JP2015069818A - Coke, electrode active material and battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a battery having high discharge capacity, excellent current charge/discharge characteristics and a high initial efficiency.SOLUTION: In the rectangular visual field of 480 μm×540 μm of a polarization microscopic image obtained by observing an optical texture by means of a polarization microscope, the area of the optical texture is accumulated in the ascending order, when the accumulated area is 60% of the total area of the optical texture, the area of the optical texture is 10-5000 μm, and an anisotropic texture is formed of a flow texture and a fine mosaic texture. An electrode active material, obtained by calcining coke having an area ratio of the flow texture and fine mosaic texture in a range of 40:60-70:30, is used in the negative electrode.

Description

本発明は、コークス、電極活物質及び電池等に関する。更に詳細には、リチウムイオン二次電池の電極材料として好適なコークス、及びコークスを原料とする負極活物質、並びに及びリチウムイオン二次電池に関する。本発明は、良好なレート特性を示し、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車等の電気自動車の電池に適用することができる電池に関する。   The present invention relates to coke, an electrode active material, a battery, and the like. More specifically, the present invention relates to coke suitable as an electrode material for a lithium ion secondary battery, a negative electrode active material using coke as a raw material, and a lithium ion secondary battery. The present invention relates to a battery that exhibits good rate characteristics and can be applied to batteries of electric vehicles such as hybrid vehicles and plug-in hybrid vehicles.

近年、石油資源の不足への懸念、環境問題の高まりから、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車の電気自動車への期待が高まっている。リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度と、比較的毒性が小さい材料を使用していることから、ハイブリッド自動車、プラグインハイブリッド自動車を含む電気自動車への応用が期待されている。   In recent years, expectations for hybrid electric vehicles and plug-in hybrid electric vehicles have increased due to concerns over the shortage of petroleum resources and growing environmental problems. Since lithium ion secondary batteries use materials with high energy density and relatively low toxicity, they are expected to be applied to electric vehicles including hybrid vehicles and plug-in hybrid vehicles.

電気自動車に使用されるリチウムイオン二次電池には、特に高速充放電特性が求められ、同時に、高サイクル寿命、高容量、高充放電効率が求められる。   A lithium ion secondary battery used in an electric vehicle is particularly required to have high-speed charge / discharge characteristics, and at the same time, high cycle life, high capacity, and high charge / discharge efficiency are required.

リチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレータ、非水電解液等を構成材料とする。負極材料には、黒鉛が用いられることが多い。しかしながら、黒鉛材料は、高容量ではあるが、層間が狭く、炭素原子の六角網面とリチウムとの相互作用が強いため、大電流充放電に適していない。これに対して、ソフトカーボンは、黒鉛材料よりも層間が大きく、大電流充放電に適している。更に、ソフトカーボンは、製造時に必要なエネルギーが比較的小さく、安価であり、大量の電極材料を必要とする自動車用の電池に適している。ソフトカーボンは、原料としてか焼コークス、生コークスを用い、コークスを比較的低温で焼成することで得られる。下記の特許文献1乃至4には、コークスを負極材料に使用したリチウム系電池が記載されている。   The lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, a separator, a non-aqueous electrolyte, and the like as constituent materials. Graphite is often used as the negative electrode material. However, although the graphite material has a high capacity, the interlayer is narrow and the interaction between the hexagonal network surface of carbon atoms and lithium is strong, and therefore, it is not suitable for large current charge / discharge. In contrast, soft carbon has a larger interlayer than graphite material and is suitable for large current charge / discharge. Furthermore, soft carbon requires relatively little energy during production, is inexpensive, and is suitable for automobile batteries that require a large amount of electrode material. Soft carbon is obtained by calcining coke and raw coke as raw materials and firing the coke at a relatively low temperature. The following Patent Documents 1 to 4 describe lithium batteries using coke as a negative electrode material.

特許文献1には、コークスを焼成して得られた炭素材料を負極材料としたリチウム二次電池が記載されている。   Patent Document 1 describes a lithium secondary battery using a carbon material obtained by firing coke as a negative electrode material.

特許文献2には、コークスに対して2段階の熱処理を行うことにより得られたものを負極材料とした非水系二次電池が記載されている。   Patent Document 2 describes a non-aqueous secondary battery using a negative electrode material obtained by performing two-step heat treatment on coke.

特許文献3には、2種の重質油をコークス化して得られた原料油組成物を熱処理したものを負極材料としたリチウムイオン二次電池が記載されている。   Patent Document 3 describes a lithium ion secondary battery using a negative electrode material obtained by heat-treating a raw material oil composition obtained by coking two kinds of heavy oils.

特許文献4には、重質油組成物をコークス化して得られた原料炭組成物を熱処理したものを負極材料としたリチウムイオン二次電池が記載されている。   Patent Document 4 describes a lithium ion secondary battery in which a raw material charcoal composition obtained by coking a heavy oil composition is heat treated.

特許第4877568号公報Japanese Patent No. 4877568 特許第3690128号公報Japanese Patent No. 3690128 特開2009−117257号公報JP 2009-117257 A 特開2012−109110号公報JP2012-109110A

特許文献1及び2では、炭素材料を製造する際の熱処理について検討を行なっているが、充分なレート特性が得られていないことから、良好な大電流充放電特性を得ることができない。   In Patent Documents 1 and 2, the heat treatment for producing the carbon material is studied, but sufficient rate characteristics cannot be obtained, so that good large current charge / discharge characteristics cannot be obtained.

特許文献3及び4では、負極材料の原材料の選定を行なっているが、いずれの原材料においても実用に適した充分な放電容量が得られていない。   In Patent Documents 3 and 4, although the raw material of the negative electrode material is selected, a sufficient discharge capacity suitable for practical use is not obtained with any of the raw materials.

したがって、特許文献1乃至4に記載されている負極材料では、充分に電池特性を向上させることはできない。ましてや、特許文献1乃至4に記載されている負極材料では、電気自動車に応用できるような電池を得ることできない。   Therefore, the negative electrode materials described in Patent Documents 1 to 4 cannot sufficiently improve battery characteristics. In addition, the negative electrode materials described in Patent Documents 1 to 4 cannot provide a battery that can be applied to an electric vehicle.

そこで、本発明では、高い放電容量及び大電流充放電特性を有し、更に初期効率も高く、電気自動車等にも適用することができる電池を得ることができるコークス、電極活物質、その電極活物質を含む電極材料、電極用ペースト、電極、及びその電極活物質を使用した電池を提供することを目的とする。   Therefore, in the present invention, a coke, an electrode active material, and an electrode active material capable of obtaining a battery having high discharge capacity and large current charge / discharge characteristics, high initial efficiency, and applicable to an electric vehicle or the like. An object is to provide an electrode material containing a substance, an electrode paste, an electrode, and a battery using the electrode active material.

本発明は、上記目的を達成するために以下の態様からなる。   In order to achieve the above object, the present invention comprises the following aspects.

(1) 偏光顕微鏡により光学組織を観察した偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、面積の小さな光学組織から順に面積を累積し、その累計面積が光学組織の全面積の60%の面積となるときの光学組織の面積が10μm以上5000μm以下であり、流れ組織とファインモザイク組織とで形成された異方性組織であり、該流れ組織と該ファインモザイク組織との面積比が40:60〜70:30であるコークス。 (1) In a rectangular field of view of 480 μm × 540 μm in a polarizing microscope image obtained by observing an optical structure with a polarizing microscope, areas are accumulated in order from an optical structure having a smaller area, and the cumulative area is 60% of the total area of the optical structure. area of the optical tissue when the area is at 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 or less, are anisotropic tissue formed in the flow structure and fine mosaic structure, the area ratio of the flow structure and the fine mosaic tissue Coke that is 40:60 to 70:30.

(2) 偏光顕微鏡により光学組織を観察した偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、
アスペクト比の小さな光学組織から順に光学組織の数を数えて、光学組織の全体数の60%に達したときの光学組織のアスペクト比が1.5以上6以下である上記(1)に記載のコークス。
(2) In a rectangular field of view of 480 μm × 540 μm in a polarizing microscope image obtained by observing an optical structure with a polarizing microscope,
The number of optical structures is counted in order from the optical structure having a small aspect ratio, and the aspect ratio of the optical structure when reaching 60% of the total number of optical structures is 1.5 or more and 6 or less. Coke.

(3) コークスの焼成物であり、
レーザー回折法による体積基準の平均粒径が5μm以上30μm以下であり、
偏光顕微鏡により光学組織を観察した偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、面積の小さな光学組織から順に面積を累積し、その累計面積が光学組織の全面積の60%の面積となるときの光学組織の面積が10μm以上5000μm以下であり、流れ組織とファインモザイク組織とで形成された異方性組織であり、該流れ組織と該ファインモザイク組織との面積比が40:60〜70:30であり、真密度が1.9g/cm以上2.17g/cm以下であり、六方晶黒鉛としてのc軸方向の結晶子サイズが1nm以上10nm以下である電極活物質。
(3) It is a calcined product of coke,
The volume-based average particle diameter by laser diffraction method is 5 μm or more and 30 μm or less,
In the rectangular visual field of 480 μm × 540 μm in the polarizing microscope image obtained by observing the optical structure with the polarizing microscope, the areas are accumulated in order from the optical structure with the smallest area, and the accumulated area becomes 60% of the total area of the optical structure. area of the optical tissue is at 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 or less when a anisotropic structure formed by the flow organization and fine mosaic structure, the area ratio of the flow structure and the fine mosaic organization 40:60 An electrode active material having a true density of 1.9 g / cm 2 to 2.17 g / cm 2 and a crystallite size in the c-axis direction of hexagonal graphite of 1 nm to 10 nm.

(4) 偏光顕微鏡により光学組織を観察した偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、
アスペクト比の小さな光学組織から順に光学組織の数を数えて、光学組織の全体数の60%に達したときの光学組織のアスペクト比が1.5以上6以下である上記(3)に記載の電極活物質。
(4) In a rectangular field of view of 480 μm × 540 μm in a polarizing microscope image obtained by observing an optical structure with a polarizing microscope,
The number of optical tissues is counted in order from the optical structure having the smallest aspect ratio, and the aspect ratio of the optical structure when reaching 60% of the total number of optical tissues is 1.5 or more and 6 or less. Electrode active material.

(5) BET比表面積が0.5m/g以上5m/g以下であり、六方晶黒鉛としての面間隔が0.341nm以上0.346nm以下である上記(3)又は(4)に記載の電極活物質。 (5) The BET specific surface area is 0.5 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less, and the interplanar spacing as hexagonal graphite is 0.341 nm or more and 0.346 nm or less as described in (3) or (4) above Electrode active material.

(6) 上記(3)乃至(5)の何れか1つに記載する電極活物質の製造方法であり、
950℃以上1500℃以下の不活性雰囲気にて上記(1)又は(2)に記載するコークスを焼成する工程を有し、
上記焼成前又は焼成後に、上記コークスをレーザー回折法による体積基準の平均粒径が5μm以上30μm以下となるように粉砕、分級する電極活物質の製造方法。
(6) The method for producing an electrode active material according to any one of (3) to (5) above,
Having a step of firing the coke described in (1) or (2) in an inert atmosphere of 950 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower,
A method for producing an electrode active material, wherein the coke is pulverized and classified so that the volume-based average particle diameter by laser diffraction method is 5 μm or more and 30 μm or less before or after the firing.

(7) 上記コークス及び石油ピッチ又は石炭ピッチを合わせた全質量に対して0.5質量%以上15.0質量%以下の範囲となるように、該コークスに該石油ピッチ又は石炭ピッチを混合して上記焼成を行う上記(6)に記載の電極活物質の製造方法。   (7) The petroleum pitch or coal pitch is mixed with the coke so as to be in the range of 0.5% by mass or more and 15.0% by mass or less based on the total mass of the coke and petroleum pitch or coal pitch. The method for producing an electrode active material according to (6), wherein the firing is performed.

(8) 上記粉砕、分級後に焼成したコークス、又は上記焼成後に粉砕、分級したコークスを300℃以上1100℃以下の酸化性雰囲気にて更に焼成する上記(6)又は(7)に記載の電極活物質の製造方法。   (8) The electrode activity according to (6) or (7), wherein the coke baked after the pulverization and classification, or the coke pulverized and classified after the calcination is further baked in an oxidizing atmosphere of 300 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. A method for producing a substance.

(9) 上記(3)乃至(5)の何れか1つに記載する電極活物質を含む電極材料。   (9) An electrode material comprising the electrode active material according to any one of (3) to (5) above.

(10) 上記(3)乃至(5)の何れか1つに記載する電極活物質とバインダとを含む電極用ペースト。   (10) An electrode paste comprising the electrode active material according to any one of (3) to (5) and a binder.

(11) 上記(3)乃至(5)の何れか1つに記載する電極活物質を含む電極。   (11) An electrode comprising the electrode active material according to any one of (3) to (5) above.

(12) 電極密度が1g/cm以上1.5g/cm以下である上記(11)に記載の電極。 (12) The electrode according to (11), wherein the electrode density is 1 g / cm 2 or more and 1.5 g / cm 2 or less.

(13) 上記(11)又は(12)に記載する電極を含む電池。   (13) A battery comprising the electrode according to (11) or (12).

(14) リチウムイオン二次電池である上記(13)に記載の電池。   (14) The battery according to (13), which is a lithium ion secondary battery.

本発明では、高い放電容量、大電流充放電特性及び初期効率を有する電池を得ることができる。   In the present invention, a battery having high discharge capacity, large current charge / discharge characteristics and initial efficiency can be obtained.

コークスの偏光顕微鏡写真(480μm×540μm)を示す。The polarizing microscope photograph (480 micrometers x 540 micrometers) of coke is shown. 図1に示すコークスの焼成後の偏光顕微鏡写真(480μm×540μm)を示す。The polarizing microscope photograph (480 micrometers x 540 micrometers) after baking of the coke shown in FIG. 1 is shown.

以下、本発明を適用したコークス、電極活物質、電極材料、電極ペースト、電極、電池について以下の順序で詳細に説明する。なお、本発明は、特に限定がない限り、以下の詳細な説明に限定されるものではない。
1.コークス
2.電極活物質及びその製造方法
3.電極材料
4.電極用ペースト
5.電極
6.電池
Hereinafter, the coke, electrode active material, electrode material, electrode paste, electrode, and battery to which the present invention is applied will be described in detail in the following order. Note that the present invention is not limited to the following detailed description unless otherwise specified.
1. Coke 2. Electrode active material and method for producing the same 3. Electrode material 4. Electrode paste Electrode 6. battery

[1.コークス]
コークスは、電池の電極を形成する電極活物質の原料となるものである。電極活物質の特性は、原料であるコークスの等方性、非等方性、偏光顕微鏡で観察した際の組織の大きさ等の光学組織が影響する場合がある。本発明を適用した電極活物質は、光学組織の面積やアスペクト比が特定の範囲であったり、光学異方性を有するコークスを原料として用いる。コークスの光学組織の面積及びアスペクト比は、コークスの断面を偏光顕微鏡で観察して得られる画像を解析して算出することができる。
[1. Coke]
Coke is a raw material for the electrode active material that forms the electrode of the battery. The characteristics of the electrode active material may be influenced by the optical structure such as the isotropic and anisotropic properties of the coke as a raw material and the size of the structure when observed with a polarizing microscope. The electrode active material to which the present invention is applied uses coke having an optical texture area or aspect ratio within a specific range or optical anisotropy as a raw material. The area and aspect ratio of the optical structure of the coke can be calculated by analyzing an image obtained by observing the cross section of the coke with a polarizing microscope.

(1)光学組織の面積及びアスペクト比
コークスは、偏光顕微鏡により光学組織を観察して得られる偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、面積の小さな光学組織から順に面積を累積し、その累計面積が光学組織の全面積の60%の面積となるときの光学組織の面積(以下、Da(60)ともいう。)が10μm以上5000μm以下であり、好ましくは10μm以上2000μm以下であり、より好ましくは20μm以上1000μm以下である。Da(60)が10μm以上5000μm以下の範囲内であれば、このようなコークスを電極活物質の原料に用いた場合には、放電容量、大電流負荷特性、サイクル特性の3つのバランスを取ることができる。
(1) Area and aspect ratio of optical structure Coke accumulates the area in order from an optical structure with a small area in a rectangular field of view of 480 μm × 540 μm in a polarizing microscope image obtained by observing the optical structure with a polarizing microscope, the area of the optical tissue when the cumulative area of 60% of the area of the total area of the optical tissues (hereinafter also referred to as Da (60).) is at 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 or less, preferably 10 [mu] m 2 or more 2000 .mu.m 2 Or less, more preferably 20 μm 2 or more and 1000 μm 2 or less. If Da (60) is in the range of 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 or less, in the case of using such a coke as a raw material of the electrode active material, the discharge capacity, large current load characteristics, the three balance of cycle characteristics Can be taken.

また、コークスは、アスペクト比の小さな光学組織から順に光学組織の数を数えて、光学組織の全体数の60%に達したときの光学組織のアスペクト比(以下、ARb(60)ともいう。)が1.5以上6以下であることが好ましい。ARb(60)が1.5以上6以下であると、このようなコークスを電極活物質の原料に用いた場合には、放電容量、電流負荷特性、サイクル特性の3つのバランスを取ることができる。   In addition, the coke counts the number of optical tissues in order from the optical structure having the smallest aspect ratio, and the aspect ratio of the optical structure when it reaches 60% of the total number of optical tissues (hereinafter also referred to as ARb (60)). Is preferably 1.5 or more and 6 or less. When ARb (60) is 1.5 or more and 6 or less, when such coke is used as a raw material for the electrode active material, three balances of discharge capacity, current load characteristics, and cycle characteristics can be achieved. .

ここで、光学組織の全体数の60%に達したときの光学組織とは、(偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野内における光学組織の全体数)×(60/100)により求まる光学組織である。例えば、光学組織の全体数が200である場合には、小さい光学組織から順に数えて120番目の光学組織におけるアスペクト比が1.5以上、6以下である。   Here, the optical structure when it reaches 60% of the total number of optical tissues is determined by (total number of optical tissues in a rectangular field of view of 480 μm × 540 μm in the polarization microscope image) × (60/100). Optical organization. For example, when the total number of optical textures is 200, the aspect ratio of the 120th optical texture counted from the smallest optical texture is 1.5 or more and 6 or less.

(2)光学組織の異方性
コークスは、種類により形状や物理特性が異なる。コークスとしては、光学組織を観察した際に流れ組織を有し、異方性であるものが好ましい。ここで、コークスの光学組織は、偏光顕微鏡観察によって得られた画像により、アスペクト比:粒子のアスペクト比:最大長Dmax/最大長垂直長DNmax(Dmax:粒子画像の輪郭上の2点における最大の長さ;DNmax:最大長に平行な2本の直線で画像を挟んだとき、2直線間を垂直に結ぶ最短の長さ)が、2.5以上となるものを流れ組織とし、アスペクト比が1より大きく2.5未満となるものをファインモザイク組織とする。コークスを負極活物質の原料として使用する場合には、流れ組織を有するコークスを使用すると比較的高い初期効率が得られ、ファインモザイク組織を有するコークスを使用すると比較的初期効率が低く、高い放電容量が得られる。
(2) Anisotropy of optical texture The shape and physical characteristics of coke differ depending on the type. Coke preferably has a flow structure and anisotropy when the optical structure is observed. Here, the optical structure of the coke is determined by the image obtained by polarizing microscope observation, the aspect ratio: the aspect ratio of the particles: the maximum length Dmax / the maximum length vertical length DNmax (Dmax: the maximum at two points on the contour of the particle image) Length; DNmax: When an image is sandwiched between two straight lines parallel to the maximum length, the shortest length that connects the two straight lines vertically is 2.5 or more. A fine mosaic structure is one that is greater than 1 and less than 2.5. When coke is used as a raw material for the negative electrode active material, relatively high initial efficiency can be obtained by using coke having a flow structure, and relatively low initial efficiency and high discharge capacity can be obtained by using coke having a fine mosaic structure. Is obtained.

そのため、望ましい初期効率と放電容量のバランスをとるためには、流れ組織とファインモザイク組織の比率を適切に制御することが好ましい。特に、流れ組織とファインモザイク組織の比率が40:60〜70:30であることが好ましい。比率が40:60以上であると、電池の初期効率が高くなるため好ましく、70:30以下であると、放電容量が大きくなるため好ましい。ファインモザイク組織が多過ぎる場合には、電池の初期効率が低くなってしまう。   Therefore, in order to balance the desired initial efficiency and discharge capacity, it is preferable to appropriately control the ratio of the flow texture to the fine mosaic texture. In particular, the ratio of the flow structure to the fine mosaic structure is preferably 40:60 to 70:30. A ratio of 40:60 or more is preferable because the initial efficiency of the battery is increased, and a ratio of 70:30 or less is preferable because the discharge capacity is increased. If there are too many fine mosaic structures, the initial efficiency of the battery will be low.

コークスとしては、例えば、石油系コークスや石炭系コークスが好ましい。石油系コークスや石炭系コークスは、例えば、石油系重質油や石炭系重質油を圧力2MPa以下、温度400℃以上600℃以下にて、3時間以上熱処理することにより得ることができる。石油系コークスや石炭系コークスは、Da(60)、異方性組織の流れ組織とファインモザイク組織の面積比、ARb(60)が上述したそれぞれの範囲を満たすものとなる。なお、コークスの製造方法は、これに限定されず、Da(60)、異方性組織の流れ組織とファインモザイク組織の面積比、ARb(60)が上述したそれぞれの範囲を満せば他の製造方法、製造条件であってもよい。   As the coke, for example, petroleum coke and coal coke are preferable. Petroleum-based coke and coal-based coke can be obtained, for example, by heat-treating petroleum-based heavy oil or coal-based heavy oil at a pressure of 2 MPa or less and a temperature of 400 ° C. or more and 600 ° C. or less for 3 hours or more. In petroleum coke and coal coke, Da (60), the flow ratio of the anisotropic structure and the area ratio of the fine mosaic structure, and ARb (60) satisfy the respective ranges described above. In addition, the manufacturing method of coke is not limited to this, If Da (60), the area ratio of the flow structure of an anisotropic structure and a fine mosaic structure, ARb (60) satisfy | fills each range mentioned above, it will be other It may be a manufacturing method or manufacturing conditions.

(3)偏光顕微鏡による観察
偏光顕微鏡により観察する観察対象領域となるコークスの断面は、次のようにして試料を作製して調製する。
[偏光顕微鏡観察用の試料作製]
先ず、最初の工程は、内容積30cmのプラスチック製サンプル容器の底に両面テープを貼り、その上にスパチュラ2杯ほど(2g程度)の観察用サンプルを載せる。次の工程は、冷間埋込樹脂(商品名:冷間埋込樹脂#105、製造会社:ジャパンコンポジット株式会社、販売会社:丸本ストルアス株式会社)に硬化剤(商品名:硬化剤(M剤)、製造会社:日本油脂株式会社、販売会社:丸本ストルアス株式会社)を加え、30秒練る。次の工程は、得られた混合物(5ml程度)をサンプル容器に高さ約1cmになるまでゆっくりと流し入れ、1日静置して凝固させる。次の工程は、凝固したサンプルを取り出し、両面テープを剥がす。そして、最後の工程は、研磨板回転式の研磨機を用いて、サンプルの測定する面を研磨する。
(3) Observation with a polarizing microscope The cross section of coke which becomes an observation object region observed with a polarizing microscope is prepared by preparing a sample as follows.
[Sample preparation for polarizing microscope observation]
First, in the first step, a double-sided tape is attached to the bottom of a plastic sample container having an internal volume of 30 cm 3 , and about 2 cups of spatula (about 2 g) are placed on the observation sample. The next step is a cold embedding resin (trade name: cold embedding resin # 105, manufacturing company: Japan Composite Co., Ltd., sales company: Marumoto Struers Co., Ltd.) and a curing agent (trade name: curing agent (M Agent), manufacturing company: Nippon Oil & Fat Co., Ltd., sales company: Marumoto Struers Co., Ltd.) and knead for 30 seconds. In the next step, the obtained mixture (about 5 ml) is slowly poured into a sample container until the height is about 1 cm, and allowed to stand for 1 day to solidify. In the next step, the solidified sample is taken out and the double-sided tape is peeled off. In the final step, the surface to be measured of the sample is polished using a polishing plate rotating type polishing machine.

研磨は、研磨板の回転面にサンプルの研磨面を押し付けるように行う。研磨板の回転速度は、例えば1000rpmである。研磨は、研磨板の番手を#500、#1000、#2000の順で変更し、最後はアルミナ(商品名:バイカロックス タイプ0.3CR、粒子径0.3μm、製造会社:バイコウスキー社製、販売会社:バイコウスキージャパン)を用いて鏡面研磨する。なお、上述した冷間埋込樹脂、硬化剤、アルミナは、研磨に使用する公知の冷間埋込樹脂、硬化剤、アルミナも使用することができる。   Polishing is performed such that the polishing surface of the sample is pressed against the rotating surface of the polishing plate. The rotational speed of the polishing plate is, for example, 1000 rpm. For polishing, the counts of the polishing plates were changed in the order of # 500, # 1000, # 2000, and finally alumina (trade name: Baikalox type 0.3CR, particle size 0.3 μm, manufacturer: manufactured by Baikowski) Polishing using a sales company: Baikowski Japan). As the above-described cold embedding resin, curing agent, and alumina, known cold embedding resins, curing agents, and alumina used for polishing can also be used.

そして、研磨したサンプル断面の観察は、サンプルをプレパラート上に粘土で固定し、偏光顕微鏡(OLYMPAS社製、商品名:BX51)で観察をする。   And the observation of the sample cross section which grind | polished fixes a sample with a clay on a preparation, and observes with a polarizing microscope (OLYMPAS company make, brand name: BX51).

また、コークス断面の調整は、上述の方法に限定されず、コークスをそのまま冷間埋込樹脂に埋設し、冷間埋込樹脂から取出したコークスの研磨面に対して鏡面研磨等の研磨を行うようにしてもよい。この方法は、数cm大の塊状物としてコークスを得た場合に好適である。この方法では、コークスを冷間埋込樹脂に埋設し、研磨を行うだけであるため、容易に試料を作製することができる。   The adjustment of the coke cross section is not limited to the above-described method, and the coke is embedded in the cold embedding resin as it is, and the polishing surface of the coke taken out from the cold embedding resin is subjected to polishing such as mirror polishing. You may do it. This method is suitable when coke is obtained as a mass having a size of several centimeters. In this method, since the coke is only embedded in the cold embedding resin and polished, the sample can be easily manufactured.

[偏光顕微鏡画像の解析方法]
次に、偏光顕微鏡画像の解析方法について説明する。以上のようにして作製した試料を偏光顕微鏡で観察する。観察は、例えば200倍で行う。偏光顕微鏡で観察したものは、OLYMPUS製CAMEDIA C−5050 ZOOMデジタルカメラをアタッチメントで偏光顕微鏡に接続して撮影し、画像とする。シャッタータイムは1.6秒で行う。撮影データのうち、1200ピクセル×1600ピクセルの画像を解析対象とする。これは480μm×540μmの視野を検討していることに相当する。画像解析はImageJ(アメリカ国立衛生研究所製)を用いて、青色部、黄色部、赤色部、黒色部を色判定する。ImageJの各色を定義したパラメーターは、以下の表1の通りである。


[Method of analyzing polarized light microscope image]
Next, a method for analyzing a polarization microscope image will be described. The sample produced as described above is observed with a polarizing microscope. Observation is performed at 200 times, for example. What was observed with a polarizing microscope is an image taken by connecting an OLYMPUS CAMEDIA C-5050 ZOOM digital camera to the polarizing microscope with an attachment. The shutter time is 1.6 seconds. Of the photographic data, an image of 1200 × 1600 pixels is set as an analysis target. This is equivalent to considering a field of view of 480 μm × 540 μm. The image analysis uses ImageJ (manufactured by the National Institutes of Health) to determine the color of the blue portion, yellow portion, red portion, and black portion. The parameters defining each color of ImageJ are as shown in Table 1 below.


そして、検出された光学組織に対する統計処理は外部マクロを使って行う。黒色部、すなわち、光学組織ではなく樹脂部分に相当するものは、統計対象から除外する。青色、黄色、赤色のそれぞれの光学組織について、各光学組織の面積及びアスペクト比を算出する。得られた光学組織の面積及びアスペクト比から、Da(60)及びARb(60)を算出する。   Then, statistical processing for the detected optical tissue is performed using an external macro. The black part, that is, the part corresponding to the resin part instead of the optical structure is excluded from the statistical object. For each optical structure of blue, yellow, and red, the area and aspect ratio of each optical structure are calculated. Da (60) and ARb (60) are calculated from the area and aspect ratio of the obtained optical structure.

[2.電極活物質及びその製造方法]
電極活物質は、原料に上述した性状を有するコークス、好ましくは石油系コークス及び石炭系コークスのうちの少なくとも1つを用い、そのコークスを焼成して得ることができる。即ち、電極活物質は、コークスの焼成物であるソフトカーボンである。電極活物質は、レーザー回折法による体積基準の平均粒径(D50)が5μm以上30μm以下である。更に、電極活物質は、偏光顕微鏡により光学組織を観察した偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、面積の小さな光学組織から順に面積を累積し、その累計面積が光学組織の全面積の60%の面積となるときの光学組織の面積が10μm以上5000μm以下であり、流れ組織とファインモザイク組織とで形成された異方性組織であり、流れ組織とファインモザイク組織との面積比が40:60〜70:30である。また、電極活物質は、真密度が1.9g/cm以上2.17g/cm以下であり、六方晶黒鉛としてのc軸方向の結晶子サイズが1nm以上10nm以下である。更に、電極活物質は、偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、アスペクト比の小さな光学組織から順に光学組織の数を数えて、光学組織の全体数の60%に達したとき光学組織のアスペクト比が1.5以上6以下であることが好ましい。なお、Da(60)及びARb(60)は、コークスのDa(60)及びARb(60)と同様であるため詳細な説明を省略する。
[2. Electrode active material and method for producing the same]
The electrode active material can be obtained by using coke having the above-described properties as a raw material, preferably at least one of petroleum coke and coal coke and firing the coke. That is, the electrode active material is soft carbon which is a fired product of coke. The electrode active material has a volume-based average particle diameter (D50) by laser diffraction of 5 μm or more and 30 μm or less. Furthermore, the electrode active material accumulates the area in order from the optical structure with the smallest area in the rectangular field of view of 480 μm × 540 μm in the polarizing microscope image obtained by observing the optical structure with the polarizing microscope, and the accumulated area is the total area of the optical structure. and the area of the optical tissue when the 60% of the area of 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 below, a flow structure and fine mosaic structure with at forming anisotropic tissue, area of the flow organization and fine mosaic structure The ratio is 40:60 to 70:30. The electrode active material has a true density of 1.9 g / cm 2 or more and 2.17 g / cm 2 or less, and a crystallite size in the c-axis direction as hexagonal graphite of 1 nm or more and 10 nm or less. Furthermore, the electrode active material is optical when the number of optical tissues is counted in order from the optical structure having a small aspect ratio in a rectangular field of view of 480 μm × 540 μm in the polarizing microscope image, and reaches 60% of the total number of optical tissues. It is preferable that the aspect ratio of the tissue is 1.5 or more and 6 or less. Since Da (60) and ARb (60) are the same as Da (60) and ARb (60) of coke, detailed description is omitted.

電極活物質は、例えばリチウムイオンを受け入れ、放出する物質として電池の電極材料に含有される。電極活物質は、リチウム系電池の負極活物質に好適である。負極活物質を負極材料に含有させた場合には、高い放電容量、大電流充放電特性及び初期効率を有する負極を形成することができる。電極活物質は、更に、特定の平均粒径、BET比表面積、六方晶黒鉛としての面間隔、c軸方向の結晶子サイズを有することが好ましい。   An electrode active material is contained in the electrode material of a battery as a substance which receives and discharge | releases lithium ion, for example. The electrode active material is suitable for a negative electrode active material of a lithium battery. When the negative electrode active material is contained in the negative electrode material, a negative electrode having high discharge capacity, large current charge / discharge characteristics, and initial efficiency can be formed. The electrode active material preferably further has a specific average particle diameter, a BET specific surface area, a face spacing as hexagonal graphite, and a crystallite size in the c-axis direction.

(1)平均粒径、BET比表面積、面間隔、結晶子サイズ
レーザー回折法による体積基準の平均粒径(D50)(以下、単に平均粒径ともいう。)は、5μm以上30μm以下であることが好ましい。平均粒径が5μm以上30μm以下の範囲である場合には、電極密度を上げることができ、また負極活物質中へのリチウム拡散に時間がかからず、高速充電をすることができる。平均粒径は、レーザー回折式のマスターサイザで測定することができる。
(1) Average particle diameter, BET specific surface area, interplanar spacing, crystallite size Volume-based average particle diameter (D50) (hereinafter also referred to simply as average particle diameter) by laser diffraction method is 5 μm or more and 30 μm or less. Is preferred. When the average particle size is in the range of 5 μm or more and 30 μm or less, the electrode density can be increased, and the lithium diffusion into the negative electrode active material does not take time, and high-speed charging can be performed. The average particle diameter can be measured with a laser diffraction type master sizer.

BET比表面積は、0.5m/g以上5m/g以下であることが好ましい。BET比表面積が0.5m/g以上5m/g以下の範囲である場合には、バインダを過剰に使用する必要がなく、また電解液との接触面積も確保できる。BET比表面積をこの範囲とした場合には、リチウムイオンがスムーズに挿入脱離され、電池の反応抵抗を小さくすることができ、高容量とし、高速充電をすることができる。また、電極の強度は、電極活物質のBET比表面積を調整することにより、所望の強度とすることができる。BET比表面積は、単位質量あたりのガスの吸着離脱量を測定する一般的な手法によって測定することができる。 The BET specific surface area is preferably 0.5 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less. When the BET specific surface area is in the range of 0.5 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less, it is not necessary to use an excessive amount of binder, and a contact area with the electrolytic solution can be ensured. When the BET specific surface area is within this range, lithium ions can be smoothly inserted and desorbed, the reaction resistance of the battery can be reduced, the capacity can be increased, and high-speed charging can be performed. The strength of the electrode can be set to a desired strength by adjusting the BET specific surface area of the electrode active material. The BET specific surface area can be measured by a general method for measuring the amount of adsorption / desorption of gas per unit mass.

六方晶黒鉛としての面間隔d(002)は、0.341nm以上0.346nm以下であることが好ましい。面間隔d(002)が0.341nm以上0.346nm以下である場合には、大電流充放電を実現することができる。面間隔d(002)が0.342nm以上0.3455nm以下の範囲であればより好ましい。面間隔d(002)が0.342nm以上0.3455nm以下である場合には、エネルギー密度を高くすることができる。面間隔d(002)が0.343nm以上0.345nm以下の範囲であれば更に好ましい。面間隔d(002)が0.343nm以上0.345nm以下である場合には、放電容量と初期効率とのバランスを取ることができる。   The interplanar spacing d (002) as hexagonal graphite is preferably 0.341 nm or more and 0.346 nm or less. When the inter-surface distance d (002) is 0.341 nm or more and 0.346 nm or less, large current charge / discharge can be realized. More preferably, the interplanar spacing d (002) is in the range of 0.342 nm to 0.3455 nm. When the interplanar spacing d (002) is 0.342 nm or more and 0.3455 nm or less, the energy density can be increased. More preferably, the interplanar spacing d (002) is in the range of 0.343 nm to 0.345 nm. When the interplanar spacing d (002) is 0.343 nm or more and 0.345 nm or less, the discharge capacity and the initial efficiency can be balanced.

面間隔d(002)は、広角X線回折法で測定することができる。面間隔d(002)は、X線(CuKα線)を試料に照射し、回折線をゴニオメータにより測定して得た回折プロファイルより回折角2θ=24〜26°付近に現れる炭素002面に対応した回折ピークより、ブラッグの式を用いて算出することができる。   The surface interval d (002) can be measured by a wide angle X-ray diffraction method. The interplanar spacing d (002) corresponds to the carbon 002 plane that appears near the diffraction angle 2θ = 24 to 26 ° from the diffraction profile obtained by irradiating the sample with X-rays (CuKα rays) and measuring the diffraction lines with a goniometer. It can be calculated from the diffraction peak using the Bragg equation.

六方晶黒鉛としてのc軸方向の結晶子サイズLc(002)は、1nm以上10nm以下であることが好ましい。結晶子サイズLc(002)が1nm以上10nm以下である場合には、優れた大電流充放電特性を実現することができる。結晶子サイズLc(002)が2nm以上7nm以下であればより好ましい。結晶子サイズLc(002)が2nm以上7nm以下である場合には、エネルギー密度をより高くすることができる。結晶子サイズLc(002)が3nm以上5nm以下であれば更に好ましい。結晶子サイズLc(002)が3nm以上5nm以下であると、初期効率と放電容量のバランスを取ることができる。   The crystallite size Lc (002) in the c-axis direction as the hexagonal graphite is preferably 1 nm or more and 10 nm or less. When the crystallite size Lc (002) is 1 nm or more and 10 nm or less, excellent large current charge / discharge characteristics can be realized. The crystallite size Lc (002) is more preferably 2 nm or more and 7 nm or less. When the crystallite size Lc (002) is 2 nm or more and 7 nm or less, the energy density can be further increased. More preferably, the crystallite size Lc (002) is 3 nm or more and 5 nm or less. When the crystallite size Lc (002) is 3 nm or more and 5 nm or less, it is possible to balance the initial efficiency and the discharge capacity.

結晶子サイズLc(002)は、広角X線回折法で測定することができる。結晶子サイズLc(002)は、X線(CuKα線)を試料に照射し、回折線をゴニオメータにより測定して得た回折プロファイルより回折角2θ=24〜26°付近に現れる炭素(002)面に対応した回折ピークより、シェラーの式を用いて算出することができる。   The crystallite size Lc (002) can be measured by a wide angle X-ray diffraction method. The crystallite size Lc (002) is a carbon (002) plane that appears at a diffraction angle 2θ = 24 to 26 ° from a diffraction profile obtained by irradiating a sample with X-rays (CuKα rays) and measuring diffraction lines with a goniometer. Can be calculated using the Scherrer equation.

面間隔d(002)及び結晶子サイズLc(002)の調整は、例えば、原料のコークスを焼成する際の温度(950℃〜1500℃)を適宜調整することにより、上述の範囲に調整することができる。   The adjustment of the interplanar spacing d (002) and the crystallite size Lc (002) is adjusted to the above-mentioned range by appropriately adjusting the temperature (950 ° C. to 1500 ° C.) at the time of firing the raw coke, for example. Can do.

真密度は、1.9g/cm以上2.17g/cm以下の範囲であることが好ましい。真密度が1.9g/cm以上2.17g/cm以下である場合には、電極の体積当たりのエネルギー密度を高くすることができる。真密度が1.95g/cm以上2.17g/cm以下であればより好ましい。真密度が1.95g/cm以上2.17g/cm以下である場合には、電極活物質内に吸蔵されたリチウムイオンが放電時に脱離されないで残留する割合が少なくなる。真密度が2g/cm以上2.15g/cm以下であれば更に好ましい。真密度が2g/cm以上2.15g/cm以下である場合には、大電流で充電を行える容量が急激に少なくなるといった問題を抑制することができる。 The true density is preferably in the range of 1.9 g / cm 3 or more and 2.17 g / cm 3 or less. When the true density is 1.9 g / cm 3 or more and 2.17 g / cm 3 or less, the energy density per volume of the electrode can be increased. The true density is more preferably 1.95 g / cm 3 or more and 2.17 g / cm 3 or less. When the true density is 1.95 g / cm 3 or more and 2.17 g / cm 3 or less, the proportion of lithium ions occluded in the electrode active material that remains without being desorbed during discharge decreases. More preferably, the true density is 2 g / cm 3 or more and 2.15 g / cm 3 or less. When the true density is 2 g / cm 3 or more and 2.15 g / cm 3 or less, it is possible to suppress a problem that the capacity that can be charged with a large current rapidly decreases.

真密度は、気相置換法により測定することができる。気相置換法は、一定温度に保たれた環境内で、一定の容積中に占めるヘリウムガスの体積から真密度を算出するものである。気相置換法の装置としては、例えばユアサアイオニクス製のウアレトラピクノメーター1000を使用することができる。   The true density can be measured by a gas phase substitution method. In the gas phase substitution method, the true density is calculated from the volume of helium gas in a constant volume in an environment maintained at a constant temperature. As an apparatus for the gas phase substitution method, for example, a Whale Trap pycnometer 1000 manufactured by Yuasa Ionics can be used.

以上のような電極活物質は、ソフトカーボンからなり、Da(60)が10μm以上5000μm以下であり、流れ組織とファインモザイク組織との面積比が40:60〜70:30の異方性組織であり、真密度が1.9g/cm以上2.17g/cm以下であり、六方晶黒鉛としてのc軸方向の結晶子サイズが1nm以上10nm以下であることにより、電池の放電容量、大電流充放電特性及び初期効率を向上させることができ、更にこれらのバランスを良くすることができる。したがって、電極活物質は、高速充放電が可能であり、サイクル特性も向上させることができる。このような電極活物質は、従来の黒鉛材料に代わって負極活物質に用いることで、乾電池等だけではなく、電気自動車の電池に適用した場合であっても良好な電池特性を発揮させることができる。 The electrode active material as described above, consists of soft carbon, Da (60) is at 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 or less, the area ratio of the flow organization and fine mosaic organization 40: 60-70: 30 anisotropy The structure has a true density of not less than 1.9 g / cm 2 and not more than 2.17 g / cm 2 , and a crystallite size in the c-axis direction as hexagonal graphite is not less than 1 nm and not more than 10 nm. The large current charge / discharge characteristics and the initial efficiency can be improved, and the balance between these can be improved. Therefore, the electrode active material can be charged and discharged at high speed, and the cycle characteristics can be improved. By using such an electrode active material as a negative electrode active material instead of a conventional graphite material, it is possible to exhibit good battery characteristics even when applied to batteries of electric vehicles as well as dry batteries and the like. it can.

(2)電極活物質の製造方法
電極活物質の製造方法は、Da(60)が10μm以上5000μm以下を満たし、流れ組織とファインモザイク組織とで形成された異方性組織であり、流れ組織とファインモザイク組織との面積比が40:60〜70:30であり、真密度が1.9g/cm以上2.17g/cm以下となり、六方晶黒鉛としてのc軸方向の結晶子サイズが1nm以上10nm以下となれば特に限定されないが、以下に説明する製造方法は効率良く製造することができる。
Method for manufacturing method the electrode active material (2) electrode active material, Da (60) satisfies 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 or less, are anisotropic tissue formed in the flow structure and fine mosaic structure, flow The area ratio of the structure to the fine mosaic structure is 40:60 to 70:30, the true density is 1.9 g / cm 2 or more and 2.17 g / cm 2 or less, and crystallites in the c-axis direction as hexagonal graphite Although it will not specifically limit if size becomes 1 nm or more and 10 nm or less, The manufacturing method demonstrated below can be manufactured efficiently.

電極活物質の製造方法は、コークスを焼成する焼成工程を有し、焼成工程前又は焼成工程後に、コークスを粉砕する粉砕工程、粉砕後のコークスを分級する分級工程を有する。更に、必要に応じて、電極活物質の比表面積を調整するために、コークスにピッチを混合して、コークスの表面にピッチをコーティングするコーティング工程やコークスを酸化処理する酸化工程を更に有していてもよい。   The method for producing an electrode active material includes a baking step of baking coke, and includes a pulverization step of pulverizing coke and a classification step of classifying coke after pulverization before or after the baking step. Furthermore, in order to adjust the specific surface area of the electrode active material, if necessary, it further has a coating step of mixing pitch with coke and coating the pitch on the surface of coke and an oxidation step of oxidizing coke. May be.

以下、各工程について説明する。
(粉砕工程)
粉砕工程では、上述した性状を有するコークス、例えば石油系コークス及び石炭系コークスのうち少なくとも1つを粉砕機により粉砕する。粉砕には、公知のジェットミル、ハンマーミル、ローラーミル、ピンミル、振動ミル等が用いることができる。粉砕は、コークスの平均粒径(D50)が5μm以上30μm以下となるように行う。
Hereinafter, each step will be described.
(Crushing process)
In the pulverization step, coke having the above-described properties, for example, at least one of petroleum coke and coal coke is pulverized by a pulverizer. For the pulverization, a known jet mill, hammer mill, roller mill, pin mill, vibration mill or the like can be used. The pulverization is performed so that the average particle size (D50) of the coke is 5 μm or more and 30 μm or less.

(分級工程)
分級工程は、気流分級や篩などを使用して粒度分布を調整する。
(Classification process)
In the classification step, the particle size distribution is adjusted by using airflow classification or a sieve.

粉砕、分級工程は、焼成工程後に粉砕を行うと電極活物質の比表面積を著しく大きくしてしまう可能性があるので、焼成工程前に行うことが好ましい。   The pulverization and classification steps are preferably performed before the calcination step because pulverization after the calcination step may significantly increase the specific surface area of the electrode active material.

(焼成工程)
焼成工程は、不活性雰囲気で上述した性状を有する石油系コークス及び石炭系コークス等のコークスを温度950℃以上1500℃以下で焼成する。焼成工程では、熱処理炉の中に酸素が大量に混在しているとコークスが酸化されてしまうので、不活性雰囲気下で熱処理を行うことで酸化を防ぐようにする。熱処理炉内を不活性雰囲気にするには、アルゴン等の不活性ガスを用いる。
(Baking process)
In the firing step, coke such as petroleum coke and coal coke having the above-described properties in an inert atmosphere is fired at a temperature of 950 ° C to 1500 ° C. In the firing step, coke is oxidized if a large amount of oxygen is mixed in the heat treatment furnace, so that the heat treatment is performed in an inert atmosphere to prevent oxidation. An inert gas such as argon is used to create an inert atmosphere in the heat treatment furnace.

焼成工程では、比較的低温の950℃以上1500℃以下で上述した性状を有するコークスを焼成することで、上述した性状を有するソフトカーボンにすることができる。得られたソフトカーボンは、Da(60)が10μm以上5000μm以下であり、流れ組織とファインモザイク組織とで形成された異方性組織であり、流れ組織とファインモザイク組織の面積比が40:60〜70:30である。更に、ソフトカーボンは、ARb(60)が1.5以上6以下である。即ち、ソフトカーボンは、原料のコークスが有するDa(60)、流れ組織とファインモザイク組織の面積比が40:60〜70:30の異方性組織、更にはARb(60)も含めて、コークスとほぼ同じになる。 In the firing step, the coke having the above-described properties is fired at a relatively low temperature of 950 ° C. or more and 1500 ° C. or less, whereby soft carbon having the properties described above can be obtained. The resulting soft carbon, Da (60) is at 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 or less, are anisotropic tissue formed in the flow structure and fine mosaic structure, the area ratio of the flow organization and fine mosaic organization 40 : 60-70: 30. Further, the soft carbon has an ARb (60) of 1.5 or more and 6 or less. That is, soft carbon includes coke, including Da (60) contained in the raw material coke, an anisotropic structure having an area ratio of flow structure to fine mosaic structure of 40:60 to 70:30, and ARb (60). Is almost the same.

図1に焼成前のコークスの偏光顕微鏡写真を示し、図2に、図1に示すコークスを1300℃で焼成して得られたソフトカーボンの偏光顕微鏡写真を示す。なお、図1及び図2の写真において灰色の部分は光学組織であり、黒色の部分は樹脂である。図1及び図2に示すように、焼成前後でほぼ同じ光学組織であることがわかる。なお、図1及び図2の顕微鏡写真は、上述したコークスの偏光顕微鏡による観察及び解析方法と同様の方法で撮影した。   FIG. 1 shows a polarizing microscope photograph of coke before firing, and FIG. 2 shows a polarizing microscope photograph of soft carbon obtained by firing the coke shown in FIG. 1 at 1300 ° C. In the photographs of FIGS. 1 and 2, the gray portion is the optical structure, and the black portion is the resin. As shown in FIGS. 1 and 2, it can be seen that the optical structures are almost the same before and after firing. The micrographs of FIGS. 1 and 2 were taken by the same method as the above-described observation and analysis method of coke with a polarizing microscope.

焼成温度が950℃以上1500℃以下である場合には、高い放電容量が得られ、初期効率と放電容量のバランスを良くすることができる。また、この温度範囲で焼成することで、真密度が1.9g/cm以上2.17g/cm以下の電極活物質が得られる。また、焼成温度は、1000℃以上1400℃以下であればより好ましい。焼成温度が1000℃以上1400℃以下である場合には、より高い放電容量を得ることができる。1100℃以上1300℃以下であれば更に好ましい。焼成温度が1100℃以上1300℃以下である場合には、初期効率と放電容量のバランスをより良くすることができる。 When the firing temperature is 950 ° C. or more and 1500 ° C. or less, a high discharge capacity can be obtained, and the balance between the initial efficiency and the discharge capacity can be improved. Moreover, by firing within this temperature range, an electrode active material having a true density of 1.9 g / cm 2 or more and 2.17 g / cm 2 or less can be obtained. The firing temperature is more preferably 1000 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower. When the firing temperature is 1000 ° C. or higher and 1400 ° C. or lower, a higher discharge capacity can be obtained. More preferably, it is 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower. When the firing temperature is 1100 ° C. or higher and 1300 ° C. or lower, the balance between the initial efficiency and the discharge capacity can be improved.

(コーティング工程)
コーティング工程は、例えば石油系コークス及び石炭系コークス等のコークスを粉砕し、分級した後であって、焼成工程の前、又は焼成後、粉砕、分級した後に行う。コーティング工程では、例えば電極活物質のBET比表面積を下げるために、平均粒度が0.01μm以上25μm以下の石油系又は石炭系ピッチを、粉砕、分級したコークスと混合し、900℃以上1500℃以下の窒素雰囲気下で3時間熱処理を行う。ピッチの添加量は、コークス及び石油系又は石炭系ピッチを合わせた全質量の0.5%以上15%以下であることが好ましい。ピッチの添加量が0.5%以上15%以下である場合には、高い初期効率を得ることができる。また、ピッチの添加量は、全質量の0.5%以上10%以下であればより好ましい。ピッチの添加量が0.5%以上10%以下である場合には、コークスの凝集を抑制することができる。また、ピッチの添加量は、全質量の0.5%以上5%以下であれば更に好ましい。ピッチの添加量が0.5%以上5%以下である場合には、初期効率と大電流充放電特性のバランスをより良くすることができる。
(Coating process)
The coating step is performed, for example, after pulverizing and classifying coke such as petroleum-based coke and coal-based coke before calcination and after pulverization and classification. In the coating process, for example, in order to reduce the BET specific surface area of the electrode active material, petroleum-based or coal-based pitch having an average particle size of 0.01 μm or more and 25 μm or less is mixed with pulverized and classified coke, and 900 ° C. or more and 1500 ° C. or less. Heat treatment is performed for 3 hours in a nitrogen atmosphere. The addition amount of the pitch is preferably 0.5% or more and 15% or less of the total mass of the coke and the petroleum-based or coal-based pitch. When the added amount of pitch is 0.5% or more and 15% or less, high initial efficiency can be obtained. Moreover, the addition amount of pitch is more preferably 0.5% or more and 10% or less of the total mass. When the added amount of pitch is 0.5% or more and 10% or less, coke aggregation can be suppressed. Further, the addition amount of the pitch is more preferably 0.5% or more and 5% or less of the total mass. When the added amount of pitch is 0.5% or more and 5% or less, the balance between the initial efficiency and the large current charge / discharge characteristics can be improved.

(酸化工程)
酸化工程では、粉砕、分級後に焼成されたコークス、又は焼成後に粉砕、分級されたコークスを300℃以上1100℃以下の酸化性雰囲気にて酸化する。酸化性雰囲気とは、酸素など酸化性ガスが含有されていればよく、空気であってもよい。酸化工程では、例えば電極活物質の比表面積を上げるために、酸化性雰囲気下で、1時間酸化処理を行う。酸化温度は、300℃以上1100℃以下である。酸化温度が300℃以上1100℃以下の範囲である場合には、電極活物質の比表面積を向上させることができ、コークスが酸化し過ぎることを抑制することができる。また、酸化温度が500℃以上1000℃以下であればより好ましい。酸化温度が500℃以上1000℃以下の範囲である場合には、高い初期効率を保持することができる。酸化温度が700℃以上900℃以下であれば更に好ましい。酸化温度が700℃以上900℃以下の範囲である場合には、初期効率と大電流充放電特性のバランスをより良くすることができる。
(Oxidation process)
In the oxidation step, coke baked after pulverization and classification, or coke pulverized and classified after calcination is oxidized in an oxidizing atmosphere of 300 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. The oxidizing atmosphere only needs to contain an oxidizing gas such as oxygen, and may be air. In the oxidation step, for example, in order to increase the specific surface area of the electrode active material, an oxidation treatment is performed for 1 hour in an oxidizing atmosphere. The oxidation temperature is 300 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower. When the oxidation temperature is in the range of 300 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower, the specific surface area of the electrode active material can be improved, and the coke can be prevented from being excessively oxidized. Moreover, it is more preferable if oxidation temperature is 500 degreeC or more and 1000 degrees C or less. When the oxidation temperature is in the range of 500 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, high initial efficiency can be maintained. More preferably, the oxidation temperature is 700 ° C. or higher and 900 ° C. or lower. When the oxidation temperature is in the range of 700 ° C. to 900 ° C., the balance between the initial efficiency and the large current charge / discharge characteristics can be improved.

以上のような電極活物質の製造方法では、粉砕、分級前又は粉砕、分級後のコークスを950℃以上1500℃以下で焼成することにより、ソフトカーボンからなる電極活物質を得ることができる。電極活物質の製造方法では、Da(60)が10μm以上5000μm以下であり、流れ組織とファインモザイク組織とで形成された異方性組織であり、流れ組織とファインモザイク組織との面積比が40:60〜70:30であるコークスを原料に用いることで、得られたソフトカーボンにおいても同様な光学組織のものが得られ、高い放電容量、大電流充放電特性及び初期効率を得ることができ、更にこれらのバランスを良い電極活物質を製造することができる。したがって、この電極活物質の製造方法では、高速充放電が可能であり、高いサイクル特性を有し、電気自動車等の電池に適用できる電極活物質を得ることができる。 In the method for producing an electrode active material as described above, an electrode active material made of soft carbon can be obtained by calcining the coke before or after pulverization, classification, or after classification at 950 ° C. or more and 1500 ° C. or less. In the manufacturing method of the electrode active material, Da (60) is at 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 or less, a formed in the flow structure and fine mosaic structure anisotropic structure, the area ratio of the flow organization and fine mosaic structure By using coke with 40:60 to 70:30 as a raw material, the obtained soft carbon can be obtained with the same optical structure, and high discharge capacity, large current charge / discharge characteristics and initial efficiency can be obtained. In addition, it is possible to produce an electrode active material having a good balance between these. Therefore, in this method for producing an electrode active material, an electrode active material that can be charged and discharged at high speed, has high cycle characteristics, and can be applied to a battery such as an electric vehicle can be obtained.

[3.電極材料]
電極材料は、上述の電極活物質を含むものである。その電極材料を、特に負極の負極活物質に用いた場合には、高い放電容量、大電流充放電特性及び初期効率を得ることができ、サイクル特性を向上させることができる。
[3. Electrode material]
The electrode material includes the above-described electrode active material. When the electrode material is used particularly as a negative electrode active material for a negative electrode, high discharge capacity, large current charge / discharge characteristics and initial efficiency can be obtained, and cycle characteristics can be improved.

電極材料は、例えば、上述の負極活物質を含みリチウム系電池の負極を形成する電極材料として用いることができる。   The electrode material can be used, for example, as an electrode material that includes the above-described negative electrode active material and forms the negative electrode of a lithium-based battery.

電極材料には、電極活物質の他に、より大電流充放電特性に優れたリチウム系電池を得るために、更に導電助剤を含有させてもよい。導電助剤としては、アセチレンブラック、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、人造黒鉛微粉、炭素繊維等の公知の炭素系材料を使用することができる。   In addition to the electrode active material, the electrode material may further contain a conductive auxiliary agent in order to obtain a lithium-based battery excellent in large current charge / discharge characteristics. As the conductive assistant, known carbon-based materials such as acetylene black, furnace black, ketjen black, artificial graphite fine powder, and carbon fiber can be used.

導電助剤の含有量は、電極材料全体に対して0.5質量%以上20質量%以下であることが好ましく、0.5質量%以上10質量%以下であることがより好ましい。負極材料に導電助剤を添加する場合には、導電助剤の含有量を0.5質量%以上とすれば、負極の導電性を維持する効果が良好に発揮され、サイクル寿命などの電極特性の低下を抑制することができる。20質量%以下であれば、負極の電流密度の低下や負極作製時における負極形成用塗工液の塗工性の低下などを抑制することができる。   The content of the conductive auxiliary agent is preferably 0.5% by mass or more and 20% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or more and 10% by mass or less with respect to the entire electrode material. In the case of adding a conductive additive to the negative electrode material, if the conductive auxiliary agent content is 0.5% by mass or more, the effect of maintaining the negative electrode conductivity can be satisfactorily exhibited, and electrode characteristics such as cycle life can be obtained. Can be suppressed. If it is 20 mass% or less, the fall of the current density of a negative electrode, the coating property of the coating liquid for negative electrode formation at the time of negative electrode preparation, etc. can be suppressed.

[4.電極用ペースト]
(1)電極用ペースト
電極用ペーストは、電極活物質を含む電極材料とバインダを含むものである。電極用ペーストは、電極材料とバインダとを混練することによって得られる。混錬には、リボンミキサー、スクリュー型ニーダー、スパルタンリューザー、レディゲミキサー、プラネタリーミキサー、万能ミキサー等、公知の混練装置が使用できる。電極用ペーストは、シート状、ペレット状等の形状に成形することができる。
[4. Electrode paste]
(1) Electrode paste The electrode paste contains an electrode material containing an electrode active material and a binder. The electrode paste is obtained by kneading an electrode material and a binder. For kneading, a known kneading apparatus such as a ribbon mixer, a screw kneader, a Spartan rewinder, a ladyge mixer, a planetary mixer, a universal mixer, or the like can be used. The electrode paste can be formed into a sheet shape, a pellet shape, or the like.

バインダとしては、特に制限はなく、リチウム系電池の負極に用いられるバインダとして従来公知の材料から適宜選択して用いることができる。バインダとしては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−テトラフルオロエチレン共重合体などのフッ素含有高分子重合体、スチレン−ブタジエン共重合ゴム(SBR)などを挙げることができる。   There is no restriction | limiting in particular as a binder, It can select from a conventionally well-known material suitably as a binder used for the negative electrode of a lithium battery. Examples of the binder include fluorine-containing polymers such as polyvinylidene fluoride (PVDF), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene copolymer, and vinylidene fluoride-tetrafluoroethylene copolymer. Examples thereof include molecular polymers and styrene-butadiene copolymer rubber (SBR).

バインダの含有量は、バインダの種類等により適宜決定する。例えばPVDFを用いる場合には、導電性を良好に保持し、バインダとしての機能を充分に発揮し得る観点から、負極活物質、即ち電極材料100質量部に対して0.5質量部以上20質量部以下の範囲が好ましく、1質量部以上10質量部以下の範囲がより好ましい。SBRを用いる場合には、導電性を良好に保持し、バインダとしての機能を充分に発揮し得る観点から、電極材料100質量部に対して、0.5質量以上5質量部以下の範囲が好ましく、0.5質量部以上3質量部以下の範囲がより好ましい。   The binder content is appropriately determined depending on the type of binder. For example, in the case of using PVDF, from the viewpoint of maintaining good conductivity and sufficiently exhibiting the function as a binder, the negative electrode active material, that is, 0.5 part by mass or more and 20 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrode material. The range of 1 part by mass or less is preferable, and the range of 1 part by mass or more and 10 parts by mass or less is more preferable. When SBR is used, the range of 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrode material is preferable from the viewpoint of maintaining good conductivity and sufficiently exhibiting the function as a binder. A range of 0.5 parts by mass or more and 3 parts by mass or less is more preferable.

(2)電極用ペーストの製造方法
電極用ペーストは、電極活物質又は電極活物質と導電助剤との混合物及びバインダを含有する溶液又は分散液と、必要に応じた溶媒とを混練して得られる。電極用ペーストは、電極を形成する際の電極形成用塗工液となる。
(2) Method for Producing Electrode Paste Electrode paste is obtained by kneading an electrode active material or a solution or dispersion containing a binder and a binder and a solvent as necessary. It is done. The electrode paste serves as an electrode-forming coating solution when forming an electrode.

溶液や分散液の調製に用いられる溶媒、分散媒としては、特に制限はなく、従来リチウム系電池における電極の形成に使用されている溶媒の中から、一種又は二種以上選択することができる。溶媒としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン(NMP)、メチルエチルケトン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、テトラヒドロフランなどを挙げることができる。特に、バインダとしてポリフッ化ビニリデン(PVDF)を用いる場合には、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドンを用いることが好ましい。   There is no restriction | limiting in particular as a solvent used for preparation of a solution or a dispersion liquid, and a dispersion medium, From the solvent conventionally used for formation of the electrode in a lithium battery, 1 type, or 2 or more types can be selected. Examples of the solvent include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), methyl ethyl ketone, dimethylformamide, dimethylacetamide, N, N-dimethylaminopropylamine, tetrahydrofuran and the like. In particular, when polyvinylidene fluoride (PVDF) is used as the binder, it is preferable to use N-methyl-2-pyrrolidone as the solvent.

また、電極用ペーストには、溶媒、分散剤の他に、流動性を付与するために更に溶媒を添加してもよい。流動性を付与するための溶媒には、上述の溶媒と同じものを使用することができ、その他に水も使用することができる。   In addition to the solvent and the dispersant, a solvent may be further added to the electrode paste in order to impart fluidity. As the solvent for imparting fluidity, the same solvents as those described above can be used, and water can also be used.

一方、バインダとしてSBRを用いる場合には、溶媒としてN−メチル−2−ピロリドン又は水を用いて、SBRを含有する溶液を調製することができる。溶媒として水を用いる場合には、得られるスラリーに粘性を付与するために、SBRの水性分散液を混練機に投入する前に、増粘剤水溶液を混練機に投入しておく。増粘剤水溶液には、予め電極材料を混合しておくことが好ましい。   On the other hand, when SBR is used as a binder, a solution containing SBR can be prepared using N-methyl-2-pyrrolidone or water as a solvent. When water is used as a solvent, in order to impart viscosity to the resulting slurry, an aqueous thickener solution is introduced into the kneader before the aqueous SBR dispersion is introduced into the kneader. It is preferable to mix an electrode material in advance with the thickener aqueous solution.

増粘剤としては、例えばポリエチレングリコール類、セルロース類、ポリアクリルアミド類、ポリN−ビニルアミド類、ポリN−ビニルピロリドン類等を用いることができる。これらの中でも、ポリエチレングリコール類、カルボキシメチルセルロース(CMC)等のセルロース類等が好ましく、特にスチレンブタジエン(SBR)に親和性の高いカルボキシメチルセルロース(CMC)が好ましい。CMCには、ナトリウム塩タイプとアンモニウム塩タイプがあるが、いずれも用いることができる。   As the thickener, for example, polyethylene glycols, celluloses, polyacrylamides, poly N-vinyl amides, poly N-vinyl pyrrolidones and the like can be used. Among these, polyethylene glycols and celluloses such as carboxymethyl cellulose (CMC) are preferable, and carboxymethyl cellulose (CMC) having a high affinity for styrene butadiene (SBR) is particularly preferable. There are sodium salt type and ammonium salt type in CMC, and any of them can be used.

混練機は、特に制限はなく、例えば、プラネタリーミキサー、脱泡ニーダー、ボールミル、ペイントシェーカー、振動ミアレ、レディゲミキサーなどが挙げられる。   The kneading machine is not particularly limited, and examples thereof include a planetary mixer, a defoaming kneader, a ball mill, a paint shaker, a vibration shear, and a Redige mixer.

例えば、N−メチル−2−ピロリドンを溶媒とするPVDF溶液又はSBR溶液を用いる場合には、混練機で、電極活物質又は電極活物質及び導電助剤の混合物と、PVDF溶液又はSBR溶液と、場合によっては更なる溶媒として好ましくはNMPとを混練して、得られたスラリーからなる負極形成用塗工液を調製する。   For example, when using a PVDF solution or an SBR solution containing N-methyl-2-pyrrolidone as a solvent, an electrode active material or a mixture of an electrode active material and a conductive assistant, a PVDF solution or an SBR solution, In some cases, NMP is preferably kneaded as a further solvent to prepare a negative electrode-forming coating solution comprising the resulting slurry.

水を溶媒とするSBR水性分散液を用いる場合には、混練機で、まず電極活物質又は電極活物質及び導電助剤の混合物と、増粘剤の水溶液とを混合して混合水溶液を作製する。次に、混練機では、混合水溶液と、SBR水性分散液と、場合によっては更なる溶媒の水とを混練して、スラリーからなる負極形成用塗工液を調製する。   When an aqueous SBR dispersion using water as a solvent is used, a mixed aqueous solution is prepared by first mixing an electrode active material or a mixture of an electrode active material and a conductive additive with an aqueous solution of a thickener in a kneader. . Next, in the kneader, the mixed aqueous solution, the SBR aqueous dispersion, and, in some cases, further solvent water are kneaded to prepare a negative electrode-forming coating solution comprising a slurry.

混練機に投入する溶媒の量は、得られる負極形成用塗工液が集電体に塗布するのに適した粘度、例えば23℃で、好ましくは1,000mPa・s以上10,000mPa・s以下、より好ましくは2,000mPa・s以上5,000mPa・s以下になるように選定することが好ましい。   The amount of the solvent charged into the kneader is a viscosity suitable for applying the obtained negative electrode forming coating solution to the current collector, for example, 23 ° C., preferably 1,000 mPa · s or more and 10,000 mPa · s or less. More preferably, it is preferably selected so as to be 2,000 mPa · s or more and 5,000 mPa · s or less.

[5.電極]
電極は、電極用ペーストの成形体からなり、例えばリチウム系電池の負極である。電極は、例えば電極用ペーストを集電体上に塗布し、乾燥し、加圧成形することによって得られる。
[5. electrode]
An electrode consists of a molded object of electrode paste, for example, a negative electrode of a lithium battery. The electrode is obtained, for example, by applying an electrode paste on a current collector, drying, and pressure forming.

集電体としては、例えばアルミニウム、ニッケル、銅、ステンレス等の箔、メッシュなどが挙げられる。電極用ペーストの塗布厚は、通常50μm以上200μm以下である。塗布厚が厚過ぎる場合には、規格化された電池容器に電極を収容できなくなることがある。電極用ペーストの塗布方法は、特に制限されず、例えばドクターブレードやバーコータ法等である。   Examples of the current collector include foils such as aluminum, nickel, copper, and stainless steel, and meshes. The coating thickness of the electrode paste is usually 50 μm or more and 200 μm or less. If the coating thickness is too thick, the electrode may not be accommodated in a standardized battery container. The method for applying the electrode paste is not particularly limited, and is, for example, a doctor blade or a bar coater method.

加圧成形法としては、ロール加圧、プレス加圧等の成形法を挙げることができる。圧力は1t/cm以上3t/cm以下程度が好ましい。電池では、電極の電極密度が高くなるほど体積あたりの電池容量が通常大きくなる。しかしながら、電極密度を高くし過ぎた場合には、サイクル特性が通常低下する。上述した電極活物質を含む電極用ペーストを用いた場合には、電極密度を高くしてもサイクル特性の低下が小さいので、高い電極密度の電極を得ることができる。したがって、本発明を適用した電極は、電極密度を高くすることができるため高容量であり、かつサイクル特性に優れたものとなる。 Examples of the pressure molding method include molding methods such as roll pressing and press pressing. The pressure is preferably about 1 t / cm 2 or more and 3 t / cm 2 or less. In a battery, the battery capacity per volume usually increases as the electrode density of the electrode increases. However, when the electrode density is increased too much, the cycle characteristics usually deteriorate. When the electrode paste containing the electrode active material described above is used, even if the electrode density is increased, the deterioration of the cycle characteristics is small, so that an electrode having a high electrode density can be obtained. Therefore, the electrode to which the present invention is applied has a high capacity because the electrode density can be increased, and has excellent cycle characteristics.

上述した電極活物質を含有する電極用ペーストを用いた場合、電極の電極密度の最大値は、通常1.3〜1.5g/cmとなる。具体的に、電極密度は、1g/cm以上1.5g/cm以下の範囲であることが好ましい。電極密度が1g/cm以上1.5g/cm以下の範囲である場合には、優れた大電流充放電特性を得ることができる。電極密度は、1.1g/cm以上1.4g/cm以下の範囲であればより好ましい。電極密度が1.1g/cm以上1.4g/cm以下の範囲である場合には、エネルギー密度を高くすることができる。電極密度は、1.2g/cm以上1.3g/cm以下の範囲であれば更に好ましい。電極密度が1.2g/cm以上1.3g/cm以下の範囲である場合には、優れたサイクル特性を得ることができる。この電極は、電池の負極、特にリチウム系二次電池の負極に好適である。 When the electrode paste containing the electrode active material described above is used, the maximum value of the electrode density of the electrode is usually 1.3 to 1.5 g / cm 3 . Specifically, the electrode density is preferably in the range of 1 g / cm 3 to 1.5 g / cm 3 . When the electrode density is in the range of 1 g / cm 3 to 1.5 g / cm 3 , excellent large current charge / discharge characteristics can be obtained. The electrode density is more preferably in the range of 1.1 g / cm 3 or more and 1.4 g / cm 3 or less. When the electrode density is in the range of 1.1 g / cm 3 or more and 1.4 g / cm 3 or less, the energy density can be increased. The electrode density is more preferably in the range of 1.2 g / cm 3 or more and 1.3 g / cm 3 or less. When the electrode density is in the range of 1.2 g / cm 3 or more and 1.3 g / cm 3 or less, excellent cycle characteristics can be obtained. This electrode is suitable for a negative electrode of a battery, particularly a negative electrode of a lithium secondary battery.

以上のような構成から電極は、上述した特定の性状を有する電極活物質を含有しているため、電池の放電容量、大電流充放電特性及び初期効率を向上させることができ、更にこれらのバランスを良くすることができる。更に、電極は、エネルギー密度が高く、高速充放電が可能であり、サイクル特性も向上させることができる。したがって、電極は、従来の黒鉛材料を使用した負極に代わって用いることで、乾電池等だけではなく、電気自動車の電池に適用した場合であっても良好な電池特性を発揮させることができる。   Since the electrode contains the electrode active material having the specific properties described above, the discharge capacity, the large current charge / discharge characteristics and the initial efficiency of the battery can be improved, and the balance between them can be achieved. Can be improved. Further, the electrode has a high energy density, can be charged / discharged at high speed, and can improve cycle characteristics. Therefore, by using the electrode in place of the negative electrode using a conventional graphite material, it is possible to exhibit good battery characteristics even when applied to a battery of an electric vehicle as well as a dry battery or the like.

(電極の製造方法)
電極は、電極形成用塗工液を集電体に塗布し、乾燥後、加圧成形することにより得られる。
(Method for manufacturing electrode)
The electrode is obtained by applying an electrode-forming coating solution to a current collector, drying, and then pressure-molding.

集電体としては、例えばアルミニウム、ニッケル、チタン及びそれらの合金、ステンレス鋼、白金、カーボンシートなど、従来公知の材料を使用することができる。集電体上に電極形成用塗工液を塗布する方法には、特に制限はなく、従来公知の方法、例えばドクターブレードやバーコータなどを用いて塗布する方法を採用することができる。このように塗布して得られた電極用シートは、公知の方法で乾燥後、ロールプレス、加圧プレスなどの公知の方法により、所望の厚み、密度になるように成形することにより電極が得られる。   As the current collector, conventionally known materials such as aluminum, nickel, titanium and alloys thereof, stainless steel, platinum, and carbon sheets can be used. The method for applying the electrode-forming coating solution onto the current collector is not particularly limited, and a conventionally known method such as a method using a doctor blade or a bar coater can be employed. The electrode sheet obtained by coating in this manner is dried by a known method, and then formed into a desired thickness and density by a known method such as a roll press or a pressure press to obtain an electrode. It is done.

[6.電池]
電池としては、例えば上述した電極活物質、好ましくは負極活物質を含む負極を備える一次電池又は二次電池である。例えば、リチウム系電池であり、リチウムイオン二次電池やリチウムポリマ電池である。
[6. battery]
The battery is, for example, a primary battery or a secondary battery provided with the above-described electrode active material, preferably a negative electrode containing a negative electrode active material. For example, it is a lithium battery, and is a lithium ion secondary battery or a lithium polymer battery.

(1)電池、二次電池
本発明を適用した電池としては、リチウムイオン二次電池を例に挙げて説明する。リチウムイオン二次電池は、正極と負極とが電解液の中に浸漬された構造を有する。
(1) Battery, Secondary Battery As a battery to which the present invention is applied, a lithium ion secondary battery will be described as an example. A lithium ion secondary battery has a structure in which a positive electrode and a negative electrode are immersed in an electrolytic solution.

(負極)
負極には、上述した負極活物質を含む負極を用いる。
(Negative electrode)
The negative electrode containing the negative electrode active material described above is used as the negative electrode.

(正極)
正極には、正極活物質として、公知の物質を使用することが可能である。例えば、リチウム含有遷移金属酸化物が使用可能であり、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Mo及びWから選ばれる少なくとも1種の遷移金属元素とリチウムとを主として含有する酸化物が好ましく、リチウムに対する遷移金属元素のモル比が0.3〜2.2の化合物が好ましい。
(Positive electrode)
A known material can be used for the positive electrode as the positive electrode active material. For example, a lithium-containing transition metal oxide can be used, and an oxide mainly containing at least one transition metal element selected from Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo, and W and lithium. A compound having a molar ratio of transition metal element to lithium of 0.3 to 2.2 is preferable.

また、一般式Liで表されるかんらん石型リチウム金属リン酸塩(0<x<2,0<y<1.5,0.9<z<1.1、Mは、Mg、Ca,Fe,Mn,Ni,Co,Zn,Ge,Cu,Cr,Ti,Sr,Ba,Sc,Y,Al,Ga,In,Si,Bまたは希土類元素のうちの1種または2種以上)を使用することも可能である。 Moreover, the general formula Li x M y P z O 4 olivine lithium metal phosphate represented by (0 <x <2,0 <y <1.5,0.9 <z <1.1, M is one of Mg, Ca, Fe, Mn, Ni, Co, Zn, Ge, Cu, Cr, Ti, Sr, Ba, Sc, Y, Al, Ga, In, Si, B, or a rare earth element. Or two or more) can be used.

なお、正極活物質には、主として存在する遷移金属に対して30モル%未満の範囲でAl、Ga、In、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Si、P、Bなどを含有させてもよい。   Note that the positive electrode active material may contain Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Si, P, B, or the like in a range of less than 30 mol% with respect to the transition metal present. Good.

正極活物質の平均粒子サイズは、特に限定されないが、0.1μm以上50μm以下が好ましい。0.5μm以上30μm以下の粒子の体積が95%以上であることが好ましい。粒径3μm以下の粒子群の占める体積が全体積の18%以下であり、かつ15μm以上25μm以下の粒子群の占める体積が全体積の18%以下であることが更に好ましい。比表面積は、特に限定されないが、BET法で0.01m/g以上50m/g以下が好ましく、特に0.2m/g以上1.0m/g以下が好ましい。また、正極活物質5gを蒸留水100mlに溶かした時の上澄み液のpHとしては、7以上12以下が好ましい。 The average particle size of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less. The volume of particles of 0.5 μm or more and 30 μm or less is preferably 95% or more. More preferably, the volume occupied by a particle group having a particle size of 3 μm or less is 18% or less of the total volume, and the volume occupied by a particle group of 15 μm or more and 25 μm or less is 18% or less of the total volume. The specific surface area is not particularly limited, but is preferably 0.01 m 2 / g or more 50 m 2 / g or less by the BET method, and particularly preferably 0.2 m 2 / g or more 1.0 m 2 / g or less. Further, the pH of the supernatant when 5 g of the positive electrode active material is dissolved in 100 ml of distilled water is preferably 7 or more and 12 or less.

(非水電解液)
非水系電解液としては、非水系溶媒中に、溶質としてリチウム塩を含むものを用いることができる。リチウム塩としては、一般に知られているLiClO、LiBF、LiPF、LiAlCl、LiSbF、LiSCN、LiCl、LiCFSO、LiCFCO、LiN(CFSO等がある。これらのリチウム塩は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。リチウム塩の濃度は、0.1モル/L以上5.0モル/L以下が好ましく、0.5モル/L以上、3.0モル/L以下がより好ましい。
(Nonaqueous electrolyte)
As the non-aqueous electrolyte solution, a non-aqueous solvent containing a lithium salt as a solute can be used. Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCl, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , and LiN (CF 3 SO 2 ) 2. . These lithium salts may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. The concentration of the lithium salt is preferably from 0.1 mol / L to 5.0 mol / L, more preferably from 0.5 mol / L to 3.0 mol / L.

非水系溶媒としては、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、1,2−ジメトキシエタン等のエーテル;ホルムアミド、N−メチルホルムアミド、N,N−ジメチルホルムアミド、N−エチルホルムアミド、N,N−ジエチルホルムアミド、N−メチルアセトアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、N−エチルアセトアミド、N,N−ジエチルアセトアミド、N,N−ジメチルプロピオンアミド、ヘキサメチルホスホリルアミド等のアミド;ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄化合物;メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のジアルキルケトン;エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、2−メトキシ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;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート;γ−ブチロラクトン;N−メチルピロリドン;アセトニトリル、ニトロメタン等の有機溶媒の溶液が好ましい。   Non-aqueous solvents include diethyl ether, dibutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol phenyl ether, 1 Ether, such as 1,2-dimethoxyethane; formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-ethyl Acetamide, N, N-diethylacetamide, N, N-dimethylpropionamide, Amides such as oxamethyl phosphorylamide; sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide and sulfolane; dialkyl ketones such as methyl ethyl ketone and methyl isobutyl ketone; cyclic ethers such as ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran, 2-methoxytetrahydrofuran and 1,3-dioxolane; Carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate; γ-butyrolactone; N-methylpyrrolidone; solutions of organic solvents such as acetonitrile and nitromethane are preferred.

これらの中でもエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート及びビニレンカーボネートがより好ましい。これらの溶媒は、一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。   Among these, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate are more preferable. These solvents may be used alone or in a combination of two or more.

(高分子固体電解質)
高分子固体電解質は、マトリクスを形成する高分子化合物、リチウム塩及び必要に応じて可塑剤を含むものである。高分子化合物としては、ポリエチレンオキサイドやポリプロピレンオキサイドなどのポリアルキレンオキサイド誘導体及びその誘導体を含む重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリヘキサフルオロプロピレン、ポリカーボネート、リン酸エステル重合体、ポリアルキルアミン、ポリアクリロニトリル、ポリ(メタ)アクリル酸エステル、ポリフォスファゼン、ポリウレタン、ポリアミド、ポリエステル、ポリシロキサンなどの誘導体及びその誘導体を含む重合体等が挙げられる。
(Polymer solid electrolyte)
The polymer solid electrolyte contains a polymer compound that forms a matrix, a lithium salt, and, if necessary, a plasticizer. Examples of the polymer compound include polyalkylene oxide derivatives such as polyethylene oxide and polypropylene oxide and polymers containing the derivatives, polyvinylidene fluoride, polyhexafluoropropylene, polycarbonate, phosphate ester polymers, polyalkylamines, polyacrylonitrile, poly Derivatives such as (meth) acrylic acid esters, polyphosphazenes, polyurethanes, polyamides, polyesters, polysiloxanes, polymers containing the derivatives, and the like can be given.

ポリアルキレンオキシド、ポリウレタン、ポリカーボネート等のオキシアルキレン、ウレタン、カーボネート構造を分子内に含むものは、各種極性溶媒との相溶性が良好で、電気化学的安定性が良好であることから好ましい。また、安定性の面からポリフッ化ビニリデンやポリヘキサフルオロプロピレン等のフルオロカーボン基を分子内に有するものも好ましい。これらオキシアルキレン、ウレタン、カーボネート、フルオロカーボン基は、同一高分子中に含まれていても良い。これらの基の繰り返し数は、各々1〜1000の範囲であればよく、5〜100の範囲が好ましい。   Those having an oxyalkylene, urethane, or carbonate structure such as polyalkylene oxide, polyurethane, or polycarbonate in the molecule are preferable because they have good compatibility with various polar solvents and good electrochemical stability. From the viewpoint of stability, those having a fluorocarbon group such as polyvinylidene fluoride or polyhexafluoropropylene in the molecule are also preferred. These oxyalkylene, urethane, carbonate, and fluorocarbon groups may be contained in the same polymer. The repeating number of these groups should just be the range of 1-1000 respectively, and the range of 5-100 is preferable.

リチウム塩としては、非水系電解液に用いるリチウム塩と同じものを用いることができる。リチウム塩の含有量は、1モル/kg以上10モル/kg以下が好ましく、1モル/kg以上5モル/kg以下がより好ましい。また可塑剤としては、非水系電解液に用いる非水系溶媒を用いることができる。   As the lithium salt, the same lithium salt used for the non-aqueous electrolyte can be used. The content of the lithium salt is preferably 1 mol / kg or more and 10 mol / kg or less, and more preferably 1 mol / kg or more and 5 mol / kg or less. Moreover, as a plasticizer, the non-aqueous solvent used for a non-aqueous electrolyte solution can be used.

(2)電池の製造方法
リチウムイオン二次電池及びリチウムポリマ電池は、以下の代表的な製造方法により製造することができるが、これに限定されるものではない。
(2) Battery Manufacturing Method The lithium ion secondary battery and the lithium polymer battery can be manufactured by the following representative manufacturing methods, but are not limited thereto.

まず、従来公知の方法により、集電体上に正極活物質層が形成された正極シートを作製する。また、上述した負極活物質を含有する負極の作製方法により、集電体上に負極活物質層が形成された負極シートを作製する。   First, a positive electrode sheet having a positive electrode active material layer formed on a current collector is prepared by a conventionally known method. Moreover, the negative electrode sheet in which the negative electrode active material layer is formed on the current collector is manufactured by the above-described negative electrode manufacturing method including the negative electrode active material.

次に、作製した正極シート及び負極シートを所望の形状に加工し、組み合わせて、正極シート/セパレータ/負極シートとなるように積層し、正極と負極が触れないように電極体を作製する。そして、電極体をコイン型、角型、円筒型、シート型等の容器の中に収納する。電極を積層する際や電極体を収納する際に、電極やセパレータが水分や酸素を吸着した可能性がある場合は、このまま減圧及び/又は低露点(−50℃以下)の不活性雰囲気中で、再度乾燥した後、低露点の不活性雰囲気内に移す。   Next, the produced positive electrode sheet and negative electrode sheet are processed into a desired shape, combined and laminated to form a positive electrode sheet / separator / negative electrode sheet, and an electrode body is produced so that the positive electrode and the negative electrode do not touch each other. Then, the electrode body is housed in a coin type, square type, cylindrical type, sheet type container or the like. If there is a possibility that the electrode or separator has adsorbed moisture or oxygen when laminating the electrode or housing the electrode body, it remains in an inert atmosphere with reduced pressure and / or low dew point (-50 ° C or lower). After drying again, move to an inert atmosphere with a low dew point.

次に、非水系電解液又は高分子固体電解質を注入し、蓋を装着して容器を封印することにより、リチウムイオン二次電池又はリチウムポリマ電池を作製することができる。   Next, a lithium ion secondary battery or a lithium polymer battery can be produced by injecting a nonaqueous electrolytic solution or a polymer solid electrolyte, attaching a lid, and sealing the container.

セパレータとしては、公知のものを使用できるが、薄くて強度が高いという観点から、ポリエチレン製やポリプロピレン製で多孔性のマイクロポーラスフィルムが好ましい。多孔度は、イオン伝導という観点から高い方がよいが、高すぎると強度の低下や正極と負極の短絡の原因となる。したがって、多孔度は、通常、30%以上90%以下であり、好ましくは50%以上80%以下である。また、セパレータの厚みは、イオン伝導、電池容量という観点から薄い方がよいが、薄すぎると強度の低下や正極と負極の短絡の原因となる。したがって、通常、厚さは、5μm以上100μm以下、好ましくは5μm以上50μm以下である。マイクロポーラスフィルムは、二種以上の併用や不織布等の他のセパレータと併用することができる。   A well-known separator can be used as the separator, but a porous microporous film made of polyethylene or polypropylene is preferable from the viewpoint of being thin and having high strength. The porosity is preferably higher from the viewpoint of ionic conduction, but if it is too high, it causes a decrease in strength and a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, the porosity is usually 30% or more and 90% or less, preferably 50% or more and 80% or less. Further, the thickness of the separator is preferably thin from the viewpoint of ion conduction and battery capacity, but if it is too thin, it causes a decrease in strength and a short circuit between the positive electrode and the negative electrode. Therefore, the thickness is usually 5 μm or more and 100 μm or less, preferably 5 μm or more and 50 μm or less. The microporous film can be used in combination of two or more kinds or other separators such as a nonwoven fabric.

以上のようなリチウムイオン二次電池又はリチウムポリマ電池は、上述した特定の性状を有する電極活物質が電極に含有されているため、高い放電容量、大電流充放電特性及び初期効率を得ることができ、更にこれらのバランスが良いものである。更に、リチウムイオン二次電池又はリチウムポリマ電池は、エネルギー密度が高く、高速充放電が可能であり、サイクル特性にも優れている。したがって、リチウムイオン二次電池又はリチウムポリマ電池は、従来の黒鉛材料を使用した負極を用いた電池に代わって用いることで、乾電池等だけではなく、電気自動車の電池に適用した場合であっても良好な電池特性を発揮する。   The lithium ion secondary battery or lithium polymer battery as described above can obtain high discharge capacity, large current charge / discharge characteristics, and initial efficiency because the electrode active material having the above-mentioned specific properties is contained in the electrode. It is possible to further balance these. Furthermore, the lithium ion secondary battery or the lithium polymer battery has a high energy density, can be charged / discharged at high speed, and has excellent cycle characteristics. Therefore, a lithium ion secondary battery or a lithium polymer battery can be used in place of a battery using a negative electrode using a conventional graphite material and applied to a battery of an electric vehicle as well as a dry battery. Demonstrates good battery characteristics.

以上のようなリチウムイオン二次電池又はリチウムポリマ電池は、電子機器、工具、及び自動車等に用いることが可能である。例えば、携帯電話、PDA(Personal Digital Assistants)などのモバイル電子機器、電動工具、大型機械、ハイブリッド自動車(HEV:Hybrid Electric Vehicle)、電気自動車などの電源において好適に使用できる。また、風力発電機や太陽光発電機と組合せることで電力貯蔵用電池として使用することも可能である。   The lithium ion secondary battery or lithium polymer battery as described above can be used for electronic devices, tools, automobiles, and the like. For example, it can be suitably used in a power source of a mobile phone, a mobile electronic device such as a PDA (Personal Digital Assistants), an electric tool, a large machine, a hybrid electric vehicle (HEV), and an electric vehicle. Moreover, it can also be used as a battery for electric power storage by combining with a wind power generator or a solar power generator.

以下に、本発明の具体的な実施例について説明する。ただし、本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。   Specific examples of the present invention will be described below. However, the present invention is not limited to the following examples.

先ず、実施例及び比較例で使用した負極活物質の平均粒径、真密度、BET比表面積の評価方法、及び電池の評価方法について説明する。
[1]平均粒子径
平均粒子径(D50)は、レーザー回折散乱式粒度分布測定装置マイクロトランクHRA(日機装株式会社製)を用いて粒度分布を測定し、50%の値より求めた。
First, the evaluation methods of the average particle diameter, true density, BET specific surface area, and battery evaluation method of the negative electrode active materials used in Examples and Comparative Examples will be described.
[1] Average particle diameter The average particle diameter (D50) was determined from a value of 50% by measuring the particle size distribution using a laser diffraction scattering particle size distribution measuring device Micro Trunk HRA (manufactured by Nikkiso Co., Ltd.).

[2]真密度
真密度は、ユアサアイオニクス株式会社製のウルトラピクノメータ10001にてヘリウムガスを用いて気相置換法により測定した。
[2] True density The true density was measured by a gas phase substitution method using helium gas with an ultra pycnometer 10001 manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd.

[3]BET比表面積
BET比表面積は、ユアサアイオニクス株式会社製のNOVA2200eにて窒素ガスを用いてBET法により測定した。
[3] BET specific surface area The BET specific surface area was measured by a BET method using nitrogen gas in NOVA2200e manufactured by Yuasa Ionics Co., Ltd.

[4]電池の作製方法及び評価方法
(1)負極
各実施例及び比較例の負極活物質100gに、増粘剤としてカルボキシメチルセルロース(CMC)1.5g、水を適宜加えて粘度を調節し、固形分比40%のスチレン−ブタジエン(SBR)微粒子が分散した水溶液3.8gを加え攪拌・混合し、充分な流動性を有するスラリー状の分散液を作製した。次に、作製した分散液を厚み20μmの銅箔上にドクターブレードを用いて厚さ150μmで均一となるように塗布し、ホットプレートにて乾燥後、真空乾燥機で70℃、12時間乾燥させた。そして、乾燥後は、ロールプレスにて加圧成形して、密度の調整を行い、電池評価用の負極を得た。負極の塗布量は、6mg/cmであり、電極密度は、1.2g/ccであった。
[4] Battery Production Method and Evaluation Method (1) Negative Electrode To 100 g of the negative electrode active material of each Example and Comparative Example, 1.5 g of carboxymethyl cellulose (CMC) as a thickener and water were appropriately added to adjust the viscosity. 3.8 g of an aqueous solution in which styrene-butadiene (SBR) fine particles with a solid content ratio of 40% were dispersed was added and stirred and mixed to prepare a slurry dispersion having sufficient fluidity. Next, the prepared dispersion was applied onto a copper foil having a thickness of 20 μm using a doctor blade so as to be uniform at a thickness of 150 μm, dried on a hot plate, and then dried at 70 ° C. for 12 hours in a vacuum dryer. It was. And after drying, it pressure-molded with the roll press, the density was adjusted, and the negative electrode for battery evaluation was obtained. The coating amount of the negative electrode was 6 mg / cm 2 , and the electrode density was 1.2 g / cc.

(2)正極
正極活物質としてLiNi1/3Mn1/3Co1/3を90gと導電助剤としてカーボンブラック(TIMCAL社製)5g、及び結着剤としてポリフッ化ビニリデン(PVDF)5gに、N−メチル−ピロリドンを適宜加えながら攪拌・混合し、スラリー状の分散液を作製した。
(2) Positive electrode 90 g of Li 3 Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 as a positive electrode active material, 5 g of carbon black (manufactured by TIMCAL) as a conductive additive, and 5 g of polyvinylidene fluoride (PVDF) as a binder The mixture was stirred and mixed with N-methyl-pyrrolidone as appropriate to prepare a slurry dispersion.

次に、作製した分散液を厚さ20μmのアルミ箔上にロールコータを用いて厚さ150μmで均一となるように塗布し、ホットプレートにて乾燥後、真空乾燥機で90℃、12時間乾燥させた。そして、乾燥後は、ロールプレスにて加圧成形して、密度の調整を行い、電池評価用の正極を得た。正極の塗布量は、10mg/cmであり、電極密度は、3.0g/ccであった。 Next, the prepared dispersion is applied on a 20 μm thick aluminum foil using a roll coater so as to be uniform at a thickness of 150 μm, dried on a hot plate, and then dried at 90 ° C. for 12 hours in a vacuum dryer. I let you. And after drying, it pressure-molded with the roll press, the density was adjusted, and the positive electrode for battery evaluation was obtained. The coating amount of the positive electrode was 10 mg / cm 2 , and the electrode density was 3.0 g / cc.

(3)電解液
非水溶媒として、エチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)を体積比3:7で混合し、電解質塩として六フッ化リン酸リチウム(LiPF)を1.0モル/L溶解させたものを電解液とした。
(3) Electrolyte solution As a nonaqueous solvent, ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) are mixed at a volume ratio of 3: 7, and 1.0 mol of lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) is used as an electrolyte salt. / L dissolved was used as an electrolytic solution.

(4)電池作製:
[二極セル]
先ず、負極及び正極を打ち抜いて面積20cmの負極片及び正極片を得た。正極片のAl箔にAlタブを、負極片のCu箔にNiタブをそれぞれ取り付けた。次に、ポリプロピレン製フィルム微多孔膜を負極片と正極片との間に挟み入れ、その状態でアルミラミネートに詰めた。次に、アルミラミネートに電解液を注液した。その後、開口部を熱融着によって封止して評価用の電池(設計容量25mAh)を得た。
(4) Battery production:
[Bipolar cell]
First, a negative electrode and a positive electrode piece having an area of 20 cm 2 were obtained by punching out the negative electrode and the positive electrode. An Al tab was attached to the Al foil of the positive electrode piece, and an Ni tab was attached to the Cu foil of the negative electrode piece. Next, the polypropylene microporous film was sandwiched between the negative electrode piece and the positive electrode piece, and packed in an aluminum laminate in that state. Next, an electrolytic solution was poured into the aluminum laminate. Thereafter, the opening was sealed by thermal fusion to obtain a battery for evaluation (design capacity 25 mAh).

[対極リチウムセル]
対極リチウムセルは、ポリプロピレン製のねじ込み式フタつきのセル(内径約18mm)内に、作製した負極と16mmφに打ち抜いた金属リチウム箔をポリプロピレン製マイクロポーラスフィルム(ポリポア株式会社、セルガード2400)を挟み込んで積層し、電解液を加えて作製した。
[Counter electrode lithium cell]
The counter electrode lithium cell is laminated with a polypropylene microporous film (Polypore Corporation, Cellguard 2400) sandwiched between a produced negative electrode and a metal lithium foil punched out to 16 mmφ in a polypropylene screwed lid cell (inner diameter of about 18 mm). Then, an electrolyte solution was added to prepare.

(5)初期効率及び放電容量
評価は、対極リチウムセルを用いて試験を行った。充電は、レストポテンシャルから0.002Vまで0.2mAでCC(コンスタントカレント:定電流)充電(以下、CCモードともいう。)を行う。次に、0.002VでCV(コンスタントボルト:定電圧)充電(以下、CVモードともいう。)に切り替え、電流値が25.4μAに低下した時点で停止させる。
(5) Initial efficiency and discharge capacity Evaluation was conducted using a counter electrode lithium cell. Charging is performed by CC (constant current: constant current) charging (hereinafter also referred to as CC mode) at 0.2 mA from the rest potential to 0.002V. Next, it switches to CV (constant voltage: constant voltage) charging (hereinafter also referred to as CV mode) at 0.002 V, and is stopped when the current value drops to 25.4 μA.

放電は、上限電圧1.5VとしてCCモードで0.2mAで行う。試験は、25℃に設定した恒温槽内で行う。この際、初回放電時の容量を放電容量とした。また、初回充放電時の電気量の比率、すなわち放電電気量/充電電気量を百分率で表した結果を初期効率とした。   Discharging is performed at 0.2 mA in CC mode with an upper limit voltage of 1.5V. The test is performed in a thermostat set to 25 ° C. At this time, the capacity at the first discharge was defined as the discharge capacity. The ratio of the amount of electricity at the time of initial charge / discharge, that is, the result of expressing the amount of discharged electricity / the amount of charged electricity as a percentage was defined as the initial efficiency.

(6)大電流負荷試験
二極セルを用いて試験を行った。試験は、二極セルを上限電圧4.15V、カットオフ電流値1.25mAとしてCC−CVモードにより5mAで充電後、下限電圧2.8VでCCモードにより125mA(=5C)放電し、0.2C放電容量(0.2C=5mA)を基準として、1C、5C、10Cにおける放電容量の比を算出した。
(6) Large current load test A test was conducted using a bipolar cell. In the test, the bipolar cell was charged at 5 mA in the CC-CV mode with an upper limit voltage of 4.15 V and a cut-off current value of 1.25 mA, and then discharged at 125 mA (= 5 C) in the CC mode at the lower limit voltage of 2.8 V. Based on the 2C discharge capacity (0.2C = 5 mA), the ratio of the discharge capacities at 1C, 5C, and 10C was calculated.

また、二極セルを下限電圧2.8VとしてCCモードにより5mAで放電後、上限電圧4.15VとしてCCモードにより125mA(=5C)充電し、0.2C充電容量(0.2C=5mAh)を基準として、1C、5C、10Cにおける充電容量の比を算出した。   In addition, the bipolar cell was discharged at 5 mA in CC mode with a lower limit voltage of 2.8 V, and then charged with 125 mA (= 5 C) in CC mode with an upper limit voltage of 4.15 V, and 0.2 C charge capacity (0.2 C = 5 mAh) was obtained. As a reference, the ratio of charge capacities at 1C, 5C, and 10C was calculated.

(7)電極密度
試験用の電極を次のようにして作製した。まず、最初の工程は、電極ペーストを高純度銅箔上にドクターブレードを用いて150μm厚に塗布し、70℃で12時間真空乾燥した。次の工程では、乾燥させたものを15mmφに打ち抜き、打ち抜いた電極を超鋼製プレス板ではさみ、プレス圧が電極に対して1×102N/mm(1×103kg/cm)となるようにプレスした。得られた電極について、電極質量と電極厚みから電極密度を算出した。
(7) Electrode density Test electrodes were prepared as follows. First, in the first step, the electrode paste was applied onto a high-purity copper foil to a thickness of 150 μm using a doctor blade, and vacuum-dried at 70 ° C. for 12 hours. In the next step, the dried product is punched to 15 mmφ, the punched electrode is sandwiched between super steel press plates, and the press pressure is 1 × 10 2 N / mm 2 (1 × 103 kg / cm 3 ) with respect to the electrode. Pressed. About the obtained electrode, the electrode density was computed from electrode mass and electrode thickness.

[実施例及び比較例]
以下の実施例と比較例では、三種類のコークスA、B、Cから1つ原料を選び、負極活物質を作製した。各コークスは、次のようにして作製した。
[Examples and Comparative Examples]
In the following examples and comparative examples, one raw material was selected from three types of cokes A, B, and C to prepare a negative electrode active material. Each coke was produced as follows.

(コークスA)
まず、最初の工程では、イラン産原油(API30、ワックス含有率2%、硫黄分0.7%)を常圧蒸留し、重質溜分に対して、十分な量のモリブデンニッケル触媒を用い、280℃、40atmで、水素と反応させた。次の工程では、得られたオイルが透明となるまで触媒等の固形分を遠心分離し、粘調の液体を得た。次の工程では、このオイルを小型ディレイドコーキングプロセスに投入した。ドラム入り口温度は、550℃であり、ドラム内圧は、600kPa(6kgf/cm)であり、この状態を10時間維持した。そして、最後に水冷して黒色塊を得た。
(Coke A)
First, in the first step, Iranian crude oil (API30, wax content 2%, sulfur content 0.7%) is subjected to atmospheric distillation, and a sufficient amount of molybdenum nickel catalyst is used for the heavy fraction, Reaction with hydrogen at 280 ° C. and 40 atm. In the next step, the solid content of the catalyst and the like was centrifuged until the obtained oil became transparent to obtain a viscous liquid. In the next step, this oil was put into a small delayed coking process. The drum inlet temperature was 550 ° C., and the drum internal pressure was 600 kPa (6 kgf / cm 2 ), and this state was maintained for 10 hours. And finally, water cooling was performed to obtain a black lump.

(コークスB)
まず、最初の工程では、中国遼寧省産原油(API28、ワックス含有率17%、硫黄分0.66%)を常圧蒸留し、重質溜分に対して、十分な量のY型ゼオライト触媒を用い、510℃、常圧で流動床接触分解を行った。次の工程では、得られたオイルが透明となるまで触媒等の固形分を遠心分離し、デカントオイルを得た。次の工程では、このオイルを小型ディレイドコーキングプロセスに投入した。ドラム入り口温度は、505℃であり、ドラム内圧は、600kPa(6kgf/cm)であり、この状態を10時間維持した。そして、最後に水冷して黒色塊を得た。
(Coke B)
First, in the first step, crude oil produced in Liaoning Province, China (API28, wax content 17%, sulfur content 0.66%) is distilled at atmospheric pressure to provide a sufficient amount of Y-type zeolite catalyst for heavy distillate. Was used for fluidized bed catalytic cracking at 510 ° C. and normal pressure. In the next step, solids such as the catalyst were centrifuged until the obtained oil became transparent to obtain a decant oil. In the next step, this oil was put into a small delayed coking process. The drum inlet temperature was 505 ° C., and the drum internal pressure was 600 kPa (6 kgf / cm 2 ), and this state was maintained for 10 hours. And finally, water cooling was performed to obtain a black lump.

(コークスC)
原料は、メキシコ産原油を常圧蒸留した残渣を使用した。原料の成分は、比重0.7°API、アスファルテン分15質量%、樹脂分14質量%、硫黄分5.3質量%である。この原料を小型ディレイドコーキングプロセスに投入した。この際、コークスドラム前の加熱炉ヒータ出口温度は、560℃であり、ドラム内圧は、207kPa(2kgf/cm)の状態で運転した。すると、コークスは、通常とは異なり、粒径約3〜8mm粒子状に造粒された状態となる。これを冷却してコーキングドラムから取り出して得た。
(Coke C)
The raw material was a residue obtained by atmospheric distillation of Mexican crude. The components of the raw material are a specific gravity of 0.7 ° API, an asphaltene content of 15% by mass, a resin content of 14% by mass, and a sulfur content of 5.3% by mass. This raw material was put into a small delayed coking process. At this time, the heater outlet temperature before the coke drum was 560 ° C., and the drum internal pressure was 207 kPa (2 kgf / cm 2 ). Then, unlike usual, coke is in a state of being granulated into particles having a particle size of about 3 to 8 mm. This was cooled and removed from the coking drum.

各コークスの断面を偏光顕微鏡により観察して、Da(60)、ARb(60)、流れ組織とモザイク組織の面積割合を算出した。偏光顕微鏡による観察方法及び光学組織の解析方法は、上述したコークスの断面の観察方法及び解析方法と同様である。   The cross section of each coke was observed with a polarizing microscope, and the area ratio of Da (60), ARb (60), flow structure and mosaic structure was calculated. The observation method using the polarizing microscope and the analysis method of the optical structure are the same as the observation method and analysis method of the cross section of the coke described above.

先ず、最初の工程は、内容積30cmのプラスチック製サンプル容器の底に両面テープを貼り、その上にスパチュラ2杯ほど(2g程度)のコークスを載せた。次の工程は、冷間埋込樹脂(商品名:冷間埋込樹脂#105、製造会社:ジャパンコンポジット株式会社、販売会社:丸本ストルアス株式会社)に硬化剤(商品名:硬化剤(M剤)、製造会社:日本油脂株式会社、販売会社:丸本ストルアス株式会社)を加え、30秒練った。次の工程は、得られた混合物(5ml程度)をサンプル容器に高さ約1cmになるまでゆっくりと流し入れ、1日静置して凝固させた。次の工程は、凝固したサンプルを取り出し、両面テープを剥がした。そして、最後の工程は、研磨板回転式の研磨機を用いて、サンプルの測定する面を研磨した。 First, in the first step, a double-sided tape was affixed to the bottom of a plastic sample container having an internal volume of 30 cm 3 , and about 2 cups of spatula (about 2 g) was placed on the coke. The next step is a cold embedding resin (trade name: cold embedding resin # 105, manufacturing company: Japan Composite Co., Ltd., sales company: Marumoto Struers Co., Ltd.) and a curing agent (trade name: curing agent (M Agent), manufacturing company: Nippon Oil & Fat Co., Ltd., sales company: Marumoto Struers Co., Ltd.) and kneaded for 30 seconds. In the next step, the obtained mixture (about 5 ml) was slowly poured into a sample container until the height became about 1 cm, and allowed to stand for 1 day to solidify. In the next step, the solidified sample was taken out and the double-sided tape was peeled off. In the last step, the surface to be measured of the sample was polished using a polishing plate rotating type polishing machine.

研磨は、研磨板の回転速度を1000rpmとし、研磨板にサンプルの研磨面を押し付けて行った。研磨は、研磨板の番手を#500、#1000、#2000の順で変更し、最後はアルミナ(商品名:バイカロックス タイプ0.3CR、粒子径0.3μm、製造会社:バイコウスキー社製、販売会社:バイコウスキージャパン)を用いて鏡面研磨を施した。   Polishing was performed by setting the rotational speed of the polishing plate to 1000 rpm and pressing the polishing surface of the sample against the polishing plate. For polishing, the counts of the polishing plates were changed in the order of # 500, # 1000, # 2000, and finally alumina (trade name: Baikalox type 0.3CR, particle size 0.3 μm, manufacturer: manufactured by Baikowski) , A sales company: Baikowski Japan).

次に、研磨したサンプル断面の観察は、サンプルをプレパラート上に粘土で固定し、偏光顕微鏡(OLYMPAS社製、商品名:BX51)で観察した。   Next, the cross section of the polished sample was observed by fixing the sample with a clay on a preparation and observing with a polarizing microscope (trade name: BX51, manufactured by OLYMPAS).

観察は、200倍で行い、偏光顕微鏡に接続したOLYMPUS製CAMEDIA C−5050 ZOOMデジタルカメラでサンプルの断面を撮影した。シャッタータイムは1.6秒とした。撮影データのうち480μm×540μmの矩形の視野を解析した。画像解析はImageJ(アメリカ国立衛生研究所製)を用いて、青色部、黄色部、赤色部、黒色部を色判定した。青色、黄色、赤色のそれぞれの光学組織について、各光学組織の面積及びアスペクト比を算出した。そして、得られた光学組織の面積及びアスペクト比から、Da(60)及びARb(60)を算出した。   Observation was performed at 200 times, and a cross section of the sample was photographed with a CAMEDIA C-5050 ZOOM digital camera manufactured by OLYMPUS connected to a polarizing microscope. The shutter time was 1.6 seconds. A rectangular field of view of 480 μm × 540 μm was analyzed from the photographed data. For image analysis, ImageJ (manufactured by National Institutes of Health) was used to determine the color of the blue, yellow, red, and black portions. The area and aspect ratio of each optical structure were calculated for each of the blue, yellow, and red optical structures. Then, Da (60) and ARb (60) were calculated from the area and aspect ratio of the obtained optical structure.

以下の表2に、コークスA、B、Cの観察結果を示す。













Table 2 below shows the observation results of coke A, B, and C.













<実施例1>
実施例1では、コークスAを平均粒子径が24μmとなるように粉砕、分級処理した後、1300℃の窒素雰囲気下で3時間熱処理を行い、負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を下記の表3に示す。
<Example 1>
In Example 1, the coke A was pulverized and classified so as to have an average particle size of 24 μm, and then heat-treated in a nitrogen atmosphere at 1300 ° C. for 3 hours to prepare a negative electrode active material. Table 3 below shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質に、カルボキシメチルセルロース(CMC)を混合し、水を追加混合して混練し、更に全固形物中にスチレンーブタジエン共重合ゴム(SBR)が1.5質量%となるように加え、負極形成用塗工液を作製した。この負極成形用塗工液を銅箔上に塗布、乾燥してリチウムイオン二次電池の負極を作製した。実施例1では、この負極を用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, carboxymethyl cellulose (CMC) is mixed with this negative electrode active material, water is additionally mixed and kneaded, and the styrene-butadiene copolymer rubber (SBR) becomes 1.5 mass% in the total solid. In addition, a coating liquid for forming a negative electrode was prepared. This negative electrode forming coating solution was applied onto a copper foil and dried to prepare a negative electrode of a lithium ion secondary battery. In Example 1, battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

<実施例2>
実施例2では、コークスBを平均粒子径が21μmとなるように粉砕、分級処理した後、1300℃にて窒素雰囲気下で、3時間熱処理を行い、負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を表3に示す。
<Example 2>
In Example 2, the coke B was pulverized and classified so as to have an average particle diameter of 21 μm, and then heat-treated at 1300 ° C. in a nitrogen atmosphere for 3 hours to prepare a negative electrode active material. Table 3 shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質を用いて、実施例1と同様にして負極を作製し、これを用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

<実施例3>
実施例3では、コークスAを平均粒子径が24μmとなるように粉砕、分級処理したものと、全体に対して2質量%となるように、平均粒径が7.0μmで実質的に30μm以上の粒子を含まない異方性石油ピッチ(軟化点230℃、残炭率73%)とを、自転公転式混合機にて2000rpmで20分間乾式混合を行い、混合物を得た。
<Example 3>
In Example 3, the coke A was pulverized and classified so that the average particle size was 24 μm, and the average particle size was 7.0 μm and substantially 30 μm or more so as to be 2% by mass with respect to the whole. An anisotropic petroleum pitch (softening point: 230 ° C., residual carbon ratio: 73%) containing no particles was dry-mixed at 2000 rpm for 20 minutes with a rotating and rotating mixer to obtain a mixture.

次に、この混合物を1300℃にて窒素雰囲気下で3時間熱処理を行い、負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を表3に示す。   Next, this mixture was heat-treated at 1300 ° C. in a nitrogen atmosphere for 3 hours to prepare a negative electrode active material. Table 3 shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質を用い、実施例1と同様にして負極を作製し、これを用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

<実施例4>
実施例4では、実施例2で得た負極活物質を、700℃にて空気雰囲気下で、1時間酸化処理を行ったこと以外は、実施例2と同様にして負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を表3に示す。
<Example 4>
In Example 4, a negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 2 except that the negative electrode active material obtained in Example 2 was oxidized at 700 ° C. in an air atmosphere for 1 hour. Table 3 shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質を用い、実施例1と同様にして負極を作製し、これを用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

<実施例5>
実施例5は、酸化処理温度を1000℃としたこと以外は実施例4と同様にして負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を表3に示す。
<Example 5>
In Example 5, a negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 4 except that the oxidation treatment temperature was 1000 ° C. Table 3 shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質を用い、実施例1と同様にして負極を作製し、これを用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

<実施例6>
実施例6では、コークスBを平均粒子径が21μmとなるように粉砕、分級処理したこと以外は実施例2と同様にして負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を表3に示す。
<Example 6>
In Example 6, a negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 2 except that coke B was pulverized and classified so that the average particle diameter was 21 μm. Table 3 shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質を用い、実施例1と同様にして負極を作製し、これを用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

<実施例7>
実施例7では、1100℃にて窒素雰囲気下で3時間熱処理を行ったこと以外は実施例2と同様にして負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を表3に示す。
<Example 7>
In Example 7, a negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 2 except that heat treatment was performed at 1100 ° C. in a nitrogen atmosphere for 3 hours. Table 3 shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質を用い、実施例1と同様にして負極を作製し、これを用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

<実施例8>
実施例8では、コークスBを1300℃にて窒素雰囲気下で3時間熱処理を行った後、平均粒子径が22μmとなるように粉砕、分級処理し、負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を表3に示す。
<Example 8>
In Example 8, coke B was heat-treated at 1300 ° C. in a nitrogen atmosphere for 3 hours, and then pulverized and classified so that the average particle size was 22 μm to prepare a negative electrode active material. Table 3 shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質を用い、実施例1と同様にして負極を作製し、これを用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

以上の実施例1〜8では、放電容量及び初期効率が高く、また大電流充放電特性も優れたものとなった。また、放電容量、初期効率、大電流充放電特性の3つのバランスが良いものとなった。したがって、実施例1〜8に示す結果から、本発明を適用した負極活物質を用いることにより、優れた電池特性を有する電池が得られることがわかる。   In the above Examples 1-8, the discharge capacity and the initial efficiency were high, and the large current charge / discharge characteristics were also excellent. In addition, the three balances of discharge capacity, initial efficiency, and large current charge / discharge characteristics were good. Therefore, it can be seen from the results shown in Examples 1 to 8 that a battery having excellent battery characteristics can be obtained by using the negative electrode active material to which the present invention is applied.

<比較例1>
比較例1では、コークスCを平均粒子径が20μmとなるように粉砕、分級処理した後、1300℃にて窒素雰囲気下で3時間熱処理を行い、負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を表3に示す。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, coke C was pulverized and classified to an average particle size of 20 μm, and then heat-treated at 1300 ° C. in a nitrogen atmosphere for 3 hours to prepare a negative electrode active material. Table 3 shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質を用い、実施例1と同様にして負極を作製し、これを用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

比較例1では、実施例1〜6、8よりも放電容量が高くなったが、初期効率が著しく低下し、大電流充放電特性も低下した。   In Comparative Example 1, the discharge capacity was higher than in Examples 1 to 6 and 8, but the initial efficiency was remarkably lowered and the large current charge / discharge characteristics were also lowered.

<比較例2>
比較例2では、2000℃にて窒素雰囲気下で3時間熱処理を行ったこと以外は、実施例1と同様にして負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を表3に示す。
<Comparative Example 2>
In Comparative Example 2, a negative electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that heat treatment was performed at 2000 ° C. in a nitrogen atmosphere for 3 hours. Table 3 shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質を用い、実施例1と同様にして負極を作製し、これを用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

比較例2では、実施例1〜8よりも初期効率が高くなったが、放電容量が著しく低下し、大電流充放電特性も低下した。   In Comparative Example 2, the initial efficiency was higher than those in Examples 1 to 8, but the discharge capacity was significantly reduced and the large current charge / discharge characteristics were also reduced.

<比較例3>
比較例3では、900℃にて窒素雰囲気下で、3時間熱処理を行ったこと以外は実施例2と同様にして負極活物質を作製した。この負極活物質のBET比表面積、粒度分布、(002)面の面間隔(d002)、C軸方向の結晶子サイズ(Lc(002))及び真密度を表3に示す。
<Comparative Example 3>
In Comparative Example 3, a negative electrode active material was produced in the same manner as in Example 2 except that heat treatment was performed at 900 ° C. in a nitrogen atmosphere for 3 hours. Table 3 shows the BET specific surface area, particle size distribution, (002) plane spacing (d002), C-axis crystallite size (Lc (002)), and true density of this negative electrode active material.

次に、この負極活物質を用い、実施例1と同様にして負極を作製し、これを用いて電池評価を行った。評価結果を表3及び表4に示す。   Next, using this negative electrode active material, a negative electrode was produced in the same manner as in Example 1, and battery evaluation was performed using this negative electrode. The evaluation results are shown in Tables 3 and 4.

比較例3では、実施例1〜8よりも放電容量が高くなったが、初期効率が著しく低下し、大電流充放電特性も低下した。   In Comparative Example 3, the discharge capacity was higher than in Examples 1 to 8, but the initial efficiency was significantly reduced, and the large current charge / discharge characteristics were also reduced.

したがって、比較例1〜3では、放電容量、初期効率、大電流充放電特性のすべてを向上させることはできず、3つのバランスが悪いものとなった。したがって、比較例1〜3の負極活物質では、実施例のような優れた電池が得られないことがわかる。










Therefore, in Comparative Examples 1 to 3, all of the discharge capacity, initial efficiency, and large current charge / discharge characteristics could not be improved, and the three balances were poor. Therefore, it can be seen that the negative electrode active materials of Comparative Examples 1 to 3 cannot provide excellent batteries as in the examples.










Claims (14)

偏光顕微鏡により光学組織を観察した偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、面積の小さな光学組織から順に面積を累積し、その累計面積が光学組織の全面積の60%の面積となるときの光学組織の面積が10μm以上5000μm以下であり、流れ組織とファインモザイク組織とで形成された異方性組織であり、該流れ組織と該ファインモザイク組織との面積比が40:60〜70:30であるコークス。 In the rectangular visual field of 480 μm × 540 μm in the polarizing microscope image obtained by observing the optical structure with the polarizing microscope, the areas are accumulated in order from the optical structure with the smallest area, and the accumulated area becomes 60% of the total area of the optical structure. area of the optical tissue is at 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 or less when a anisotropic structure formed by the flow organization and fine mosaic structure, the area ratio of the flow structure and the fine mosaic organization 40:60 Coke that is ~ 70: 30. 偏光顕微鏡により光学組織を観察した偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、
アスペクト比の小さな光学組織から順に光学組織の数を数えて、光学組織の全体数の60%に達したときの光学組織のアスペクト比が1.5以上6以下である請求項1に記載のコークス。
In a rectangular field of view of 480 μm × 540 μm in a polarizing microscope image obtained by observing an optical structure with a polarizing microscope,
2. The coke according to claim 1, wherein the optical tissue has an aspect ratio of 1.5 or more and 6 or less when the number of optical structures is counted in order from the optical structure having the smallest aspect ratio and reaches 60% of the total number of optical structures. .
コークスの焼成物であり、
レーザー回折法による体積基準の平均粒径が5μm以上30μm以下であり、
偏光顕微鏡により光学組織を観察した偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、面積の小さな光学組織から順に面積を累積し、その累計面積が光学組織の全面積の60%の面積となるときの光学組織の面積が10μm以上5000μm以下であり、流れ組織とファインモザイク組織とで形成された異方性組織であり、該流れ組織と該ファインモザイク組織との面積比が40:60〜70:30であり、真密度が1.9g/cm以上2.17g/cm以下であり、六方晶黒鉛としてのc軸方向の結晶子サイズが1nm以上10nm以下である電極活物質。
It is a fired product of coke,
The volume-based average particle diameter by laser diffraction method is 5 μm or more and 30 μm or less,
In the rectangular visual field of 480 μm × 540 μm in the polarizing microscope image obtained by observing the optical structure with the polarizing microscope, the areas are accumulated in order from the optical structure with the smallest area, and the accumulated area becomes 60% of the total area of the optical structure. area of the optical tissue is at 10 [mu] m 2 or more 5000 .mu.m 2 or less when a anisotropic structure formed by the flow organization and fine mosaic structure, the area ratio of the flow structure and the fine mosaic organization 40:60 An electrode active material having a true density of 1.9 g / cm 2 to 2.17 g / cm 2 and a crystallite size in the c-axis direction of hexagonal graphite of 1 nm to 10 nm.
偏光顕微鏡により光学組織を観察した偏光顕微鏡画像のうち480μm×540μmの矩形の視野において、
アスペクト比の小さな光学組織から順に光学組織の数を数えて、光学組織の全体数の60%に達したときの光学組織のアスペクト比が1.5以上6以下である請求項3に記載の電極活物質。
In a rectangular field of view of 480 μm × 540 μm in a polarizing microscope image obtained by observing an optical structure with a polarizing microscope,
4. The electrode according to claim 3, wherein the number of the optical tissues is counted in order from the optical structure having the smallest aspect ratio, and the aspect ratio of the optical tissues when reaching 60% of the total number of the optical tissues is 1.5 or more and 6 or less. Active material.
BET比表面積が0.5m/g以上5m/g以下であり、六方晶黒鉛としての面間隔が0.341nm以上0.346nm以下である請求項3又は請求項4に記載の電極活物質。 The electrode active material according to claim 3 or 4, wherein the BET specific surface area is 0.5 m 2 / g or more and 5 m 2 / g or less, and the interplanar spacing as hexagonal graphite is 0.341 nm or more and 0.346 nm or less. . 請求項3乃至請求項5の何れか1項に記載する電極活物質の製造方法であり、
950℃以上1500℃以下の不活性雰囲気にて請求項1又は請求項2に記載するコークスを焼成する工程を有し、
上記焼成前又は焼成後に、上記コークスをレーザー回折法による体積基準の平均粒径が5μm以上30μm以下となるように粉砕、分級する電極活物質の製造方法。
It is a manufacturing method of the electrode active material given in any 1 paragraph of Claims 3 thru / or 5,
Having a step of firing the coke according to claim 1 or 2 in an inert atmosphere of 950 ° C to 1500 ° C,
A method for producing an electrode active material, wherein the coke is pulverized and classified so that the volume-based average particle diameter by laser diffraction method is 5 μm or more and 30 μm or less before or after the firing.
上記コークス及び石油ピッチ又は石炭ピッチを合わせた全質量に対して0.5質量%以上15.0質量%以下の範囲となるように、該コークスに該石油ピッチ又は石炭ピッチを混合して上記焼成を行う請求項6に記載の電極活物質の製造方法。   The coke is mixed with the petroleum pitch or coal pitch so as to be in the range of 0.5% by mass or more and 15.0% by mass or less based on the total mass of the combined coke and petroleum pitch or coal pitch. The method for producing an electrode active material according to claim 6. 上記粉砕、分級後に焼成したコークス、又は上記焼成後に粉砕、分級したコークスを300℃以上1100℃以下の酸化性雰囲気にて更に焼成する請求項6又は請求項7に記載の電極活物質の製造方法。   The method for producing an electrode active material according to claim 6 or 7, wherein the coke baked after the pulverization and classification, or the coke pulverized and classified after the calcination is further baked in an oxidizing atmosphere of 300 ° C or higher and 1100 ° C or lower. . 請求項3乃至請求項5の何れか1項に記載する電極活物質を含む電極材料。   An electrode material comprising the electrode active material according to any one of claims 3 to 5. 請求項3乃至請求項5の何れか1項に記載する電極活物質とバインダとを含む電極用ペースト。   An electrode paste comprising the electrode active material according to claim 3 and a binder. 請求項3乃至請求項5の何れか1項に記載する電極活物質を含む電極。   An electrode comprising the electrode active material according to any one of claims 3 to 5. 電極密度が1g/cm以上1.5g/cm以下である請求項11に記載の電極。 The electrode according to claim 11, wherein the electrode density is 1 g / cm 2 or more and 1.5 g / cm 2 or less. 請求項11又は請求項12に記載する電極を含む電池。   A battery comprising the electrode according to claim 11. リチウムイオン二次電池である請求項13に記載の電池。   The battery according to claim 13, which is a lithium ion secondary battery.
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