JP2016136452A - Carbon material for sodium ion secondary battery, active material for sodium ion secondary battery negative electrode, sodium ion secondary negative electrode, sodium ion secondary battery, resin composition for sodium ion secondary battery negative electrode, and method of manufacturing carbon material for sodium ion secondary battery negative electrode - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode for which difficulty of a coating work in a negative electrode fabricating step can be improved while enabling exertion of a high charge/discharge capacity in the sodium ion secondary battery.SOLUTION: In a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode, the average spacing dof (002) planes which is calculated by an X-ray diffraction method using CuKα ray as a radiation source is equal to 0.375 nm or more, the pore volume having a pore size exceeding 0.33 nm formed on the surface is equal to 0.1 ml/g or less, and the following initial water absorption coefficient is equal to 3% or less. Initial water absorption coefficient (%)=[((the mass of carbon material after left for 60 minutes under the constant temperature and constant humidity of 40°C and 90%) - (the mass of carbon material before left under the constant temperature and constant humidity))/(the mass of carbon material before left under the constant temperature and constant humidity)]×100.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ナトリウムイオン二次電池負極用炭素材、ナトリウムイオン二次電池負極用活物質、ナトリウムイオン二次電池負極、ナトリウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池負極用樹脂組成物、およびナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法に関する。   The present invention relates to a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode, an active material for a sodium ion secondary battery negative electrode, a sodium ion secondary battery negative electrode, a sodium ion secondary battery, a sodium ion secondary battery negative electrode resin composition, and sodium The present invention relates to a method for producing a carbon material for a negative electrode of an ion secondary battery.

近年、携帯電話などの小型電気製品から自動車などの大型機械製品まで種々の技術分野で二次電池の利用が検討されている。二次電池としては、電解質として有機電解質液等を使用する非水電解液二次電池、または固体電解質を使用する固体電池など種々のタイプが検討されている。   In recent years, the use of secondary batteries has been studied in various technical fields ranging from small electrical products such as mobile phones to large machine products such as automobiles. As the secondary battery, various types such as a non-aqueous electrolyte secondary battery using an organic electrolyte solution or the like as an electrolyte or a solid battery using a solid electrolyte have been studied.

実用化されている現在の二次電池の主流は、リチウムイオン二次電池であり、リチウムイオン二次電池に用いられる炭素材についても多くの研究がなされている。例えば下記特許文献1には、X線回折装置(XRD)測定より求められる002面の平均面間隔d002が、0.340nm以上0.370nm以下である炭素質粒子をリチウムイオン二次電池の負極材として用いることが開示されている。同文献には、かかる構成によれば、初回充放電効率の優れたリチウムイオン二次電池を提供可能であることが記載されている。 The mainstream of current secondary batteries in practical use is lithium ion secondary batteries, and many studies have been made on carbon materials used in lithium ion secondary batteries. For example, in Patent Document 1 below, carbonaceous particles having an average surface distance d 002 of 002 planes determined by X-ray diffractometer (XRD) measurement of 0.340 nm or more and 0.370 nm or less are used as negative electrodes for lithium ion secondary batteries. Use as a material is disclosed. This document describes that according to such a configuration, it is possible to provide a lithium ion secondary battery with excellent initial charge / discharge efficiency.

しかしながら、リチウムは希少金属であるためコストが高く、また資源量に限界がある。そこで、次世代の二次電池として、資源量が豊富で、かつ安価であるナトリウムを電荷担体として用いるナトリウムイオン二次電池が期待されている。   However, since lithium is a rare metal, the cost is high and the amount of resources is limited. Therefore, a sodium ion secondary battery that uses sodium, which has abundant resources and is inexpensive, as a charge carrier is expected as a next-generation secondary battery.

特開2014−116155号公報JP, 2014-116155, A

本発明者は、実用に足るナトリウムイオン二次電池の開発を目指し、ナトリウムイオン二次電池の負極について種々の検討を行った。その結果、リチウムイオン二次電池の負極活物質および当該負極活物質に用いられる炭素材を、そのままナトリウムイオン二次電池に使用した場合、実用に足るナトリウムイオン二次電池を提供することが困難である場合があることがわかった。   The present inventor conducted various studies on the negative electrode of a sodium ion secondary battery with the aim of developing a practical sodium ion secondary battery. As a result, when the negative electrode active material of a lithium ion secondary battery and the carbon material used for the negative electrode active material are used as they are in a sodium ion secondary battery, it is difficult to provide a practical sodium ion secondary battery. It turns out that there are cases.

より具体的には、たとえば特許文献1に記載されるようなリチウムイオン二次電池用負極材に適した炭素材を用いた場合、ナトリウムイオン二次電池では、必ずしも高い充放電容量が示されないことがわかった。   More specifically, for example, when a carbon material suitable for a negative electrode material for a lithium ion secondary battery as described in Patent Document 1 is used, the sodium ion secondary battery does not necessarily exhibit a high charge / discharge capacity. I understood.

一方、ナトリウムイオン二次電池において高い充放電容量を示し得る炭素材には、以下の問題があることがわかった。
即ち、一般的に負極を作製する場合、炭素材を、適宜、導電材などの他の添加剤と共に水などの分散媒に分散し分散体を調製する。そして当該分散体を集電体に塗工等することで負極が形成される。したがって分散体は、集電体への塗工作業に適した粘度で調整される。ところが、ナトリウムイオン二次電池において高い充放電容量を示し得る炭素材を用いて分散体を調製した場合、当該分散体は、調製直後は塗工等の作業に適した粘度であるものの、一定時間経過することで粘度が著しく増大する場合があることがわかった。粘度が増大した分散体は、集電体への塗工作業を困難とし負極作製工程において弊害を生じさせ実用性に欠ける。以下、上述する負極作製工程における塗工作業の弊害の問題を、単に「塗工性不良の問題」ともいう。
On the other hand, it has been found that a carbon material that can exhibit a high charge / discharge capacity in a sodium ion secondary battery has the following problems.
That is, when a negative electrode is generally produced, a carbon material is appropriately dispersed in a dispersion medium such as water together with other additives such as a conductive material to prepare a dispersion. Then, the negative electrode is formed by applying the dispersion to a current collector. Accordingly, the dispersion is adjusted to have a viscosity suitable for the application work to the current collector. However, when a dispersion is prepared using a carbon material that can exhibit a high charge / discharge capacity in a sodium ion secondary battery, the dispersion has a viscosity suitable for work such as coating immediately after preparation, but for a certain period of time. It has been found that the viscosity may increase significantly over time. Dispersions with increased viscosity make it difficult to apply the current collector and cause negative effects in the negative electrode preparation process, which is not practical. Hereinafter, the problem of the negative effect of the coating operation in the negative electrode manufacturing process described above is also simply referred to as “problem of poor coating property”.

本発明は上記課題に鑑みてなされたものである。即ち、本発明は、ナトリウムイオン二次電池において高い充放電容量を発揮可能としつつも、負極作製工程において塗工作業の困難性が改善されたナトリウムイオン二次電池負極用炭素材を提供する。
また、本発明は、上記ナトリウムイオン二次電池負極用炭素材を含んで生成されるナトリウムイオン二次電池負極用活物質、当該ナトリウムイオン二次電池負極用活物質を用いて構成されるナトリウムイオン二次電池負極、当該ナトリウムイオン二次電池負極を用いるナトリウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池負極用樹脂組成物、およびナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法を提供する。
The present invention has been made in view of the above problems. That is, the present invention provides a carbon material for a negative electrode of a sodium ion secondary battery in which the difficulty of the coating operation is improved in the negative electrode preparation process while allowing a high charge / discharge capacity to be exhibited in the sodium ion secondary battery.
Further, the present invention provides a sodium ion secondary battery negative electrode active material produced by including the sodium ion secondary battery negative electrode carbon material, and sodium ions configured using the sodium ion secondary battery negative electrode active material. A secondary battery negative electrode, a sodium ion secondary battery using the sodium ion secondary battery negative electrode, a resin composition for a sodium ion secondary battery negative electrode, and a method for producing a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode are provided.

本発明のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材は、線源としてCuKα線を用いたX線回折法により求められる(002)面の平均面間隔d002が0.375nm以上であり、表面に形成された0.33nmを超える細孔径を有する細孔容積が0.1ml/g以下であり、下記初期吸水率が3%以下であることを特徴とする。
初期吸水率(%)=[((40℃、湿度90%の恒温恒湿下で60分放置後の炭素材の質量)−(恒温恒湿に放置する前の炭素材の質量))/(恒温恒湿に放置する前の炭素材の質量)]×100。
The carbon material for a negative electrode of the sodium ion secondary battery of the present invention has an average interplanar spacing d 002 of (002) planes of 0.375 nm or more, which is obtained by an X-ray diffraction method using CuKα rays as a radiation source, and is formed on the surface. The pore volume having a pore diameter exceeding 0.33 nm is 0.1 ml / g or less, and the following initial water absorption is 3% or less.
Initial water absorption rate (%) = [((mass of carbon material after standing for 60 minutes under constant temperature and humidity at 40 ° C., 90% humidity) − (mass of carbon material before standing at constant temperature and humidity)) / ( The mass of the carbon material before leaving it at constant temperature and humidity)] × 100.

また本発明のナトリウムイオン二次電池負極用活物質は、本発明のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材を含有することを特徴とする。   Moreover, the active material for sodium ion secondary battery negative electrodes of this invention contains the carbon material for sodium ion secondary battery negative electrodes of this invention, It is characterized by the above-mentioned.

また本発明のナトリウムイオン二次電池負極は、本発明のナトリウムイオン二次電池負極用活物質を含むナトリウムイオン二次電池負極用活物質層と、上記ナトリウムイオン二次電池負極用活物質層が積層された負極用集電体と、を有することを特徴とする。   Moreover, the sodium ion secondary battery negative electrode of the present invention includes a sodium ion secondary battery negative electrode active material layer containing the sodium ion secondary battery negative electrode active material of the present invention, and the sodium ion secondary battery negative electrode active material layer. And a laminated negative electrode current collector.

また本発明のナトリウムイオン二次電池は、本発明のナトリウムイオン二次電池負極と、電解層と、ナトリウムイオン二次電池正極と、を備えることを特徴とする。   Moreover, the sodium ion secondary battery of this invention is equipped with the sodium ion secondary battery negative electrode of this invention, an electrolysis layer, and a sodium ion secondary battery positive electrode, It is characterized by the above-mentioned.

ナトリウムイオン二次電池負極用樹脂組成物は、アニリン樹脂、メラミン、およびヘキサメチレンテトラミンを含み、上記アニリン樹脂100質量部に対し、上記メラミンおよび上記ヘキサメチレンテトラミンの合計が25質量部以上80質量部以下であることを特徴とする。   The resin composition for a sodium ion secondary battery negative electrode contains aniline resin, melamine, and hexamethylenetetramine, and the total of the melamine and hexamethylenetetramine is 25 parts by mass or more and 80 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the aniline resin. It is characterized by the following.

ナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法は、本発明のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材を製造するナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法であって、 アニリン樹脂と、アミノ基を3つ以上有する窒素含有化合物と、を含む樹脂組成物を焼成して炭素材前駆体を生成する第一焼成工程と、上記第一焼成工程の焼成温度より高い温度で上記炭素材前駆体を焼成して炭化させる第二焼成工程と、を含むことを特徴とする。   A method for producing a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode is a method for producing a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode for producing a sodium ion secondary battery negative electrode according to the present invention, comprising: an aniline resin and an amino group. A first firing step of firing a resin composition containing three or more nitrogen-containing compounds to produce a carbon material precursor; and firing the carbon material precursor at a temperature higher than the firing temperature of the first firing step. And a second firing step for carbonization.

本発明によれば、ナトリウムイオン二次電池において高い充放電容量を発揮可能としつつも、負極作製工程における塗工作業の困難性が改善されたナトリウムイオン二次電池負極用炭素材、およびナトリウムイオン二次電池負極用活物質を提供する。また本発明のナトリウムイオン二次電池負極、およびナトリウムイオン二次電池は、塗工性不良の問題なく製造することが可能である上、高い充放電容量を発揮可能である。また本発明のナトリウムイオン二次電池負極用樹脂組成物およびナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法は、本発明のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材の提供を可能とする。   According to the present invention, a carbon material for a negative electrode of a sodium ion secondary battery in which difficulty in coating work in the negative electrode preparation process is improved while being able to exhibit a high charge / discharge capacity in a sodium ion secondary battery, and sodium ion An active material for a secondary battery negative electrode is provided. Moreover, the sodium ion secondary battery negative electrode and the sodium ion secondary battery of the present invention can be manufactured without problems of poor coatability and can exhibit a high charge / discharge capacity. The resin composition for a sodium ion secondary battery negative electrode and the method for producing a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode of the present invention make it possible to provide the carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode of the present invention.

本発明の炭素材を用いて製造された負極を備えるナトリウムイオン二次電池の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of a sodium ion secondary battery provided with the negative electrode manufactured using the carbon material of this invention.

本発明者は、実用に足るナトリウムイオン二次電池(以下、Naイオン二次電池ともいう)の開発を目指し、Naイオン二次電池の負極について種々の検討を行った。その結果、リチウムイオン二次電池(以下、Liイオン二次電池ともいう)の知見をそのままNaイオン二次電池に転用した場合には、充分な充放電容量が得られない場合があることがわかった。その要因の一つは、以下のとおり推測された。即ち、Liイオン二次電池負極に用いられる炭素材をNaイオン二次電池負極の炭素材として用いた場合に、炭素材の平均面間隔がナトリウムイオン(以下、Naイオンともいう)に好適ではなく、そのために炭素材に対しNaイオンが良好に吸蔵放出されていないことが推測された。そこで、種々検討した結果、Naイオンに適した平均面間隔を探求し、炭素材におけるNaイオンの吸蔵放出をスムーズにし、結果としてNaイオン二次電池の充放電容量を増大させることができることを見出した。
尚、本明細書においていう平均面間隔とは、線源としてCuKα線を用いたX線回折法により求められる(002)面の平均面間隔d002のことを意味する。
The present inventor conducted various studies on the negative electrode of the Na ion secondary battery with the aim of developing a practical sodium ion secondary battery (hereinafter also referred to as Na ion secondary battery). As a result, it has been found that when the knowledge of a lithium ion secondary battery (hereinafter also referred to as a Li ion secondary battery) is directly transferred to a Na ion secondary battery, sufficient charge / discharge capacity may not be obtained. It was. One of the factors was estimated as follows. That is, when the carbon material used for the Li ion secondary battery negative electrode is used as the carbon material of the Na ion secondary battery negative electrode, the average spacing between the carbon materials is not suitable for sodium ions (hereinafter also referred to as Na ions). Therefore, it was speculated that Na ions were not occluded and released with respect to the carbon material. Therefore, as a result of various studies, it has been found that an average interplanar spacing suitable for Na ions can be sought, and Na ions can be occluded and released smoothly in the carbon material, and as a result, the charge / discharge capacity of the Na ion secondary battery can be increased. It was.
Incidentally, the average spacing referred herein means the average spacing d 002 of which is determined by X-ray diffraction using CuKα ray as a radiation source (002) plane.

ところが、炭素材の平均面間隔をNaイオンに適した設計にしたことに伴い、上述する塗工性不良の問題が顕著化する傾向にあることがわかった。当該傾向は、リチウムイオンより分子径の大きいNaイオンに合わせて平均面間隔を設計したことにより、平均面間隔が増大し、これに伴い炭素材の細孔容積が増大して吸水率が増大したことに起因すると思われた。そのため、炭素材を含む分散体は、調製直後は、塗工に適した粘度を示すが、時間が経過するにつれて分散体中に含まれる水分を吸収し分散体の粘度が塗工に不適な程度まで増大するものと思われた。そこで、本発明者は、平均面間隔をNaイオンに好適な程度に大きくするとともに、細孔容積を適度に小さく抑えて吸水率が抑制された炭素材であれば、初期の課題を解決し得ることを見出し本発明の完成に至った。   However, it has been found that the problem of poor coatability described above tends to become conspicuous as the average spacing between the carbon materials is designed to be suitable for Na ions. The tendency is that the average interplanar spacing is increased in accordance with Na ions having a molecular diameter larger than that of lithium ions, so that the average interplanar spacing is increased, and accordingly, the pore volume of the carbon material is increased and the water absorption is increased. It seemed to be caused by that. Therefore, a dispersion containing a carbon material exhibits a viscosity suitable for coating immediately after preparation, but absorbs moisture contained in the dispersion as time passes, and the viscosity of the dispersion is unsuitable for coating. Seemed to increase. Therefore, the present inventor can solve the initial problem as long as it is a carbon material in which the average interplanar spacing is increased to a level suitable for Na ions, and the pore volume is appropriately reduced to suppress the water absorption rate. As a result, the present invention has been completed.

以下に本発明のNaイオン二次電池負極用炭素材(以下、単に炭素材ともいう)、Naイオン二次電池負極用炭素材製造方法(以下、単に炭素材製造方法ともいう)、Naイオン二次電池負極用活物質(以下、単に負極用活物質ともいう)、Naイオン二次電池負極(以下、単に負極ともいう)、およびNaイオン二次電池について、順に説明する。また、炭素材製造方法の説明において、本発明のNaイオン二次電池負極用樹脂組成物(以下、単に樹脂組成物ともいう)についても併せて説明する。   The following is a carbon material for Na ion secondary battery negative electrode (hereinafter also simply referred to as carbon material), a carbon material manufacturing method for Na ion secondary battery negative electrode (hereinafter also simply referred to as carbon material manufacturing method), Na ion secondary of the present invention. A secondary battery negative electrode active material (hereinafter also simply referred to as a negative electrode active material), a Na ion secondary battery negative electrode (hereinafter also simply referred to as a negative electrode), and a Na ion secondary battery will be described in this order. In the description of the carbon material production method, the resin composition for the negative electrode of the Na ion secondary battery of the present invention (hereinafter also simply referred to as a resin composition) will be described together.

尚、本発明は、ナトリウムイオンを電荷担体として用いる二次電池に関するものであり、二次電池の形式としては、非水電解液二次電池、または固体電解質二次電池など、種々の形式のものを包含する。   The present invention relates to a secondary battery using sodium ions as a charge carrier. The secondary battery is of various types such as a non-aqueous electrolyte secondary battery or a solid electrolyte secondary battery. Is included.

<炭素材>
本発明の炭素材は、以下の3つの特徴を有する。
即ち、本発明の炭素材の第一の特徴は、線源としてCuKα線を用いたX線回折法により求められる(002)面の平均面間隔d002が0.375nm以上である。
本発明の第二の特徴は、表面に形成された0.33nmを超える細孔径を有する細孔容積(以下、単に細孔容積ともいう)が0.1ml/g以下である。
本発明の第三の特徴は、下記初期吸水率が3%以下である。
初期吸水率(%)=[((40℃、湿度90%の恒温恒湿下で60分放置後の炭素材の質量)−(恒温恒湿に放置する前の炭素材の質量))/(恒温恒湿に放置する前の炭素材の質量)]×100。
<Carbon material>
The carbon material of the present invention has the following three characteristics.
That is, the first feature of the carbon material of the present invention is that the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source is 0.375 nm or more.
The second feature of the present invention is that the pore volume formed on the surface and having a pore diameter exceeding 0.33 nm (hereinafter also simply referred to as pore volume) is 0.1 ml / g or less.
The third feature of the present invention is that the following initial water absorption is 3% or less.
Initial water absorption rate (%) = [((mass of carbon material after standing for 60 minutes under constant temperature and humidity at 40 ° C., 90% humidity) − (mass of carbon material before standing at constant temperature and humidity)) / ( The mass of the carbon material before leaving it at constant temperature and humidity)] × 100.

本発明の炭素材は、上記3つの特徴を備えることにより、Naイオン二次電池において高い充放電容量を発揮可能としつつも、負極作製工程において塗工作業の困難性が改善されたNaイオン二次電池負極用炭素材を提供することができる。即ち、上記第一の特徴を備えることにより、高い充放電容量を実現可能とし、かつ、第二の特徴および第三の特徴により、塗工性不良の問題を解決する。即ち、本発明の炭素材は、Naイオンの吸蔵放出の観点から平均面間隔が充分に大きく設計されつつも、細孔容積の増大が抑制され適正な範囲の初期吸水率を示す。したがって、本発明の炭素材は、実用に足るNaイオン二次電池の提供に大きく貢献する。以下に、本発明の炭素材について詳細に説明する。   Since the carbon material of the present invention has the above three characteristics, it is possible to exhibit a high charge / discharge capacity in a Na ion secondary battery, while Na ion secondary having improved difficulty in coating work in the negative electrode manufacturing process. A carbon material for a secondary battery negative electrode can be provided. That is, by providing the first feature, a high charge / discharge capacity can be realized, and the problem of poor coatability is solved by the second feature and the third feature. That is, the carbon material of the present invention is designed to have a sufficiently large average surface spacing from the viewpoint of occlusion and release of Na ions, while suppressing an increase in pore volume and exhibiting an appropriate initial water absorption rate. Therefore, the carbon material of the present invention greatly contributes to the provision of a practical Na ion secondary battery. Below, the carbon material of this invention is demonstrated in detail.

本発明の炭素材の第一の特徴に関する平均面間隔は、炭素材のX線回折測定から求められるスペクトルより、下記Bragg式を用いて以下のとおり算出することができる。上記X線回折スペクトルは、たとえば株式会社島津製作所製・X線回折装置「XRD−7000」により測定することができる。   The average interplanar spacing relating to the first feature of the carbon material of the present invention can be calculated from the spectrum obtained from the X-ray diffraction measurement of the carbon material using the following Bragg equation. The X-ray diffraction spectrum can be measured, for example, by an X-ray diffraction apparatus “XRD-7000” manufactured by Shimadzu Corporation.

λ=2dhklsinθ (Bragg式)(dhkl=d002
λ:陰極から出力される特性X線Kα1の波長
θ:スペクトルの反射角度
λ = 2d hkl sin θ (Bragg equation) (d hkl = d 002 )
λ: wavelength of characteristic X-ray K α1 output from the cathode θ: reflection angle of spectrum

本発明の炭素材において、平均面間隔は、0.375nm以上、好ましくは0.377nm以上である。かかる構成により、炭素材におけるNaイオンの吸蔵放出がスムーズとなり、充放電容量が増大するものと思われる。本発明の炭素材において、上記平均面間隔の上限は特に限定されないが、たとえば0.400nm以下、好ましくは0.395nm以下とすることにより、高い充放電容量が維持され、Naイオン二次電池の電池性能の向上に高い貢献を示し得る。   In the carbon material of the present invention, the average plane spacing is 0.375 nm or more, preferably 0.377 nm or more. With this configuration, it is considered that the storage and release of Na ions in the carbon material become smooth and the charge / discharge capacity increases. In the carbon material of the present invention, the upper limit of the average spacing is not particularly limited. For example, by setting the average spacing to 0.400 nm or less, preferably 0.395 nm or less, a high charge / discharge capacity is maintained, and the Na ion secondary battery It can make a significant contribution to improving battery performance.

本発明の第二の特徴に関する細孔容積は、以下のとおり測定することができる。
即ち、マイクロトラック・ベル株式会社製の細孔分布測定装置「BELSORP-max」を用いて、測定試料(炭素材)を473.15Kで2時間真空加熱前処理する。その後、測定ガスとしてCO(分子径;0.33nm)を用い、298.15Kでの吸着等温線を測定し、Dubinin-Radushkevichの式を用いてそれぞれの吸着ガスの細孔容積を計算した。これを元に炭素材それぞれの細孔容積を次式に基づいて計算した。
W=W・exp[-(A/E)n]、A=RT[ln(Ps/P)]
W:吸着分子が占有しているエネルギー[ml/g]
E:吸着特性エネルギー[J/mol]
P:平衡蒸気圧[KPA]
T:吸着温度[K]
:細孔容積[ml/g]
Ps:飽和蒸気圧[KPA]
n:構造指数=2[-]
R:気体定数
The pore volume relating to the second aspect of the present invention can be measured as follows.
That is, a measurement sample (carbon material) is preheated by vacuum heating at 473.15 K for 2 hours using a micro-distribution bell pore distribution measuring device “BELSORP-max”. Thereafter, CO 2 (molecular diameter; 0.33 nm) was used as a measurement gas, an adsorption isotherm at 298.15 K was measured, and the pore volume of each adsorption gas was calculated using the Dubinin-Radushkevic equation. Based on this, the pore volume of each carbon material was calculated based on the following equation.
W = W 0 · exp [− (A / E) n], A = RT [ln (Ps / P)]
W: Energy occupied by adsorbed molecules [ml / g]
E: Adsorption characteristic energy [J / mol]
P: Equilibrium vapor pressure [KPA]
T: Adsorption temperature [K]
W 0 : pore volume [ml / g]
Ps: saturated vapor pressure [KPA]
n: Structural index = 2 [-]
R: Gas constant

本発明の炭素材の細孔容積は、0.1ml/g以下、好ましくは0.07ml/g以下、より好ましくは0.03ml/g以下、特に好ましくは0.01ml/g以下である。細孔容積が上記範囲であることにより、炭素材の初期吸水率を好ましい範囲にすることが容易に実現されるものと思われる。即ち、本発明の炭素材は、Naイオンの吸蔵放出がスムーズに行われる程度に平均面間隔を大きく確保しつつも、細孔容積を適度に小さく抑制することによって、本発明の所期の課題を解決する。   The pore volume of the carbon material of the present invention is 0.1 ml / g or less, preferably 0.07 ml / g or less, more preferably 0.03 ml / g or less, particularly preferably 0.01 ml / g or less. When the pore volume is in the above range, it seems that the initial water absorption rate of the carbon material can be easily realized within a preferable range. That is, the carbon material of the present invention is intended to achieve the intended problem of the present invention by suppressing the pore volume to a moderately low level while ensuring a large average interplanar spacing to such an extent that Na ions can be smoothly occluded and released. To solve.

本発明の炭素材において細孔容積の下限は特に限定されない。たとえば好ましい範囲の平均面間隔を容易に得るという観点からは、細孔容積は、好ましくは0.0005ml/g以上、より好ましくは0.001ml/g以上である。   In the carbon material of the present invention, the lower limit of the pore volume is not particularly limited. For example, from the viewpoint of easily obtaining a preferable average surface separation, the pore volume is preferably 0.0005 ml / g or more, more preferably 0.001 ml / g or more.

本発明の炭素材の第三の特徴に関する初期吸水率は、上述する初期吸水率(%)の式から求められる。当該初期吸水率は、炭素材自体の初期吸水率を測定したものであって、負極を形成するために用いられる分散体に含有された炭素材が、時間の経過により分散体中の水分(分散媒)をどの程度吸水するかを判断するための指標である。本発明の炭素材の初期吸水率は、3%以下、好ましくは2%以下、より好ましくは1%以下である。かかる初期吸水率を示す炭素材を含有する分散体は、調製直後および調製後60分間経過後のいずれにおいても、集電体に対する良好な塗工性が示される。また、当該炭素材を含有する分散体は、24時間経過後においてもゲル状に変化せず、塗工可能な性状が維持可能である。   The initial water absorption rate relating to the third feature of the carbon material of the present invention can be obtained from the above-described equation for the initial water absorption rate (%). The initial water absorption rate is obtained by measuring the initial water absorption rate of the carbon material itself, and the carbon material contained in the dispersion used to form the negative electrode is subject to moisture (dispersion) in the dispersion over time. It is an index for judging how much water is absorbed. The initial water absorption rate of the carbon material of the present invention is 3% or less, preferably 2% or less, more preferably 1% or less. A dispersion containing a carbon material exhibiting such an initial water absorption rate exhibits good coatability on the current collector both immediately after preparation and after 60 minutes have elapsed after preparation. Moreover, the dispersion containing the carbon material does not change to a gel after 24 hours, and can be applied with a coating property.

炭素材の初期吸水率の下限は特に限定されない。たとえば好ましい範囲の平均面間隔を容易に得るという観点からは、初期吸水率は、0.05%以上、好ましくは0.1%以上である。   The lower limit of the initial water absorption rate of the carbon material is not particularly limited. For example, from the viewpoint of easily obtaining a preferable average surface separation, the initial water absorption is 0.05% or more, preferably 0.1% or more.

たとえば、本発明の好ましい炭素材の例として、下記第一焼成を実施し、第一焼成実施後に、下記第二焼成を実施することによって生成された炭素材を挙げることができる。第一焼成は、アニリン樹脂と、アミノ基を3つ以上有する窒素含有化合物と、を含む樹脂組成物を焼成して硬化し、炭素材前駆体(一次炭化物)を生成する工程である。第二焼成工程は、第一焼成実施後に、第一焼成の温度より高い温度で炭素材前駆体を焼成して炭化させる工程である。第二焼成において、「第一焼成の温度より高い温度」とは、第一焼成における最高温度よりも高い最高温度という意味である。   For example, as an example of a preferable carbon material of the present invention, a carbon material produced by performing the following first firing and performing the following second firing after the first firing can be given. The first firing is a step of producing a carbon material precursor (primary carbide) by firing and curing a resin composition containing an aniline resin and a nitrogen-containing compound having three or more amino groups. The second firing step is a step of firing and carbonizing the carbon material precursor at a temperature higher than the temperature of the first firing after the first firing. In the second firing, the “temperature higher than the temperature of the first firing” means the highest temperature higher than the highest temperature in the first firing.

上述の第一焼成および第二焼成を実施して生成された炭素材は、本発明において特定する平均面間隔、細孔容積、および初期吸水率をいずれも備え得る。   The carbon material produced by performing the first firing and the second firing described above can have any of the average interplanar spacing, pore volume, and initial water absorption specified in the present invention.

ここでアニリン樹脂とは、アニリンおよびホルムアルデヒドを酸の存在下で縮合させて生成される樹脂である。本発明においてアミノ基とは、−NH、−NHR、もしくは−NRR'の官能基、または化合物中でメチレンに結合する窒素原子と当該メチレンとからなる結合部位を意味する。第一焼成において用いられる、アミノ基を3つ以上有する窒素含有化合物の例としては、例えばメラミン、ヘキサメチレンテトラミン、1,2,3−プロパントリアミン、または4,5,6,−ピリミジントリアミンを挙げることができるが、これに限定されない。 Here, the aniline resin is a resin produced by condensing aniline and formaldehyde in the presence of an acid. In the present invention, an amino group means a functional group of —NH 2 , —NHR, or —NRR ′, or a binding site composed of a nitrogen atom bonded to methylene in the compound and the methylene. Examples of nitrogen-containing compounds having three or more amino groups used in the first baking include, for example, melamine, hexamethylenetetramine, 1,2,3-propanetriamine, or 4,5,6, -pyrimidinetriamine. However, the present invention is not limited to this.

とりわけ上記窒素含有化合物として、メラミンまたはヘキサメチレンテトラミンの少なくともいずれか一方を含んでいることが好ましい。
即ち、上記窒素含有化合物は、アミノ基を3つ有するメラミンまたはアミノ基を4つ有するヘキサメチレンテトラミンのいずれか一方を含み、好ましくは、メラミンとヘキサメチレンテトラミンの両方を含む。かかる窒素含有化合物を用いることによって、容易に本発明の炭素材を提供することができる。かかる理由は明らかではないが、アミノ基を多く含む架橋剤により、炭素材の原料樹脂を望ましい状態で硬化させることができるものと推測する。特に、窒素含有化合物がメラミンおよびヘキサメチレンテトラミンを含む場合には、これを用いて形成された炭素材の平均面間隔は所望の範囲で大きくなり、かつ細孔容積および初期吸水率は、好ましい範囲に小さく抑制され易い。
In particular, the nitrogen-containing compound preferably contains at least one of melamine and hexamethylenetetramine.
That is, the nitrogen-containing compound contains either melamine having three amino groups or hexamethylenetetramine having four amino groups, and preferably contains both melamine and hexamethylenetetramine. By using such a nitrogen-containing compound, the carbon material of the present invention can be easily provided. Although the reason for this is not clear, it is assumed that the raw material resin for the carbon material can be cured in a desired state by the crosslinking agent containing a large amount of amino groups. In particular, when the nitrogen-containing compound contains melamine and hexamethylenetetramine, the average interplanar spacing of the carbon material formed using this compound is increased in a desired range, and the pore volume and initial water absorption are in a preferred range. It is easy to be suppressed to small.

本発明の炭素材は、主材として炭素を含み、必要に応じてさらに炭素以外の成分を含んでいてもよい。ここで炭素が主材であるとは、炭素材を100質量%としたときに、炭素が80質量%以上、好ましくは90質量%以上、より好ましくは、95質量%以上含まれていることをいう。   The carbon material of the present invention contains carbon as a main material, and may further contain components other than carbon as necessary. Here, the term “carbon is a main material” means that carbon is contained in an amount of 80% by mass or more, preferably 90% by mass or more, and more preferably 95% by mass or more when the carbon material is 100% by mass. Say.

炭素材における炭素以外の含有可能な任意成分は、特に限定されないが、たとえば窒素を挙げることができる。炭素材に窒素が含まれていることによって、窒素の有する電気陰性度により、炭素材に好適な電気的特性を付与することができる。これにより、炭素材に対するナトリウムイオンの吸蔵放出を促進させ、高い充放電特性を付与することができる。また、本発明の炭素材を製造する場合には、炭素材料以外に適宜、硬化剤、添加剤などの任意の添加剤を併せて用いることができ、添加剤の一部が炭素材に残存していることを本発明は除外しない。   The optional component other than carbon in the carbon material is not particularly limited, and examples thereof include nitrogen. By including nitrogen in the carbon material, electrical characteristics suitable for the carbon material can be imparted due to the electronegativity of nitrogen. Thereby, the occlusion discharge | release of the sodium ion with respect to a carbon material can be accelerated | stimulated, and a high charging / discharging characteristic can be provided. In addition, when producing the carbon material of the present invention, any additive such as a curing agent and an additive can be appropriately used in addition to the carbon material, and a part of the additive remains in the carbon material. It is not excluded that the present invention.

本発明の炭素材の好ましい態様の一つは、窒素含有量が2質量%以上である。即ち、本発明の炭素材100質量%に対し、窒素が2質量%以上含有されていることが好ましく、2.2質量%以上含有されていることがより好ましく、2.5質量%以上含有されていることがさらに好ましく、3質量%以上含有されていることが特に好ましい。上述する範囲で窒素が含有された炭素材は、本発明で特定する第一の特徴から第三の特徴をバランスよく備える傾向にある。上述するように、炭素材の生成において上記窒素含有化合物を用いることにより、有意に炭素材中の窒素の量を増大させることができる。第一焼成において、炭素材の原料樹脂と上記窒素含有化合物とが反応することにより硬化物の炭素骨格中にアミノ基由来の窒素が有意に取り込まれ、生成される炭素材の構成に好適な影響を及ぼすものと推察される。   One of the preferable embodiments of the carbon material of the present invention has a nitrogen content of 2% by mass or more. That is, it is preferable that 2% by mass or more of nitrogen is contained with respect to 100% by mass of the carbon material of the present invention, more preferably 2.2% by mass or more, and more preferably 2.5% by mass or more. More preferably, it is more preferably 3% by mass or more. The carbon material containing nitrogen in the above-described range tends to have the first to third features specified in the present invention in a well-balanced manner. As described above, the amount of nitrogen in the carbon material can be significantly increased by using the nitrogen-containing compound in the production of the carbon material. In the first firing, nitrogen derived from amino groups is significantly incorporated into the carbon skeleton of the cured product due to the reaction between the raw material resin of the carbon material and the above-mentioned nitrogen-containing compound, which is suitable for the structure of the generated carbon material. It is presumed that

本発明において上記窒素含有量は、以下のとおり熱伝導度法によって測定される。即ち、測定試料(炭素材)を、燃焼法を用いて単純なガス(CO、HO、及びN)に変換し、ガスに変換された測定試料を均質化した上でカラムを通過させる。これにより、ガスが段階的に分離され、それぞれの熱伝導率から、炭素、水素、及び窒素の含有量が測定される。より具体的には、たとえば、パーキンエルマー社製の元素分析測定装置(PE2400)を用いて炭素材における窒素含有量を測定することができる。 In the present invention, the nitrogen content is measured by a thermal conductivity method as follows. That is, the measurement sample (carbon material) is converted into a simple gas (CO 2 , H 2 O, and N 2 ) using a combustion method, and the measurement sample converted to gas is homogenized and then passed through the column. Let Thereby, gas is isolate | separated in steps and content of carbon, hydrogen, and nitrogen is measured from each thermal conductivity. More specifically, for example, the nitrogen content in the carbon material can be measured using an elemental analyzer (PE2400) manufactured by PerkinElmer.

<炭素材の製造方法>
次に、本発明の炭素材の製造方法について説明する。本発明の炭素材は、炭素材の原料樹脂を焼成して炭化することによって製造される。たとえば、予め調製された樹脂組成物を用い、下記に記載する第一焼成工程、粉砕工程、第二焼成工程を順に実施することによって炭素材を製造することができる。ただし、第一焼成工程および粉砕工程のいずれかまたは両方の工程は適宜省略してもよい。
<Method for producing carbon material>
Next, the manufacturing method of the carbon material of this invention is demonstrated. The carbon material of the present invention is produced by firing and carbonizing a raw material resin of the carbon material. For example, a carbon material can be produced by sequentially performing a first firing step, a pulverization step, and a second firing step described below using a resin composition prepared in advance. However, either or both of the first baking step and the pulverization step may be omitted as appropriate.

(樹脂組成物の調製)
炭素材の製造方法に用いられる樹脂組成物は、炭素材の原料樹脂を含む。
炭素材の原料樹脂は、特に限定されず、例えば、熱硬化性樹脂、または熱可塑性樹脂などの樹脂材料を挙げることができる。
上記熱硬化性樹脂としては、特に限定されず、例えば、アニリン樹脂;ノボラック型フェノール樹脂もしくはレゾール型フェノール樹脂などのフェノール樹脂;ビスフェノール型エポキシ樹脂もしくはノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂;メラミン樹脂;シアネート樹脂;フラン樹脂;ケトン樹脂;不飽和ポリエステル樹脂;またはウレタン樹脂などが挙げられる。また炭素材の原料樹脂は、上述する樹脂が種々の成分で変性された変性物であってもよい。
上記熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル−スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、ポリプロピレン、塩化ビニル、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、またはポリフタルアミドなどが挙げられる。
(Preparation of resin composition)
The resin composition used in the method for producing a carbon material includes a carbon material raw resin.
The raw material resin for the carbon material is not particularly limited, and examples thereof include a resin material such as a thermosetting resin or a thermoplastic resin.
The thermosetting resin is not particularly limited. For example, aniline resin; phenol resin such as novolac type phenol resin or resol type phenol resin; epoxy resin such as bisphenol type epoxy resin or novolac type epoxy resin; melamine resin; Examples include resins; furan resins; ketone resins; unsaturated polyester resins; and urethane resins. The carbon resin raw material resin may be a modified product obtained by modifying the above-described resin with various components.
The thermoplastic resin is not particularly limited. For example, polyethylene, polystyrene, polyacrylonitrile, acrylonitrile-styrene (AS) resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polypropylene, vinyl chloride, methacrylic resin, polyethylene terephthalate, Examples include polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyether imide, polyamide imide, polyimide, and polyphthalamide.

炭素材の原料樹脂として熱硬化性樹脂を選択することにより、上述する第一の特徴から第三の特徴を兼ねそろえる炭素材を生成することが容易であり、かかる観点からは、特にアニリン樹脂を選択することが好ましい。また原料樹脂は、1種または2種以上の組み合わせで用いることができる。   By selecting a thermosetting resin as the raw material resin for the carbon material, it is easy to produce a carbon material that combines the third feature with the first feature described above. It is preferable to select. Moreover, raw material resin can be used by 1 type or in combination of 2 or more types.

上記樹脂組成物には、適宜、他の添加剤を含有させることができる。添加剤としては、たとえば、架橋剤を挙げることができる。本発明の炭素材の製造において用いられる架橋剤としては上述するアミノ基を3つ以上有する窒素含有化合物が好適であるが、これに限定されない。   The resin composition may contain other additives as appropriate. Examples of the additive include a crosslinking agent. The crosslinking agent used in the production of the carbon material of the present invention is preferably a nitrogen-containing compound having three or more amino groups as described above, but is not limited thereto.

以上から、本発明の炭素材の製造に用いられるNaイオン二次電池負極用樹脂組成物は、アニリン樹脂、メラミン、およびヘキサメチレンテトラミンを含むことが好ましい。上記樹脂組成物における配合量は、アニリン樹脂100質量部に対し、メラミンおよびヘキサメチレンテトラミンの合計が25質量部以上80質量部以下であることが好ましい。特に上記樹脂組成物は、メラミンおよびヘキサメチレンテトラミンのいずれも含み、かつこれらの合計量が25質量部以上80質量部以下であることがより好ましい。   As mentioned above, it is preferable that the resin composition for Na ion secondary battery negative electrodes used for manufacture of the carbon material of this invention contains an aniline resin, a melamine, and hexamethylenetetramine. As for the compounding quantity in the said resin composition, it is preferable that the sum total of a melamine and a hexamethylenetetramine is 25 to 80 mass parts with respect to 100 mass parts of aniline resins. In particular, the resin composition preferably includes both melamine and hexamethylenetetramine, and the total amount thereof is 25 parts by mass or more and 80 parts by mass or less.

上記樹脂組成物を用いることにより、本発明の特定する第一の特徴から第三の特徴をバランスよく備える炭素材を容易に製造可能である。かかる理由は明らかではないが、アニリン樹脂と、メラミンと、ヘキサメチレンテトラミンと、が混合された状態で第一焼成を受けアニリン樹脂が硬化される際、以下の優れた作用が生じるものと推察される。即ち、アニリン樹脂の硬化の際、アミノ基による架橋効果が有効に作用し、またメラミンおよびヘキサメチレンテトラミンの特有の立体構造が、アニリン樹脂の硬化物の構造に有利に作用するものと思われる。その結果、炭素材の前駆体として好適な構造を有する硬化物(一次炭化物)が得られ易いと思われる。ここで好適な構造とは、最終的に生成される炭素材において、本発明の第一の特徴から第三の特徴のいずれも担保可能な構造のことを意味する。上記樹脂組成物において、メラミンおよびヘキサメチレンテトラミンの合計が25質量部以上であることにより、これを用いて生成される炭素材の平均面間隔を0.375nm以上に調整することが容易である。尚、炭素材の原料樹脂に対する過剰なメラミンおよびヘキサメチレンテトラミンは、当該原料樹脂の架橋に有効に寄与せずに、余剰材料として炭素材に望ましくない影響を与える場合がある。かかる観点からは、上記樹脂組成物において、メラミンおよびヘキサメチレンテトラミンの合計は、80質量部以下であることが好ましい。   By using the resin composition, it is possible to easily produce a carbon material having the first to third features specified in the present invention in a well-balanced manner. The reason for this is not clear, but when the aniline resin is cured by the first baking in a state where the aniline resin, melamine, and hexamethylenetetramine are mixed, it is presumed that the following excellent action occurs. The That is, when the aniline resin is cured, the cross-linking effect due to the amino group effectively acts, and the specific three-dimensional structure of melamine and hexamethylenetetramine seems to favorably affect the structure of the cured product of the aniline resin. As a result, it seems that a cured product (primary carbide) having a structure suitable as a precursor of the carbon material is easily obtained. Here, the preferable structure means a structure in which any of the first to third features of the present invention can be secured in the finally produced carbon material. In the said resin composition, when the sum total of a melamine and hexamethylenetetramine is 25 mass parts or more, it is easy to adjust the average space | interval of the carbon material produced | generated using this to 0.375 nm or more. In addition, the excessive melamine and hexamethylenetetramine with respect to the raw material resin of a carbon material may not contribute effectively to bridge | crosslinking of the said raw material resin, and may exert an undesirable influence on a carbon material as a surplus material. From this viewpoint, in the resin composition, the total of melamine and hexamethylenetetramine is preferably 80 parts by mass or less.

樹脂組成物の調製のための装置としては特に限定されないが、例えば、原料樹脂と添加剤とを溶融混合する場合には、混練ロール、単軸あるいは二軸ニーダーなどの混練装置を用いることができる。また、原料樹脂と添加剤とを溶解混合する場合は、ヘンシェルミキサー、ディスパーザーなどの混合装置を用いることができ、また粉砕混合を行う場合には、例えば、ハンマーミル、ジェットミルなどの装置を用いることができる。
尚、製造される炭素材に所望の特性を付与するために、上記樹脂組成物の調製の際に、または後述する第一焼成工程の後であって第二焼成工程の前に、金属、顔料、滑剤、帯電防止剤、または酸化防止剤などの添加剤を一種または二種以上、添加してもよい。
The apparatus for preparing the resin composition is not particularly limited. For example, when the raw material resin and the additive are melt-mixed, a kneading apparatus such as a kneading roll, a uniaxial or biaxial kneader can be used. . In addition, when the raw material resin and the additive are dissolved and mixed, a mixing device such as a Henschel mixer or a disperser can be used. When performing pulverization and mixing, for example, a device such as a hammer mill or a jet mill is used. Can be used.
In addition, in order to give desired characteristics to the carbon material to be produced, a metal, a pigment is used during the preparation of the resin composition or after the first firing step described later and before the second firing step. One or more additives such as a lubricant, an antistatic agent, or an antioxidant may be added.

(第一焼成工程)
次に、上述のとおり準備された樹脂組成物を硬化させて硬化物を生成する第一焼成工程を実施する。樹脂組成物を硬化させることで、樹脂組成物に含まれる原料樹脂を硬化させて不融化させることができる。また、原料樹脂を硬化させる際に、樹脂組成物に適宜含まれる架橋剤(たとえばメラミンまたはヘキサメチレンテトラミン)を硬化物の構造に導入し、所望の炭素材を得るための前駆体を得ることができる。
(First firing step)
Next, the 1st baking process which hardens the resin composition prepared as mentioned above and produces | generates hardened | cured material is implemented. By curing the resin composition, the raw material resin contained in the resin composition can be cured and infusible. Moreover, when hardening raw material resin, the crosslinking agent (for example, melamine or hexamethylenetetramine) suitably contained in a resin composition is introduce | transduced into the structure of hardened | cured material, and the precursor for obtaining a desired carbon material is obtained. it can.

第一焼成工程における焼成条件は特に限定されないが、例えば、樹脂組成物に含まれる原料に硬化反応を生じさせ得る温度(たとえば200℃以上600℃以下)で1時間以上10時間以下の加熱を行うことができる。第一焼成工程において用いられる加熱装置は、特に限定されず、大型連続炉、中型バッチ炉、または小型炉を適宜選択して使用することができる。   The firing conditions in the first firing step are not particularly limited. For example, heating is performed for 1 hour or more and 10 hours or less at a temperature (for example, 200 ° C. or more and 600 ° C. or less) that can cause a curing reaction in the raw material contained in the resin composition. be able to. The heating device used in the first firing step is not particularly limited, and a large continuous furnace, a medium batch furnace, or a small furnace can be appropriately selected and used.

(粉砕処理工程)
次に上述のとおり得た硬化物の粉砕処理工程を行う。粉砕処理工程は、一般的には第一焼成工程後、後述する第二焼成工程の前に行うが、適宜省略可能である。
(Crushing process)
Next, the grinding | pulverization process process of the hardened | cured material obtained as mentioned above is performed. The pulverization treatment step is generally performed after the first firing step and before the second firing step described later, but can be omitted as appropriate.

粉砕処理における粉砕方法は特に限定されないが、たとえば任意の粉砕装置を用いることができる。上記粉砕装置としては、ボールミル装置、振動ボールミル装置、ロッドミル装置、もしくはビーズミル装置などの衝撃型粉砕装置、またはサイクロンミル装置、ジェットミル装置、もしくは乾式気流粉砕装置など気流粉砕装置を挙げることができるがこれに限定されない。粉砕処理において、これらの装置を1種または2種以上使用し、または、1種の装置で複数回粉砕して用いてもよい。また粉砕処理において、これらの装置に加え、篩などを用いて適宜、分級してもよく、また分級機能を有する粉砕装置を用いてもよい。   The pulverization method in the pulverization process is not particularly limited, and for example, an arbitrary pulverizer can be used. Examples of the pulverizer include an impact pulverizer such as a ball mill, a vibration ball mill, a rod mill, or a bead mill, or an air pulverizer such as a cyclone mill, a jet mill, or a dry air pulverizer. It is not limited to this. In the pulverization treatment, these devices may be used alone or in combination of two or more, or may be used by pulverizing a plurality of times with one device. In the pulverization treatment, in addition to these apparatuses, classification may be appropriately performed using a sieve or a pulverization apparatus having a classification function may be used.

(第二焼成工程)
次に第二焼成工程について説明する。第二焼成工程は、第一焼成工程で生成された硬化物を、焼成し炭化するための工程である。あるいは、第一焼成工程が省略される場合には、上述のとおり調製された樹脂組成物を直接に第二焼成工程に供してもよい。
第二焼成工程における焼成条件は特に限定されず、硬化物を充分に炭化させ得る温度などの焼成条件が選択される。たとえば、常温から1℃/時間以上200℃/時間以下の範囲の昇温速度で昇温し、800℃以上3000℃以下の範囲の温度を0.1時間以上50時間以下、好ましくは0.5時間以上10時間以下保持して行うことができる。第二焼成工程時の雰囲気は特に限定されず、例えば窒素もしくはヘリウムガスなどの不活性ガスを含む不活性ガス雰囲気、上記不活性ガス雰囲気に微量の酸素を含む混合ガス雰囲気、または水素などの還元ガスを主として含む還元ガス雰囲気を採用することが好ましい。かかるガス雰囲気を選択することによって、樹脂などの原材料の熱分解(酸化分解)を抑制し、所望の炭素粒子を含む炭素材を得ることができる。
(Second firing step)
Next, a 2nd baking process is demonstrated. A 2nd baking process is a process for baking and carbonizing the hardened | cured material produced | generated at the 1st baking process. Or when a 1st baking process is abbreviate | omitted, you may use for the 2nd baking process the resin composition prepared as mentioned above directly.
The firing conditions in the second firing step are not particularly limited, and a firing condition such as a temperature at which the cured product can be sufficiently carbonized is selected. For example, the temperature is raised from room temperature at a temperature rising rate in the range of 1 ° C./hour to 200 ° C./hour, and the temperature in the range of 800 ° C. to 3000 ° C. is 0.1 hour to 50 hours, preferably 0.5 It can be carried out by holding for at least 10 hours. The atmosphere during the second firing step is not particularly limited, and for example, an inert gas atmosphere containing an inert gas such as nitrogen or helium gas, a mixed gas atmosphere containing a small amount of oxygen in the inert gas atmosphere, or a reduction such as hydrogen It is preferable to employ a reducing gas atmosphere mainly containing gas. By selecting such a gas atmosphere, it is possible to suppress thermal decomposition (oxidative decomposition) of raw materials such as a resin and obtain a carbon material containing desired carbon particles.

以上に説明する炭素材の製造方法において、特に以下に述べる本発明の炭素材製造方法が推奨される。
本発明の炭素材製造方法は、本発明の炭素材の製造方法であって、アニリン樹脂と、アミノ基を3つ以上有する窒素含有化合物と、を含む樹脂組成物を焼成して炭素材前駆体を生成する第一焼成工程と、上記第一焼成工程の焼成温度より高い温度で上記炭素材前駆体を焼成して炭化させる第二焼成工程と、を含む。即ち、本発明の炭素材製造方法は、炭素材の原料樹脂としてアニリン樹脂を含むとともに、架橋剤としてアミノ基を3つ以上有する窒素含有化合物と、を含む樹脂組成物を用いる。かかる本発明の炭素材製造方法によれば、特に容易に本発明の炭素材を製造することができる。尚、上記推奨される炭素材製造方法において用いられる樹脂組成物は、上述する本発明の樹脂組成物に関する説明が適宜参照されるため、ここでは適宜説明を割愛する。
In the carbon material manufacturing method described above, the carbon material manufacturing method of the present invention described below is particularly recommended.
The carbon material production method of the present invention is a carbon material production method of the present invention, wherein a carbon material precursor is obtained by firing a resin composition containing an aniline resin and a nitrogen-containing compound having three or more amino groups. And a second firing step of firing and carbonizing the carbon material precursor at a temperature higher than the firing temperature of the first firing step. That is, the carbon material manufacturing method of the present invention uses a resin composition containing an aniline resin as a raw material resin for a carbon material and a nitrogen-containing compound having three or more amino groups as a crosslinking agent. According to the carbon material manufacturing method of the present invention, the carbon material of the present invention can be manufactured particularly easily. In addition, since the description regarding the resin composition of this invention mentioned above is referred suitably for the resin composition used in the said recommended carbon material manufacturing method, description is omitted suitably here.

本発明の炭素材製造方法のより好ましい態様として、上記窒素含有化合物は、メラミンまたはヘキサメチレンテトラミンの少なくともいずれか一方を含む。かかる態様において、アニリン樹脂100質量部に対し、メラミンおよびヘキサメチレンテトラミンの合計が25質量部以上80質量部以下であることが好ましい。
特に、上記態様において、メラミンおよびヘキサメチレンテトラミンを両方含み、アニリン樹脂100質量部に対し、メラミンおよびヘキサメチレンテトラミンの合計が25質量部以上80質量部以下であることがより好ましい。
As a more preferred embodiment of the carbon material production method of the present invention, the nitrogen-containing compound contains at least one of melamine and hexamethylenetetramine. In this embodiment, the total of melamine and hexamethylenetetramine is preferably 25 parts by mass or more and 80 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the aniline resin.
In particular, in the said aspect, it is more preferable that the total of melamine and hexamethylenetetramine is 25 to 80 mass parts with respect to 100 mass parts of aniline resin including both melamine and hexamethylenetetramine.

上記好ましい態様によれば、第一焼成工程において硬化されるアニリン樹脂に対し、アミノ基による架橋効果が有効に作用し、またメラミンおよびヘキサメチレンテトラミンの特有の立体構造が、アニリン樹脂の硬化物の構造に有利に作用するものと思われる。第一焼成工程の実施により得られた硬化物を第二焼成工程に供することによって、本発明の特定する第一の特徴から第三の特徴のいずれも備えた炭素材を容易に提供することができる。   According to the preferred embodiment, the aniline resin cured in the first baking step effectively has a crosslinking effect due to an amino group, and the specific three-dimensional structure of melamine and hexamethylenetetramine is the aniline resin cured product. It seems to have an advantageous effect on the structure. By providing the cured product obtained by performing the first firing step to the second firing step, it is possible to easily provide the carbon material having any of the first to third features specified by the present invention. it can.

以下に、本発明の炭素材を含む本発明の負極用活物質、当該負極用活物質を含む負極用活物質層を備える本発明のNaイオン二次電池負極、および当該Naイオン二次電池負極を備える本発明のNaイオン二次電池について説明する。   Below, the negative electrode active material of the present invention containing the carbon material of the present invention, the Na ion secondary battery negative electrode of the present invention comprising the negative electrode active material layer containing the negative electrode active material, and the Na ion secondary battery negative electrode The Na ion secondary battery of the present invention including the above will be described.

<負極用活物質>
本発明のNaイオン二次電池負極用活物質は、本発明のNaイオン二次電池負極用炭素材を含有する。
本発明の負極用活物質は、充放電容量に関する本発明の炭素材の効果を享受する。その上、本発明の負極用活物質は、塗工不良の問題が改善された本発明の炭素材を含有するため、分散体に分散された場合に、分散媒を吸水して塗工性不良が生じる程度に当該分散体の粘度を上昇せしめることを回避可能である。本発明において負極用活物質とは、二次電池負極において電荷担体であるNaイオンを吸蔵放出し得る材料をいう。
<Active material for negative electrode>
The active material for Na ion secondary battery negative electrode of the present invention contains the carbon material for Na ion secondary battery negative electrode of the present invention.
The negative electrode active material of the present invention enjoys the effects of the carbon material of the present invention relating to charge / discharge capacity. In addition, since the negative electrode active material of the present invention contains the carbon material of the present invention in which the problem of poor coating is improved, when dispersed in a dispersion, the dispersion medium absorbs water and the coating property is poor. It is possible to avoid increasing the viscosity of the dispersion to such an extent that. In the present invention, the negative electrode active material refers to a material that can occlude and release Na ions that are charge carriers in the secondary battery negative electrode.

本発明の負極用活物質は、実質的に本発明の炭素材のみから構成されてもよいが、当該炭素材とは異なる材料をさらに含んでもよい。このような材料としては、例えば、シリコン、一酸化ケイ素、他の黒鉛質材料など一般的に負極材料の添加剤として公知の材料が挙げられる。   The negative electrode active material of the present invention may be substantially composed of only the carbon material of the present invention, but may further include a material different from the carbon material. Examples of such a material include materials generally known as additives for negative electrode materials such as silicon, silicon monoxide, and other graphite materials.

<ナトリウムイオン二次電池負極およびナトリウムイオン二次電池> <Sodium ion secondary battery negative electrode and sodium ion secondary battery>

本発明のNaイオン二次電池負極は、本発明のNaイオン二次電池負極用活物質を含むNaイオン二次電池負極用活物質層と、Naイオン二次電池負極用活物質層が積層された負極用集電体と、を有する。
また、本発明のNaイオン二次電池は、本発明のNaイオン二次電池負極と、電解層と、Naイオン二次電池正極と、を備える。
The Na ion secondary battery negative electrode of the present invention comprises a Na ion secondary battery negative electrode active material layer containing the Na ion secondary battery negative electrode active material of the present invention and a Na ion secondary battery negative electrode active material layer. And a negative electrode current collector.
The Na ion secondary battery of the present invention includes the Na ion secondary battery negative electrode of the present invention, an electrolytic layer, and a Na ion secondary battery positive electrode.

本発明の負極は、本発明の負極用活物質を用いて構成されることにより、製造時の塗工性不良の問題なく製造可能である。したがって本発明の負極は、試験的製造だけではなく、工業的に製造され得る。また本発明の負極用活物質は高い充放電容量を発揮可能であるため、本発明の負極を備える本発明のNaイオン二次電池は、かかる効果を享受し、高い充放電容量を発揮可能である。   The negative electrode of the present invention can be produced without the problem of poor coatability during production by using the negative electrode active material of the present invention. Therefore, the negative electrode of the present invention can be produced industrially as well as experimentally. Moreover, since the negative electrode active material of the present invention can exhibit a high charge / discharge capacity, the Na ion secondary battery of the present invention including the negative electrode of the present invention can enjoy such effects and exhibit a high charge / discharge capacity. is there.

以下に、図1を用いて、本発明の炭素材を含むNaイオン二次電池の一例を説明する。図1は、本発明の炭素材を含むNaイオン二次電池100の一例を示す模式図である。Naイオン二次電池100は、図1に示すように、負極10と、正極20と、セパレータ30と、電解層40とを有している。   Below, an example of the Na ion secondary battery containing the carbon material of this invention is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a schematic view showing an example of a Na ion secondary battery 100 including the carbon material of the present invention. As shown in FIG. 1, the Na ion secondary battery 100 includes a negative electrode 10, a positive electrode 20, a separator 30, and an electrolytic layer 40.

負極10は、図1に示すように、負極用活物質層12と負極集電体14とを有している。
負極用活物質層12は、上述した本発明の炭素材(図示省略)を含有している。負極集電体14は特に限定されず、負極に用いられ得る集電体を適宜選択して使用することができ、例えば、アルミニウム箔、銅箔またはニッケル箔などを用いることができるがこれに限定されない。
As shown in FIG. 1, the negative electrode 10 includes a negative electrode active material layer 12 and a negative electrode current collector 14.
The negative electrode active material layer 12 contains the above-described carbon material (not shown) of the present invention. The negative electrode current collector 14 is not particularly limited, and a current collector that can be used for the negative electrode can be appropriately selected and used. For example, an aluminum foil, a copper foil, or a nickel foil can be used, but the present invention is not limited thereto. Not.

負極10は、例えば、以下のようにして製造することができる。
上述する負極用活物質に対して、有機高分子結着剤または導電材などの添加剤を適宜配合し、適量の分散媒を添加して混練し、分散体を調製する。分散体は、負極集電体14の表面に対する塗工作業に適した粘度、またはシートなどの所定形状への成形作業に適した粘度に調整される。分散媒の添加量を調整することによって、分散体の粘度を調整することができる。本発明の分散体に含まれる炭素材の初期吸水率が充分に低いことから、分散体の粘度は一定時間経過後も、塗工作業または成形作業が良好な範囲で維持される。
The negative electrode 10 can be manufactured as follows, for example.
An additive such as an organic polymer binder or a conductive material is appropriately blended with the above-described negative electrode active material, and an appropriate amount of a dispersion medium is added and kneaded to prepare a dispersion. The dispersion is adjusted to a viscosity suitable for a coating operation on the surface of the negative electrode current collector 14 or a viscosity suitable for a molding operation into a predetermined shape such as a sheet. By adjusting the addition amount of the dispersion medium, the viscosity of the dispersion can be adjusted. Since the initial water absorption rate of the carbon material contained in the dispersion of the present invention is sufficiently low, the viscosity of the dispersion is maintained within a good range of the coating operation or the molding operation even after a certain time has elapsed.

有機高分子結着剤は、一般的に公知な結着剤から適宜選択して使用してよく、たとえば、ポリフッ化ビニリデン、もしくはポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系高分子、またはスチレン・ブタジエンゴム、ブチルゴム、もしくはブタジエンゴムなどのゴム状高分子などを挙げることができる。有機高分子結着剤の配合量は、特に限定されないが、たとえば、負極用活物質100質量部に対し、1質量部以上30質量部以下とすることが好適である。
導電材は、負極用活物質層12において適度な導電性を付与可能なものであればよく、たとえばアセチレンブラック、ケッチェンブラック、または気相法炭素繊維などのいずれかまたは組み合わせを用いることができる。導電材の配合量は、特に限定されないが、たとえば負極用活物質100質量部に対し、1質量部以上10質量部以下が好ましく、さらに好ましくは2質量部以上6質量部以下である。これらの範囲外でも用いることができるが、導電材の配合量が多すぎると電極中に存在する負極用活物質量が必要以上に減少するおそれがあり、負極の充放電容量が低下する虞がある。
分散媒は、負極活物質および任意の添加剤を分散させて適度な粘度の分散体を調製できるものであればよく、たとえば、N−メチル−2−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、アルコール、または水などを挙げることができる。
The organic polymer binder may be appropriately selected from generally known binders and used, for example, a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride or polytetrafluoroethylene, or styrene-butadiene rubber, Examples thereof include rubbery polymers such as butyl rubber or butadiene rubber. Although the compounding quantity of an organic polymer binder is not specifically limited, For example, it is suitable to set it as 1 to 30 mass parts with respect to 100 mass parts of negative electrode active materials.
The conductive material only needs to be capable of imparting appropriate conductivity in the negative electrode active material layer 12, and for example, any one or combination of acetylene black, ketjen black, vapor grown carbon fiber, and the like can be used. . Although the compounding quantity of an electrically conductive material is not specifically limited, For example, 1 mass part or more and 10 mass parts or less are preferable with respect to 100 mass parts of negative electrode active materials, More preferably, they are 2 mass parts or more and 6 mass parts or less. Although it can be used outside these ranges, if the amount of the conductive material is too large, the amount of the negative electrode active material present in the electrode may be reduced more than necessary, and the charge / discharge capacity of the negative electrode may be reduced. is there.
Any dispersion medium may be used as long as it can prepare a dispersion having an appropriate viscosity by dispersing the negative electrode active material and any additive. For example, N-methyl-2-pyrrolidone, dimethylformamide, alcohol, or water may be used. Can be mentioned.

上述のとおり調製された分散体を負極集電体14に塗工して乾燥することにより、負極10を製造することができる。
また、分散体を用いて、圧縮成形、ロール成形などによりシート状、またはペレット状などの所望形状の負極用活物質層12を形成し、これを負極集電体14に積層することにより、負極10を得ることもできる。
The negative electrode 10 can be manufactured by applying the dispersion prepared as described above to the negative electrode current collector 14 and drying it.
Further, by using the dispersion, a negative electrode active material layer 12 having a desired shape such as a sheet shape or a pellet shape is formed by compression molding, roll molding, and the like, and this is laminated on the negative electrode current collector 14, whereby the negative electrode 10 can also be obtained.

電解層40は、正極20と負極10との間を満たすものであり、充放電によってNaイオンが移動する層である。   The electrolytic layer 40 fills between the positive electrode 20 and the negative electrode 10, and is a layer in which Na ions move by charging and discharging.

電解層40は特に、限定されず、一般的に公知の電解物を満たして構成することができる。電解物としては、例えば、非水系溶媒に電解質となるナトリウム塩を溶解した非水電解液が用いられる。   The electrolytic layer 40 is not particularly limited, and can be generally configured by filling a known electrolyte. As the electrolyte, for example, a nonaqueous electrolytic solution in which a sodium salt serving as an electrolyte is dissolved in a nonaqueous solvent is used.

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

電解質としては特に限定されず、一般的に公知の電解質を用いることができ、例えば、過塩素酸ナトリウム(NaClO4)、六フッ化リン酸ナトリウム(NaPF)、四フッ化ホウ酸ナトリウム(NaBF4)などのナトリウム金属塩を用いることができる。 The electrolyte is not particularly limited, and generally known electrolytes can be used. For example, sodium perchlorate (NaClO 4 ), sodium hexafluorophosphate (NaPF 6 ), sodium tetrafluoroborate (NaBF) 4 ) A sodium metal salt such as can be used.

また非水電解液Naイオン二次電池以外の態様のNaイオン二次電池の場合、電解層40は、固体電解質を用いて構成してもよい。固体電解質は、たとえばポリエチレンオキサイドまたはポリアクリロニトリルなどの高分子材料を含むゲル状のポリマー電解質を有する態様、またはジルコニアなどを挙げることができるが、これに限定されない。   In the case of a Na ion secondary battery other than the nonaqueous electrolyte Na ion secondary battery, the electrolytic layer 40 may be configured using a solid electrolyte. Examples of the solid electrolyte include, but are not limited to, an embodiment having a gel polymer electrolyte containing a polymer material such as polyethylene oxide or polyacrylonitrile, or zirconia.

セパレータ30は特に限定されず、Naイオンを透過可能な部材であって一般的に公知のセパレータを用いることができ、例えば、ガラスフィルター;ポリエチレンもしくはポリプロピレンなどを用いて構成される多孔質フィルム;セルロースフィルタ;セラミックスフィルタ;または不織布などを挙げることができる。   The separator 30 is not particularly limited, and a generally known separator can be used as a member that is permeable to Na ions. For example, a glass filter; a porous film composed of polyethylene or polypropylene; cellulose Examples thereof include a filter; a ceramic filter; or a nonwoven fabric.

正極20は、図1に示すように、正極活物質層22と正極集電体24とを有している。
正極活物質層22としては特に限定されず、一般的に公知の正極活物質により形成することができる。本発明に用いられる正極活物質は、Naイオンを吸蔵放出可能な材料から適宜選択して使用することが可能である。たとえば、正極活物質は、NaxMeyO(0<x≦1、0.95≦y<1.05、Me1はFe、Mn、Ni、Co、CrおよびTiからなる群から選択される少なくとも1種を含む)などのナトリウム含有遷移金属酸化物;NaFeF、NaMnFおよびNaNiFなどの遷移金属フッ化物;NaMePO、NaMe (PO、NaMe (PO、NaMePOFおよびNaMe (PO(MeはFe、Mn、Ni、Co、Ti、VおよびMoからなる群から選択される少なくとも1種を含む)などのポリアニオンまたはフッ素化ポリアニオン材料などを挙げることができるが、これに限定されない。
正極活物質は、上述する負極用活物質と同様に、有機高分子結着剤および導電材が含有されてもよい。正極活物質における有機高分子結着剤および導電材の配合量は、特に限定されず、負極用活物質と同等にしてもよく、また負極用活物質とは異なる量を配合してもよい。
As illustrated in FIG. 1, the positive electrode 20 includes a positive electrode active material layer 22 and a positive electrode current collector 24.
It does not specifically limit as the positive electrode active material layer 22, Generally, it can form with a well-known positive electrode active material. The positive electrode active material used in the present invention can be appropriately selected from materials that can occlude and release Na ions. For example, the positive electrode active material is NaxMe 1 yO 2 (0 <x ≦ 1 , 0.95 ≦ y <1.05, Me 1 is at least selected from the group consisting of Fe, Mn, Ni, Co, Cr and Ti. Transition metal oxides such as NaFeF 3 , NaMnF 3 and NaNiF 3 ; NaMe 2 PO 4 , Na 3 Me 2 2 (PO 4 ) 3 , Na 4 Me 2 3 (PO 4 ) 2 P 2 O 7 , Na 2 Me 2 PO 4 F and Na 3 Me 2 2 (PO 4 ) 2 F 3 (Me 2 is a group consisting of Fe, Mn, Ni, Co, Ti, V and Mo) A polyanion or a fluorinated polyanion material including, but not limited to, at least one selected from
The positive electrode active material may contain an organic polymer binder and a conductive material in the same manner as the negative electrode active material described above. The blending amounts of the organic polymer binder and the conductive material in the positive electrode active material are not particularly limited, and may be the same as the negative electrode active material or may be blended in an amount different from the negative electrode active material.

正極集電体24としては特に限定されず、一般的に公知の正極集電体を用いることができ、例えば、アルミニウム箔、ステンレス箔、チタン箔、ニッケル箔、銅箔などを用いることができる。本実施形態における正極20は、一般的に公知の正極の製造方法により製造することができる。   It does not specifically limit as the positive electrode electrical power collector 24, A generally well-known positive electrode electrical power collector can be used, For example, aluminum foil, stainless steel foil, titanium foil, nickel foil, copper foil etc. can be used. The positive electrode 20 in the present embodiment can be manufactured by a generally known positive electrode manufacturing method.

Naイオン二次電池は、負極10、正極20、セパレータ30、および電解層40をNaイオン二次電池に適応するケースに適切に配置して形成することができる。Naイオン二次電池の型は、特定されないが、例えば円筒型、コイン型、角型、またはフィルム型などを挙げることができる。   The Na ion secondary battery can be formed by appropriately disposing the negative electrode 10, the positive electrode 20, the separator 30, and the electrolytic layer 40 in a case suitable for a Na ion secondary battery. The type of the Na ion secondary battery is not specified, and examples thereof include a cylindrical type, a coin type, a square type, and a film type.

以上、本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。たとえば、図1では、負極集電体14の一方側の面に負極用活物質層12が形成され、また正極集電体24の一方側の面に正極活物質層22が形成された例を示した。変形例として、負極集電体14の両面に負極用活物質層12を形成し、正極集電体24の両面に正極活物質層22を形成し、これらをセパレータ30および電解層40を介して対向させてNaイオン二次電池を構成してもよい。
本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, these are illustrations of this invention and various structures other than the above are also employable. For example, in FIG. 1, an example in which the negative electrode active material layer 12 is formed on one surface of the negative electrode current collector 14 and the positive electrode active material layer 22 is formed on one surface of the positive electrode current collector 24. Indicated. As a modification, the negative electrode active material layer 12 is formed on both surfaces of the negative electrode current collector 14, the positive electrode active material layer 22 is formed on both surfaces of the positive electrode current collector 24, and these are interposed via the separator 30 and the electrolytic layer 40. A Na ion secondary battery may be configured to face each other.
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

以下、本発明の実施例および比較例を説明する。ただし、本発明は以下に示す実施例および比較例に限定されるものではない。尚、実施例では、「部」は「質量部」を示し、「%」は「質量%」を示す。   Examples of the present invention and comparative examples will be described below. However, the present invention is not limited to the following examples and comparative examples. In Examples, “part” indicates “part by mass”, and “%” indicates “% by mass”.

<二次電池負極用炭素材の調製>
実施例または比較例に用いる炭素材を以下のとおり調製した。まず、炭素材を生成するために用いられる樹脂組成物に配合される樹脂(炭素材原料)を以下の通り準備した。
(アニリン樹脂の合成)
アニリン100部と37%ホルムアルデヒド水溶液697部、蓚酸2部を攪拌装置及び冷却管を備えた3つ口フラスコに入れ、100℃で3時間反応後、昇温脱水し、アニリン樹脂110部を得た。
(ノボラック型フェノール樹脂の合成)
フェノール100部、37%ホルムアルデヒド水溶液64.5部、および蓚酸3部を攪拌機および冷却管を備えた3つ口フラスコに入れ、100℃で3時間反応後、昇温脱水し、ノボラック型フェノール樹脂90部を得た。
(レゾルシン樹脂の合成)
レゾルシン100部、37%ホルムアルデヒド水溶液150部、および水1035部を攪拌機および冷却管を備えた3つ口フラスコに入れ、完全に溶解するまで混合した。その後、炭酸ナトリウムを添加し、pH6.50になるように調整した。攪拌速度60rpm、80℃、3時間反応を行い、樹脂球状硬化物を得た。
<Preparation of carbon material for secondary battery negative electrode>
The carbon material used for an Example or a comparative example was prepared as follows. First, a resin (carbon material raw material) blended in a resin composition used for producing a carbon material was prepared as follows.
(Synthesis of aniline resin)
100 parts of aniline, 697 parts of a 37% formaldehyde aqueous solution, and 2 parts of oxalic acid were placed in a three-necked flask equipped with a stirrer and a cooling tube, reacted at 100 ° C. for 3 hours, dehydrated at elevated temperature, and 110 parts of aniline resin were obtained. .
(Synthesis of novolac type phenolic resin)
100 parts of phenol, 64.5 parts of 37% formaldehyde aqueous solution, and 3 parts of oxalic acid were placed in a three-necked flask equipped with a stirrer and a condenser, reacted at 100 ° C. for 3 hours, dehydrated at elevated temperature, and novolak-type phenolic resin 90 Got a part.
(Synthesis of resorcin resin)
100 parts of resorcin, 150 parts of 37% aqueous formaldehyde solution, and 1035 parts of water were placed in a three-necked flask equipped with a stirrer and a condenser and mixed until completely dissolved. Thereafter, sodium carbonate was added to adjust the pH to 6.50. Reaction was performed at a stirring speed of 60 rpm and 80 ° C. for 3 hours to obtain a resin spherical cured product.

上述のとおり得たアニリン樹脂、ノボラック型フェノール樹脂、またはレゾルシン樹脂を用い適宜添加剤を配合し、以下の条件で焼成(第一焼成)して硬化処理を行い、一次炭化物を得た。   An aniline resin, a novolak type phenol resin, or a resorcin resin obtained as described above was used, and additives were appropriately blended, followed by firing (first firing) under the following conditions to perform a curing treatment, thereby obtaining a primary carbide.

(第一焼成)
実施例1:上記アニリン樹脂100部に対して、メラミン20部およびヘキサメチレンテトラミン20部を配合し、振動ボールミルにて粉砕混合して得られた樹脂組成物を、窒素雰囲気下にて室温から100℃/時間の昇温速度にて昇温し、550℃に到達後、焼成状態を1.5時間保持して硬化処理を行った。
実施例2:メラミンおよびヘキサメチレンテトラミンの配合量を表1に示す内容に変更したこと以外は実施例1と同様に第一焼成を行い一次炭化物を得た。
比較例1:メラミンを用いず、かつヘキサメチレンテトラミンの配合量を表1に示す内容に変更したこと以外は実施例1と同様に第一焼成を行い一次炭化物を得た。
比較例2:ヘキサメチレンテトラミンの配合量を表1に示す内容に変更したこと以外は比較例1と同様に第一焼成を行い一次炭化物を得た。
比較例3:ヘキサメチレンテトラミンの配合量を表1に示す内容に変更したこと以外は比較例1と同様に第一焼成を行い一次炭化物を得た。
比較例4:メラミンおよびヘキサメチレンテトラミンの配合量を表1に示す内容に変更したこと以外は実施例1と同様に第一焼成を行い一次炭化物を得た。
比較例5:上記ノボラック型フェノール樹脂100部に対して、ヘキサメチレンテトラミン10部を配合したこと以外は実施例1と同様に第一焼成を行い一次炭化物を得た。
比較例6:上記レゾルシン樹脂100部を用い、メラミンおよびヘキサメチレンテトラミンを用いなかったこと以外は実施例1と同様に第一焼成を行い一次炭化物を得た。
(First firing)
Example 1: A resin composition obtained by blending 20 parts of melamine and 20 parts of hexamethylenetetramine with 100 parts of the aniline resin, and pulverizing and mixing with a vibration ball mill, was added at a temperature of 100 to 100 under a nitrogen atmosphere. The temperature was raised at a rate of temperature rise of ℃ / hour, and after reaching 550 ° C., the fired state was maintained for 1.5 hours to carry out the curing treatment.
Example 2: A primary carbide was obtained by performing first firing in the same manner as in Example 1 except that the blending amounts of melamine and hexamethylenetetramine were changed to the contents shown in Table 1.
Comparative Example 1: A primary carbide was obtained by performing first firing in the same manner as in Example 1 except that melamine was not used and the amount of hexamethylenetetramine was changed to the contents shown in Table 1.
Comparative example 2: Except having changed the compounding quantity of the hexamethylene tetramine into the content shown in Table 1, the 1st baking was performed similarly to the comparative example 1, and the primary carbide was obtained.
Comparative example 3: Except having changed the compounding quantity of the hexamethylenetetramine into the content shown in Table 1, the 1st baking was performed similarly to the comparative example 1, and the primary carbide was obtained.
Comparative Example 4: A primary carbide was obtained by performing first firing in the same manner as in Example 1 except that the blending amounts of melamine and hexamethylenetetramine were changed to the contents shown in Table 1.
Comparative Example 5: First firing was performed in the same manner as in Example 1 except that 10 parts of hexamethylenetetramine was added to 100 parts of the novolak-type phenol resin, thereby obtaining a primary carbide.
Comparative Example 6: First firing was performed in the same manner as in Example 1 except that 100 parts of the resorcin resin was used and melamine and hexamethylenetetramine were not used to obtain a primary carbide.

上述のとおり得た各実施例および比較例の一次炭化物を、それぞれ同条件で粉砕し、窒素雰囲気下にて室温から100℃/時間の昇温速度にて焼成し1200℃に到達後、焼成状態を2時間保持して第二焼成(炭化処理)を行い、各実施例および比較例の炭素材を得た。   The primary carbides of Examples and Comparative Examples obtained as described above were each pulverized under the same conditions, fired at a heating rate of 100 ° C./hour from room temperature in a nitrogen atmosphere, reached 1200 ° C., and then fired. Was held for 2 hours to perform second firing (carbonization treatment) to obtain carbon materials of Examples and Comparative Examples.

<ナトリウムイオン二次電池の製造>
各実施例、各比較例で得られた炭素材100部に対して、カルボキシメチルセルロース(ダイセルファインケム株式会社製、CMCダイセル2200)1.5部、スチレン・ブタジエンゴム(JSR株式会社製、TRDー2001)3部、アセチレンブラック(電気化学工業株式会社製、デンカブラック)2部、および、蒸留水100部を加え、自転・公転ミキサーで撹拌・混合し、スラリー状の分散体を調製した。
<Manufacture of sodium ion secondary batteries>
For 100 parts of the carbon material obtained in each of the examples and comparative examples, 1.5 parts of carboxymethyl cellulose (manufactured by Daicel Finechem Co., Ltd., CMC Daicel 2200), styrene-butadiene rubber (manufactured by JSR Corporation, TRD-2001) 3 parts, 2 parts of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo Co., Ltd., Denka Black) and 100 parts of distilled water were added and stirred and mixed with a rotating / revolving mixer to prepare a slurry dispersion.

上述のとおり得た各分散体を厚み14μmの銅箔(古河電気工業株式会社製、NC−WS)の片面に塗工し、その後、60℃で1時間空気中で予備乾燥を行い、次に、120℃で15時間真空乾燥した。ロールプレスによって電極を加圧成形した後、真空乾燥した。これを直径13mmの円盤状として切り出し負極を作製した。負極材層の厚さは50μmであった。   Each dispersion obtained as described above was applied to one side of a 14 μm thick copper foil (Furukawa Electric Co., Ltd., NC-WS), then pre-dried in air at 60 ° C. for 1 hour, And vacuum drying at 120 ° C. for 15 hours. The electrode was pressure-formed by a roll press and then vacuum-dried. This was cut into a disk shape having a diameter of 13 mm to produce a negative electrode. The thickness of the negative electrode material layer was 50 μm.

対極としてナトリウム金属を直径12mmの円盤状に形成したものを用いた。   As the counter electrode, a sodium metal formed into a disk shape with a diameter of 12 mm was used.

セパレータとして、ポリオレフィンの多孔質膜(セルガード社製、商品名;セルガード2400)を用いた。   As the separator, a polyolefin porous film (manufactured by Celgard, trade name: Celgard 2400) was used.

上記の負極、対極(ナトリウム金属)、セパレータを用い、電解液としてエチレンカーボネートと、ジメチルカーボネートと、を体積比で5:5で混合した混合溶媒に1mol/dmの割合でNaPFを加えたものを用いて、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内で、2032型コインセル形状のNaイオン二次電池を製造した。 Using the above negative electrode, counter electrode (sodium metal), and separator, NaPF 6 was added at a ratio of 1 mol / dm 3 to a mixed solvent in which ethylene carbonate and dimethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 5: 5 as an electrolytic solution. A 2032 type coin cell Na ion secondary battery was manufactured in a glove box under an argon atmosphere.

以上のとおり得られた各実施例および各比較例それぞれの炭素材または分散体を用いて以下のとおり評価した。以下に示す平均面間隔d002、細孔容積、初期吸水率、および窒素含有率の測定、ならびに塗工性評価の結果は、いずれも表1に示す。 Evaluation was performed as follows using the carbon materials or dispersions of the respective Examples and Comparative Examples obtained as described above. Table 1 shows the results of the measurement of the average interplanar spacing d 002 , the pore volume, the initial water absorption rate, the nitrogen content rate, and the coating property evaluation shown below.

[平均面間隔d002
株式会社島津製作所製のX線回折装置「XRD−7000」を用い、各実施例および比較例の炭素材の(002)面の平均面間隔d002を測定した。具体的には各炭素材のX線回折測定から求められるスペクトルより、(002)面の平均面間隔d002を以下のBragg式より算出した。
λ=2dhklsinθ Bragg式 (dhkl=d002
λ:陰極から出力される特性X線Kα1の波長
θ:スペクトルの反射角度
[Average surface distance d 002 ]
Using an X-ray diffractometer “XRD-7000” manufactured by Shimadzu Corporation, the average interplanar spacing d 002 of the (002) planes of the carbon materials of the examples and comparative examples was measured. Specifically than spectrum obtained from X-ray diffraction measurement of each carbon material was calculated from the following Bragg equation Average spacing d 002 of (002) plane.
λ = 2d hkl sinθ Bragg equation (d hkl = d 002 )
λ: wavelength of characteristic X-ray K α1 output from the cathode θ: reflection angle of spectrum

[細孔容積]
マイクロトラック・ベル株式会社製の細孔分布測定装置「BELSORP-max」を用いて、具体的には、各炭素材を473.15Kで2時間真空加熱前処理を行い、その後、測定ガスとしてCO(分子径;0.33nm)を用い、298.15Kでの吸着等温線を測定し、Dubinin-Radushkevichの式を用いてそれぞれの吸着ガスの細孔容積を計算し、これを元に炭素材それぞれの細孔容積を次式に基づいて計算した。
W=W・exp[-(A/E)n]、A=RT[ln(Ps/P)]
W:吸着分子が占有しているエネルギー[ml/g]
E:吸着特性エネルギー[J/mol]
P:平衡蒸気圧[KPA]
T:吸着温度[K]
:細孔容積[ml/g]
Ps:飽和蒸気圧[KPA]
n:構造指数=2[-]
R:気体定数
[Pore volume]
Specifically, each carbon material was subjected to a vacuum heating pretreatment at 473.15 K for 2 hours using a pore distribution measuring device “BELSORP-max” manufactured by Microtrack Bell Co., Ltd. 2 (molecular diameter; 0.33 nm) is used to measure the adsorption isotherm at 298.15 K, and the pore volume of each adsorbed gas is calculated using the Dubinin-Radushkevich equation. Each pore volume was calculated based on the following equation.
W = W 0 · exp [− (A / E) n], A = RT [ln (Ps / P)]
W: Energy occupied by adsorbed molecules [ml / g]
E: Adsorption characteristic energy [J / mol]
P: Equilibrium vapor pressure [KPA]
T: Adsorption temperature [K]
W 0 : pore volume [ml / g]
Ps: saturated vapor pressure [KPA]
n: Structural index = 2 [-]
R: Gas constant

[初期吸水率]
各実施例および比較例の炭素材の初期吸水率を下記のとおり求めた。即ち、恒温恒湿に放置する前の各炭素材の質量を測定した。その後、各炭素材を40℃、湿度90%の恒温恒湿下で60分放置した後、再度、質量を測定し、以下の式を用いて初期吸水率(%)を算出した。
初期吸水率(%)=[((40℃、湿度90%の恒温恒湿下で60分放置後の上記炭素材の質量)−(恒温恒湿に放置する前の炭素材の質量))/(恒温恒湿に放置する前の炭素材の質量)]×100。
[Initial water absorption]
The initial water absorption rates of the carbon materials of the examples and comparative examples were determined as follows. That is, the mass of each carbon material before being left to stand at constant temperature and humidity was measured. Thereafter, each carbon material was allowed to stand for 60 minutes at a constant temperature and humidity of 40 ° C. and a humidity of 90%. Then, the mass was measured again, and the initial water absorption rate (%) was calculated using the following equation.
Initial water absorption rate (%) = [((mass of the carbon material after being left for 60 minutes under constant temperature and humidity at 40 ° C. and 90% humidity) − (mass of the carbon material before being allowed to stand at constant temperature and humidity)) / (The mass of the carbon material before leaving it at constant temperature and humidity)] × 100.

[窒素含有率]
各実施例および比較例の炭素材の窒素含有率をパーキンエルマー社製の元素分析測定装置(PE2400)を用いて測定した。
[Nitrogen content]
The nitrogen content of the carbon material of each example and comparative example was measured using an elemental analyzer (PE2400) manufactured by PerkinElmer.

[塗工性評価]
各実施例および比較例の炭素材をそれぞれ含む分散体の塗工性を以下のとおり評価した。即ち、各実施例および各比較例の調製直後である分散体を、集電体の表面に塗工し、塗工性が良好であることを確認した。その後、各分散体を密閉容器に収容し、室温にて24時間放置した。24時間放置した各分散体の性状および集電体への特性を下記のとおり良、不良で評価した。
24時間放置後の分散体の性状がスラリー状であり、かつ集電体へ良好に塗工することができた・・・・良
24時間放置後の分散体の性状がゲル状であるか、または集電体へ良好に塗工することができなかった・・・・不良
[Coating property evaluation]
The coating properties of the dispersions containing the carbon materials of the examples and comparative examples were evaluated as follows. That is, the dispersion immediately after preparation of each Example and each Comparative Example was applied to the surface of the current collector, and it was confirmed that the coating property was good. Thereafter, each dispersion was placed in a sealed container and allowed to stand at room temperature for 24 hours. The properties of the dispersions left for 24 hours and the properties of the current collectors were evaluated as good and bad as follows.
The properties of the dispersion after being left for 24 hours were in the form of a slurry and could be applied well to the current collector .... Whether the properties of the dispersion after being allowed to stand for 24 hours were gel-like, Or it could not be applied well to the current collector ...

以上のとおり得られた各実施例および各比較例それぞれのNaイオン二次電池を用いて以下のとおり評価した。   Evaluation was performed as follows using the Na ion secondary batteries of each Example and each Comparative Example obtained as described above.

[初回充放電特性評価]
各実施例または比較例のNaイオン二次電池を用いて以下のとおり電池性能を評価した。
測定温度を25℃とし、充電時の電流密度を25mA/gとして定電流充電を行い、電位が0Vに達した時点から、0Vを保持して定電圧充電を行い、電流密度が2.5mA/gに達するまで充電した時点の電気量を初回充電容量(mAh/g)とした。
次いで、放電時の電流密度を25mA/gとして定電流放電を行い、電位が2.5Vに達した時点の電気量を初回放電容量(mAh/g)とした。
[Evaluation of initial charge / discharge characteristics]
Battery performance was evaluated as follows using the Na ion secondary battery of each Example or Comparative Example.
Constant current charging was performed at a measurement temperature of 25 ° C. and a current density during charging of 25 mA / g. When the potential reached 0 V, constant voltage charging was performed while maintaining 0 V, and the current density was 2.5 mA / g. The amount of electricity at the time of charging until reaching g was defined as the initial charge capacity (mAh / g).
Next, constant current discharge was performed at a current density of 25 mA / g during discharge, and the amount of electricity when the potential reached 2.5 V was defined as the initial discharge capacity (mAh / g).

下記式に示すとおり、初回放電容量を初回充電容量で除した値に100を乗じて初回充放電効率(%)として算出した。
初回充放電効率(%)=初回放電容量(mAh/g)/初回充電容量(mAh/g)×100
As shown in the following formula, the value obtained by dividing the initial discharge capacity by the initial charge capacity was multiplied by 100 to calculate the initial charge / discharge efficiency (%).
Initial charge / discharge efficiency (%) = initial discharge capacity (mAh / g) / initial charge capacity (mAh / g) × 100

表1に示すとおり、実施例1、2は、初期充電容量および初期放電容量が高く、かつ、塗工性も良好であり、実用性に足る優れた炭素材、および当該炭素材を用いたNaイオン二次電池であることが確認された。また実施例1、2は、いずれも炭素材における窒素含有率が2質量%以上であった。
比較例1から3は、塗工性には問題がないものの、平均面間隔が小さく、初期充電容量および初期放電容量が充分ではなかった。
比較例4から6は、平均面間隔が増大するにつれて、細孔容積および吸水率が増大していた。特に比較例5、6は、平均面間隔が大きく初期充電容量および初期放電容量は高い値が示されたものの、塗工性が不良であり、実用性に足る炭素材ではなかった。
As shown in Table 1, Examples 1 and 2 have high initial charge capacity and initial discharge capacity, good coating properties, excellent practical carbon material, and Na using the carbon material. It was confirmed to be an ion secondary battery. In Examples 1 and 2, the nitrogen content in the carbon material was 2% by mass or more.
In Comparative Examples 1 to 3, although there was no problem in coatability, the average surface spacing was small, and the initial charge capacity and the initial discharge capacity were not sufficient.
In Comparative Examples 4 to 6, the pore volume and the water absorption increased as the average interplanar spacing increased. In particular, Comparative Examples 5 and 6 showed a large average interplanar spacing and high initial charge capacity and initial discharge capacity, but poor coatability and were not practical carbon materials.

上述する各比較例から、以下の有効な示唆が得られた。
炭素材の原料樹脂がアニリン樹脂である比較例1に対し、比較例3は、平均面間隔が0.003nm増大し、細孔容積が0.008ml/g増大し、初期吸水率が0.5%増大していた。
一方、比較例1に対し、炭素材の原料樹脂がノボラック型フェノール樹脂である比較例5は、平均面間隔が0.016nm増大し、細孔容積が0.15ml/g増大し、初期吸水率が9.13%増大していた。
同様に、比較例1に対し、炭素材の原料樹脂がレゾルシン樹脂である比較例6は、平均面間隔が0.021nm増大し、細孔容積が0.166ml/g増大し、初期吸水率が12.13%増大していた。
かかる傾向から、炭素材の原料樹脂としてアニリン樹脂を選択した場合、平均面間隔の増大を顕著とするとともに、細孔容積および初期吸水率の増大を抑制できることが示唆された。即ち、本発明の所期の課題を解決するために、負極材の原料樹脂としてアニリン樹脂を選択することは、好ましいことが示唆された。
The following effective suggestions were obtained from each of the comparative examples described above.
Compared to Comparative Example 1 in which the raw material resin of the carbon material is aniline resin, Comparative Example 3 has an average interplanar spacing increased by 0.003 nm, a pore volume increased by 0.008 ml / g, and an initial water absorption rate of 0.5. % Increase.
On the other hand, as compared with Comparative Example 1, Comparative Example 5 in which the raw material resin of the carbon material is a novolac type phenol resin has an average interplanar spacing increased by 0.016 nm, a pore volume increased by 0.15 ml / g, and an initial water absorption rate. Increased by 9.13%.
Similarly, in Comparative Example 6 in which the carbon material raw resin is resorcin resin compared to Comparative Example 1, the average interplanar spacing is increased by 0.021 nm, the pore volume is increased by 0.166 ml / g, and the initial water absorption is increased. 12.13% increase.
From this tendency, it was suggested that when an aniline resin is selected as the carbon resin, it is possible to make the increase in the average interplanar spacing remarkable and suppress the increase in the pore volume and the initial water absorption rate. That is, in order to solve the intended problem of the present invention, it was suggested that it is preferable to select an aniline resin as the raw material resin for the negative electrode material.

また、炭素材の原料樹脂としてアニリン樹脂を用いた比較例1と比較例4は、架橋剤の配合量において同様であり、架橋剤の種類において相違していた。その結果、両者は、平均面間隔、細孔容積、および吸水率の点で以下のように相違していた。即ち、架橋剤としてヘキサメチレンテトラミンを20部用いた比較例1に対し、架橋剤としてメラミンおよびヘキサメチレンテトラミンを各10部ずつ用いた比較例4は、平均面間隔が、0.06nm大きく、細孔容積が0.009ml/g小さく、かつ初期吸水率が0.54%小さかった。この結果から、架橋剤としてメラミンおよびヘキサメチレンテトラミンを用いた場合には、細孔容積および初期吸水率を小さく抑えつつも、平均面間隔を大きくすることが可能であることが示唆された。   Moreover, the comparative example 1 and the comparative example 4 which used the aniline resin as raw material resin of carbon material were the same in the compounding quantity of a crosslinking agent, and differed in the kind of crosslinking agent. As a result, they differed as follows in terms of average spacing, pore volume, and water absorption. That is, in contrast to Comparative Example 1 using 20 parts of hexamethylenetetramine as a crosslinking agent, Comparative Example 4 using melamine and 10 parts of hexamethylenetetramine as crosslinking agents each had an average interplanar spacing of 0.06 nm larger and finer. The pore volume was 0.009 ml / g smaller and the initial water absorption was 0.54% smaller. From these results, it was suggested that when melamine and hexamethylenetetramine were used as the cross-linking agent, it was possible to increase the average interplanar spacing while keeping the pore volume and initial water absorption small.

Figure 2016136452
Figure 2016136452

上記実施形態は、以下の技術思想を包含するものである。
(1)線源としてCuKα線を用いたX線回折法により求められる(002)面の平均面間隔d002が0.375nm以上であり、
表面に形成された0.33nmを超える細孔径を有する細孔容積が0.1ml/g以下であり、
下記初期吸水率が3%以下であることを特徴とするナトリウムイオン二次電池負極用炭素材、
初期吸水率(%)=[((40℃、湿度90%の恒温恒湿下で60分放置後の前記炭素材の質量)−(恒温恒湿に放置する前の前記炭素材の質量))/(恒温恒湿に放置する前の前記炭素材の質量)]×100。
(2)窒素含有量が2質量%以上である上記(1)に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材。
(3)アニリン樹脂と、アミノ基を3つ以上有する窒素含有化合物と、を含む樹脂組成物を焼成して炭素材前駆体を生成する第一焼成を実施し、前記第一焼成実施後に、前記第一焼成の温度より高い温度で前記炭素材前駆体を焼成して炭化させる第二焼成を実施することによって形成された上記(1)または(2)に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材。
(4)前記窒素含有化合物が、メラミンまたはヘキサメチレンテトラミンの少なくともいずれか一方を含む上記(3)に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材。
(5)上記(1)から(4)のいずれか一項に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材を含有することを特徴とするナトリウムイオン二次電池負極用活物質。
(6)上記(5)に記載のナトリウムイオン二次電池負極用活物質を含むナトリウムイオン二次電池負極用活物質層と、前記ナトリウムイオン二次電池負極用活物質層が積層された負極用集電体と、を有することを特徴とするナトリウムイオン二次電池負極。
(7)上記(6)に記載されたナトリウムイオン二次電池負極と、電解層と、ナトリウムイオン二次電池正極と、を備えることを特徴とするナトリウムイオン二次電池。
(8)アニリン樹脂、メラミン、およびヘキサメチレンテトラミンを含み、
前記アニリン樹脂100質量部に対し、前記メラミンおよび前記ヘキサメチレンテトラミンの合計が25質量部以上80質量部以下であることを特徴とするナトリウムイオン二次電池負極用樹脂組成物。
(9)上記(1)から(4)のいずれか一項に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材を製造するナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法であって、
アニリン樹脂と、アミノ基を3つ以上有する窒素含有化合物と、を含む樹脂組成物を焼成して炭素材前駆体を生成する第一焼成工程と、
前記第一焼成工程の焼成温度より高い温度で前記炭素材前駆体を焼成して炭化させる第二焼成工程と、を含むナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法。
(10)前記窒素含有化合物が、メラミンまたはヘキサメチレンテトラミンの少なくともいずれか一方を含み、
前記アニリン樹脂100質量部に対し、前記メラミンおよび前記ヘキサメチレンテトラミンの合計が25質量部以上80質量部以下である上記(9)に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法。
The above embodiment includes the following technical idea.
(1) The average interplanar spacing d 002 of (002) plane obtained by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source is 0.375 nm or more,
The pore volume having a pore diameter of more than 0.33 nm formed on the surface is 0.1 ml / g or less,
The following initial water absorption is 3% or less, a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode,
Initial water absorption rate (%) = [((mass of the carbon material after being left for 60 minutes under constant temperature and humidity at 40 ° C. and 90% humidity) − (mass of the carbon material before being left to stand at constant temperature and humidity)) / (Mass of the carbon material before leaving it at constant temperature and humidity)] × 100.
(2) The carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode according to (1), wherein the nitrogen content is 2% by mass or more.
(3) performing a first firing to produce a carbon material precursor by firing a resin composition containing an aniline resin and a nitrogen-containing compound having three or more amino groups; The charcoal for a sodium ion secondary battery negative electrode according to the above (1) or (2), which is formed by performing second firing in which the carbon material precursor is fired and carbonized at a temperature higher than the temperature of the first firing. Material.
(4) The carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode according to (3), wherein the nitrogen-containing compound contains at least one of melamine and hexamethylenetetramine.
(5) A sodium ion secondary battery negative electrode active material comprising the sodium ion secondary battery negative electrode carbon material according to any one of (1) to (4) above.
(6) For a negative electrode in which a sodium ion secondary battery negative electrode active material layer containing the sodium ion secondary battery negative electrode active material described in (5) above and the sodium ion secondary battery negative electrode active material layer are laminated A sodium ion secondary battery negative electrode comprising: a current collector;
(7) A sodium ion secondary battery comprising the sodium ion secondary battery negative electrode described in (6) above, an electrolytic layer, and a sodium ion secondary battery positive electrode.
(8) including aniline resin, melamine, and hexamethylenetetramine;
The resin composition for a sodium ion secondary battery negative electrode, wherein the total of the melamine and the hexamethylenetetramine is 25 parts by mass or more and 80 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the aniline resin.
(9) A method for producing a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode, comprising producing the carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode according to any one of (1) to (4) above,
A first firing step of firing a resin composition containing an aniline resin and a nitrogen-containing compound having three or more amino groups to produce a carbon material precursor;
And a second firing step of firing and carbonizing the carbon material precursor at a temperature higher than the firing temperature of the first firing step.
(10) The nitrogen-containing compound contains at least one of melamine or hexamethylenetetramine,
The method for producing a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode according to (9), wherein the total of the melamine and the hexamethylenetetramine is 25 parts by mass or more and 80 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the aniline resin.

10・・・負極
12・・・負極用活物質層
14・・・負極集電体
20・・・正極
22・・・正極活物質層
24・・・正極集電体
30・・・セパレータ
40・・・電解層
100・・・ナトリウムイオン二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Negative electrode 12 ... Active material layer 14 for negative electrodes ... Negative electrode collector 20 ... Positive electrode 22 ... Positive electrode active material layer 24 ... Positive electrode collector 30 ... Separator 40- ..Electrolytic layer 100 ... Sodium ion secondary battery

Claims (10)

線源としてCuKα線を用いたX線回折法により求められる(002)面の平均面間隔d002が0.375nm以上であり、
表面に形成された0.33nmを超える細孔径を有する細孔容積が0.1ml/g以下であり、
下記初期吸水率が3%以下であることを特徴とするナトリウムイオン二次電池負極用炭素材、
初期吸水率(%)=[((40℃、湿度90%の恒温恒湿下で60分放置後の前記炭素材の質量)−(恒温恒湿に放置する前の前記炭素材の質量))/(恒温恒湿に放置する前の前記炭素材の質量)]×100。
An average interplanar spacing d 002 of (002) planes determined by X-ray diffraction using CuKα rays as a radiation source is 0.375 nm or more,
The pore volume having a pore diameter of more than 0.33 nm formed on the surface is 0.1 ml / g or less,
The following initial water absorption is 3% or less, a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode,
Initial water absorption rate (%) = [((mass of the carbon material after being left for 60 minutes under constant temperature and humidity at 40 ° C. and 90% humidity) − (mass of the carbon material before being left to stand at constant temperature and humidity)) / (Mass of the carbon material before leaving it at constant temperature and humidity)] × 100.
窒素含有量が2質量%以上である請求項1に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材。   The carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode according to claim 1, wherein the nitrogen content is 2% by mass or more. アニリン樹脂と、アミノ基を3つ以上有する窒素含有化合物と、を含む樹脂組成物を焼成して炭素材前駆体を生成する第一焼成を実施し、前記第一焼成実施後に、前記第一焼成の温度より高い温度で前記炭素材前駆体を焼成して炭化させる第二焼成を実施することによって形成された請求項1または2に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材。   First firing is performed to fire a resin composition containing an aniline resin and a nitrogen-containing compound having three or more amino groups to produce a carbon material precursor, and after the first firing, the first firing 3. The carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode according to claim 1, wherein the carbon material precursor is formed by performing second firing in which the carbon material precursor is fired and carbonized at a temperature higher than the temperature. 前記窒素含有化合物が、メラミンまたはヘキサメチレンテトラミンの少なくともいずれか一方を含む請求項3に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材。   The carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode according to claim 3, wherein the nitrogen-containing compound contains at least one of melamine and hexamethylenetetramine. 請求項1から4のいずれか一項に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材を含有することを特徴とするナトリウムイオン二次電池負極用活物質。   A sodium ion secondary battery negative electrode active material comprising the sodium ion secondary battery negative electrode carbon material according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載のナトリウムイオン二次電池負極用活物質を含むナトリウムイオン二次電池負極用活物質層と、前記ナトリウムイオン二次電池負極用活物質層が積層された負極用集電体と、を有することを特徴とするナトリウムイオン二次電池負極。   An active material layer for a sodium ion secondary battery negative electrode comprising the sodium ion secondary battery negative electrode active material according to claim 5, and a negative electrode current collector in which the sodium ion secondary battery negative electrode active material layer is laminated, A sodium ion secondary battery negative electrode comprising: 請求項6に記載されたナトリウムイオン二次電池負極と、電解層と、ナトリウムイオン二次電池正極と、を備えることを特徴とするナトリウムイオン二次電池。   A sodium ion secondary battery comprising the sodium ion secondary battery negative electrode according to claim 6, an electrolytic layer, and a sodium ion secondary battery positive electrode. アニリン樹脂、メラミン、およびヘキサメチレンテトラミンを含み、
前記アニリン樹脂100質量部に対し、前記メラミンおよび前記ヘキサメチレンテトラミンの合計が25質量部以上80質量部以下であることを特徴とするナトリウムイオン二次電池負極用樹脂組成物。
Including aniline resin, melamine, and hexamethylenetetramine;
The resin composition for a sodium ion secondary battery negative electrode, wherein the total of the melamine and the hexamethylenetetramine is 25 parts by mass or more and 80 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the aniline resin.
請求項1から4のいずれか一項に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材を製造するナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法であって、
アニリン樹脂と、アミノ基を3つ以上有する窒素含有化合物と、を含む樹脂組成物を焼成して炭素材前駆体を生成する第一焼成工程と、
前記第一焼成工程の焼成温度より高い温度で前記炭素材前駆体を焼成して炭化させる第二焼成工程と、を含むナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法。
A method for producing a carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode, wherein the carbon material for a sodium ion secondary battery negative electrode according to any one of claims 1 to 4 is produced,
A first firing step of firing a resin composition containing an aniline resin and a nitrogen-containing compound having three or more amino groups to produce a carbon material precursor;
And a second firing step of firing and carbonizing the carbon material precursor at a temperature higher than the firing temperature of the first firing step.
前記窒素含有化合物が、メラミンまたはヘキサメチレンテトラミンの少なくともいずれか一方を含み、
前記アニリン樹脂100質量部に対し、前記メラミンおよび前記ヘキサメチレンテトラミンの合計が25質量部以上80質量部以下である請求項9に記載のナトリウムイオン二次電池負極用炭素材製造方法。
The nitrogen-containing compound contains at least one of melamine or hexamethylenetetramine,
The method for producing a carbon material for a negative electrode of a sodium ion secondary battery according to claim 9, wherein the total amount of the melamine and the hexamethylenetetramine is 25 parts by mass or more and 80 parts by mass or less with respect to 100 parts by mass of the aniline resin.
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