JP2015122306A - Negative electrode material, negative electrode for lithium ion batteries arranged by use thereof, lithium ion battery, and method for manufacturing negative electrode material - Google Patents

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Fumiyuki Tanabe
史行 田邊
順子 高田
Junko Takada
順子 高田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode material small in irreversible capacity without reducing a battery capacity.SOLUTION: A negative electrode material comprises carbon material, in which a reducible functional group (X) present on the surface of the carbon material is subjected to a reduction treatment with an organic reductant (A). The reducible functional group (X) is preferably a carboxyl group and/or carbonyl group. The organic reductant (A) is preferably at least one compound selected from a group consisting of a reductive organic acid (A1) including no formyl group, a reductive organic acid ester (A2) including no formyl group, a reductive organic acid salt (A3) including no formyl group, and a compound (A4) including a formyl group. The reduction rate of the reducible functional group (X) is preferably 3% or more.

Description

本発明は負極材料、それを用いたリチウムイオン電池用負極及びリチウムイオン電池並びに負極材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a negative electrode material, a negative electrode for a lithium ion battery and a lithium ion battery using the negative electrode material, and a method for producing the negative electrode material.

リチウムイオン電池等の非水電解液二次電池は、高電圧、高エネルギー密度という特徴を持つことから、携帯情報機器分野等において広く利用され、その需要が急速に拡大しており、現在、携帯電話、ノート型パソコンを始めとするモバイル情報化機器用の標準電池としてのポジションが確立されている。携帯機器等の高性能化と多機能化に伴い、その電源としての非水電解液二次電池に対しても更なる高性能化(例えば、高容量化と高エネルギー密度化)が求められている。この要求に応えるために種々の方法、例えば、電極の充填率の向上による高密度化、現行の活物質の利用深度の向上、新規高容量の活物質の開発等が行われている。そして、現実に非水電解液二次電池がこれらの方法によって確実に高容量化されつつある。   Non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium ion batteries are characterized by high voltage and high energy density, so they are widely used in the field of portable information equipment, and the demand for them is rapidly expanding. A position as a standard battery for mobile information devices such as telephones and notebook computers has been established. Along with higher performance and multi-functionality of portable devices etc., further higher performance (for example, higher capacity and higher energy density) is required for non-aqueous electrolyte secondary batteries as power sources. Yes. In order to meet this demand, various methods, for example, increasing the density by improving the filling rate of electrodes, increasing the depth of use of the current active material, and developing a new high-capacity active material have been performed. In fact, non-aqueous electrolyte secondary batteries are being reliably increased in capacity by these methods.

リチウムイオン電池の負極用活物質としては信頼性・安全性に優れるため天然黒鉛や人造黒鉛等の炭素系活物質が広く普及している。しかし、これらは初回充電時に要した電流量に対して放電することができる電流量が少ないという不可逆容量の問題点があり、これが高容量化の妨げとなっている。   As active materials for negative electrodes of lithium ion batteries, carbon-based active materials such as natural graphite and artificial graphite are widely used because of their excellent reliability and safety. However, these have the problem of irreversible capacity that the amount of current that can be discharged is smaller than the amount of current required at the time of initial charge, and this hinders the increase in capacity.

この問題を解決するため、特許文献1では活物質製造時に生成される粒子の形状を工夫して、不可逆容量を少なく抑える技術が開示されている。また、特許文献2ではアルキルリチウム化合物で負極活物質を処理した負極材料を用いることにより、不可逆容量を少なく抑える技術が開示されている。   In order to solve this problem, Patent Document 1 discloses a technique for reducing the irreversible capacity by devising the shape of particles generated during the production of an active material. Patent Document 2 discloses a technique for reducing the irreversible capacity by using a negative electrode material obtained by treating a negative electrode active material with an alkyl lithium compound.

特開2005−108858号公報JP 2005-108858 A 特開2002−231247号公報JP 2002-231247 A

しかしながら、特許文献1に記載の方法によっても不可逆容量はまだ大きく、問題を解決できているとはいえない。また特許文献2に記載の方法では不可逆容量が小さくなる反面、電池容量自体も小さくなりサイクル特性が悪化するという問題点があり、またアルキルリチウムが非常に扱いづらい化合物であるという問題点もあった。
本発明は、リチウムイオン電池とした場合に電池容量が大きく不可逆容量の小さな負極材料を提供することを目的とする。
However, even with the method described in Patent Document 1, the irreversible capacity is still large, and it cannot be said that the problem has been solved. In addition, the method described in Patent Document 2 has a problem that the irreversible capacity is reduced, but the battery capacity itself is also reduced and the cycle characteristics are deteriorated, and the alkyl lithium is a compound that is very difficult to handle. .
An object of the present invention is to provide a negative electrode material having a large battery capacity and a small irreversible capacity when a lithium ion battery is used.

本発明者らは、上記の目的を達成すべく鋭意検討を行った結果、本発明に到達した。すなわち本発明は、炭素材料の表面に存在する被還元性官能基(X)が有機還元剤(A)で還元処理されてなる負極材料;前記負極材料を含むリチウムイオン電池用負極;前記リチウムイオン電池用負極を含むリチウムイオン電池;有機性還元剤(A)の存在下で炭素材料を加熱処理し、炭素材料の表面に存在する被還元性官能基(X)を還元処理することを特徴とする負極材料の製造方法である。   As a result of intensive studies to achieve the above object, the present inventors have reached the present invention. That is, the present invention relates to a negative electrode material obtained by reducing a reducible functional group (X) present on the surface of a carbon material with an organic reducing agent (A); a negative electrode for a lithium ion battery including the negative electrode material; Lithium ion battery including a battery negative electrode; characterized in that a carbon material is heat-treated in the presence of an organic reducing agent (A) to reduce a reducible functional group (X) present on the surface of the carbon material. This is a method for producing a negative electrode material.

本発明の負極材料は、リチウムイオン電池にした場合に電池容量が大きく不可逆容量も小さい。本発明の製造方法は安全に、電池容量が大きく不可逆容量の小さな負極材料を製造することができる。   When the negative electrode material of the present invention is a lithium ion battery, the battery capacity is large and the irreversible capacity is also small. The production method of the present invention can safely produce a negative electrode material having a large battery capacity and a small irreversible capacity.

本発明の負極材料は、炭素材料の表面に存在する被還元性官能基(X)が有機還元剤(A)で還元処理されていることを特徴とする。   The negative electrode material of the present invention is characterized in that the reducible functional group (X) present on the surface of the carbon material is reduced with the organic reducing agent (A).

炭素材料としては、充電反応時にリチウムイオンを吸蔵して放電反応時に放出することができるものであれば良く、黒鉛(天然黒鉛及び人造黒鉛等)、アモルファス炭素、高分子化合物焼成体(例えばフェノール樹脂及びフラン樹脂等を焼成し炭素化したもの)、コークス類(例えばピッチコークス、ニードルコークス及び石油コークス)及び炭素繊維等が挙げられる。これらのうち有機還元剤(A)との反応性の観点から、黒鉛が好ましい。炭素材料の形状には制限はなく、鱗片状、塊状、不定形粉末状及び球状等のものを用いることができる。
尚、炭素材料の代わりにシリコン系材料(シリコン及びリチウム−シリコン合金等)、スズ系材料スズ及びリチウム−スズ合金)、導電性高分子(B4)(ポリアセチレン及びポリピロール等)及びリチウム−アルミニウム合金(リチウム−アルミニウム合金及びリチウム−アルミニウム−マンガン合金等)等の負極材料を用いることも出来る。
Any carbon material may be used as long as it can occlude lithium ions during the charge reaction and can be released during the discharge reaction. Graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.), amorphous carbon, polymer compound fired body (for example, phenol resin) And those obtained by baking and carbonizing furan resin, etc.), cokes (for example, pitch coke, needle coke, and petroleum coke), and carbon fiber. Of these, graphite is preferred from the viewpoint of reactivity with the organic reducing agent (A). There is no restriction | limiting in the shape of a carbon material, Things, such as a scale shape, a lump shape, an amorphous powder form, and a spherical shape, can be used.
In addition, instead of carbon materials, silicon-based materials (such as silicon and lithium-silicon alloys), tin-based materials tin and lithium-tin alloys), conductive polymers (B4) (such as polyacetylene and polypyrrole), and lithium-aluminum alloys (such as A negative electrode material such as a lithium-aluminum alloy and a lithium-aluminum-manganese alloy can also be used.

炭素材料の表面に存在する被還元性官能基(X)としては、赤外分光光度計において1400〜1800cm−1に表れるピークを有する官能基があり、カルボキシル基及びカルボニル基等が挙げられる。
還元処理による前記(X)の還元率は初回不可逆容量の観点から3%以上が好ましく、5%以上が更に好ましく、10%以上が特に好ましく、25%以上が最も好ましい。
前記(X)の還元率は還元処理前後の炭素材料それぞれについて赤外分光光度計を用いて測定された赤外線スペクトルを用い、還元処理前の炭素材料についての赤外線スペクトルのうち1400〜1800cm−1に表れるピークの合計面積(Z0)と前記(A)で還元処理した後の炭素材料についての赤外線スペクトルのうち1400〜1800cm−1に表れるピークの合計面積(Zk)とを用いて下式で計算することが出来る。
還元率(%)= 100−(Z1)/(Z0)×100
The reducible functional group (X) present on the surface of the carbon material includes a functional group having a peak appearing at 1400 to 1800 cm −1 in an infrared spectrophotometer, and examples thereof include a carboxyl group and a carbonyl group.
From the viewpoint of the initial irreversible capacity, the reduction rate of (X) by reduction treatment is preferably 3% or more, more preferably 5% or more, particularly preferably 10% or more, and most preferably 25% or more.
The reduction rate of (X) is 1400 to 1800 cm −1 of the infrared spectrum of the carbon material before the reduction treatment, using the infrared spectrum measured using an infrared spectrophotometer for each of the carbon materials before and after the reduction treatment. It calculates with the following formula using the total area (Z0) of the peak that appears and the total area (Zk) of the peak that appears at 1400 to 1800 cm −1 in the infrared spectrum of the carbon material after the reduction treatment in (A). I can do it.
Reduction rate (%) = 100− (Z1) / (Z0) × 100

有機還元剤(A)としては、還元性を有する有機化合物であれば特に限定されることなく使用することができる。
有機還元剤(A)としては、ホルミル基を含有しない還元性有機酸(A1)、ホルミル基を含有しない還元性有機酸エステル(A2)、ホルミル基を含有しない還元性有機酸塩(A3)、ホルミル基含有化合物(A4)、ホルミル基をアセタール化した基を含有する化合物(A5)、ホルミル基をヘミアセタール化した基を含有する化合物(A6)、アルデヒド多量体(A7)及びケト基を含有する単糖(A8)等が挙げられる。
As the organic reducing agent (A), any organic compound having reducibility can be used without any particular limitation.
As the organic reducing agent (A), a reducing organic acid not containing a formyl group (A1), a reducing organic acid ester not containing a formyl group (A2), a reducing organic acid salt not containing a formyl group (A3), Contains a formyl group-containing compound (A4), a compound containing a group obtained by acetalizing a formyl group (A5), a compound containing a group obtained by hemiacetalizing a formyl group (A6), an aldehyde multimer (A7), and a keto group And monosaccharide (A8).

ホルミル基を含有しない還元性有機酸(A1)としては、シュウ酸、クエン酸及びアスコルビン酸が挙げられる。これらのうち不可逆容量の観点からシュウ酸が好ましく用いられる。   Examples of the reducing organic acid (A1) that does not contain a formyl group include oxalic acid, citric acid, and ascorbic acid. Of these, oxalic acid is preferably used from the viewpoint of irreversible capacity.

ホルミル基を含有しない還元性有機酸エステル(A2)としては、前記(A1)を炭素数1〜4の直鎖又は分岐1価アルコールでエステル化したものが挙げられる。炭素数1〜4の直鎖又は分岐1価アルコールとしては、メタノール、エタノール、イソプロパノール及びブタノール等が挙げられ、なかでもメタノール、エタノール及びブタノールが好ましい。   As reducible organic acid ester (A2) which does not contain a formyl group, what esterified said (A1) with the C1-C4 linear or branched monohydric alcohol is mentioned. Examples of the linear or branched monohydric alcohol having 1 to 4 carbon atoms include methanol, ethanol, isopropanol, and butanol, and methanol, ethanol, and butanol are particularly preferable.

ホルミル基を含有しない還元性有機酸塩(A3)としては、前記(A1)とアルカリ金属との塩等が挙げられる。アルカリ金属としてはリチウム、ナトリウム及びカリウムが好ましい。   Examples of the reducing organic acid salt (A3) that does not contain a formyl group include salts of the above (A1) with an alkali metal. As the alkali metal, lithium, sodium and potassium are preferable.

ホルミル基含有化合物(A4)としては、分子中にホルミル基を有するものであれば特に限定されることなく使用することができる。(A4)としては、ギ酸、ギ酸とアルカリ金属との塩(ギ酸ナトリウム、ギ酸カリウム及びギ酸リチウム等)、ギ酸と炭素数1〜4の直鎖又は分岐1価アルコールとのエステル(ギ酸メチル、ギ酸エチル及びギ酸ブチル等)、炭素数1〜9の脂肪族及び芳香族アルデヒド(ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、プロピオンアルデヒド、アクロレイン、ベンズアルデヒド及び桂皮アルデヒド)、炭素数3〜6のホルミル基を含有する糖類(グリセルアルデヒド、エリトロース、リボース及びグルコースが挙げられる。これらのうち不可逆容量の観点からギ酸、ギ酸ナトリウム、ギ酸メチル、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド及びグリセルアルデヒドが好ましく用いられる。   The formyl group-containing compound (A4) can be used without particular limitation as long as it has a formyl group in the molecule. Examples of (A4) include formic acid, formic acid and alkali metal salts (sodium formate, potassium formate, lithium formate, etc.), esters of formic acid and linear or branched monohydric alcohols having 1 to 4 carbon atoms (methyl formate, formic acid). Ethyl and butyl formate), aliphatic and aromatic aldehydes having 1 to 9 carbon atoms (formaldehyde, acetaldehyde, propionaldehyde, acrolein, benzaldehyde and cinnamic aldehyde), saccharides containing a formyl group having 3 to 6 carbon atoms (glycel) Among them, formic acid, sodium formate, methyl formate, formaldehyde, acetaldehyde and glyceraldehyde are preferably used from the viewpoint of irreversible capacity.

アセタール基を含有する化合物(A5)としては、前記(A4)をアセタール化した化合物が挙げられ、ホルムアルデヒド又はアセトアルデヒドをメタノール又はエタノールでそれぞれアセタール化したものが挙げられる。ヘミアセタール基を含有する化合物(A6)としては、(A4)をヘミアセタール化したものが挙げられ、ホルムアルデヒド又はアセトアルデヒドをメタノール又はエタノールでヘミアセタール化したものが挙げられる。   Examples of the compound (A5) containing an acetal group include compounds obtained by acetalizing the above (A4), and those obtained by acetalizing formaldehyde or acetaldehyde with methanol or ethanol, respectively. Examples of the compound (A6) containing a hemiacetal group include those obtained by converting (A4) into a hemiacetal, and those obtained by converting formaldehyde or acetaldehyde into hemiacetal with methanol or ethanol.

アルデヒド多量体(A7)としては、前記(A4)の多量体が挙げられ、ホルムアルデヒドの多量体である1,3,5−トリオキサン、アセトアルデヒドの多量体であるパラホルムアルデヒド、メタホルムアルデヒド等が挙げられる。
ケト基を含有する単糖(A8)としては、炭素数3〜7のケトース(ジヒドロキシアセトン、エリトルロース、キシルロース、フルクトース及びソルボース等)等が挙げられる。
これら有機性還元剤(A1)〜(A8)は市販品の試薬として容易に入手することができる。
Examples of the aldehyde multimer (A7) include the above-mentioned multimer (A4), such as 1,3,5-trioxane, which is a multimer of formaldehyde, paraformaldehyde, which is a multimer of acetaldehyde, and metaformaldehyde.
Examples of the monosaccharide (A8) containing a keto group include ketoses having 3 to 7 carbon atoms (such as dihydroxyacetone, erythrulose, xylulose, fructose and sorbose).
These organic reducing agents (A1) to (A8) can be easily obtained as commercially available reagents.

有機還元剤(A)としては、不可逆容量の観点からホルミル基を含有しない還元性有機酸(A1)、ホルミル基を含有しない還元性有機酸エステル(A2)、ホルミル基を含有しない還元性有機酸塩(A3)、ホルミル基含有化合物(A4)、ホルミル基をアセタール化した基を含有する化合物(A5)、ホルミル基をヘミアセタール化した基を含有する化合物(A6)が好ましく、(A1)、(A2)、(A3)及び(A4)が更に好ましく、(A1)、(A2)及び(A4)が特に好ましく、(A4)が最も好ましい。   As the organic reducing agent (A), from the viewpoint of irreversible capacity, a reducing organic acid not containing a formyl group (A1), a reducing organic acid ester not containing a formyl group (A2), a reducing organic acid not containing a formyl group Salt (A3), formyl group-containing compound (A4), compound (A5) containing a group obtained by acetalizing a formyl group, compound (A6) containing a group obtained by hemiacetalizing a formyl group, (A1), (A2), (A3) and (A4) are more preferred, (A1), (A2) and (A4) are particularly preferred, and (A4) is most preferred.

炭素材料の表面に存在する被還元性官能基(X)を有機還元剤(A)で還元処理する方法としては、例えば有機還元剤(A)の存在下で炭素材料を加熱処理する方法が挙げられる。   As a method of reducing the reducible functional group (X) present on the surface of the carbon material with the organic reducing agent (A), for example, a method of heat-treating the carbon material in the presence of the organic reducing agent (A) can be mentioned. It is done.

有機還元剤(A)の存在下で炭素材料を加熱処理する方法としては、有機還元剤(A)と炭素材料を液中で混合して加熱処理する方法(液相法)、有機還元剤(A)で湿潤した炭素材料を粉末状態で加熱処理する方法(固相法)及びガス化した有機還元剤(A)の存在下で炭素材料を加熱処理する方法(気相法)等が挙げられ、不可逆容量等の観点から液相法及び固相法が好ましい。   As a method for heat-treating the carbon material in the presence of the organic reducing agent (A), a method in which the organic reducing agent (A) and the carbon material are mixed in a liquid and heat-treated (liquid phase method), an organic reducing agent ( A method of heat-treating the carbon material wetted in A) in a powder state (solid phase method), a method of heat-treating the carbon material in the presence of the gasified organic reducing agent (A) (gas phase method), etc. From the viewpoint of irreversible capacity, the liquid phase method and the solid phase method are preferable.

液相法において、有機還元剤(A)と炭素材料を混合する方法としては、液体状態の有機還元剤(A)と炭素材料を混合する方法及び有機還元剤(A)を溶剤(S1)に溶解した溶液中に炭素材料を分散混合し、スラリー化する方法等が挙げられる。   In the liquid phase method, as a method of mixing the organic reducing agent (A) and the carbon material, a method of mixing the liquid organic reducing agent (A) and the carbon material and the organic reducing agent (A) into the solvent (S1). Examples thereof include a method in which a carbon material is dispersed and mixed in a dissolved solution to form a slurry.

溶剤(S1)としては、有機還元剤(A)が溶解するものであれば制限無く用いることができ、水、ラクタム化合物(1−メチル−2−ピロリドン等)、ケトン化合物(メチルエチルケトン等)、鎖状アミド化合物(ジメチルホルムアミド及びジメチルアセトアミド等)、アミン化合物(N,N−ジメチルアミノプロピルアミン等)及び環状エーテル化合物(テトラヒドロフラン等)等が挙げられる。   As the solvent (S1), any solvent that dissolves the organic reducing agent (A) can be used without limitation. Water, lactam compounds (1-methyl-2-pyrrolidone, etc.), ketone compounds (methyl ethyl ketone, etc.), chains And amide compounds (such as dimethylformamide and dimethylacetamide), amine compounds (such as N, N-dimethylaminopropylamine), and cyclic ether compounds (such as tetrahydrofuran).

液相法において、有機還元剤(A)と炭素材料との混合には櫂型羽型撹拌機、高速剪断式分散機(高速回転型ホモミキサー、高圧ホモジナイザー及びディゾルバー等)等の公知の混合装置を用いることが出来る。   In the liquid phase method, a known mixing device such as a vertical wing stirrer, a high-speed shearing disperser (high-speed rotating homomixer, high-pressure homogenizer, dissolver, etc.) is used for mixing the organic reducing agent (A) and the carbon material. Can be used.

固相法において、有機還元剤(A)と炭素材料を混合する方法としては、液体状態の有機還元剤(A)で炭素材料を湿潤する方法及び有機還元剤(A)を溶剤(S1)に溶解した溶液で炭素材料を湿潤する方法等が挙げられる。
炭素材料の表面を湿潤する方法としては、炭素材料の撹拌下に液体状態の有機還元剤(A)を滴下又は噴霧する方法又は有機還元剤(A)を溶剤(S1)に溶解した溶液を滴下又は噴霧する方法等が挙げられる。
In the solid phase method, the organic reducing agent (A) and the carbon material are mixed by a method of wetting the carbon material with the liquid organic reducing agent (A) and the organic reducing agent (A) in the solvent (S1). Examples include a method of wetting the carbon material with a dissolved solution.
As a method of wetting the surface of the carbon material, a method of dropping or spraying the organic reducing agent (A) in a liquid state while stirring the carbon material or a solution of dissolving the organic reducing agent (A) in the solvent (S1) is dropped. Or the method of spraying etc. are mentioned.

気相法において、ガス化した有機還元剤(A)の存在下で炭素材料を加熱処理する方法としては、有機還元剤(A)の沸点以上に加熱した混合機内に有機還元剤(A)と炭素材料を共存させる方法等が挙げられる。   In the gas phase method, as a method of heat-treating the carbon material in the presence of the gasified organic reducing agent (A), the organic reducing agent (A) and the organic reducing agent (A) are mixed in a mixer heated to the boiling point of the organic reducing agent (A) or higher. Examples thereof include a method of coexisting a carbon material.

気相法及び固相法において、有機還元剤(A)と炭素材料との混合には、公知の混合機{櫂型羽型撹拌機、高速剪断式分散機(高速回転型ホモミキサー、高圧ホモジナイザー及びディゾルバー等}、ニーダー、三本ロールミル、超音波分散機、遊星型ミキサー、3軸遊星型ミキサー、湿式媒体型分散機{ビーズミル、サンドグラインダー及びコロイドミル等}、垂直単軸型粉体撹拌機{ヘンシェルミキサ(三井鉱山株式会社製、「ヘンシェルミキサ」は三井鉱山株式会社の登録商標。)等}、水平単軸型撹拌機(リボンミキサー等)及び垂直単複軸撹拌機(万能ミキサー、らいかい機等)等が使用できる。なかでも、有機還元剤(A)と炭素材料の混合効率及び不可逆容量等の観点からボールミルを用いることが好ましい。   In the gas phase method and the solid phase method, the organic reducing agent (A) and the carbon material are mixed by a known mixer {saddle type wing stirrer, high speed shearing disperser (high speed rotating homomixer, high pressure homogenizer). And dissolvers, etc.}, kneaders, triple roll mills, ultrasonic dispersers, planetary mixers, triaxial planetary mixers, wet medium dispersers {bead mills, sand grinders, colloid mills, etc.}, vertical single-shaft powder agitators {Henschel mixer (Mitsui Mining Co., Ltd., “Henschel Mixer” is a registered trademark of Mitsui Mining Co., Ltd.), etc.], horizontal single-shaft stirrer (ribbon mixer, etc.) and vertical single-shaft stirrer (universal mixer Among them, it is preferable to use a ball mill from the viewpoints of the mixing efficiency and irreversible capacity of the organic reducing agent (A) and the carbon material.

有機還元剤(A)の存在下で炭素材料を加熱処理する方法としては、還元処理の均一性の観点から、液相法及び固相法が好ましく、液相法が更に好ましい。   As a method for heat-treating the carbon material in the presence of the organic reducing agent (A), the liquid phase method and the solid phase method are preferable, and the liquid phase method is more preferable from the viewpoint of the uniformity of the reduction treatment.

加熱処理の温度は炭素材料の表面に存在する被還元性官能基(X)を還元処理できる温度であれば良く、使用する有機還元剤(A)に応じて調整することができるが、還元効率から80〜250℃が好ましく、更に好ましくは100〜230℃である。
加熱の方法としては、一般的な加熱装置を用いることができ、前記混合機に備え付けられた加熱装置、定温乾燥器(ヤマト科学製DS400等)、精密恒温器(ヤマト科学製DF411型等)及び送風定温恒温器(ヤマト科学製DKG610等)等を用いる方法が挙げられる。
尚、還元反応により生じる副生成物を除去する観点から減圧下で還元処理を行っても良い。
The temperature of the heat treatment may be any temperature that can reduce the reducible functional group (X) present on the surface of the carbon material, and can be adjusted according to the organic reducing agent (A) used. To 80 to 250 ° C, more preferably 100 to 230 ° C.
As a heating method, a general heating device can be used. The heating device provided in the mixer, a constant temperature dryer (such as DS400 manufactured by Yamato Scientific), a precision thermostat (such as DF411 manufactured by Yamato Scientific) and the like Examples include a method using a constant temperature and temperature chamber (such as DKG610 manufactured by Yamato Kagaku).
In addition, you may perform a reduction process under reduced pressure from a viewpoint of removing the by-product produced by a reductive reaction.

炭素材料に対する有機還元剤(A)の重量割合は、不可逆容量の観点から0.001〜50%が好ましく、更に好ましくは0.01〜20%であり、0.1〜5%が特に好ましく、1〜5%が最も好ましい。   The weight ratio of the organic reducing agent (A) to the carbon material is preferably 0.001 to 50%, more preferably 0.01 to 20%, and particularly preferably 0.1 to 5% from the viewpoint of irreversible capacity. 1 to 5% is most preferable.

本発明のリチウムイオン電池用負極は、前記の負極材料を含む。
本発明のリチウムイオン電池用負極は、前記の負極材料をバインダー樹脂及び溶媒(S2)と混合した負極材料スラリーを作製し、これを集電体に塗工して乾燥させる方法[負極製造方法(1)]並びに炭素材料をバインダー樹脂及び溶媒(S2)と混合した負極活物質スラリーを作製した後、負極活物質スラリーに有機還元剤(A)を混合し、これを集電体に塗工して乾燥と同時に混合加熱処理を行う方法[負極製造方法(2)]等で得ることができる。尚、リチウムイオン電池用負極は必要によりプレス機でプレスしても良い。
The negative electrode for lithium ion batteries of this invention contains the said negative electrode material.
The negative electrode for a lithium ion battery of the present invention is a method of preparing a negative electrode material slurry in which the negative electrode material is mixed with a binder resin and a solvent (S2), applying the slurry to a current collector, and drying it [negative electrode manufacturing method ( 1)] and a negative electrode active material slurry in which a carbon material is mixed with a binder resin and a solvent (S2), and then an organic reducing agent (A) is mixed with the negative electrode active material slurry, and this is applied to a current collector. And a method of mixing and heating simultaneously with drying [anode manufacturing method (2)]. In addition, you may press the negative electrode for lithium ion batteries with a press if needed.

バインダー樹脂としては、デンプン、ポリフッ化ビニリデン、SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフロオロエチレン、ポリエチレン及びポリプロピレン等の高分子化合物等が挙げられる。   Examples of the binder resin include high molecular compounds such as starch, polyvinylidene fluoride, SBR (styrene-butadiene rubber), polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone, tetrafluoroethylene, polyethylene, and polypropylene.

溶媒(S2)としては、バインダー樹脂及び有機還元剤(A)が溶解するものであれば制限無く用いることができ、溶剤(S1)として例示したものと同じもの等が挙げられる。   As the solvent (S2), any solvent that can dissolve the binder resin and the organic reducing agent (A) can be used without limitation, and examples thereof include the same as those exemplified as the solvent (S1).

負極材料スラリー及び負極活物質スラリーの作製には、一般に使用される分散機を使用でき、ペイントシェーカー、ホモミキサー、高圧ホモジナイザー、ディスパーミル等の分散機の他、ボールミル、サンドミル等の媒体撹拌型分散機、ロールミル、プラネタリーミキサー等の混練分散機等が使用できる。   For the preparation of the negative electrode material slurry and the negative electrode active material slurry, a commonly used disperser can be used. In addition to a disperser such as a paint shaker, a homomixer, a high-pressure homogenizer, or a disper mill, a medium stirring type dispersion such as a ball mill or a sand mill. A kneading and dispersing machine such as a machine, a roll mill, or a planetary mixer can be used.

負極材料スラリー及び負極活物質スラリーの作製時の混合温度及び混合時間は特に制限ないが、混合温度は10〜50℃が好ましく、更に好ましくは20〜45℃、特に好ましくは25〜35℃であり、混合時間は0.5時間〜24時間が好ましく、更に好ましくは1時間〜12時間である。この範囲であると負極スラリーの均一性が更に良好となり、電池特性がより良好となり好ましい。   There are no particular limitations on the mixing temperature and mixing time during preparation of the negative electrode material slurry and the negative electrode active material slurry, but the mixing temperature is preferably 10 to 50 ° C, more preferably 20 to 45 ° C, and particularly preferably 25 to 35 ° C. The mixing time is preferably 0.5 hours to 24 hours, more preferably 1 hour to 12 hours. Within this range, the uniformity of the negative electrode slurry becomes even better, and the battery characteristics become better, which is preferable.

前記の負極製造方法(1)において、負極材料スラリーに含まれる前記の負極材料の重量割合は、溶剤(S2)と負極材料の合計重量に基づいて20〜60重量%であることが好ましい。   In the negative electrode manufacturing method (1), the weight ratio of the negative electrode material contained in the negative electrode material slurry is preferably 20 to 60% by weight based on the total weight of the solvent (S2) and the negative electrode material.

前記の負極製造方法(1)において、負極材料の重量割合は、負極材料及びバインダー樹脂の合計重量に基づいて、電池容量の観点から、好ましくは70〜98重量%であり、更に好ましくは90〜98重量%である。バインダー樹脂の重量割合は、負極材料及びバインダー樹脂の合計重量に基づいて、好ましくは2〜30重量%であり、更に好ましくは2〜10重量%である。   In the negative electrode manufacturing method (1), the weight ratio of the negative electrode material is preferably 70 to 98% by weight, more preferably 90 to 90%, from the viewpoint of battery capacity, based on the total weight of the negative electrode material and the binder resin. 98% by weight. The weight ratio of the binder resin is preferably 2 to 30% by weight, more preferably 2 to 10% by weight, based on the total weight of the negative electrode material and the binder resin.

前記の負極製造方法(2)において、負極活物質スラリーに含まれる炭素材料の重量割合は、溶剤(S2)と炭素材料の合計重量に基づいて20〜60重量%であることが好ましい。   In said negative electrode manufacturing method (2), it is preferable that the weight ratio of the carbon material contained in a negative electrode active material slurry is 20 to 60 weight% based on the total weight of a solvent (S2) and a carbon material.

前記の負極製造方法(2)において、炭素材料及びバインダー樹脂の合計重量に対する炭素材料の重量割合は、電池容量の観点から、好ましくは70〜98重量%であり、更に好ましくは90〜98重量%である。バインダー樹脂の重量割合は、負極材料及びバインダー樹脂の合計重量に基づいて、好ましくは2〜30重量%であり、更に好ましくは2〜10重量%である。混合する有機還元剤(A)の重量割合は、炭素材料に対して0.001〜50%が好ましく、更に好ましくは0.01〜20%であり、0.1〜5%が特に好ましい。   In the negative electrode manufacturing method (2), the weight ratio of the carbon material to the total weight of the carbon material and the binder resin is preferably 70 to 98% by weight, more preferably 90 to 98% by weight, from the viewpoint of battery capacity. It is. The weight ratio of the binder resin is preferably 2 to 30% by weight, more preferably 2 to 10% by weight, based on the total weight of the negative electrode material and the binder resin. The weight ratio of the organic reducing agent (A) to be mixed is preferably 0.001 to 50%, more preferably 0.01 to 20%, and particularly preferably 0.1 to 5% with respect to the carbon material.

負極材料スラリー及び負極活物質スラリーを塗布する集電体としては、銅、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、ニッケル、焼成炭素、導電性高分子及び導電性ガラス等が挙げられる。   Examples of the current collector to which the negative electrode material slurry and the negative electrode active material slurry are applied include copper, aluminum, titanium, stainless steel, nickel, baked carbon, conductive polymer, and conductive glass.

負極材料スラリー及び負極活物質スラリーを集電体に塗布する方法としては、ディップコーター法、スプレーコーター法、フローコーター法、ダイコーター法、ロールコーター法、ブレードコーター法、ロッドコーター法、バーコーター法又はスピンコーター法等の公知の塗工方法を用いることができる。   As a method of applying the negative electrode material slurry and the negative electrode active material slurry to the current collector, the dip coater method, spray coater method, flow coater method, die coater method, roll coater method, blade coater method, rod coater method, bar coater method Alternatively, a known coating method such as a spin coater method can be used.

前記の負極製造方法(1)において、負極材料スラリーを塗布した集電体を乾燥させる温度は、負極材料スラリーに含まれる溶剤(S2)の種類に応じて調整することができるが、通常20〜200℃で行われる。   In the negative electrode manufacturing method (1), the temperature at which the current collector coated with the negative electrode material slurry is dried can be adjusted according to the type of the solvent (S2) contained in the negative electrode material slurry. Performed at 200 ° C.

前記の負極製造方法(2)において、乾燥と同時に混合加熱処理を行う温度は有機還元剤(A)の種類に応じて調整することができるが、還元効率から80〜250℃が好ましく、更に好ましくは100〜230℃である。   In the negative electrode production method (2), the temperature at which the mixed heat treatment is performed simultaneously with drying can be adjusted according to the type of the organic reducing agent (A), but is preferably 80 to 250 ° C., more preferably from the reduction efficiency. Is 100-230 degreeC.

本発明のリチウムイオン電池用負極は更に導電助剤(L)を含有することができる。
導電助剤(L)としては黒鉛(例えば天然黒鉛及び人工黒鉛)[活物質(Q)として黒鉛を用いる場合を除く]、カーボンブラック類(例えばカーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック及びサーマルブラック)、金属粉末(例えばアルミニウム粉及びニッケル粉)及び導電性金属酸化物(例えば酸化亜鉛及び酸化チタン)等が挙げられる。導電助剤(L)の含有量は、電池出力の観点から、負極材料の重量に基づいて、好ましくは0〜29重量%であり、更に好ましくは1〜10重量%である。
The negative electrode for a lithium ion battery of the present invention can further contain a conductive additive (L).
As the conductive auxiliary agent (L), graphite (for example, natural graphite and artificial graphite) [except when graphite is used as the active material (Q)], carbon blacks (for example, carbon black, acetylene black, ketjen black, channel black, Furnace black, lamp black and thermal black), metal powder (for example, aluminum powder and nickel powder), and conductive metal oxide (for example, zinc oxide and titanium oxide). The content of the conductive assistant (L) is preferably 0 to 29% by weight, more preferably 1 to 10% by weight, based on the weight of the negative electrode material, from the viewpoint of battery output.

本発明のリチウムイオン電池は、前記のリチウムイオン電池用負極を含む。
本発明のリチウムイオン電池は正極、前記のリチウムイオン電池用負極及びセパレータを収納した電池缶内に電解液を注入した後、電池缶を密封することで得ることができる。
The lithium ion battery of this invention contains the said negative electrode for lithium ion batteries.
The lithium ion battery of the present invention can be obtained by sealing the battery can after injecting the electrolyte into the battery can containing the positive electrode, the negative electrode for a lithium ion battery, and the separator.

正極としては、通常のリチウムイオン電池に用いられているもの等が使用でき、リチウム金属、リチウムと遷移金属との複合酸化物(LiCoO、LiNiO、LiMnO及びLiMn等)、遷移金属酸化物(MnO及びV)、遷移金属硫化物(例えばMoS及びTiS等)及び導電性高分子(ポリアニリン、ポリフッ化ビニリデン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリ−p−フェニレン及びポリカルバゾール等)等が挙げられる。 As the positive electrode, such as those used in conventional lithium-ion batteries can be used, a composite oxide of lithium metal, lithium and transition metal (LiCoO 2, LiNiO 2, LiMnO 2 and LiMn 2 O 4, etc.), transition Metal oxides (MnO 2 and V 2 O 5 ), transition metal sulfides (eg MoS 2 and TiS 2 etc.) and conductive polymers (polyaniline, polyvinylidene fluoride, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, poly-p-phenylene and Polycarbazole and the like).

セパレータとしては、ポリエチレン又はポリプロピレン製フィルムの微多孔膜、多孔性のポリエチレンフィルムとポリプロピレンとの多層フィルム、ポリエステル繊維、アラミド繊維及びガラス繊維等からなる不織布並びにこれらの表面にシリカ、アルミナ及びチタニア等のセラミック微粒子を塗布したもの等が挙げられる。   Examples of separators include microporous films made of polyethylene or polypropylene films, multilayer films of porous polyethylene films and polypropylene, non-woven fabrics made of polyester fibers, aramid fibers, glass fibers, and the like, and silica, alumina, titania, etc. on their surfaces. The thing etc. which apply | coated ceramic fine particles are mentioned.

電池缶としては、ステンレススチール、鉄、アルミニウム及びニッケルメッキスチール等の金属材料及びプラスチック材料等を用いることもできる。また電池缶は、用途に応じて円筒型、コイン型、角型又はその他任意の形状にすることができる。   As the battery can, metal materials such as stainless steel, iron, aluminum, and nickel-plated steel, and plastic materials can also be used. Further, the battery can can be formed into a cylindrical shape, a coin shape, a square shape, or any other shape depending on the application.

電解液としては、通常のリチウムイオン電池に用いられているもの等が使用でき、炭酸エステルに電解質を溶解させたもの等を用いることができる。   As the electrolytic solution, those used in ordinary lithium ion batteries can be used, and those obtained by dissolving an electrolyte in a carbonate ester can be used.

炭酸エステルとしては、環状炭酸エステル(プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート及びブチレンカーボネート等)及び鎖状炭酸エステル(ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルn−プロピルカーボネート、エチルn−プロピルカーボネート及びジn−プロピルカーボネート等)等が挙げられる。   Examples of the carbonate ester include cyclic carbonate esters (propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, etc.) and chain carbonate esters (dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl n-propyl carbonate, ethyl n-propyl carbonate, di-n- Propyl carbonate, etc.).

電解質としては、通常リチウムイオン電池に用いられているもの等が使用でき、例えば、LiPF、LiBF、LiSbF、LiAsF及びLiClO等の無機酸のリチウム塩、LiN(CFSO、LiN(CSO及びLiC(CFSO等の有機酸のリチウム塩が挙げられる。これらの内、電池容量等の観点から好ましいのはLiPFである。 As the electrolyte, usually available such as those used in the lithium ion battery, for example, LiPF 6, LiBF 4, LiSbF 6, LiAsF 6 , and lithium salts of inorganic acids LiClO 4, etc., LiN (CF 3 SO 2) 2 , lithium salts of organic acids such as LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 . Of these, LiPF 6 is preferable from the viewpoint of battery capacity and the like.

以下、実施例により本発明を更に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。以下、特に定めない限り、%は重量%、部は重量部を示す。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further, this invention is not limited to these. Hereinafter, unless otherwise specified, “%” represents “% by weight” and “parts” represents “parts by weight”.

<実施例1〜10:負極材料の製造>
大気雰囲気下において表1に記載された部数の有機還元剤(A−1)〜(A−10)、天然黒鉛100部及び水100部をビーカーに入れ、撹拌子を入れた後、ホッティングスターラーで100〜110℃に加熱しながら水が全て蒸発するまで撹拌を行った。続いて、真空ポンプによる減圧が可能な定温乾燥機(ヤマト科学製ADP300)を用いて減圧下(0.5kPa)、200℃で2時間加熱処理を行い、本発明の負極材料(B−1)〜(B−10)を得た。
<Examples 1 to 10: Production of negative electrode material>
In an air atmosphere, the parts of the organic reducing agents (A-1) to (A-10) listed in Table 1, 100 parts of natural graphite and 100 parts of water were placed in a beaker, and a stir bar was added. The mixture was stirred until all of the water had evaporated while heating to 100-110 ° C. Subsequently, heat treatment was performed at 200 ° C. for 2 hours under reduced pressure (0.5 kPa) using a constant temperature dryer (ADP300 manufactured by Yamato Kagaku) that can be reduced by a vacuum pump, and the negative electrode material (B-1) of the present invention. To (B-10) were obtained.

<実施例11:負極材料の製造>
大気雰囲気下において天然黒鉛100部及びギ酸1部をボールミル(アサヒ理科製作所製、AV−1)で30分間混合した。その後、混合物を実施例1と同様に加熱処理し、本発明の負極材料(B−11)を得た。
<Example 11: Production of negative electrode material>
In an air atmosphere, 100 parts of natural graphite and 1 part of formic acid were mixed with a ball mill (Asahi Rika Seisakusho, AV-1) for 30 minutes. Thereafter, the mixture was heat-treated in the same manner as in Example 1 to obtain a negative electrode material (B-11) of the present invention.

<比較例1>
不活性ガス雰囲気下において天然黒鉛100部を比較用処理剤である1.6mol/Lブチルリチウムヘキサン溶液(東京化成工業社製)200部中に浸し、50時間放置した。その後、ブチルリチウム溶液を除き、比較用の負極材料(B’−1)を得た。
<Comparative Example 1>
Under an inert gas atmosphere, 100 parts of natural graphite was immersed in 200 parts of a 1.6 mol / L butyl lithium hexane solution (manufactured by Tokyo Kasei Kogyo Co., Ltd.) as a comparative treating agent and left for 50 hours. Thereafter, a butyl lithium solution was removed to obtain a comparative negative electrode material (B′-1).

<被還元性官能基(X)の還元率>
還元処理前の天然黒鉛及びシリコン粉末並びに実施例1〜12で得られた負極材料(B−1)〜(B−11)の表面をフーリエ変換赤外分光光度計(島津製作所製)で測定し、還元処理前の天然黒鉛についての赤外線スペクトルのうち1400〜1800cm−1に表れるピーク面積を(Z0)とし、実施例1〜11で得られた負極材料についての赤外線スペクトルのうち1400〜1800cm−1に表れるピーク面積を(Z1)とし、下式によって還元率を算出し、表1に記載した。
還元率= 100−(Z1)/(Z0)×100 (%)
<Reduction rate of reducible functional group (X)>
Natural graphite and silicon powder before the reduction treatment and the surfaces of the negative electrode materials (B-1) to (B-11) obtained in Examples 1 to 12 were measured with a Fourier transform infrared spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation). The peak area appearing at 1400 to 1800 cm −1 in the infrared spectrum of natural graphite before the reduction treatment is (Z0), and 1400 to 1800 cm −1 of the infrared spectrum of the negative electrode materials obtained in Examples 1 to 11. The peak area appearing in (1) was defined as (Z1), and the reduction rate was calculated according to the following formula and listed in Table 1.
Reduction rate = 100− (Z1) / (Z0) × 100 (%)

Figure 2015122306
Figure 2015122306

<リチウムイオン電池用負極の作製>
<実施例12〜22、比較例2:リチウムイオン電池用負極の作製>
負極材料(B1)〜(B11)又は比較用の負極材料(B’−1)を90部、カルボキシメチルセルロース5部、スチレン−ブタジエンゴム5部及び水100部を乳鉢に仕込み、乳鉢で充分に混合しスラリーを得た。得られたスラリーを、厚さ20μmの銅箔の片面にアプリケーターを用いて厚さ100μmに塗布し、100℃で15分間乾燥して水を蒸発させた後、16.15mmφに打ち抜き、プレス機で厚さ30μmにして本発明のリチウムイオン電池用負極及び比較用のリチウムイオン電池用負極を作製した。
<Preparation of negative electrode for lithium ion battery>
<Examples 12 to 22, Comparative Example 2: Production of negative electrode for lithium ion battery>
90 parts of negative electrode materials (B1) to (B11) or comparative negative electrode material (B′-1), 5 parts of carboxymethylcellulose, 5 parts of styrene-butadiene rubber and 100 parts of water are charged in a mortar and mixed thoroughly in the mortar. A slurry was obtained. The obtained slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 20 μm to a thickness of 100 μm using an applicator, dried at 100 ° C. for 15 minutes to evaporate water, and then punched to 16.15 mmφ with a press machine. A negative electrode for a lithium ion battery according to the present invention and a negative electrode for a lithium ion battery for comparison were prepared with a thickness of 30 μm.

<比較例3>
天然黒鉛90部、カルボキシメチルセルロース5部、スチレン−ブタジエンゴム5部及び水100部を乳鉢に仕込み、乳鉢で充分に混合しスラリーを得た。得られたスラリーを、厚さ20μmの銅箔の片面にアプリケーターを用いて厚さ100μmに塗布し、100℃で15分間乾燥して水を蒸発させた後、16.15mmφに打ち抜き、プレス機で厚さ30μmにして比較用のリチウムイオン電池用負極を作製した。
<Comparative Example 3>
90 parts of natural graphite, 5 parts of carboxymethyl cellulose, 5 parts of styrene-butadiene rubber and 100 parts of water were charged in a mortar and mixed well in the mortar to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 20 μm to a thickness of 100 μm using an applicator, dried at 100 ° C. for 15 minutes to evaporate water, and then punched to 16.15 mmφ with a press machine. A negative electrode for a lithium ion battery for comparison was prepared with a thickness of 30 μm.

<実施例23:還元処理と負極作製を一括して行うリチウムイオン電池用負極の製法>
天然黒鉛90部、カルボキシメチルセルロース5部、スチレン−ブタジエンゴム5部、水100部及びギ酸ナトリウム1部を乳鉢に仕込み、乳鉢で充分に混合しスラリーを得た。得られたスラリーを、厚さ20μmの銅箔の片面にアプリケーターを用いて厚さ100μmに塗布し、100℃で2時間乾燥して水を蒸発させた後、16.15mmφに打ち抜き、プレス機で厚さ30μmにして本発明のリチウムイオン電池用負極を作製した。
<Example 23: Manufacturing method of negative electrode for lithium ion battery in which reduction treatment and negative electrode preparation are collectively performed>
90 parts of natural graphite, 5 parts of carboxymethyl cellulose, 5 parts of styrene-butadiene rubber, 100 parts of water and 1 part of sodium formate were charged in a mortar and mixed well in the mortar to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a 20 μm thick copper foil to a thickness of 100 μm using an applicator, dried at 100 ° C. for 2 hours to evaporate water, and then punched to 16.15 mmφ with a press machine. The negative electrode for a lithium ion battery of the present invention was produced with a thickness of 30 μm.

[リチウムイオン電池の作製]
2032型コインセル内の両端に正極としてのリチウム金属及び負極としての上記の本発明のリチウムイオン電池用負極又は比較用のリチウムイオン電池用負極をそれぞれ配置し、正極と負極との間にセパレータ(ポリプロピレン製不織布)を挿入してリチウムイオン電池用セルを作製した。作成したリチウムイオン電池用セル内にエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の混合溶媒(体積比率1:1)にLiPFを12重量%の割合で溶解させた得られた電解液を注液密封し、本発明のリチウムイオン電池及び比較用のリチウムイオン電池を得た。得られたリチウムイオン電池について、以下の方法で初回効率及び充放電サイクル特性充放電サイクル特性を評価し、結果を表2に記載した。尚、初回効率が大きいほど不可逆容量が小さく電池特性に優れ、充放電サイクル特性が大きいほど充放電サイクル特性が良好であり電池容量が大きいことを示す。
[Production of lithium-ion batteries]
The lithium metal as the positive electrode and the negative electrode for lithium ion battery of the present invention or the negative electrode for comparison lithium ion battery as the negative electrode are respectively arranged at both ends in the 2032 type coin cell, and a separator (polypropylene) is interposed between the positive electrode and the negative electrode. A non-woven fabric) was inserted to produce a lithium ion battery cell. An electrolyte solution obtained by dissolving LiPF 6 at a ratio of 12 wt% in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethyl carbonate (DEC) (volume ratio 1: 1) was poured into the prepared lithium ion battery cell. The solution was sealed to obtain a lithium ion battery of the present invention and a comparative lithium ion battery. The obtained lithium ion battery was evaluated for initial efficiency and charge / discharge cycle characteristics by the following method, and the results are shown in Table 2. The larger the initial efficiency, the smaller the irreversible capacity and the better the battery characteristics. The larger the charge / discharge cycle characteristics, the better the charge / discharge cycle characteristics and the larger the battery capacity.

<初回効率及び充放電サイクル特性の評価>
充放電測定装置「バッテリーアナライザー1470型」[東陽テクニカ(株)製]を用いて、0.1Cの電流で電圧0Vまで充電し、10分間の休止後、0.1Cの電流で電池電圧を3.0Vまで放電し、この充放電を繰り返した。この時の初回充電時の電池容量と30サイクル目充電時の電池容量を測定し、下記式から不可逆容量及び充放電サイクル特性を算出した。
初回効率(%)=(初回放電容量/初回充電容量)×100
充放電サイクル特性(%)=(50サイクル目充電時の電池容量/初回充電時の電池容量)×100
<Evaluation of initial efficiency and charge / discharge cycle characteristics>
Using a charge / discharge measuring device “Battery Analyzer 1470” [manufactured by Toyo Technica Co., Ltd.], charge to 0 V with a current of 0.1 C, and after a pause of 10 minutes, adjust the battery voltage to 3 with 0.1 C The battery was discharged to 0.0 V, and this charge / discharge was repeated. At this time, the battery capacity at the first charge and the battery capacity at the 30th cycle charge were measured, and the irreversible capacity and charge / discharge cycle characteristics were calculated from the following equations.
Initial efficiency (%) = (initial discharge capacity / initial charge capacity) × 100
Charging / discharging cycle characteristics (%) = (battery capacity at the 50th cycle charge / battery capacity at the first charge) × 100

Figure 2015122306
Figure 2015122306

本発明の負極材料を用いれば初回効率を大きく改善でき、不可逆容量を小さくすることができる(実施例12〜23)。アルキルリチウムを用いて還元処理を行った比較例2では初回効率こそ改善するものの、サイクル特性が悪化することがわかる。これは活物質表面にアルキル基が導入され、アルキル基が充放電反応の阻害するためと考えられる。これに対して本発明の負極材料は充放電反応を阻害しないためサイクル特性が悪化しなかったものと考える。また、負極製造工程と同時に還元処理を行う製法によっても効果的に不可逆容量を低減できることが分かった(実施例23)。   If the negative electrode material of the present invention is used, the initial efficiency can be greatly improved, and the irreversible capacity can be reduced (Examples 12 to 23). In Comparative Example 2 in which the reduction treatment was performed using alkyllithium, the initial efficiency was improved, but the cycle characteristics were deteriorated. This is presumably because an alkyl group is introduced on the surface of the active material and the alkyl group inhibits the charge / discharge reaction. On the other hand, since the negative electrode material of the present invention does not inhibit the charge / discharge reaction, it is considered that the cycle characteristics were not deteriorated. Moreover, it turned out that an irreversible capacity | capacitance can be reduced effectively also by the manufacturing method which performs a reduction process simultaneously with a negative electrode manufacturing process (Example 23).

本発明の負極材料は、電池容量が大きく不可逆容量の小さいリチウムイオン電池を得ることが出来る。本発明の製造方法は安全に、電池容量が大きく不可逆容量の小さな負極材料を製造することができる。   The negative electrode material of the present invention can provide a lithium ion battery having a large battery capacity and a small irreversible capacity. The production method of the present invention can safely produce a negative electrode material having a large battery capacity and a small irreversible capacity.

Claims (9)

炭素材料の表面に存在する被還元性官能基(X)が有機還元剤(A)で還元処理されてなる負極材料。   A negative electrode material obtained by reducing a reducible functional group (X) present on the surface of a carbon material with an organic reducing agent (A). 被還元性官能基(X)がカルボキシル基及び/又はカルボニル基である請求項1に記載の負極材料。   The negative electrode material according to claim 1, wherein the reducible functional group (X) is a carboxyl group and / or a carbonyl group. 有機還元剤(A)がホルミル基を含有しない還元性有機酸(A1)、ホルミル基を含有しない還元性有機酸エステル(A2)、ホルミル基を含有しない還元性有機酸塩(A3)及びホルミル基含有化合物(A4)からなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項1又は2に記載の負極材料。   Reducing organic acid (A1) in which organic reducing agent (A) does not contain formyl group, reducing organic acid ester (A2) not containing formyl group, reducing organic acid salt (A3) and formyl group not containing formyl group The negative electrode material according to claim 1 or 2, which is at least one selected from the group consisting of the containing compound (A4). 被還元性官能基(X)の還元率が3%以上である請求項1〜3のいずれかに記載の負極材料。  The negative electrode material according to claim 1, wherein the reduction ratio of the reducible functional group (X) is 3% or more. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の負極材料を含むリチウムイオン電池用負極。  The negative electrode for lithium ion batteries containing the negative electrode material of any one of Claims 1-4. 請求項5に記載のリチウムイオン電池用負極を含むリチウムイオン電池。   The lithium ion battery containing the negative electrode for lithium ion batteries of Claim 5. 有機還元剤(A)の存在下で炭素材料を加熱処理し、炭素材料の表面に存在する被還元性官能基(X)を還元処理することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の負極材料の製造方法。  The carbon material is subjected to a heat treatment in the presence of the organic reducing agent (A), and the reducible functional group (X) present on the surface of the carbon material is subjected to a reduction treatment. The manufacturing method of negative electrode material of description. 炭素材料に対する有機性還元剤(A)の重量割合が0.001〜50重量%である請求項7に記載の製造方法。   The manufacturing method according to claim 7, wherein the weight ratio of the organic reducing agent (A) to the carbon material is 0.001 to 50% by weight. 加熱処理の温度が80〜250℃である請求項7又は8に記載の製造方法。
The manufacturing method according to claim 7 or 8, wherein the temperature of the heat treatment is 80 to 250 ° C.
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