とする請求項1又は2に記載の非水系二次電池負極用活物質の製造方法。
- 工程(2)の混合温度と工程(3)の洗浄温度との温度差が2℃以上であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の非水系二次電池負極用活物質の製造方法。
- 有機化合物(B)の含有量が非水系二次電池負極用活物質に対して0.01〜10質量%であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の非水系二次電池負極用活物質の製造方法。
- 有機化合物(B)が、ポリビニルアミン、ポリアリルアミン、ポリ−N−メチルアリルアミン、ポリ−N,N−ジメチルアリルアミン、ポリジアリルアミン、ポリN−メチルジアリルアミン、ジアリルアミン‐二酸化硫黄共重合体、ポリスチレンスルホン酸、スチレンスルホン酸‐マレイン酸共重合体、ナフタレンスルホン酸ホルマリン縮合物、ベンジルメタクリレート‐スチレンスルホン酸共重合体、及びそれら塩からなる群より選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の非水系二次電池負極用活物質の製造方法。
- 請求項1〜6のいずれか一項に記載の製造方法によって製造された非水系二次電池負極用活物質。
- 集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを備え、該活物質層が、請求項7に記載の非水系二次電池負極用活物質を含むことを特徴とする非水系二次電池用負極。
- リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに、電解質を備える非水系二次電池であって、前記負極が、請求項8に記載の非水系二次電池用負極であることを特徴とする非水系二次電池。
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JP2013165294A JP2015035315A (ja) | 2013-08-08 | 2013-08-08 | 非水系二次電池負極用活物質の製造方法、及びその製造方法にて製造された非水系二次電池用活物質、非水系二次電池用負極並びに、非水系二次電池 |
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