JP2016184581A - Method of manufacturing negative electrode material for nonaqueous secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、非水系二次電池用負極材の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for producing a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery.
近年、エネルギー密度が高く、大電流充放電特性に優れた非水系二次電池に対する更なる高性能化の要求が高まってきており、更なる高容量化、高入出力化、高寿命化を達成することが求められている。
非水系二次電池については、負極材として黒鉛等の炭素材料を使用することが知られている。そして非水系二次電池の中でもリチウムイオン二次電池用の負極材としては、リチウム吸蔵の理論容量である372mAh/gに近い容量を得ることができ、さらに、コスト・耐久性にも優れることから、黒鉛化度の大きい黒鉛が負極材として好ましいとされている。
In recent years, there has been an increasing demand for higher performance for non-aqueous secondary batteries with high energy density and excellent high-current charge / discharge characteristics, achieving higher capacity, higher input / output, and longer life. It is requested to do.
For non-aqueous secondary batteries, it is known to use a carbon material such as graphite as the negative electrode material. And as a negative electrode material for lithium ion secondary batteries among non-aqueous secondary batteries, a capacity close to 372 mAh / g, which is the theoretical capacity of lithium storage, can be obtained, and furthermore, it is excellent in cost and durability. Therefore, graphite having a high degree of graphitization is considered preferable as a negative electrode material.
上記負極材としては、例えば、特許文献1には、鱗片状天然黒鉛に力学的エネルギーを付与して球形化し、更に得られた球形化天然黒鉛を核としてその表面に非晶質炭素を被覆することにより、充填性や高速充放電特性を向上させる技術が開示されている。 As the negative electrode material, for example, in Patent Document 1, flaky natural graphite is spheroidized by applying mechanical energy, and the obtained spherical natural graphite is used as a core to coat amorphous carbon on the surface. Thus, a technique for improving filling properties and high-speed charge / discharge characteristics is disclosed.
また特許文献2では、鱗片状天然黒鉛と溶融性有機物と軟化点70℃のピッチを加熱混練し、その後ハイブリダイザー装置にて機械的衝撃を与えた後、カーボンブラックを添加してさらに機械的衝撃を与えることにより球形化粉体を得、それを焼成することで負極材粉体を得る方法が開示されている。また、特許文献3では、原料黒鉛粒子に樹脂バインダを投入して球形化処理することにより、粒子表面が滑らかな球状化黒鉛粒子を得る方法が開示されている。また特許文献4では、石炭系仮焼コークスとパラフィンワックスとを加熱しながら高速撹拌して球形に造粒する方法が知られている。 In Patent Document 2, scaly natural graphite, a fusible organic substance, and a pitch having a softening point of 70 ° C. are heated and kneaded, and after mechanical impact is applied by a hybridizer apparatus, carbon black is added to further mechanical impact. Is disclosed in which a spheroidized powder is obtained by firing and a negative electrode material powder is obtained by firing it. Patent Document 3 discloses a method of obtaining spherical graphite particles having a smooth particle surface by introducing a resin binder into raw graphite particles and spheroidizing the particles. In Patent Document 4, a method is known in which coal-based calcined coke and paraffin wax are heated and stirred at high speed to form a spherical shape.
しかしながら、本発明者らの検討によると、特許文献1で開示されている球形化天然黒鉛では、原料として用いた鱗片状黒鉛に比べると、高容量で、良好な急速充放電特性は得られるものの、粒子同士の付着力が乏しいため、鱗片状黒鉛の残存、球形化中の微粉発生により、電池特性や工程性が低下するといった課題があった。
また、特許文献2に開示されている負極材粉体は、黒鉛の球形化時に、含有される溶融性有機物やピッチは軟化した固体を含んだ状態であるため、原料黒鉛同士の付着力は不十分であり、鱗片状黒鉛残存や球形化中の微粉発生の抑制による電池特性の改善効果は不十分であった。
特許文献3に開示されている球形化黒鉛の製造方法も同様に、樹脂バインダを添加することによる黒鉛粒子同士の付着力は小さく、微粉発生の抑制による電池特性の改善効果は不十分である。一方でトルエン溶媒に溶解させた樹脂バインダ溶液を添加して球形化する技術も一例として開示されているが、溶媒の引火点が低いため球形化処理中の温度上昇により引火点以上の温度となり、製造時に爆発や火災の危険を伴うため、さらなる改善が必
要である。
また、特許文献4では黒鉛を球形に造粒する方法は開示されていない上、パラフィンワックスは固体であるため球形化中の微粉発生の抑制効果や電池特性の改善効果は不十分であった。
However, according to the study by the present inventors, the spheroidized natural graphite disclosed in Patent Document 1 has a high capacity and good rapid charge / discharge characteristics compared to the flaky graphite used as a raw material. Since the adhesion between the particles is poor, there is a problem that battery characteristics and processability are deteriorated due to the remaining of scaly graphite and generation of fine powder during spheroidization.
In addition, the negative electrode material powder disclosed in Patent Document 2 is in a state in which the meltable organic matter and pitch contained in the spheroidized graphite contain a softened solid, so that the adhesion between the raw material graphites is inadequate. It was sufficient, and the effect of improving the battery characteristics by suppressing the scale-like graphite remaining and the generation of fine powder during spheroidization was insufficient.
Similarly, in the method for producing spheroidized graphite disclosed in Patent Document 3, the adhesive force between graphite particles by adding a resin binder is small, and the effect of improving battery characteristics by suppressing the generation of fine powder is insufficient. On the other hand, a technique of adding a resin binder solution dissolved in a toluene solvent to spheroidize is also disclosed as an example, but since the flash point of the solvent is low, the temperature rises above the flash point due to the temperature rise during the spheronization treatment, Further improvements are necessary because of the risk of explosion and fire during manufacture.
Further, Patent Document 4 does not disclose a method of granulating graphite into a spherical shape, and paraffin wax is solid, so that the effect of suppressing the generation of fine powder during spheronization and the effect of improving battery characteristics are insufficient.
本発明はかかる背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は原料黒鉛を造粒する工程を有する非水系二次電池用負極材の製造方法において、様々なタイプの粒子構造の非水系二次電池用負極材を製造できると共に、大量処理が可能であり、球形化度が高く、充填性が良く、異方性が少なく、微粉が少ない負極材を安定して製造することが可能な製造方法を提供することにある。さらに、上記製造法により、高容量且つ、優れた入出力特性を備えた非水系二次電池を得ることが可能な負極材を提供し、その結果として、高性能な非水系二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the background art, and the problem is that in a method for producing a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery having a step of granulating raw material graphite, non-aqueous secondary particles having various types of particle structures are provided. Production capable of producing a negative electrode material for a secondary battery, capable of mass processing, having a high degree of spheroidization, good fillability, low anisotropy, and having a small amount of fine powder. It is to provide a method. Furthermore, by the above manufacturing method, a negative electrode material capable of obtaining a non-aqueous secondary battery having high capacity and excellent input / output characteristics is provided, and as a result, a high-performance non-aqueous secondary battery is provided. There is to do.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、
少なくとも衝撃、圧縮、摩擦、及びせん断力のいずれかの力学的エネルギーを付与して原料黒鉛を造粒する造粒工程を有する非水系二次電池用負極材の製造方法であって、前記原料黒鉛を造粒する工程を、下記1)及び2)の条件を満足する造粒剤の存在下で行うことを特徴とする非水系二次電池用負極材の製造方法、
1)前記原料黒鉛を造粒する工程時に液体
2)造粒剤が有機溶剤を含まないか、有機溶剤を含む場合、有機溶剤の内、少なくとも1種は引火点を有さない、又は引火点を有するときには該引火点が5℃以上
により、上記課題を解決するに至った。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors,
A method for producing a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, comprising a granulation step of granulating raw material graphite by applying at least one of mechanical energy of impact, compression, friction and shear force, wherein the raw material graphite A method for producing a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, characterized in that the step of granulating is performed in the presence of a granulating agent that satisfies the following conditions 1) and 2):
1) Liquid at the time of granulating the raw material graphite 2) When the granulating agent does not contain an organic solvent or contains an organic solvent, at least one of the organic solvents has no flash point, or the flash point When it has, the flash point is 5 ° C. or more, and the above-mentioned problems have been solved.
より具体的な本発明の要旨は以下のとおりである。
(1)少なくとも衝撃、圧縮、摩擦、及びせん断力のいずれかの力学的エネルギーを付与して原料黒鉛を造粒する造粒工程を有する非水系二次電池用負極材の製造方法であって、前記造粒工程は、下記1)及び2)の条件を満足する造粒剤の存在下で行うことを特徴とする製造方法。
1)前記原料黒鉛を造粒する工程時に液体
2)造粒剤が有機溶剤を含まないか、有機溶剤を含む場合、有機溶剤の内、少なくとも1種は引火点を有さない、又は引火点を有するときには該引火点が5℃以上
(2)前記造粒剤は、下記測定方法で測定した黒鉛との接触角θが90°未満であることを特徴とする、(1)に記載の製造方法。
<黒鉛との接触角θの測定方法>
HOPG表面に1.2μlの造粒剤を滴下し、濡れ広がりが収束して滴下した造粒剤の一秒間の接触角θの変化率が3%以下となったときの接触角を、接触角測定装置(協和界面社製自動接触角計DM−501)にて測定する。ここで、25℃における粘度が500cP以下の造粒剤を用いる場合には25℃における値を、25℃における粘度が500cPより大きい造粒剤を用いる場合には、粘度が500cP以下となる温度まで加温した温度における値を、接触角θの測定値とする。
(3)前記造粒剤は、前記造粒工程時に粘度が1cP以上であることを特徴とする(1)または(2)に記載の製造方法。
(4)前記造粒剤は、25℃における粘度が1cP以上100000cP以下であることを特徴とする(1)乃至(3)のいずれかに記載の製造方法。
(5)前記原料黒鉛は、鱗片状、鱗状、及び塊状の天然黒鉛からなる群から選択される少なくとも1つを含有することを特徴とする(1)乃至(4)のいずれかに記載の製造方法。
(6)前記原料黒鉛は、d002が0.34nm以下であることを特徴とする(1)乃至(5)のいずれかに記載の製造方法。
(7)前記造粒工程は、原料黒鉛を、Liと合金化可能な金属及びその酸化物、非晶質炭素、並びに生コークスからなる群から選択される少なくとも1つの存在下で造粒することを特徴とする(1)乃至(6)のいずれかに記載の製造方法。
(8)前記造粒工程は、0℃以上250℃以下の雰囲気下で行われることを特徴とする(1)乃至(7)のいずれかに記載の製造方法。
(9)前記造粒工程は、ケーシング内で高速回転する回転部材を備え、ケーシング内に複数のブレードを設置したローターを有する装置において、該ローターが高速回転することによって、内部に導入された黒鉛に対して衝撃、圧縮、摩擦、及びせん断力のいずれかを与えることで造粒することを特徴とする(1)乃至(8)のいずれかに記載の製造方法。(10)前記造粒工程により得られた造粒黒鉛に、さらに原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物を添着する工程を有することを特徴とする(1)乃至(9)のいずれかに記載の製造方法。
A more specific summary of the present invention is as follows.
(1) A method for producing a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, comprising a granulation step of granulating raw material graphite by applying at least one of mechanical energy of impact, compression, friction, and shear force, The said granulation process is performed in presence of the granulating agent which satisfies the conditions of following 1) and 2), The manufacturing method characterized by the above-mentioned.
1) Liquid at the time of granulating the raw material graphite 2) When the granulating agent does not contain an organic solvent or contains an organic solvent, at least one of the organic solvents has no flash point, or the flash point (2) The granulation agent has a contact angle θ of less than 90 ° with graphite measured by the following measurement method. Method.
<Measuring method of contact angle θ with graphite>
When 1.2 μl of the granulating agent is dropped on the HOPG surface and the wetting spread converges and the dripping granulated agent has a contact angle θ change rate of 3% or less per second, the contact angle is defined as the contact angle. It measures with a measuring apparatus (Kyowa Interface Co., Ltd. automatic contact angle meter DM-501). Here, when using a granulating agent having a viscosity at 25 ° C. of 500 cP or less, the value at 25 ° C. is used, and when using a granulating agent having a viscosity at 25 ° C. of more than 500 cP, the viscosity reaches 500 cP or less. The value at the heated temperature is taken as the measured value of the contact angle θ.
(3) The manufacturing method according to (1) or (2), wherein the granulating agent has a viscosity of 1 cP or more during the granulating step.
(4) The method according to any one of (1) to (3), wherein the granule has a viscosity at 25 ° C. of 1 cP or more and 100,000 cP or less.
(5) The production according to any one of (1) to (4), wherein the raw graphite contains at least one selected from the group consisting of scaly, scaly, and massive natural graphite. Method.
(6) The manufacturing method according to any one of (1) to (5), wherein the raw material graphite has d002 of 0.34 nm or less.
(7) In the granulation step, the raw material graphite is granulated in the presence of at least one selected from the group consisting of a metal that can be alloyed with Li and its oxide, amorphous carbon, and raw coke. The manufacturing method according to any one of (1) to (6).
(8) The production method according to any one of (1) to (7), wherein the granulation step is performed in an atmosphere of 0 ° C. or higher and 250 ° C. or lower.
(9) The granulation step includes a rotating member that rotates at a high speed in the casing, and in a device having a rotor in which a plurality of blades are installed in the casing, the graphite introduced into the interior by rotating the rotor at a high speed. The method according to any one of (1) to (8), wherein granulation is performed by applying any one of impact, compression, friction, and shearing force. (10) The method according to any one of (1) to (9), further including a step of attaching a carbonaceous material having lower crystallinity than raw graphite to the granulated graphite obtained by the granulation step. Production method.
本発明の製造方法によると、原料黒鉛を造粒する工程を有する非水系二次電池用負極材の製造方法において、様々なタイプの粒子構造の非水系二次電池用負極材を製造できると共に、大量処理が可能であり、粒径が適度に増大し、球形化度が高く、充填性が良く、異方性が小さく、微粉が少ない球形化黒鉛粒子を安定して製造することができる。 According to the production method of the present invention, in the method for producing a negative electrode material for non-aqueous secondary batteries having a step of granulating raw material graphite, various types of particle structure negative electrode materials for non-aqueous secondary batteries can be produced, Massive processing is possible, and it is possible to stably produce spheroidized graphite particles having a moderately increased particle size, a high degree of spheroidization, good filling properties, small anisotropy and few fine powders.
上記効果を奏する理由については、本発明者らは次の様に考えている。
造粒剤を添加することにより、複数の粒子の間に液体が付着して液橋(粒子間に、液体によって橋が架かったような状況をいう。)が形成されると、液橋内の毛管負圧と液の表面張力によって生じる引力が粒子間に液架橋付着力として働き、原料黒鉛間の液架橋付着力が増大し、原料黒鉛同士がより強固に付着することが可能となる。また、造粒剤が潤滑材として作用することにより原料黒鉛の微粉化が低減される。さらに、造粒工程の際に発生した微粉の多くは、上述の液架橋付着力増大の効果により、原料黒鉛と付着するため、微粉として独立した粒子が低減される。これらの結果、原料黒鉛同士がより強固に付着した、粒径が適度に増大し、球形化度が高く、微粉が少ない球形化黒鉛粒子を製造することが可能となる。
The present inventors consider the reason why the above effect is achieved as follows.
By adding a granulating agent, a liquid bridge is formed between a plurality of particles to form a liquid bridge (which means that a bridge is formed between particles by a liquid). The attractive force generated by the capillary negative pressure and the surface tension of the liquid acts as a liquid crosslinking adhesion force between the particles, the liquid crosslinking adhesion force between the raw material graphites increases, and the raw material graphites can adhere more firmly. Further, the granulating agent acts as a lubricant, thereby reducing the pulverization of the raw material graphite. Furthermore, since most of the fine powder generated during the granulation step adheres to the raw material graphite due to the above-described effect of increasing the liquid-crosslinking adhesion, particles independent as fine powder are reduced. As a result, it becomes possible to produce spheroidized graphite particles in which the raw graphites adhere more firmly, the particle size increases moderately, the degree of spheroidization is high, and the amount of fine powder is small.
また、上記造粒剤が有機溶剤を含む場合、該有機溶剤が引火点を有さない、あるいは引火点を有するときは引火点が5℃以上であることにより、造粒工程中の衝撃や発熱に誘発される造粒剤の引火、火災、及び爆発の危険を防止することができるため、安定的に効率良く球形化黒鉛粒子を製造することが出来る。
本発明の製造方法により製造した負極材は、粒子表面及び内部にLiイオンの挿入脱離サイトを多く有する微粉が存在する構造を取る。さらに、複数の原料黒鉛により造粒された構造を有することにより、粒子外周部だけでなく粒子内部に存在するLiイオン挿入脱離サイトをも有効且つ効率的に利用することが可能になる。これらの結果、本発明により得られた負極材を非水系二次電池に用いることで、優れた入出力特性を得ることが出来たと考えられる。
In addition, when the granulating agent contains an organic solvent, the organic solvent does not have a flash point, or when it has a flash point, the flash point is 5 ° C. or higher, so that the impact and heat generation during the granulation step. Therefore, it is possible to prevent the risk of ignition, fire, and explosion of the granulating agent, which makes it possible to produce spheroidized graphite particles stably and efficiently.
The negative electrode material produced by the production method of the present invention has a structure in which fine powder having many insertion and desorption sites of Li ions is present on the particle surface and inside. Furthermore, by having a structure granulated by a plurality of raw material graphites, it is possible to effectively and efficiently use not only the outer peripheral part of the particle but also the Li ion insertion / desorption site existing inside the particle. As a result, it is considered that excellent input / output characteristics could be obtained by using the negative electrode material obtained according to the present invention for a non-aqueous secondary battery.
以下、本発明の内容を詳細に述べる。なお、以下に記載する発明構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの形態に特定されるものではない。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail. In addition, description of the invention structural requirements described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these forms unless it exceeds the gist.
本発明は、少なくとも衝撃、圧縮、摩擦、及びせん断力のいずれかの力学的エネルギーを付与して原料黒鉛を造粒する造粒工程を有する非水系二次電池用負極材の製造方法であって、前記造粒工程は、下記1)及び2)の条件を満足する造粒剤の存在下で行うことを特徴とする非水系二次電池用負極材の製造方法である。
1)前記原料黒鉛を造粒する工程時に液体
2)造粒剤が有機溶剤を含まないか、有機溶剤を含む場合、有機溶剤の内、少なくとも1種は引火点を有さない、又は引火点を有するときには該引火点が5℃以上である。
上記造粒工程を有すれば、必要に応じて別の工程を更に有していてもよい。別の工程は単独で実施してもよいし、複数工程を同時に実施してもよい。一実施形態としては、以下の第1工程乃至第6工程を含む。
The present invention is a method for producing a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery having a granulation step of granulating raw material graphite by applying at least one of mechanical energy of impact, compression, friction and shear force. The granulation step is performed in the presence of a granulating agent that satisfies the following conditions 1) and 2), and is a method for producing a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery.
1) Liquid at the time of granulating the raw material graphite 2) When the granulating agent does not contain an organic solvent or contains an organic solvent, at least one of the organic solvents has no flash point, or the flash point The flash point is 5 ° C. or higher.
If it has the said granulation process, you may further have another process as needed. Another process may be implemented independently and multiple processes may be implemented simultaneously. As one embodiment, the following first to sixth steps are included.
(第1工程)原料黒鉛の粒度を調整する工程
(第2工程)原料黒鉛と造粒剤とを混合する工程
(第3工程)原料黒鉛を造粒する工程
(第4工程)造粒剤を除去する工程
(第5工程)造粒黒鉛を高純度化する工程
(第6工程)造粒黒鉛に、さらに原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物を添着する工程
以下、これら工程について説明する。
(1st process) The process of adjusting the particle size of raw material graphite (2nd process) The process of mixing raw material graphite and a granulating agent (3rd process) The process of granulating raw material graphite (4th process) Step of removing (fifth step) Step of purifying granulated graphite (sixth step) Step of adding a carbonaceous material having lower crystallinity than raw graphite to the granulated graphite Hereinafter, these steps will be described.
(第1工程)原料黒鉛の粒度を調整する工程
本発明で用いる原料黒鉛は特に限定されず、人造黒鉛や天然黒鉛を使用することが出来る。中でも、結晶性が高く高容量であることから天然黒鉛を使用することが好ましい。
(1st process) The process of adjusting the particle size of raw material graphite The raw material graphite used by this invention is not specifically limited, Artificial graphite and natural graphite can be used. Among them, it is preferable to use natural graphite because of its high crystallinity and high capacity.
人造黒鉛としては、例えば、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などの有機物を焼成し、黒鉛化したものが挙げられる。
焼成温度は、2500℃以上、3200℃以下の範囲とすることができ、焼成の際、珪素含有化合物やホウ素含有化合物などを黒鉛化触媒として用いることもできる。
Examples of the artificial graphite include coal tar pitch, coal heavy oil, atmospheric residue, petroleum heavy oil, aromatic hydrocarbon, nitrogen-containing cyclic compound, sulfur-containing cyclic compound, polyphenylene, polyvinyl chloride, polyvinyl Examples include those obtained by baking and graphitizing organic substances such as alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, and imide resin.
The firing temperature can be in the range of 2500 ° C. or more and 3200 ° C. or less, and a silicon-containing compound, a boron-containing compound, or the like can be used as a graphitization catalyst during firing.
天然黒鉛は、その性状によって、鱗片状黒鉛(Flake Graphite)、鱗状黒鉛(Crystalline Graphite)、塊状黒鉛(Vein Graphite)、土壌黒鉛(Amorphous Graphite)に分類される(「粉粒体プロセス技術集成」((株)産業技術センター、昭和49年発行)の黒鉛の項、および「HANDBOOK OF CARBON,GRAPHITE,DIAMOND AND FULLERENES」(NoyesPubLications発行)参照)。黒鉛化度は、鱗状黒鉛や塊状黒鉛が100%で最も高く、これに次いで鱗片状黒鉛が99.9%で高く、黒鉛化度が高い黒鉛が本発明において好適である。なかでも不純物の少ないものが好ましく、必要に応じて、公知である種々の精製処理を施して用いることができる。 Natural graphite is classified into flake graphite (Crystalline Graphite), massive graphite (Vein Graphite), and soil graphite (Amorphous Graphite) according to the properties (“granular process technology assembly”). (See, Industrial Technology Center Co., Ltd., published in 1974) Graphite section, and “HANDBOOK OF CARBON, GRAPHITE, DIAMOND AND FULLLENES” (issued by Noyes PubLications)). The degree of graphitization is the highest at 100% for scaly graphite and massive graphite, followed by graphite with the highest degree of scaly graphite at 99.9% and high degree of graphitization in the present invention. Among them, those having few impurities are preferable, and can be used after being subjected to various known purification treatments, if necessary.
天然黒鉛の産地は、マダガスカル、中国、ブラジル、ウクライナ、カナダ等である。天然黒鉛のうち、鱗状黒鉛の産地は、主にスリランカであり、土壌黒鉛の主な産地は、朝鮮半島、中国、メキシコ等である。天然黒鉛としては、例えば、鱗状、鱗片状、塊状又は板状の天然黒鉛が挙げられ、中でも、鱗片状黒鉛が好ましい。 Natural graphite is produced in Madagascar, China, Brazil, Ukraine, Canada, etc. Of the natural graphite, the production area of scaly graphite is mainly Sri Lanka, and the main production area of soil graphite is the Korean Peninsula, China, Mexico, and the like. Examples of natural graphite include scaly, scaly, massive, or plate-like natural graphite. Among these, scaly graphite is preferable.
これら原料黒鉛の平均粒径(d50)は、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm以上、更に好ましくは3μm以上、好ましくは80μm以下、より好ましくは50μm以下、更に好ましくは35μm以下、非常に好ましくは20μm以下、特に好ましくは10μm以下、最も好ましくは8μm以下である。平均粒径は後述の方法により測定することが出来る。 The average particle diameter (d50) of these raw material graphites is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, further preferably 3 μm or more, preferably 80 μm or less, more preferably 50 μm or less, still more preferably 35 μm or less, and very preferably It is 20 μm or less, particularly preferably 10 μm or less, and most preferably 8 μm or less. The average particle diameter can be measured by the method described later.
平均粒径が上記範囲にある場合、造粒工程中に生成する微粉を、造粒された黒鉛(以降
、造粒黒鉛と称す。)となる母材に付着或いは母材の内部に包む込みながら造粒することが可能になり、球形化度が高く微粉が少ない造粒黒鉛を得ることが出来る。
When the average particle size is in the above range, the fine powder generated during the granulation step adheres to the base material that becomes granulated graphite (hereinafter referred to as granulated graphite) or is wrapped inside the base material. It becomes possible to granulate, and granulated graphite having a high degree of spheroidization and a small amount of fine powder can be obtained.
原料黒鉛の平均粒径(d50)を上記範囲に調整する方法として、例えば黒鉛粒子を粉砕、及び/または分級する方法が挙げられる。
粉砕に用いる装置に特に制限はないが、例えば、粗粉砕機としてはせん断式ミル、ジョークラッシャー、衝撃式クラッシャー、コーンクラッシャー等が挙げられ、中間粉砕機としてはロールクラッシャー、ハンマーミル等が挙げられ、微粉砕機としては、機械式粉砕機、気流式粉砕機、旋回流式粉砕機等が挙げられる。具体的には、ボールミル、振動ミル、ピンミル、攪拌ミル、ジェットミル、サイクロンミル、ターボミル等が挙げられる。特に、10μm以下の黒鉛粒子を得る場合には、気流式粉砕機や旋回流式粉砕機を用いることが好ましい。
分級処理に用いる装置としては特に制限はないが、例えば、乾式篩い分けの場合は、回転式篩い、動揺式篩い、旋動式篩い、振動式篩い等を用いることができ、乾式気流式分級の場合は、重力式分級機、慣性力式分級機、遠心力式分級機(クラシファイア、サイクロン等)を用いることができ、また、湿式篩い分け、機械的湿式分級機、水力分級機、沈降分級機、遠心式湿式分級機等を用いることができる。
As a method of adjusting the average particle diameter (d50) of the raw material graphite to the above range, for example, a method of pulverizing and / or classifying graphite particles can be mentioned.
There are no particular restrictions on the apparatus used for pulverization, for example, the coarse pulverizer includes a shearing mill, jaw crusher, impact crusher, cone crusher, etc., and the intermediate pulverizer includes a roll crusher, hammer mill, etc. Examples of the fine pulverizer include a mechanical pulverizer, an airflow pulverizer, and a swirl flow pulverizer. Specific examples include a ball mill, a vibration mill, a pin mill, a stirring mill, a jet mill, a cyclone mill, and a turbo mill. In particular, when obtaining graphite particles of 10 μm or less, it is preferable to use an airflow pulverizer or a swirl flow pulverizer.
There is no particular limitation on the apparatus used for classification, but for example, in the case of dry sieving, a rotary sieving, a swaying sieving, a rotating sieving, a vibrating sieving, etc. can be used. In this case, gravity classifiers, inertial force classifiers, centrifugal classifiers (classifiers, cyclones, etc.) can be used. A centrifugal wet classifier or the like can be used.
また、原料黒鉛としては以下のような物性を満足することが好ましい。
原料黒鉛に含まれる灰分は、全質量に対して、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下であり、更に好ましくは0.1質量%以下である。また、灰分の下限は1ppm以上であることが好ましい。
灰分が上記範囲内であると非水系二次電池とした場合に、充放電時の負極材と電解液との反応による電池性能の劣化を無視できる程度に抑えることができる。また、負極材の製造に多大な時間とエネルギーと汚染防止のための設備とを必要としないため、コストの上昇も抑えられる。
The raw material graphite preferably satisfies the following physical properties.
The ash contained in the raw material graphite is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, and still more preferably 0.1% by mass or less with respect to the total mass. Moreover, it is preferable that the minimum of ash content is 1 ppm or more.
When the ash content is within the above range, when the non-aqueous secondary battery is used, it is possible to suppress deterioration of battery performance due to the reaction between the negative electrode material and the electrolytic solution during charge / discharge to a level that can be ignored. Moreover, since a great amount of time, energy, and equipment for preventing contamination are not required for manufacturing the negative electrode material, an increase in cost can be suppressed.
原料黒鉛のアスペクト比は、好ましくは3以上、より好ましくは5以上、更に好ましくは10以上、特に好ましくは15以上である。また、好ましくは1000以下、より好ましくは500以下、更に好ましくは100以下、特に好ましくは50以下である。アスペクト比は、後述する負極材の粉末状態でのアスペクト比の測定方法と同様の方法により測定する。アスペクト比が上記範囲内にあると、粒径が100μm程度の大きな粒子が出来難く、一方で強固な造粒黒鉛を得易くなる。 The aspect ratio of the raw material graphite is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, still more preferably 10 or more, and particularly preferably 15 or more. Further, it is preferably 1000 or less, more preferably 500 or less, still more preferably 100 or less, and particularly preferably 50 or less. The aspect ratio is measured by the same method as the method for measuring the aspect ratio in the powder state of the negative electrode material described later. When the aspect ratio is within the above range, it is difficult to obtain large particles having a particle size of about 100 μm, while it becomes easy to obtain strong granulated graphite.
原料黒鉛のX線広角回折法による002面の面間隔(d002)及び結晶子の大きさ(Lc)は、通常d002が3.37Å以下で(Lc)が900Å以上であり、d002が3.36Å以下で(Lc)が950Å以上であることが好ましい。面間隔d002及び結晶子の大きさ(Lc)は、負極材バルクの結晶性を示す値であり、002面の面間隔d002の値が小さいほど、また結晶子の大きさ(Lc)が大きいほど、結晶性が高い負極材であることを示し、黒鉛層間に入るリチウムの量が理論値に近づくので容量が増加する。結晶性が低いと高結晶性黒鉛を電極に用いた場合の優れた電池特性(高容量で、且つ不可逆容量が低い)が発現されない。面間隔d002と結晶子の大きさ(Lc)は、上記範囲が組み合わされていることが特に好ましい。
X線回折は以下の手法により測定する。炭素粉末に総量の約15質量%のX線標準高純度シリコン粉末を加えて混合したものを材料とし、グラファイトモノクロメーターで単色化したCuKα線を線源とし、反射式ディフラクトメーター法で広角X線回折曲線を測定する。その後、学振法を用いて面間隔(d002)及び結晶子の大きさ(Lc)を求める。
002 plane spacing (d002) and crystallite size (Lc) of raw graphite by X-ray wide angle diffraction method are usually d002 of 3.37 mm or less, (Lc) of 900 mm or more, and d002 of 3.36 mm. In the following, it is preferable that (Lc) is 950 mm or more. The face spacing d002 and the crystallite size (Lc) are values indicating the crystallinity of the negative electrode material bulk. The smaller the face spacing d002 value of the 002 face and the larger the crystallite size (Lc). This indicates that the negative electrode material has high crystallinity, and the capacity increases because the amount of lithium entering the graphite layer approaches the theoretical value. When the crystallinity is low, excellent battery characteristics (high capacity and low irreversible capacity) when high crystalline graphite is used for the electrode are not exhibited. It is particularly preferable that the above-mentioned ranges are combined for the interplanar spacing d002 and the crystallite size (Lc).
X-ray diffraction is measured by the following method. Carbon powder is mixed with X-ray standard high-purity silicon powder of about 15% by mass of the total amount, and CuKα ray monochromatized with a graphite monochromator is used as a radiation source. A line diffraction curve is measured. Thereafter, the interplanar spacing (d002) and the crystallite size (Lc) are obtained using the Gakushin method.
原料黒鉛の充填構造は、粒子の大きさ、形状、粒子間相互作用力の程度等によって左右
されるが、本明細書では充填構造を定量的に議論する指標の一つとしてタップ密度を適用することも可能である。本発明者らの検討では、真密度と平均粒径がほぼ等しい鉛質粒子では、形状が球状で粒子表面が平滑であるほど、タップ密度が高い値を示すことが確認されている。すなわち、タップ密度を上げるためには、粒子の形状に丸みを帯びさせて球状に近づけ、粒子表面のささくれや欠損を除き平滑さを保つことが重要である。粒子形状が球状に近づき粒子表面が平滑であると、粉体の充填性も大きく向上する。原料黒鉛のタップ密度は、好ましくは0.1g/cm3以上であり、より好ましくは0.2g/cm3以上であり、更に好ましくは0.3g/cm3以上である。タップ密度は実施例で後述する方法により測定する。
The filling structure of raw material graphite depends on the size, shape, degree of interaction force between particles, etc., but in this specification, tap density is applied as one of the indicators for quantitatively discussing the filling structure. It is also possible. In the study by the present inventors, it has been confirmed that in the case of lead-like particles having a true density and an average particle size substantially equal, the tap density increases as the shape is spherical and the particle surface is smoother. In other words, in order to increase the tap density, it is important to round the shape of the particle so that it is close to a sphere, and to maintain smoothness except for the surface and chipping of the particle surface. When the particle shape approaches a spherical shape and the particle surface is smooth, the powder filling property is greatly improved. The tap density of the raw material graphite is preferably 0.1 g / cm 3 or more, more preferably 0.2 g / cm 3 or more, and further preferably 0.3 g / cm 3 or more. The tap density is measured by the method described later in the examples.
原料黒鉛のアルゴンイオンレーザーラマンスペクトルは粒子の表面の性状を現す指標として利用されている。原料黒鉛のアルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm−1付近のピーク強度に対する1360cm−1付近のピーク強度比であるラマンR値は、好ましくは0.05以上0.9以下であり、より好ましくは0.05以上0.7以下であり、更に好ましくは0.05以上0.5以下である。R値は炭素粒子の表面近傍(粒子表面から100Å位まで)の結晶性を表す指標であり、R値が小さいほど結晶性が高い、あるいは結晶状態が乱れていないことを示す。ラマンスペクトルは以下に示す方法により測定する。具体的には、測定対象粒子をラマン分光器測定セル内へ自然落下させることで試料充填し、測定セル内にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、測定セルをこのレーザー光と垂直な面内で回転させながら測定を行なう。なお、アルゴンイオンレーザー光の波長は514.5nmとする。 The argon ion laser Raman spectrum of the raw graphite is used as an index showing the surface properties of the particles. Raman R value is the peak intensity ratio in the vicinity of 1360 cm -1 to the peak intensity near 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum of the raw material graphite is preferably 0.05 to 0.9, more preferably 0. It is 05 or more and 0.7 or less, More preferably, it is 0.05 or more and 0.5 or less. The R value is an index representing the crystallinity in the vicinity of the surface of the carbon particle (from the particle surface to about 100 °), and the smaller the R value, the higher the crystallinity or the disordered crystal state. The Raman spectrum is measured by the method shown below. Specifically, the sample particle is naturally dropped into the Raman spectrometer measurement cell, and the sample cell is filled with the sample. While irradiating the measurement cell with an argon ion laser beam, Measure while rotating. Note that the wavelength of the argon ion laser light is 514.5 nm.
原料黒鉛のX線広角回折法により得られる情報は、粒子全体の結晶性を表す指標として用いられる。鱗片状黒鉛は、X線広角回折法による菱面体結晶構造に基づく101面の強度3R(101)と六方晶結晶構造に基づく101面の強度2H(101)との比3R/2Hが好ましくは0.1以上、より好ましくは0.15以上、更に好ましくは0.2以上である。菱面体結晶構造とは、黒鉛の網面構造の積み重なりが3層おきに繰り返される結晶形態である。また、六方晶結晶構造とは黒鉛の網面構造の積み重なりが2層おきに繰り返される結晶形態である。菱面体結晶構造3Rの比率の多い結晶形態を示す鱗片状黒鉛の場合、菱面体結晶構造3Rの比率の少ない黒鉛に比べLiイオンの受け入れ性が高い。 Information obtained by the X-ray wide angle diffraction method of raw graphite is used as an index representing the crystallinity of the entire particle. The scaly graphite preferably has a ratio 3R / 2H of 101 plane strength 3R (101) based on rhombohedral crystal structure by X-ray wide angle diffraction method and 101 plane strength 2H (101) based on hexagonal crystal structure. .1 or more, more preferably 0.15 or more, still more preferably 0.2 or more. The rhombohedral crystal structure is a crystal form in which a stack of graphite network structures is repeated every three layers. Moreover, the hexagonal crystal structure is a crystal form in which the stacking of the graphite network structure is repeated every two layers. In the case of scaly graphite showing a crystal form with a large ratio of rhombohedral crystal structure 3R, the acceptability of Li ions is higher than that of graphite with a small ratio of rhombohedral crystal structure 3R.
原料黒鉛のBET法による比表面積は、好ましくは1m2/g以上30m2/g以下、より好ましくは2m2/g以上20m2/g以下、更に好ましくは5m2/g以上15m2/g以下である。BET法による比表面積は後述する実施例の方法により測定する。原料黒鉛の比表面積が上記範囲内にあると、Liイオンの受け入れ性が良好となり、不可逆容量の増加による電池容量の減少を防ぐことができる。 The specific surface area of the raw material graphite by the BET method is preferably 1 m 2 / g or more and 30 m 2 / g or less, more preferably 2 m 2 / g or more and 20 m 2 / g or less, further preferably 5 m 2 / g or more and 15 m 2 / g or less. It is. The specific surface area by BET method is measured by the method of the Example mentioned later. When the specific surface area of the raw material graphite is within the above range, the acceptability of Li ions becomes good, and a decrease in battery capacity due to an increase in irreversible capacity can be prevented.
原料黒鉛の球形化黒鉛の原料となる鱗片状黒鉛に含まれる水分量は、鱗片状黒鉛の全質量に対して、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下であり、更に好ましくは0.1質量%以下、特に好ましくは0.05質量%以下、最も好ましくは0.01質量%以下である。また、水分量の下限は1ppm以上であることが好ましい。水分量は例えばJIS M8811に準拠した方法で測定することが出来る。水分量が上記範囲内であると、球形化処理の際に粒子間の静電引力が大きくなるため粒子間付着力が増し、微粉が母材に付着、及び球形化粒子に内包された状態となりやすく好ましい。また、疎水性造粒剤を用いる場合の濡れ性低下を防ぐことができる。 The amount of water contained in the scaly graphite as a raw material for the spheroidized graphite of the raw graphite is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or less, based on the total mass of the scaly graphite. Preferably it is 0.1 mass% or less, Especially preferably, it is 0.05 mass% or less, Most preferably, it is 0.01 mass% or less. Moreover, it is preferable that the minimum of a moisture content is 1 ppm or more. The water content can be measured by a method based on JIS M8811, for example. When the amount of water is within the above range, the electrostatic attractive force between the particles increases during the spheronization treatment, so that the interparticle adhesion increases, and the fine powder adheres to the base material and is encapsulated in the spheroidized particles. It is easy and preferable. Moreover, the wettability fall when using a hydrophobic granule can be prevented.
球形化黒鉛の原料となる鱗片状黒鉛の水分量を上記範囲とするために、必要に応じて乾燥処理を実施することが出来る。処理温度は、通常60℃以上、好ましくは100℃以上、より好ましくは200℃以上、更に好ましくは、250℃以上、特に好ましくは300℃以上、最も好ましくは350℃であり、また通常1500℃以下、好ましくは1000
℃以下、より好ましくは800℃以下、更に好ましくは600℃以下である。低すぎると、水分量を十分に低減できなくなる傾向があり、高すぎると、生産性の低下、コスト増大を招く傾向がある。
In order to make the moisture content of the flake graphite used as the raw material of the spheroidized graphite within the above range, a drying treatment can be performed as necessary. The treatment temperature is usually 60 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher, more preferably 200 ° C. or higher, more preferably 250 ° C. or higher, particularly preferably 300 ° C. or higher, most preferably 350 ° C., and usually 1500 ° C. or lower. , Preferably 1000
° C or lower, more preferably 800 ° C or lower, still more preferably 600 ° C or lower. If it is too low, there is a tendency that the amount of water cannot be sufficiently reduced, and if it is too high, there is a tendency that productivity is lowered and cost is increased.
乾燥処理時間は、通常0.5〜48時間、好ましくは1〜40時間、より好ましくは2〜30時間、更に好ましくは、3〜24時間である。長すぎると、生産性の低下を招き、短すぎると、熱処理効果が十分に発揮されない傾向になる。
熱処理の雰囲気は、大気雰囲気などの活性雰囲気、もしくは、窒素雰囲気やアルゴン雰囲気などの不活性雰囲気があげられ、200℃〜300℃で熱処理する場合には特段制限はないが、300℃以上で熱処理を行う場合には、黒鉛表面の酸化を防止する観点で、窒素雰囲気やアルゴン雰囲気などの不活性雰囲気が好ましい。
The drying treatment time is usually 0.5 to 48 hours, preferably 1 to 40 hours, more preferably 2 to 30 hours, and further preferably 3 to 24 hours. If it is too long, the productivity will be lowered, and if it is too short, the heat treatment effect will not be sufficiently exhibited.
The atmosphere of the heat treatment includes an active atmosphere such as an air atmosphere or an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. When heat treatment is performed at 200 ° C. to 300 ° C., there is no particular limitation, but the heat treatment is performed at 300 ° C. or higher. In the case of performing the above, an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere is preferable from the viewpoint of preventing oxidation of the graphite surface.
(第2工程)原料黒鉛と造粒剤とを混合する工程
本発明で用いる造粒剤は、1)前記原料黒鉛を造粒する工程時に液体及び2)造粒剤が有機溶剤を含まないか、有機溶剤を含む場合、有機溶剤の内、少なくとも1種は引火点を有さない、又は引火点を有するときには該引火点が5℃以上、の条件を満足するものである。
上記要件を満たす造粒剤を有することで、続く第3工程における原料黒鉛を造粒する工程の際に、原料黒鉛間を造粒剤が液架橋することにより、原料黒鉛間に液橋内の毛管負圧と液の表面張力によって生じる引力が粒子間に液架橋付着力として働くため、原料黒鉛間の液架橋付着力が増大し、原料黒鉛がより強固に付着することが可能となる。
(Second step) Step of mixing raw material graphite and granulating agent The granulating agent used in the present invention is 1) liquid during the step of granulating the raw material graphite and 2) does the granulating agent contain no organic solvent? When an organic solvent is contained, at least one of the organic solvents does not have a flash point, or when it has a flash point, the flash point satisfies the condition of 5 ° C. or higher.
By having a granulating agent that satisfies the above requirements, the granulating agent is liquid-crosslinked between the raw material graphites in the subsequent step of granulating the raw material graphite in the third step, so Since the attractive force generated by the capillary negative pressure and the surface tension of the liquid acts as the liquid cross-linking adhesion force between the particles, the liquid cross-linking adhesion force between the raw material graphites increases and the raw material graphite can adhere more firmly.
本発明においては、原料黒鉛間を造粒剤が液架橋することによる原料黒鉛間の液架橋付着力の強さはγcosθ値に比例する(ここで、γ:液の表面張力、θ:液と粒子の接触角)。すなわち、原料黒鉛を造粒する際に、造粒剤は原料黒鉛との濡れ性が高いことが好ましく、具体的にはγcosθ値>0となるようにcosθ>0となる造粒剤を選択するのが好ましく、造粒剤の下記測定方法で測定した黒鉛との接触角θが90°未満であることが好ましい。 In the present invention, the strength of the liquid cross-linking adhesion force between the raw material graphite due to the liquid cross-linking between the raw material graphite is proportional to the γ cos θ value (where γ: surface tension of the liquid, θ: liquid and Particle contact angle). That is, when granulating the raw material graphite, it is preferable that the granulating agent has high wettability with the raw material graphite. Specifically, a granulating agent that satisfies cos θ> 0 is selected so that γ cos θ value> 0. It is preferable that the contact angle θ with graphite measured by the following measuring method of the granulating agent is less than 90 °.
<黒鉛との接触角θの測定方法>
HOPG(高配向熱分解黒鉛)表面に1.2μlの造粒剤を滴下し、濡れ広がりが収束して一秒間の接触角θの変化率が3%以下となったとき(定常状態ともいう)の接触角を接触角測定装置(協和界面社製自動接触角計DM−501)にて測定する。ここで、25℃における粘度が500cP以下の造粒剤を用いる場合には25℃における値を、25℃における粘度が500cPより大きい造粒剤を用いる場合には、粘度が500cP以下となる温度まで加温した温度における接触角θの測定値とする。
<Measuring method of contact angle θ with graphite>
When 1.2 μl of a granulating agent is dropped on the surface of HOPG (Highly Oriented Pyrolytic Graphite), the wetting spread converges and the rate of change of the contact angle θ per second becomes 3% or less (also called steady state). The contact angle is measured with a contact angle measuring device (automatic contact angle meter DM-501 manufactured by Kyowa Interface Co., Ltd.). Here, when using a granulating agent having a viscosity at 25 ° C. of 500 cP or less, the value at 25 ° C. is used, and when using a granulating agent having a viscosity at 25 ° C. of more than 500 cP, the viscosity reaches 500 cP or less. The measured value of the contact angle θ at the heated temperature.
さらに、原料黒鉛と造粒剤の接触角θが0°に近いほど、γcosθ値が大きくなるため、黒鉛粒子間の液架橋付着力が増大し、黒鉛粒子同士がより強固に付着することが可能となる。従って、前記造粒剤の黒鉛との接触角θは85°以下であることがより好ましく、80°以下であることが更に好ましく、50°以下であることがこと更に好ましく、30°以下であることが特に好ましく、20°以下であることが最も好ましい。 Furthermore, as the contact angle θ between the raw material graphite and the granulating agent is closer to 0 °, the γ cos θ value increases, so that the liquid crosslinking adhesion between graphite particles increases and the graphite particles can adhere more firmly. It becomes. Accordingly, the contact angle θ of the granulating agent with graphite is more preferably 85 ° or less, further preferably 80 ° or less, further preferably 50 ° or less, and more preferably 30 ° or less. It is particularly preferable that the angle is 20 ° or less.
表面張力γが大きい造粒剤を使用することによっても、γcosθ値が大きくなり黒鉛粒子の付着力は向上するため、γは好ましくは0以上、より好ましくは15以上、更に好ましくは30以上である。 Even when a granulating agent having a large surface tension γ is used, the γ cos θ value is increased and the adhesion of graphite particles is improved. Therefore, γ is preferably 0 or more, more preferably 15 or more, and further preferably 30 or more. .
本発明で用いる造粒剤の表面張力γは、表面張力計(例えば、協和界面科学株式会社製DCA−700)を用いてWilhelmy法により測定する。 The surface tension γ of the granulating agent used in the present invention is measured by a Wilhelmy method using a surface tension meter (for example, DCA-700 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).
また、粒子の移動に伴う液橋の伸びに対する抵抗成分として粘性力が働き、その大きさは粘度に比例する。このため、原料黒鉛を造粒する造粒工程時において液体であれば造粒剤の粘度は特段限定されないが、造粒工程時において1cP以上であることが好ましい。
また造粒剤の、25℃における粘度が1cP以上100000cP以下であることが好ましく、5cP以上10000cP以下であることがより好ましく、10cP以上8000cP以下であることが更に好ましく、50cP以上6000cP以下であることが特に好ましい。粘度が上記範囲内にあると、原料黒鉛を造粒する際に、ローターやケーシングとの衝突などの衝撃力による付着粒子の脱離を妨ぐことが可能となる。
In addition, a viscous force acts as a resistance component against the elongation of the liquid bridge accompanying the movement of the particles, and its magnitude is proportional to the viscosity. For this reason, the viscosity of the granulating agent is not particularly limited as long as it is liquid during the granulation step of granulating the raw material graphite, but is preferably 1 cP or more during the granulation step.
Further, the viscosity at 25 ° C. of the granulating agent is preferably 1 cP or more and 100,000 cP or less, more preferably 5 cP or more and 10000 cP or less, further preferably 10 cP or more and 8000 cP or less, and 50 cP or more and 6000 cP or less. Is particularly preferred. When the viscosity is within the above range, it is possible to prevent the adhered particles from being detached due to an impact force such as a collision with a rotor or a casing when the raw graphite is granulated.
本発明で用いる造粒剤の粘度は、レオメーター(例えば、Rheometric Scientific社製ARES)を用い、カップに測定対象(ここでは造粒剤)を適量入れ、所定の温度に調節して測定する。せん断速度100s−1におけるせん断応力が0.1Pa以上の場合にはせん断速度100s−1で測定した値を、せん断速度100s−1におけるせん断応力が0.1Pa未満の場合には1000s−1で測定した値を、せん断速度1000s−1におけるせん断応力が0.1Pa未満の場合にはせん断応力が0.1Pa以上となるせん断速度で測定した値を、本明細書における粘度と定義する。なお、用いるスピンドルを低粘度流体に適した形状とすることでもせん断応力を0.1Pa以上とすることが出来る。 The viscosity of the granulating agent used in the present invention is measured by using a rheometer (for example, ARES manufactured by Rheometric Scientific Co.), putting an appropriate amount of a measuring object (in this case, a granulating agent) in a cup and adjusting the temperature to a predetermined temperature. When the shear stress at a shear rate of 100 s −1 is 0.1 Pa or more, the value measured at the shear rate of 100 s −1 is measured, and when the shear stress at the shear rate of 100 s −1 is less than 0.1 Pa, measured at 1000 s −1 . When the shear stress at a shear rate of 1000 s −1 is less than 0.1 Pa, the value measured at the shear rate at which the shear stress is 0.1 Pa or more is defined as the viscosity in this specification. Note that the shear stress can be set to 0.1 Pa or more by making the spindle to be used in a shape suitable for a low-viscosity fluid.
さらに、本発明で用いる造粒剤は、有機溶剤を含まないか、有機溶剤を含む場合、有機溶剤の内、少なくとも1種は引火点を有さない、あるいは引火点を有するときは引火点が5℃以上のものである。これにより、続く第3工程における原料黒鉛を造粒する際に、衝撃や発熱に誘発される有機化合物の引火、火災、及び爆発の危険を防止することができるため、安定的に効率良く製造を実施することが出来る。 Furthermore, the granulating agent used in the present invention does not contain an organic solvent, or when it contains an organic solvent, at least one of the organic solvents does not have a flash point or has a flash point. It is 5 ° C or higher. As a result, when granulating the raw material graphite in the subsequent third step, it is possible to prevent the danger of ignition, fire, and explosion of organic compounds induced by impact or heat generation, so that stable and efficient production is possible. Can be implemented.
本発明で用いる造粒剤としては、例えば、コールタール、石油系重質油、流動パラフィンなどのパラフィン系オイルやオレフィン系オイルやナフテン系オイルや芳香族系オイルなどの合成油、植物系油脂類や動物系脂肪族類やエステル類や高級アルコール類などの天然油、引火点5℃以上、好ましくは21℃以上の有機溶媒中に樹脂バインダを溶解させた樹脂バインダ溶液などの有機化合物、水などの水系溶媒、及びそれらの混合物などが挙げられる。引火点5℃以上の有機溶剤としては、キシレン、イソプロピルベンゼン、エチルベンゼン、プロピルベンゼンなどのアルキルベンゼン、メチルナフタレン、エチルナフタレン、プロピルナフタレンなどのアルキルナフタレン、スチレンなどのアリルベンゼン、アリルナフタレンなどの芳香族炭化水素類や、オクタン、ノナン、デカンなどの脂肪族炭化水素類や、メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノンなどのケトン類や、酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミルなどのエステル類や、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、テトラエチレングリコール、グリセリンなどのアルコール類や、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコールモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、メトキシプロパノール、メトキシプロピル−2−アセテート、メトキシメチルブタノール、メトキシブチルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、トリエチレングリコールジメチルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル、などのグリコール類誘導体類や、1,4−ジオキサンなどのエーテル類や、ジメチルホルムアミド、ピリジン、2−ピロリドン、N−メチル−2−ピロリドンなどの含窒素化合物、ジメチルスルホキシドなどの含硫黄化合物、ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、
ジクロロエタン、トリクロロエタン、クロロベンゼンなどの含ハロゲン化合物、及びそれらの混合物などがあげられ、例えばトルエンのような引火点が低い物は含まれない。これら有機溶剤は単体として造粒剤としても用いることが出来る。なお、本明細書において、引火点は、公知の方法により測定できる。
Examples of the granulating agent used in the present invention include, for example, paraffinic oil such as coal tar, petroleum heavy oil, liquid paraffin, synthetic oil such as olefinic oil, naphthenic oil and aromatic oil, and vegetable oils and fats. Organic oils such as resin binder solutions in which a resin binder is dissolved in an organic solvent having a flash point of 5 ° C. or higher, preferably 21 ° C. or higher, natural oils such as fatty acids of animals, esters, higher alcohols, etc. And aqueous solvents thereof, and mixtures thereof. Organic solvents with a flash point of 5 ° C or higher include alkylbenzenes such as xylene, isopropylbenzene, ethylbenzene and propylbenzene, alkylnaphthalenes such as methylnaphthalene, ethylnaphthalene and propylnaphthalene, and aromatic carbonization such as allylbenzene such as styrene and allylnaphthalene. Hydrogen, aliphatic hydrocarbons such as octane, nonane, decane, ketones such as methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone, cyclohexanone, esters such as propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate, methanol , Ethanol, propanol, butanol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene Alcohols such as lenglycol and glycerine, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monobutyl ether, methoxypropanol, methoxypropyl-2- Acetate, methoxymethyl butanol, methoxybutyl acetate, diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol ethyl methyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monophenyl Glycol derivatives such as nyl ether, ethers such as 1,4-dioxane, nitrogen-containing compounds such as dimethylformamide, pyridine, 2-pyrrolidone and N-methyl-2-pyrrolidone, and sulfur-containing compounds such as dimethyl sulfoxide , Dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride,
Examples include halogen-containing compounds such as dichloroethane, trichloroethane, and chlorobenzene, and mixtures thereof. For example, those having a low flash point such as toluene are not included. These organic solvents can be used alone as a granulating agent. In the present specification, the flash point can be measured by a known method.
樹脂バインダとしては、公知のものを使用することができる。例えば、エチルセルロース、メチルセルロース、及びそれらの塩等のセルロース系の樹脂バインダ、ポリメチルアクリレート、ポリエチルアクリレート、ポリブチルアクリレート、ポリアクリル酸、及びそれらの塩等のアクリル系の樹脂バインダ、ポリメチルメタクリレート、ポリエチルメタクリレート、ポリブチルメタクリレート等のメタクリル系の樹脂バインダ、フェノール樹脂バインダ等を使用することができる。以上の中でも、コールタール、石油系重質油、流動パラフィンなどのパラフィン系オイル、芳香族系オイルが、球形化度が高く微粉が少ない負極材を製造できるため好ましい。 A well-known thing can be used as a resin binder. For example, cellulose-based resin binders such as ethyl cellulose, methyl cellulose, and salts thereof, acrylic resin binders such as polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polybutyl acrylate, polyacrylic acid, and salts thereof, polymethyl methacrylate, Methacrylic resin binders such as polyethyl methacrylate and polybutyl methacrylate, and phenol resin binders can be used. Among these, coal tar, petroleum heavy oil, paraffinic oil such as liquid paraffin, and aromatic oil are preferable because they can produce a negative electrode material having a high degree of spheroidization and a small amount of fine powder.
造粒剤としては、後述する造粒剤を除去する工程(第4工程)において、効率よく除去が可能であり、容量や入出力特性や保存・サイクル特性などの電池特性への悪影響を与えることが無い性状のものが好ましい。具体的には、不活性雰囲気下700℃に加熱した時に通常50%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは95%以上、更に好ましくは99%以上、特に好ましくは99.9%以上重量減少するものを適宜選択することが出来る。 As a granulating agent, it can be efficiently removed in the step of removing the granulating agent (fourth step), which will be described later, and has an adverse effect on battery characteristics such as capacity, input / output characteristics and storage / cycle characteristics. Those having no properties are preferred. Specifically, when heated to 700 ° C. in an inert atmosphere, the weight loss is usually 50% or more, preferably 80% or more, more preferably 95% or more, still more preferably 99% or more, and particularly preferably 99.9% or more. Can be selected as appropriate.
原料黒鉛と造粒剤を混合する方法として、例えば、原料黒鉛と造粒剤とをミキサーやニーダーを用いて混合する方法や、有機化合物を低粘度希釈溶媒(有機溶剤)に溶解させた造粒剤と原料黒鉛を混合した後に該希釈溶媒(有機溶剤)を除去する方法等が挙げられる。また、続く第3工程にて原料黒鉛を造粒する際に、造粒装置に造粒剤と原料黒鉛とを投入して、原料黒鉛と造粒剤を混合する工程と造粒する工程とを同時に行う方法も挙げられる。 As a method of mixing raw material graphite and a granulating agent, for example, a method of mixing raw material graphite and a granulating agent using a mixer or a kneader, or granulation in which an organic compound is dissolved in a low viscosity diluent solvent (organic solvent) And a method of removing the diluent solvent (organic solvent) after mixing the agent and the raw material graphite. Further, when granulating the raw material graphite in the subsequent third step, the step of introducing the granulating agent and the raw material graphite into the granulating device, mixing the raw material graphite and the granulating agent, and the step of granulating The method of performing simultaneously is also mentioned.
造粒剤の添加量は、原料黒鉛100重量部に対して好ましくは0.1重量部以上、より好ましくは1重量部以上、更に好ましくは3重量部以上、より更に好ましくは6重量部以上、こと更に好ましくは10重量部以上、特に好ましくは12重量部以上、最も好ましくは15重量部以上であり、好ましくは1000重量部以下、より好ましくは100重量部以下、更に好ましくは80重量部以下、特に好ましくは50重量部以下、最も好ましくは20重量部以下である。上記範囲内にあると、粒子間付着力の低下による球形化度の低下や、装置への原料黒鉛の付着による生産性の低下といった問題が生じ難くなる。 The amount of the granulating agent added is preferably 0.1 parts by weight or more, more preferably 1 part by weight or more, still more preferably 3 parts by weight or more, still more preferably 6 parts by weight or more, relative to 100 parts by weight of the raw material graphite. More preferably 10 parts by weight or more, particularly preferably 12 parts by weight or more, most preferably 15 parts by weight or more, preferably 1000 parts by weight or less, more preferably 100 parts by weight or less, still more preferably 80 parts by weight or less, Particularly preferred is 50 parts by weight or less, and most preferred is 20 parts by weight or less. Within the above range, problems such as a decrease in spheroidization due to a decrease in adhesion between particles and a decrease in productivity due to adhesion of raw graphite to the apparatus are less likely to occur.
(第3工程)原料黒鉛を造粒する工程
本発明は、少なくとも衝撃、圧縮、摩擦、及びせん断力のいずれかの力学的エネルギーを付与して原料黒鉛を造粒する造粒工程を有する。この工程に用いる装置としては、例えば、衝撃力を主体に、原料黒鉛の相互作用も含めた圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を繰り返し与える装置を用いることができる。
(Third step) Step of granulating raw material graphite The present invention has a granulating step of granulating raw material graphite by applying at least one of mechanical energy of impact, compression, friction, and shear force. As an apparatus used in this step, for example, an apparatus that repeatedly gives mechanical action such as compression, friction, shearing force and the like including interaction of raw material graphite mainly with impact force can be used.
具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された原料黒鉛に対して衝撃、圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、表面処理を行なう装置が好ましい。また、原料黒鉛を循環させることによって機械的作用を繰り返し与える機構を有するものであるのが好ましい。
このような装置としては、例えば、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロン、クリプトロンオーブ(アーステクニカ社製)、CFミル(宇部興産社製)、メカノフュージョンシステム、ノビルタ、ファカルティ(ホソカワミクロン社
製)、シータコンポーザ(徳寿工作所社製)、COMPOSI(日本コークス工業製)等が挙げられる。これらの中で、奈良機械製作所社製のハイブリダイゼーションシステムが好ましい。
Specifically, it has a rotor with a large number of blades installed inside the casing, and the rotor rotates at a high speed, so that mechanical graphite such as impact, compression, friction, and shear force is applied to the raw material graphite introduced inside. An apparatus that provides an action and performs surface treatment is preferable. Moreover, it is preferable to have a mechanism that repeatedly gives mechanical action by circulating raw material graphite.
As such an apparatus, for example, a hybridization system (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), kryptron, kryptron orb (manufactured by Earth Technica), CF mill (manufactured by Ube Industries), mechano-fusion system, nobilta, faculty ( Hosokawa Micron Co., Ltd.), Theta Composer (manufactured by Tokuju Kogakusho Co., Ltd.), COMPOSI (manufactured by Nippon Coke Industries), and the like. Among these, a hybridization system manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. is preferable.
前記装置を用いて処理する場合、例えば、回転するローターの周速度は好ましくは30m/秒以上、より好ましくは50m/秒以上、更に好ましくは60m/秒以上、特に好ましくは70m/秒以上、最も好ましくは80m/秒以上であり、好ましくは100m/秒以下である。上記範囲内であると、より効率的に球形化と同時に微粉の母材への付着や母材による内包を行うことができるため好ましい。
また、原料黒鉛に機械的作用を与える処理は、単に原料黒鉛を通過させるだけでも可能であるが、原料黒鉛を30秒以上、装置内を循環又は滞留させて処理するのが好ましく、より好ましくは1分以上、更に好ましくは3分以上、特に好ましくは5分以上、装置内を循環又は滞留させて処理する。
When processing using the apparatus, for example, the peripheral speed of the rotating rotor is preferably 30 m / second or more, more preferably 50 m / second or more, still more preferably 60 m / second or more, particularly preferably 70 m / second or more, most preferably Preferably it is 80 m / sec or more, preferably 100 m / sec or less. Within the above range, it is preferable because the fine powder can be adhered to the base material and enclosed by the base material at the same time as the spheroidization.
Further, the treatment that gives mechanical action to the raw graphite can be performed simply by passing the raw graphite, but the raw graphite is preferably processed by circulating or staying in the apparatus for 30 seconds or more, more preferably. The treatment is performed by circulating or staying in the apparatus for 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more, particularly preferably 5 minutes or more.
また原料黒鉛を造粒する工程においては、原料黒鉛を、その他の物質存在下で造粒してもよく、その他の物質としては、例えばリチウムと合金化可能な金属或いはその酸化物、非晶質炭素、及び生コークスなどが挙げられる。原料黒鉛以外の物質と併せて造粒することで様々なタイプの粒子構造の非水系二次電池用負極材を製造できる。 In the step of granulating raw material graphite, raw material graphite may be granulated in the presence of other substances. Examples of other substances include metals that can be alloyed with lithium or oxides thereof, and amorphous substances. Examples include carbon and raw coke. By granulating together with materials other than raw material graphite, negative electrode materials for non-aqueous secondary batteries having various types of particle structures can be produced.
また、原料黒鉛や造粒剤や上記その他の物質は上記装置内に全量投入してもよく、分けて逐次投入してもよく、連続投入してもよい。また、原料黒鉛や造粒剤や上記その他の物質は上記装置内に同時に投入してもよく、混合して投入してもよく、別々に投入してもよい。原料黒鉛と造粒剤と上記その他の物質を同時に混合してもよいし、原料黒鉛と造粒剤を混合したものに上記その他の物質を添加してもよいし、その他の物質と造粒剤を混合したものに原料黒鉛を添加してもよい。粒子設計に併せて、別途適切なタイミングで添加・混合することができる。 In addition, the raw material graphite, the granulating agent, and the other substances described above may be charged all in the apparatus, or may be sequentially added separately, or may be continuously added. In addition, the raw material graphite, the granulating agent, and the other substances may be simultaneously charged into the apparatus, may be mixed, or may be separately charged. The raw material graphite, the granulating agent, and the above other substances may be mixed simultaneously, or the above other substances may be added to the mixture of the raw material graphite and the granulating agent, or the other substances and the granulating agent. Raw material graphite may be added to the mixture. In addition to the particle design, it can be added and mixed separately at an appropriate timing.
(第4工程)造粒剤を除去する工程
本発明においては、前記造粒剤を除去する工程を有していてもよい。造粒剤を除去する方法としては、例えば、溶剤により洗浄する方法や、熱処理により造粒剤を揮発・分解除去する方法が挙げられる。
熱処理温度は、好ましくは60℃以上、より好ましくは100℃以上、更に好ましくは200℃以上、より更に好ましくは300℃以上、特に好ましくは400℃以上、最も好ましくは500℃であり、好ましくは1500℃以下、より好ましくは1000℃以下、更に好ましくは800℃以下である。上記範囲内にあると、十分に造粒剤を揮発・分解除去でき生産性を向上できる。
(4th process) The process of removing a granulating agent In this invention, you may have the process of removing the said granulating agent. Examples of the method for removing the granulating agent include a method of washing with a solvent and a method of volatilizing and decomposing and removing the granulating agent by heat treatment.
The heat treatment temperature is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, further preferably 200 ° C. or higher, still more preferably 300 ° C. or higher, particularly preferably 400 ° C. or higher, most preferably 500 ° C., preferably 1500 ° C. ° C or lower, more preferably 1000 ° C or lower, still more preferably 800 ° C or lower. Within the above range, the granulating agent can be sufficiently volatilized and decomposed and productivity can be improved.
熱処理時間は、好ましくは0.5〜48時間、より好ましくは1〜40時間、更に好ましくは2〜30時間、特に好ましくは3〜24時間である。上記範囲内にあると、十分に造粒剤を揮発・分解除去でき生産性を向上できる。 The heat treatment time is preferably 0.5 to 48 hours, more preferably 1 to 40 hours, still more preferably 2 to 30 hours, and particularly preferably 3 to 24 hours. Within the above range, the granulating agent can be sufficiently volatilized and decomposed and productivity can be improved.
熱処理の雰囲気は、大気雰囲気などの活性雰囲気、もしくは、窒素雰囲気やアルゴン雰囲気などの不活性雰囲気があげられ、200℃〜300℃で熱処理する場合には特段制限はないが、300℃以上で熱処理を行う場合には、黒鉛表面の酸化を防止する観点で、窒素雰囲気やアルゴン雰囲気などの不活性雰囲気が好ましい。 The atmosphere of the heat treatment includes an active atmosphere such as an air atmosphere or an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere. When heat treatment is performed at 200 ° C. to 300 ° C., there is no particular limitation, but the heat treatment is performed at 300 ° C. or higher. In the case of performing the above, an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere is preferable from the viewpoint of preventing oxidation of the graphite surface.
(第5工程)造粒黒鉛を高純度化する工程
本発明においては、造粒黒鉛を高純度化する工程を有していてもよい。造粒黒鉛を高純度化する方法としては、硝酸や塩酸を含む酸処理を行う方法が挙げられ、活性の高い硫黄源となりうる硫酸塩を系内に導入することなく黒鉛中の金属、金属化合物、無機化合物な
どの不純物を除去できるため好ましい。
なお、上記酸処理は、硝酸や塩酸を含む酸を用いればよく、その他の酸、例えば、臭素酸、フッ酸、ホウ酸あるいはヨウ素酸などの無機酸、または、クエン酸、ギ酸、酢酸、シュウ酸、トリクロロ酢酸あるいはトリフルオロ酢酸などの有機酸を適宜混合した酸を用いることもできる。好ましくは濃フッ酸、濃硝酸、濃塩酸であり、より好ましくは濃硝酸、濃塩酸である。なお、本発明において硫酸にて黒鉛を処理してもよいが、本発明の効果や物性を損なわない程度の量と濃度にて用いることとする。
(Fifth Step) Step of Purifying Granulated Graphite In the present invention, a step of purifying granulated graphite may be included. Examples of a method for purifying granulated graphite include a method of acid treatment including nitric acid and hydrochloric acid, and metals and metal compounds in graphite without introducing a sulfate which can be a highly active sulfur source into the system. It is preferable because impurities such as inorganic compounds can be removed.
The acid treatment may be performed using an acid containing nitric acid or hydrochloric acid. Other acids such as inorganic acids such as bromic acid, hydrofluoric acid, boric acid or iodic acid, or citric acid, formic acid, acetic acid, An acid in which an organic acid such as acid, trichloroacetic acid or trifluoroacetic acid is appropriately mixed can also be used. Concentrated hydrofluoric acid, concentrated nitric acid and concentrated hydrochloric acid are preferable, and concentrated nitric acid and concentrated hydrochloric acid are more preferable. In the present invention, graphite may be treated with sulfuric acid, but it is used in such an amount and concentration that does not impair the effects and physical properties of the present invention.
酸を複数用いる場合、例えば、フッ酸、硝酸、塩酸の組み合わせが、上記不純物を効率良く除去できるため好ましい。上記のように酸の種類を組み合わせた場合の混合酸の混合比率は、最も少ないものが通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上、より好ましくは、25質量%以上である。上限は、全て等量混合した値である(100質量%/酸の種類で表される)。 When a plurality of acids are used, for example, a combination of hydrofluoric acid, nitric acid, and hydrochloric acid is preferable because the impurities can be efficiently removed. As described above, the mixing ratio of the mixed acids when the types of acids are combined is usually 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, and more preferably 25% by mass or more. The upper limit is a value obtained by mixing all equal amounts (represented by 100% by mass / acid type).
酸処理における黒鉛と酸の混合比率(質量比率)は、通常100:10以上、好ましくは100:20以上、より好ましくは、100:30以上、更に好ましくは、100:40以上であり、また100:1000以下、好ましくは100:500以下、より好ましくは100:300以下である。 The mixing ratio (mass ratio) of graphite and acid in the acid treatment is usually 100: 10 or more, preferably 100: 20 or more, more preferably 100: 30 or more, and still more preferably 100: 40 or more. : 1000 or less, preferably 100: 500 or less, more preferably 100: 300 or less.
酸処理は、黒鉛を前記のような酸性溶液に浸漬することにより行われる。浸漬時間は、通常0.5〜48時間、好ましくは1〜40時間、より好ましくは2〜30、更に好ましくは、3〜24時間である。
浸漬温度は、通常25℃以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上、更に好ましくは、60℃以上である。水系の酸を用いる場合の理論上限は水の沸点である100℃である。
The acid treatment is performed by immersing graphite in the acidic solution as described above. The immersion time is usually 0.5 to 48 hours, preferably 1 to 40 hours, more preferably 2 to 30 and even more preferably 3 to 24 hours.
The immersion temperature is usually 25 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, and still more preferably 60 ° C. or higher. The theoretical upper limit in the case of using an aqueous acid is 100 ° C., which is the boiling point of water.
酸洗浄により残った酸分を除去し、pHを弱酸性から中性域にまで上昇させる目的で、更に水洗浄を実施することが好ましい。例えば、前記処理黒鉛のpHが、通常3以上、好ましくは3.5以上、より好ましくは4以上、更に好ましくは4.5以上であれば、水で洗浄することは省略できるし、もし上記範囲でなければ、必要に応じて水で洗浄することが好ましい。洗浄する水は、イオン交換水や蒸留水を用いることが、洗浄効率の向上、不純物混入防止の観点から好ましい。水中のイオン量の指標となる比抵抗が、通常0.1MΩ・cm以上、好ましくは1MΩ・cm以上、より好ましくは、更に好ましくは10MΩ・cm以上、である。25℃での理論上限は18.24MΩ・cmである。 It is preferable to carry out further water washing for the purpose of removing the remaining acid content by acid washing and raising the pH from weakly acidic to neutral range. For example, if the treated graphite has a pH of usually 3 or higher, preferably 3.5 or higher, more preferably 4 or higher, and still more preferably 4.5 or higher, washing with water can be omitted, and if the above range is satisfied. Otherwise, it is preferable to wash with water as necessary. It is preferable to use ion-exchanged water or distilled water as the water to be washed from the viewpoint of improving the washing efficiency and preventing impurities from being mixed. The specific resistance that is an indicator of the amount of ions in water is usually 0.1 MΩ · cm or more, preferably 1 MΩ · cm or more, more preferably 10 MΩ · cm or more. The theoretical upper limit at 25 ° C. is 18.24 MΩ · cm.
水で洗浄する、つまり前記処理黒鉛と水とを撹拌する時間は、通常0.5〜48時間、好ましくは1〜40時間、より好ましくは2〜30時間、更に好ましくは、3〜24時間である。
前記処理黒鉛と水との混合割合は、通常100:10以上、好ましくは100:30以上、より好ましくは、100:50以上、更に好ましくは、100:100以上であり、また100:1000以下、好ましくは100:700以下、より好ましくは100:500以下、更に好ましくは100:400以下である。
The time for washing with water, that is, stirring the treated graphite and water is usually 0.5 to 48 hours, preferably 1 to 40 hours, more preferably 2 to 30 hours, still more preferably 3 to 24 hours. is there.
The mixing ratio of the treated graphite and water is usually 100: 10 or more, preferably 100: 30 or more, more preferably 100: 50 or more, still more preferably 100: 100 or more, and 100: 1000 or less. Preferably it is 100: 700 or less, More preferably, it is 100: 500 or less, More preferably, it is 100: 400 or less.
撹拌温度は、通常25℃以上、好ましくは40℃以上、より好ましくは50℃以上、更に好ましくは、60℃以上である。上限は水の沸点である100℃である。また、水洗浄処理をバッチ式にて行う場合は、純水中での攪拌−ろ過の処理工程を複数回繰り返して洗浄行うことが不純物・酸分除去の観点から好ましい。上記処理は、上述した処理黒鉛のpHが上記範囲になるように繰り返し行ってもよい。通常、1回以上、好ましくは2回以上、より好ましくは、3回以上である。 The stirring temperature is usually 25 ° C. or higher, preferably 40 ° C. or higher, more preferably 50 ° C. or higher, and still more preferably 60 ° C. or higher. The upper limit is 100 ° C., which is the boiling point of water. Moreover, when performing a water washing process by a batch type, it is preferable from a viewpoint of an impurity and acid content removal to wash by repeating the process process of stirring-filtration in a pure water in multiple times. The above treatment may be repeated so that the above-mentioned treated graphite has a pH in the above range. Usually, it is 1 or more times, preferably 2 or more times, more preferably 3 or more times.
上述したように処理を施すことにより、得られた黒鉛の廃水イオン濃度が、通常200ppm以下、好ましくは100ppm以下、より好ましくは50ppm以下、更に好ましくは30ppm以下、また通常1ppm以上、好ましくは2ppm以上、より好ましくは3ppm以上、更に好ましくは4ppm以上となる。 By performing the treatment as described above, the wastewater ion concentration of the obtained graphite is usually 200 ppm or less, preferably 100 ppm or less, more preferably 50 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, and usually 1 ppm or more, preferably 2 ppm or more. More preferably, it is 3 ppm or more, and further preferably 4 ppm or more.
(第6工程)造粒黒鉛に、さらに原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物を添着する工程
本発明では、造粒黒鉛に、さらに原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物を添着する工程を有していてもよい。この工程によれば、電解液との副反応抑制や、急速充放電性の向上できる負極材を得ることができる。
造粒黒鉛に、さらに原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物を添着した複合黒鉛を「炭素質物複合黒鉛」と呼ぶことがある。
(Sixth step) Step of attaching a carbonaceous material having lower crystallinity to the raw graphite than the raw material graphite In the present invention, the step of attaching a carbonaceous material having lower crystallinity to the raw graphite It may be. According to this process, the negative electrode material which can suppress a side reaction with electrolyte solution and can improve rapid charge / discharge property can be obtained.
A composite graphite obtained by adding a carbonaceous material having a lower crystallinity than the raw graphite to the granulated graphite is sometimes referred to as “carbonaceous material composite graphite”.
造粒黒鉛への炭素質物添着処理は炭素質物となる有機化合物と、造粒黒鉛を混合し、非酸化性雰囲気下、好ましくは窒素、アルゴン、二酸化炭素などの流通下に加熱して、有機化合物を炭素化又は黒鉛化させる処理である。 The carbonaceous material adhering treatment to the granulated graphite is a mixture of an organic compound that becomes a carbonaceous material and granulated graphite, and heated in a non-oxidizing atmosphere, preferably under a flow of nitrogen, argon, carbon dioxide, etc. Is carbonization or graphitization.
(造粒黒鉛粒子と有機化合物の混合)
造粒黒鉛粒子に、炭素質物前駆体となる有機化合物を混合する工程は下記の通りである。
(Mixing of granulated graphite particles and organic compounds)
The step of mixing the granulated graphite particles with the organic compound to be the carbonaceous material precursor is as follows.
造粒黒鉛粒子に炭素質物前駆体となる有機化合物を混合する方法に特に制限はないが、例えば、造粒黒鉛粒子と炭素質物前駆体となる有機化合物とを、種々の市販の混合機やニーダー等を用いて混合し、黒鉛粒子に有機化合物が付着した混合物を得る方法が挙げられる。 There are no particular restrictions on the method of mixing the granulated graphite particles with the organic compound that becomes the carbonaceous material precursor. For example, the granulated graphite particles and the organic compound that becomes the carbonaceous material precursor can be mixed with various commercial mixers and kneaders. And the like to obtain a mixture in which an organic compound adheres to graphite particles.
造粒黒鉛粒子、炭素質物前駆体となる有機化合物、及び必要に応じて溶媒等の原料は、必要に応じて加熱下で混合される。これにより、造粒黒鉛粒子に液状の炭素質物前駆体となる有機化合物が添着された状態となる。この場合、混合機に全原料を仕込んで混合と昇温を同時に行っても良いし、混合機に炭素質物前駆体となる有機化合物以外の成分を仕込んで攪拌状態で予熱し、混合温度まで温度が上がった後に常温又は予熱により溶融状態となった炭素質物前駆体となる有機化合物を添加しても良い。造粒黒鉛粒子と炭素質物前駆体となる有機化合物とが接触する際に、炭素質物前駆体となる有機化合物が冷えて高粘度化することにより被覆形態が不均一となることを防ぐために、混合機に炭素質物前駆体となる有機化合物以外の成分を仕込んで攪拌状態で予熱し、混合温度まで温度が上がった後に、混合温度まで予熱して溶融状態となった炭素質物前駆体となる有機化合物を添加することがより好ましい。 The granulated graphite particles, the organic compound that becomes the carbonaceous material precursor, and the raw materials such as a solvent as necessary are mixed under heating as necessary. Thereby, it will be in the state by which the organic compound used as a liquid carbonaceous material precursor was attached to the granulated graphite particle. In this case, all the raw materials may be charged into the mixer and mixing and heating may be performed at the same time, or components other than the organic compound serving as the carbonaceous material precursor may be charged into the mixer and preheated in a stirred state until the temperature reaches the mixing temperature. An organic compound that becomes a carbonaceous material precursor that has been melted by normal temperature or preheating after the temperature rises may be added. When the granulated graphite particles and the organic compound that becomes the carbonaceous material precursor come into contact with each other, the organic compound that becomes the carbonaceous material precursor is cooled to increase the viscosity to prevent the coating form from becoming uneven. Ingredients other than the organic compound that becomes the carbonaceous material precursor are charged into the machine, preheated with stirring, and after the temperature rises to the mixing temperature, the organic compound becomes the carbonaceous material precursor that is preheated to the mixing temperature and is in a molten state It is more preferable to add.
加熱温度は、通常炭素質物前駆体となる有機化合物の軟化点以上であり、好ましくは軟化点より10℃以上高い温度、より好ましくは軟化点より20℃以上高い温度、更に好ましくは30℃以上高い温度、特に好ましくは50℃以上高い温度、通常450℃以下、好ましくは250℃以下で行われる。加熱温度が低すぎると、炭素質物前駆体となる有機化合物の粘度が高くなって混合が困難となり被覆形態が不均一となる虞があり、加熱温度が高すぎると炭素質物前駆体となる有機化合物の揮発と重縮合によって混合系の粘度が高くなって混合が困難となり被覆形態が不均一となる虞がある。 The heating temperature is usually higher than the softening point of the organic compound that becomes the carbonaceous material precursor, preferably higher than the softening point by 10 ° C., more preferably higher than the softening point by 20 ° C., more preferably higher by 30 ° C. It is carried out at a temperature, particularly preferably at a temperature of 50 ° C. or higher, usually 450 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower. If the heating temperature is too low, the viscosity of the organic compound that becomes the carbonaceous material precursor becomes high and mixing becomes difficult and the coating form may become uneven. If the heating temperature is too high, the organic compound that becomes the carbonaceous material precursor Due to volatilization and polycondensation, the viscosity of the mixed system becomes high and mixing becomes difficult and the coating form may become non-uniform.
混合機は撹拌翼を持つ機種が好ましく、例えば、リボンミキサー、MCプロセッサー、プロシェアミキサー、KRCニーダーなど市販されているものを使用することができる。混合時間は通常1分以上、好ましくは2分以上、より好ましくは5分以上、通常300分以下、好ましくは120分以下、より好ましくは80分以下である。混合時間が短すぎると、被覆形態が不均一となる虞があり、長すぎると生産性の低下やコストの増加をきたす傾向がある。 As the mixer, a model having a stirring blade is preferable. For example, a commercially available product such as a ribbon mixer, an MC processor, a pro-shear mixer, or a KRC kneader can be used. The mixing time is usually 1 minute or longer, preferably 2 minutes or longer, more preferably 5 minutes or longer, usually 300 minutes or shorter, preferably 120 minutes or shorter, more preferably 80 minutes or shorter. If the mixing time is too short, the coating form may be non-uniform, and if it is too long, the productivity tends to decrease and the cost increases.
(炭素質物前駆体となる有機化合物)
<炭素質物前駆体となる有機化合物の種類>
炭素質物となる具体的な有機化合物としては、軟質ないし硬質の種々のコールタールピッチや石炭液化油などの炭素系重質油、原油の常圧又は減圧蒸留残渣油などの石油系重質油、ナフサ分解によるエチレン製造の副生物である分解系重質油など種々のものを用いることができる。
また、分解系重質油を熱処理することで得られるエチレンタールピッチ、FCCデカントオイル、アシュランドピッチなどの熱処理ピッチ等を挙げることができる。さらにポリ塩化ビニル、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール等のビニル系高分子と3−メチルフェノールホルムアルデヒド樹脂、3,5−ジメチルフェノールホルムアルデヒド樹脂等の置換フェノール樹脂、アセナフチレン、デカシクレン、アントラセンなどの芳香族炭化水素、フェナジンやアクリジンなどの窒素環化合物、チオフェンなどのイオウ環化合物などを挙げることができる。また、固相で炭素化を進行させる有機化合物としては、セルロースなどの天然高分子、ポリ塩化ビニリデンやポリアクリロニトリルなどの鎖状ビニル樹脂、ポリフェニレン等の芳香族系ポリマー、フルフリルアルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂等熱硬化性樹脂やフルフリルアルコールのような熱硬化性樹脂原料などを挙げることができる。これらの中でも石油系重質油が好ましい。
(Organic compound that becomes a carbonaceous material precursor)
<Types of organic compounds used as carbonaceous material precursors>
Specific organic compounds that become carbonaceous materials include various heavy or carbon oils such as coal tar pitch and coal liquefied oil, petroleum heavy oil such as crude oil normal pressure or vacuum distillation residue oil, Various things such as cracked heavy oil which is a byproduct of ethylene production by naphtha cracking can be used.
Moreover, heat treatment pitches such as ethylene tar pitch, FCC decant oil, and Ashland pitch obtained by heat-treating cracked heavy oil can be exemplified. Furthermore, vinyl polymers such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl butyral, and polyvinyl alcohol, substituted phenol resins such as 3-methylphenol formaldehyde resin and 3,5-dimethylphenol formaldehyde resin, and aromatics such as acenaphthylene, decacyclene, and anthracene Examples thereof include hydrocarbons, nitrogen ring compounds such as phenazine and acridine, and sulfur ring compounds such as thiophene. Examples of organic compounds that promote carbonization in the solid phase include natural polymers such as cellulose, chain vinyl resins such as polyvinylidene chloride and polyacrylonitrile, aromatic polymers such as polyphenylene, furfuryl alcohol resins, phenol- Examples thereof include thermosetting resins such as formaldehyde resin and imide resin, and thermosetting resin raw materials such as furfuryl alcohol. Among these, petroleum heavy oil is preferable.
加熱温度(焼成温度)は混合物の調製に用いた有機化合物により異なるが、通常は800℃以上、好ましくは900℃以上、より好ましくは950℃以上に加熱して十分に炭素化又は黒鉛化させる。加熱温度の上限は有機化合物の炭化物が、混合物中の鱗片状黒鉛の結晶構造と同等の結晶構造に達しない温度であり、通常は高くても3500℃である。加熱温度の上限は3000℃、好ましくは2000℃、より好ましくは1500℃に止めるのが好ましい。 The heating temperature (firing temperature) varies depending on the organic compound used for the preparation of the mixture, but is usually 800 ° C. or higher, preferably 900 ° C. or higher, more preferably 950 ° C. or higher to sufficiently carbonize or graphitize. The upper limit of the heating temperature is a temperature at which the carbide of the organic compound does not reach a crystal structure equivalent to that of the scaly graphite in the mixture, and is usually 3500 ° C. at the highest. The upper limit of the heating temperature is preferably 3000 ° C, preferably 2000 ° C, more preferably 1500 ° C.
上述したような処理を行った後、次いで解砕及び/又は粉砕処理を施すことにより、炭素質物複合黒鉛とすることができる。
形状は任意であるが、平均粒径は、通常2〜50μmであり、5〜35μmが好ましく、特に8〜30μmである。上記粒径範囲となるよう、必要に応じて、解砕及び/又は粉砕及び/又は分級を行う。
炭素質物複合黒鉛中の炭素質物の含有量は、原料となる造粒黒鉛に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.3%以上、特に好ましくは0.7質量%以上であり、また前記含有量は、通常20質量%以下、好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、特に好ましくは7質量%以下、最も好ましくは5質量%以下である。
After performing the treatment as described above, the carbonaceous material composite graphite can be obtained by crushing and / or crushing treatment.
Although the shape is arbitrary, the average particle diameter is usually 2 to 50 μm, preferably 5 to 35 μm, and particularly 8 to 30 μm. Crushing and / or crushing and / or classification is performed as necessary so that the particle size is in the above range.
The content of the carbonaceous material in the carbonaceous material composite graphite is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% or more, particularly with respect to the granulated graphite as a raw material. Preferably, the content is 0.7% by mass or more, and the content is usually 20% by mass or less, preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, particularly preferably 7% by mass or less, most preferably 5%. It is below mass%.
炭素質物複合黒鉛中の炭素質物の含有量が多すぎると、非水系二次電池において高容量を達成する為に十分な圧力で圧延を行った場合に、負極材にダメージが与えられて材料破壊が起こり、初期サイクル時充放電不可逆容量の増大、初期効率の低下を招く傾向がある。
一方、含有量が小さすぎると、被覆による効果が得られにくくなる傾向がある。
If the carbonaceous material content in the carbonaceous material composite graphite is too high, the negative electrode material will be damaged and the material will be destroyed when rolling at a sufficient pressure to achieve a high capacity in a non-aqueous secondary battery. Tends to increase the irreversible capacity of charge / discharge during the initial cycle and decrease the initial efficiency.
On the other hand, if the content is too small, the effect of coating tends to be difficult to obtain.
また、炭素質物複合黒鉛中の炭素質物の含有量は、下記式のように材料焼成前後のサンプル質量より算出できる。なおこのとき、造粒黒鉛の焼成前後質量変化はないものとして計算する。 Further, the content of the carbonaceous material in the carbonaceous material composite graphite can be calculated from the sample mass before and after the material firing as in the following formula. At this time, the calculation is made on the assumption that there is no mass change before and after the firing of the granulated graphite.
炭素質物の含有量(質量%)=[(w2−w1)/w1]×100
(w1を造粒黒鉛の質量(kg)、w2を炭素質物複合黒鉛の質量(kg)とする)
Content of carbonaceous material (mass%) = [(w2-w1) / w1] × 100
(W1 is the mass (kg) of granulated graphite, and w2 is the mass (kg) of carbonaceous composite graphite)
(他の炭素材との混合)
また、本発明では、極板の配向性、電解液の浸透性、導電パス等を向上させ、サイクル特性、極版膨れ等の改善を目的とし、前記造粒黒鉛とは異なる炭素材料を混合することができる(以下、前記造粒黒鉛に、前記造粒黒鉛とは異なる炭素材料を混合して得られた炭素材を「混合炭素材」と呼ぶことがある)。
前記炭素材とは異なる炭素材料としては、例えば天然黒鉛、人造黒鉛、炭素材を炭素質物で被覆した被覆黒鉛、非晶質炭素、金属粒子や金属化合物を含有した炭素材の中から選ばれる材料を用いることができる。これらの材料は、何れかを一種を単独で用いても良く、二種以上を任意の組み合わせ及び組成で併用しても良い。
(Mixed with other carbon materials)
Further, in the present invention, a carbon material different from the granulated graphite is mixed for the purpose of improving the orientation of the electrode plate, the permeability of the electrolytic solution, the conductive path, etc., and improving the cycle characteristics, electrode plate swelling, etc. (Hereinafter, a carbon material obtained by mixing the granulated graphite with a carbon material different from the granulated graphite may be referred to as a “mixed carbon material”).
Examples of the carbon material different from the carbon material include natural graphite, artificial graphite, coated graphite obtained by coating a carbon material with a carbonaceous material, amorphous carbon, and a carbon material containing metal particles and a metal compound. Can be used. Any one of these materials may be used alone, or two or more of these materials may be used in any combination and composition.
天然黒鉛としては、例えば、高純度化した炭素材や球形化した天然黒鉛を用いることができる。本発明でいう高純度化とは、通常、塩酸、硫酸、硝酸、弗酸などの酸中で処理する、若しくは複数の酸処理工程を組み合わせて行なうことにより、低純度天然黒鉛中に含まれる灰分や金属等を溶解除去する操作のことを意味し、通常、酸処理工程の後に水洗処理等を行ない高純度化処理工程で用いた酸分の除去をする。また、酸処理工程の代わりに2000℃以上の高温で処理することにより、灰分や金属等を蒸発、除去しても構わない。また、高温熱処理時に塩素ガス等ハロゲンガス雰囲気で処理することにより灰分や金属等を除去しても構わない。更にまた、これらの手法を任意に組み合わせて用いても良い。 As the natural graphite, for example, a highly purified carbon material or a spherical natural graphite can be used. In the present invention, high purification means that ash contained in low-purity natural graphite is usually treated in an acid such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, hydrofluoric acid, or a combination of a plurality of acid treatment steps. It means an operation of dissolving and removing metal and metal, etc., and usually, after the acid treatment step, a water washing treatment or the like is performed to remove the acid content used in the high purification treatment step. Moreover, you may evaporate and remove ash, a metal, etc. by processing at high temperature 2000 degreeC or more instead of an acid treatment process. Moreover, you may remove ash, a metal, etc. by processing in halogen gas atmosphere, such as chlorine gas, at the time of high temperature heat processing. Furthermore, these methods may be used in any combination.
天然黒鉛の体積基準平均粒径は、通常5μm以上、好ましくは8μm以上、より好ましくは10μm以上、特に好ましくは12μm以上また、通常60μm以下、好ましくは40μm以下、特に好ましくは30μm以下の範囲である。平均粒径がこの範囲であれば、高速充放電特性、工程性が良好となるため好ましい。
天然黒鉛のBET比表面積は、通常1m2/g以上、好ましくは2m2/g以上、また、通常30m2/g以下、好ましくは15m2/g以下の範囲である。比表面積がこの範囲であれば、高速充放電特性、工程性が良好となるため好ましい。
また、天然黒鉛のタップ密度は、通常0.6g/cm3以上、0.7g/cm3以上が好ましく、0.8g/cm3以上がより好ましく、0.85g/cm3以上が更に好ましい。また、通常1.3g/cm3以下、1.2g/cm3以下が好ましく、1.1g/cm3以下がより好ましい。この範囲であれば高速充放電特性、工程性が良好となるため好ましい。
The volume-based average particle diameter of natural graphite is usually 5 μm or more, preferably 8 μm or more, more preferably 10 μm or more, particularly preferably 12 μm or more, and usually 60 μm or less, preferably 40 μm or less, particularly preferably 30 μm or less. . If the average particle diameter is within this range, it is preferable because high-speed charge / discharge characteristics and processability are improved.
Natural graphite has a BET specific surface area of usually 1 m 2 / g or more, preferably 2 m 2 / g or more, and usually 30 m 2 / g or less, preferably 15 m 2 / g or less. If the specific surface area is within this range, it is preferable because high-speed charge / discharge characteristics and processability are improved.
The tap density of natural graphite is usually preferably 0.6 g / cm 3 or more, 0.7 g / cm 3 or more, more preferably 0.8 g / cm 3 or more, and further preferably 0.85 g / cm 3 or more. Moreover, 1.3 g / cm 3 or less and 1.2 g / cm 3 or less are usually preferable, and 1.1 g / cm 3 or less is more preferable. If it is this range, since a high-speed charge / discharge characteristic and process property become favorable, it is preferable.
人造黒鉛としては、炭素材を黒鉛化した粒子等が挙げられ、例えば、単一の黒鉛前駆体粒子を粉状のまま焼成、黒鉛化した粒子や、複数の黒鉛前駆体粒子を成形し焼成、黒鉛化し解砕した造粒粒子などを用いることができる。
人造黒鉛の体積基準平均粒径は、通常5μm以上、好ましくは10μm以上、また、通常60μm以下、好ましくは40μm、更に好ましくは30μm以下の範囲である。この範囲であれば、極板膨れの抑制や工程性が良好となるため好ましい。
人造黒鉛のBET比表面積は、通常0.5m2/g以上、好ましくは1.0m2/g以上、また、通常8m2/g以下、好ましくは6m2/g以下、更に好ましくは4m2/g以下の範囲である。この範囲であれば、極板膨れの抑制や工程性が良好となるため好ましい。
Examples of the artificial graphite include particles obtained by graphitizing a carbon material. For example, a single graphite precursor particle is fired while being powdered, a graphitized particle, and a plurality of graphite precursor particles are molded and fired. Granulated particles that have been graphitized and crushed can be used.
The volume-based average particle size of artificial graphite is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, and usually 60 μm or less, preferably 40 μm, more preferably 30 μm or less. If it is this range, since suppression of an electrode plate swelling and process property become favorable, it is preferable.
BET specific surface area of the artificial graphite is usually 0.5 m 2 / g or more, preferably 1.0 m 2 / g or more and usually 8m 2 / g or less, preferably 6 m 2 / g or less, more preferably 4m 2 / It is the range below g. If it is this range, since suppression of an electrode plate swelling and process property become favorable, it is preferable.
また、人造黒鉛のタップ密度は、通常0.6g/cm3以上、0.7g/cm3以上が好ましく、0.8g/cm3以上がより好ましく、0.85g/cm3以上が更に好ましい。また、通常1.5g/cm3以下、1.4g/cm3以下が好ましく、1.3g/cm3以下がより好ましい。この範囲であれば、極板膨れの抑制や工程性が良好となるため好ましい。 Further, the tap density of the artificial graphite is usually preferably 0.6 g / cm 3 or more, 0.7 g / cm 3 or more, more preferably 0.8 g / cm 3 or more, and further preferably 0.85 g / cm 3 or more. Moreover, normally 1.5 g / cm < 3 > or less and 1.4 g / cm < 3 > or less are preferable, and 1.3 g / cm < 3 > or less is more preferable. If it is this range, since suppression of an electrode plate swelling and process property become favorable, it is preferable.
炭素材を炭素質物で被覆した被覆黒鉛としては、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛に上述した炭素質物の前駆体である有機化合物を被覆、焼成及び/又は黒鉛化した粒子や、天然黒鉛や人造黒鉛に炭素質物をCVDにより被覆した粒子を用いることができる。 Examples of the coated graphite obtained by coating a carbon material with a carbonaceous material include, for example, particles obtained by coating, firing and / or graphitizing an organic compound which is a precursor of the above-described carbonaceous material on natural graphite or artificial graphite, natural graphite or artificial graphite. In addition, particles obtained by coating a carbonaceous material by CVD can be used.
被覆黒鉛の体積基準平均粒径は、通常5μm以上、好ましくは8μm以上、より好ましくは10μm以上、特に好ましくは12μm以上また、通常60μm以下、好ましくは40μm以下、特に好ましくは30μm以下の範囲である。平均粒径がこの範囲であれば、高速充放電特性、工程性が良好となるため好ましい。
被覆黒鉛のBET比表面積は、通常1m2/g以上、好ましくは2m2/g以上、更に好ましくは2.5m2/g以上、また、通常20m2/g以下、好ましくは10m2/g以下、更に好ましくは8m2/g以下、特に好ましくは5m2/g以下の範囲である。比表面積がこの範囲であれば、高速充放電特性、工程性が良好となるため好ましい。
The volume-based average particle diameter of the coated graphite is usually 5 μm or more, preferably 8 μm or more, more preferably 10 μm or more, particularly preferably 12 μm or more, and usually 60 μm or less, preferably 40 μm or less, particularly preferably 30 μm or less. . If the average particle diameter is within this range, it is preferable because high-speed charge / discharge characteristics and processability are improved.
The BET specific surface area of the coated graphite is usually 1 m 2 / g or more, preferably 2 m 2 / g or more, more preferably 2.5 m 2 / g or more, and usually 20 m 2 / g or less, preferably 10 m 2 / g or less. More preferably, it is 8 m 2 / g or less, particularly preferably 5 m 2 / g or less. If the specific surface area is within this range, it is preferable because high-speed charge / discharge characteristics and processability are improved.
また、被覆黒鉛のタップ密度は、通常0.6g/cm3以上、0.7g/cm3以上が好ましく、0.8g/cm3以上がより好ましく、0.85g/cm3以上が更に好ましい。また、通常1.3g/cm3以下、1.2g/cm3以下が好ましく、1.1g/cm3以下がより好ましい。タップ密度がこの範囲であれば、高速充放電特性、工程性が良好となるため好ましい。 The tap density of the coated graphite is usually preferably 0.6 g / cm 3 or more, 0.7 g / cm 3 or more, more preferably 0.8 g / cm 3 or more, and further preferably 0.85 g / cm 3 or more. Moreover, 1.3 g / cm 3 or less and 1.2 g / cm 3 or less are usually preferable, and 1.1 g / cm 3 or less is more preferable. A tap density in this range is preferable because high-speed charge / discharge characteristics and processability are improved.
非晶質炭素としては、例えば、バルクメソフェーズを焼成した粒子や、易黒鉛化性有機化合物を不融化処理し、焼成した粒子を用いることができる。
非晶質炭素の体積基準平均粒径は、通常5μm以上、好ましくは12μm以上、また、通常60μm以下、好ましくは40μm以下の範囲である。この範囲であれば、高速充放電特性、工程性が良好となるため好ましい。
非晶質炭素のBET比表面積は、通常1m2/g以上、好ましくは2m2/g以上、更に好ましくは2.5m2/g以上、また、通常8m2/g以下、好ましくは6m2/g以下、更に好ましくは4m2/g以下の範囲である。比表面積がこの範囲であれば、高速充放電特性、工程性が良好となるため好ましい。
As amorphous carbon, for example, particles obtained by firing a bulk mesophase or particles obtained by infusibilizing an easily graphitizable organic compound and firing can be used.
The volume-based average particle size of the amorphous carbon is usually in the range of 5 μm or more, preferably 12 μm or more, and usually 60 μm or less, preferably 40 μm or less. If it is this range, since a high-speed charge / discharge characteristic and process property become favorable, it is preferable.
BET specific surface area of the amorphous carbon is usually 1 m 2 / g or more, preferably 2m 2 / g or more, more preferably 2.5 m 2 / g or more and usually 8m 2 / g or less, preferably 6 m 2 / g or less, more preferably 4 m 2 / g or less. If the specific surface area is within this range, it is preferable because high-speed charge / discharge characteristics and processability are improved.
また、非晶質炭素のタップ密度は、通常0.6g/cm3以上、0.7g/cm3以上が好ましく、0.8g/cm3以上がより好ましく、0.85g/cm3以上が更に好ましい。また、通常1.3g/cm3以下、1.2g/cm3以下が好ましく、1.1g/cm3以下がより好ましい。タップ密度がこの範囲であれば、高速充放電特性、工程性が良好となるため好ましい。 Moreover, the tap density of amorphous carbon is usually preferably 0.6 g / cm 3 or more, preferably 0.7 g / cm 3 or more, more preferably 0.8 g / cm 3 or more, and further more preferably 0.85 g / cm 3 or more. preferable. Moreover, 1.3 g / cm 3 or less and 1.2 g / cm 3 or less are usually preferable, and 1.1 g / cm 3 or less is more preferable. A tap density in this range is preferable because high-speed charge / discharge characteristics and processability are improved.
金属粒子や金属化合物を含有した炭素材としては、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Ag、Si、Sn、Al、Zr、Cr、P、S、V、Mn、Nb、Mo、Cu、Zn、Ge、In、Ti等からなる群から選ばれる金属又はその化合物を黒鉛と複合化した材料が挙げられる。用いることができる金属又はその化合物としては、2種以上の金属からなる合金を使用してもよく、金属粒子が、2種以上の金属元素により形成された合金粒子であってもよい。これらの中でも、Si、Sn、As、Sb、Al、Zn及びWからなる群から選ばれる金属又はその化合物が好ましく、中でも好ましくはSi及びSiOxである。この一般式SiOxは、二酸化Si(SiO2)と金属Si(Si)とを原料として得られるが、そのxの値は通常0<x<2であり、好ましくは0.2以上、1.8以下、より好ましくは0.4以上、1.6以下、更に好ましくは0.6以上、1.4以下である。この範囲であれば、高容量であると同時に、Liと酸素との結合による不可逆容量を低減させることが可能となる。 Examples of carbon materials containing metal particles and metal compounds include Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Ag, Si, Sn, Al, Zr, Cr, P, S, V, Mn, Nb, and Mo. , Cu, Zn, Ge, In, Ti, and the like, or a material obtained by combining a metal selected from the group consisting of, for example, graphite with graphite. As the metal or the compound that can be used, an alloy composed of two or more kinds of metals may be used, and the metal particles may be alloy particles formed of two or more kinds of metal elements. Among these, a metal selected from the group consisting of Si, Sn, As, Sb, Al, Zn and W or a compound thereof is preferable, and Si and SiOx are particularly preferable. This general formula SiOx is obtained using Si dioxide (SiO 2 ) and metal Si (Si) as raw materials, and the value of x is usually 0 <x <2, preferably 0.2 or more, 1.8 Hereinafter, more preferably 0.4 or more and 1.6 or less, and further preferably 0.6 or more and 1.4 or less. If it is this range, it becomes high capacity | capacitance and it becomes possible to reduce the irreversible capacity | capacitance by the coupling | bonding of Li and oxygen.
金属粒子の体積基準平均粒径は、サイクル寿命の観点から、通常0.005μm以上、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.02μm以上、更に好ましくは0.0
3μm以上であり、通常10μm以下、好ましくは9μm以下、より好ましくは8μm以下である。平均粒径がこの範囲であると充放電に伴う体積膨張が低減され、充放電容量を維持しつつ、良好なサイクル特性を得ることができる。
金属粒子のBET比表面積は、通常0.5m2/g以上120m2/g以下、1m2/g以上100m2/g以下であることが好ましい。比表面積が前記範囲内であると、電池の充放電効率および放電容量が高く、高速充放電においてリチウムの出し入れが速く、レート特性に優れるので好ましい。
From the viewpoint of cycle life, the volume-based average particle size of the metal particles is usually 0.005 μm or more, preferably 0.01 μm or more, more preferably 0.02 μm or more, and still more preferably 0.0.
It is 3 μm or more, usually 10 μm or less, preferably 9 μm or less, more preferably 8 μm or less. When the average particle diameter is within this range, volume expansion associated with charge / discharge is reduced, and good cycle characteristics can be obtained while maintaining charge / discharge capacity.
BET specific surface area of the metal particles is usually 0.5 m 2 / g or more 120 m 2 / g or less and a 1 m 2 / g or more 100m 2 / g or less. When the specific surface area is within the above range, the charge / discharge efficiency and discharge capacity of the battery are high, lithium is quickly taken in and out during high-speed charge / discharge, and the rate characteristics are excellent.
造粒黒鉛と造粒黒鉛より結晶性が低い炭素質物を混合するために用いる装置としては、特に制限はないが、例えば、回転型混合機の場合:円筒型混合機、双子円筒型混合機、二重円錐型混合機、正立方型混合機、鍬形混合機、固定型混合機の場合:螺旋型混合機、リボン型混合機、Muller型混合機、Helical Flight型混合機、Pugmill型混合機、流動化型混合機等を用いることができる。 The apparatus used for mixing the granulated graphite and the carbonaceous material having lower crystallinity than the granulated graphite is not particularly limited. For example, in the case of a rotary mixer: a cylindrical mixer, a twin cylindrical mixer, Double cone type mixer, regular cubic type mixer, vertical type mixer, fixed type mixer: spiral type mixer, ribbon type mixer, Muller type mixer, Helical Flight type mixer, Pugmill type mixer, A fluidized mixer or the like can be used.
<非水系二次電池用負極材の物性>
以下、本発明の製造方法により得られた負極材の好ましい物性について、説明する。
<Physical properties of negative electrode material for non-aqueous secondary battery>
Hereinafter, preferable physical properties of the negative electrode material obtained by the production method of the present invention will be described.
・体積基準平均粒径(平均粒径d50)
負極材の体積基準平均粒径(「平均粒径d50」とも記載する)は好ましくは1μm以上、より好ましくは5μm以上、更に好ましくは8μm以上、特に好ましくは10μm以上、最も好ましくは12μm以上である。また平均粒径d50は、好ましくは50μm以下、より好ましくは40μm以下、更に好ましくは35μm以下、特に好ましくは31μm以下である。平均粒径d50が小さすぎると、前記負極材を用いて得られる非水系二次電池の不可逆容量の増加、初期電池容量の損失を招く傾向があり、一方平均粒径d50が大きすぎるとスラリー塗布における筋引きなどの工程不都合の発生、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下を招く場合がある。
-Volume-based average particle size (average particle size d50)
The volume-based average particle size (also referred to as “average particle size d50”) of the negative electrode material is preferably 1 μm or more, more preferably 5 μm or more, further preferably 8 μm or more, particularly preferably 10 μm or more, and most preferably 12 μm or more. . The average particle diameter d50 is preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, still more preferably 35 μm or less, and particularly preferably 31 μm or less. If the average particle diameter d50 is too small, the non-aqueous secondary battery obtained by using the negative electrode material tends to increase the irreversible capacity and cause a loss of initial battery capacity. May cause inconveniences such as line drawing, deterioration of high current density charge / discharge characteristics, and deterioration of low temperature input / output characteristics.
平均粒径d50は、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート(例として、ツィーン20(登録商標)が挙げられる)の0.2質量%水溶液10mLに、負極材0.01gを懸濁させ、これを測定サンプルとして市販のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(例えばHORIBA製LA−920)に導入し、測定サンプルに28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、前記測定装置において体積基準のメジアン径として測定したものであると定義する。 The average particle diameter d50 is obtained by suspending 0.01 g of a negative electrode material in 10 mL of a 0.2 mass% aqueous solution of polyoxyethylene sorbitan monolaurate (for example, Tween 20 (registered trademark)) as a surfactant. This was introduced into a commercially available laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus (for example, LA-920 manufactured by HORIBA) as a measurement sample, and the measurement apparatus was irradiated with 28 kHz ultrasonic waves at an output of 60 W for 1 minute. It is defined to be measured as a volume-based median diameter.
・タップ密度
負極材のタップ密度は好ましくは0.8g/cm3以上、より好ましくは0.85g/cm3以上、更に好ましくは0.88g/cm3以上、特に好ましくは0.9g/cm3以上、最も好ましくは0.95g/cm3以上、好ましくは1.3g/cm3以下であり、より好ましくは1.2g/cm3以下であり、更に好ましくは1.1g/cm3以下である。
Tap density The negative electrode material preferably has a tap density of 0.8 g / cm 3 or more, more preferably 0.85 g / cm 3 or more, still more preferably 0.88 g / cm 3 or more, and particularly preferably 0.9 g / cm 3. Above, most preferably 0.95 g / cm 3 or more, preferably 1.3 g / cm 3 or less, more preferably 1.2 g / cm 3 or less, still more preferably 1.1 g / cm 3 or less. .
タップ密度が上記範囲内であると、極板化作製時のスジ引きなどの工程性が良好になり高速充放電特性に優れる。また、粒子内炭素密度が上昇し難いため圧延性も良好で、高密度の負極シートを形成する易くなる傾向にある。 When the tap density is within the above range, the processability such as streaking during the production of the electrode plate is good, and the high-speed charge / discharge characteristics are excellent. In addition, since the carbon density in the particles is difficult to increase, the rolling property is good and the high-density negative electrode sheet tends to be easily formed.
前記タップ密度は、粉体密度測定器を用い、直径1.6cm、体積容量20cm3の円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して本発明の負極材を落下させて、セルに満杯に充填した後、ストローク長10mmのタップを1000回行なって、その時の体積と試料の質量から求めた密度として定義する。 The tap density was filled using a powder density measuring device by dropping the negative electrode material of the present invention through a sieve having a mesh size of 300 μm into a cylindrical tap cell having a diameter of 1.6 cm and a volume capacity of 20 cm 3 . After that, a tap having a stroke length of 10 mm is performed 1000 times and defined as the density obtained from the volume at that time and the mass of the sample.
・細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)
負極材において、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)は、水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)を用いて測定した値であり、通常0.01μm以上、好ましくは0.03μm以上、より好ましくは0.05μm以上、更に好ましくは0.06μm以上であり、特に好ましくは0.07μmであり、通常1μm以下、好ましくは0.65μm以下、より好ましくは0.5μm以下、更に好ましくは0.4μm以下、特に好ましくは0.3μm以下、特に好ましくは0.2μm以下、最も好ましくは0.1μm以下である。
細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)が上記範囲を外れると、電解液が粒子内空隙へと効率的に行き渡ることが出来ず、粒子内のLiイオン挿入脱離サイトを効率的に利用できなくなるため、低温入出力特性やサイクル特性が低下する傾向がある。
-Mode pore diameter (PD) in the range of 0.01 to 1 μm pore diameter
In the negative electrode material, the mode pore diameter (PD) in the pore diameter range of 0.01 μm or more and 1 μm or less is a value measured using a mercury intrusion method (mercury porosimetry), and is usually 0.01 μm or more, preferably 0.8. 03 μm or more, more preferably 0.05 μm or more, still more preferably 0.06 μm or more, particularly preferably 0.07 μm, usually 1 μm or less, preferably 0.65 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, further It is preferably 0.4 μm or less, particularly preferably 0.3 μm or less, particularly preferably 0.2 μm or less, and most preferably 0.1 μm or less.
If the mode pore diameter (PD) in the range of 0.01 μm or more and 1 μm or less of the pore diameter is out of the above range, the electrolyte cannot efficiently spread to the voids in the particles, and the Li ion insertion / desorption sites in the particles Can not be used efficiently, so the low-temperature input / output characteristics and cycle characteristics tend to deteriorate.
・細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の細孔容積
負極材において、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の細孔容積は、水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)を用いて測定した値であり、加圧処理される場合であっても、通常0.07mL/g以上、好ましくは0.08mL/g以上、より好ましくは0.09mL/g以上であり、最も好ましくは0.10mL/g以上である。また、好ましくは0.3mL/g以下であり、より好ましくは0.25mL/g以下、更に好ましくは0.2mL/g以下、特に好ましくは0.18mL/g以下である。
-Pore volume in the range of 0.01 to 1 μm pore diameter In the negative electrode material, the pore volume in the range of 0.01 to 1 μm pore diameter is a value measured using a mercury intrusion method (mercury porosimetry). Even in the case of pressure treatment, it is usually 0.07 mL / g or more, preferably 0.08 mL / g or more, more preferably 0.09 mL / g or more, and most preferably 0.10 mL / g. That's it. Moreover, it is preferably 0.3 mL / g or less, more preferably 0.25 mL / g or less, still more preferably 0.2 mL / g or less, and particularly preferably 0.18 mL / g or less.
細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の細孔容積が0.07mL/gを下回ると、粒子内へ電解液が侵入できなくなり粒子内のLiイオン挿入脱離サイトを効率的に利用できなくなる為、急速充放電をさせた時にリチウムイオンの挿入脱離がスムーズに進むことが難しくなり、低温入出力特性が下がる傾向にある。一方で、上記する範囲に含まれる場合は、電解液が粒子内部へスムーズ且つ効率的に行き渡ることが可能になる為、充放電の際に粒子外周部だけでなく粒子内部に存在するLiイオン挿入脱離サイトを有効且つ効率的に利用することが可能になり、良好な低温入出力特性を示す傾向にある。 If the pore volume in the pore diameter range of 0.01 μm or more and 1 μm or less is less than 0.07 mL / g, the electrolyte cannot enter the particles and the Li ion insertion / desorption sites in the particles cannot be used efficiently. When lithium ion is rapidly charged and discharged, it becomes difficult to smoothly insert and desorb lithium ions, and the low-temperature input / output characteristics tend to decrease. On the other hand, when it is included in the above-mentioned range, the electrolyte solution can be smoothly and efficiently distributed inside the particle, so that Li ion insertion not only in the particle outer periphery but also in the particle inside at the time of charge / discharge The desorption site can be used effectively and efficiently, and tends to exhibit good low-temperature input / output characteristics.
・細孔分布半値半幅(log(nm))
負極材の細孔分布半値半幅(log(nm))は、水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)により求められる細孔分布(nm)の横軸を常用対数(log(nm))で表示したときの、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲に存在するピークの微細孔側の半価半幅を指す。
-Pore distribution half width at half maximum (log (nm))
The half width at half maximum (log (nm)) of the pore distribution of the negative electrode material is obtained by displaying the horizontal axis of the pore distribution (nm) obtained by the mercury intrusion method (mercury porosimetry) in the common logarithm (log (nm)). The half-width on the fine pore side of the peak existing in the pore diameter range of 0.01 μm to 1 μm.
(負極材のd50が13μm以上である場合)
d50が13μm以上の負極材が、鱗片状、鱗状黒鉛、及び塊状黒鉛を球形化処理した負極材である場合、細孔分布半値半幅(log(nm))は、好ましくは0.45以上、より好ましくは0.5以上、更に好ましくは0.6以上、特に好ましくは0.65以上、最も好ましくは0.7以上、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは3以下、特に好ましくは1以下である。
また、d50が13μm以上の負極材が、鱗片状、鱗状黒鉛、及び塊状黒鉛を球形化処理した黒鉛と炭素質物とが複合化した複合黒鉛である場合、細孔分布半値半幅(log(nm))は、好ましくは0.3以上、より好ましくは0.35以上、更に好ましくは0.4以上、特に好ましくは0.45以上、好ましくは10以下、より好ましくは5以下、更に好ましくは3以下、特に好ましくは1以下である。
(When d50 of the negative electrode material is 13 μm or more)
When the negative electrode material having a d50 of 13 μm or more is a negative electrode material obtained by spheroidizing flaky, scaly graphite, and massive graphite, the half-width (log (nm)) of pore distribution is preferably 0.45 or more. Preferably 0.5 or more, more preferably 0.6 or more, particularly preferably 0.65 or more, most preferably 0.7 or more, preferably 10 or less, more preferably 5 or less, still more preferably 3 or less, particularly preferably Is 1 or less.
Further, when the negative electrode material having a d50 of 13 μm or more is composite graphite in which graphite obtained by spheroidizing scaly, scaly graphite, and massive graphite and a carbonaceous material are combined, the half-width of pore distribution (log (nm)) ) Is preferably 0.3 or more, more preferably 0.35 or more, still more preferably 0.4 or more, particularly preferably 0.45 or more, preferably 10 or less, more preferably 5 or less, still more preferably 3 or less. Particularly preferably, it is 1 or less.
(負極材のd50が13μm未満である場合)
負極材のd50が13μm未満である場合、細孔分布半値半幅(log(nm))は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.1以上、好
ましくは0.33以下、より好ましくは0.3以下、更に好ましくは0.25以下、特に好ましくは0.23以下である。
(When d50 of the negative electrode material is less than 13 μm)
When d50 of the negative electrode material is less than 13 μm, the pore distribution half-width (log (nm)) is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, still more preferably 0.1 or more, preferably 0. .33 or less, more preferably 0.3 or less, still more preferably 0.25 or less, and particularly preferably 0.23 or less.
細孔分布半値半幅(log(nm))が上記範囲内であると、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の粒子内空隙がより緻密な構造を形成されるため、電解液が粒子内部へスムーズ且つ効率的に行き渡ることが可能になり、充放電の際に、粒子外周部だけでなく粒子内部に存在するLiイオン挿入脱離サイトを有効且つ効率的に利用することが可能になり、良好な低温入出力特性やサイクル特性を示す傾向がある。 If the pore distribution half-width (log (nm)) is within the above range, the intraparticle voids having a pore diameter in the range of 0.01 μm to 1 μm form a denser structure, so that the electrolyte solution enters the particles. It is possible to spread smoothly and efficiently, and during charging and discharging, it becomes possible to effectively and efficiently use the Li ion insertion / desorption site existing inside the particle as well as the outer periphery of the particle, which is favorable. Tend to show low temperature input / output characteristics and cycle characteristics.
・全細孔容積
負極材の全細孔容積は、水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)を用いて測定した値であり、好ましくは0.1mL/g以上、より好ましくは0.3mL/g以上、更に好ましくは0.5mL/g以上、特に好ましくは0.6mL/g以上、最も好ましくは0.7mL/g以上である。また、好ましくは10mL/g以下、より好ましくは5mL/g以下、更に好ましくは2mL/g以下、特に好ましくは1mL/g以下である。
Total pore volume The total pore volume of the negative electrode material is a value measured using a mercury intrusion method (mercury porosimetry), preferably 0.1 mL / g or more, more preferably 0.3 mL / g or more, More preferably, it is 0.5 mL / g or more, Especially preferably, it is 0.6 mL / g or more, Most preferably, it is 0.7 mL / g or more. Moreover, Preferably it is 10 mL / g or less, More preferably, it is 5 mL / g or less, More preferably, it is 2 mL / g or less, Most preferably, it is 1 mL / g or less.
全細孔容積が上記範囲内であると、極板化時のバインダ量を過剰にする必要がなく、極板化時に増粘剤やバインダの分散効果も得られ易くなる。 When the total pore volume is within the above range, it is not necessary to make the amount of the binder excessive when forming the electrode plate, and it is easy to obtain the effect of dispersing the thickener or the binder when forming the electrode plate.
上記水銀ポロシメトリー用の装置として、水銀ポロシメータ(オートポア9520:マイクロメリテックス社製)を用いることができる。試料(負極材)を0.2g前後の値となるように秤量し、パウダー用セルに封入し、室温、真空下(50μmHg以下)にて10分間脱気して前処理を実施する。 As the mercury porosimetry apparatus, a mercury porosimeter (Autopore 9520: manufactured by Micromeritex Corporation) can be used. A sample (negative electrode material) is weighed so as to have a value of about 0.2 g, sealed in a powder cell, and pretreated by degassing at room temperature and under vacuum (50 μmHg or less) for 10 minutes.
引き続き、4psia(約28kPa)に減圧して前記セルに水銀を導入し、圧力を4psia(約28kPa)から40000psia(約280MPa)までステップ状に昇圧させた後、25psia(約170kPa)まで降圧させる。 Subsequently, the pressure is reduced to 4 psia (about 28 kPa), mercury is introduced into the cell, the pressure is increased stepwise from 4 psia (about 28 kPa) to 40000 psia (about 280 MPa), and then the pressure is reduced to 25 psia (about 170 kPa).
昇圧時のステップ数は80点以上とし、各ステップでは10秒の平衡時間の後、水銀圧入量を測定する。こうして得られた水銀圧入曲線からWashburnの式を用い、細孔分布を算出する。 The number of steps at the time of pressure increase is 80 points or more, and the mercury intrusion amount is measured after an equilibration time of 10 seconds in each step. The pore distribution is calculated from the mercury intrusion curve thus obtained using the Washburn equation.
なお、水銀の表面張力(γ)は485dyne/cm、接触角(ψ)は140°として算出する。平均細孔径は、累計細孔体積が50%となるときの細孔径として定義する。 Note that the surface tension (γ) of mercury is calculated as 485 dyne / cm and the contact angle (ψ) is 140 °. The average pore diameter is defined as the pore diameter when the cumulative pore volume is 50%.
・細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)と体積基準平均粒子径(d50)の比(PD/d50(%))
負極材の、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)と体積基準平均粒子径(d50)の比(PD/d50)は下記(式1)で表され、通常1.8以下、好ましくは1.80以下、より好ましくは1.00以下、更に好ましくは0.90以下、特に好ましくは0.80以下、最も好ましくは0.70以下、通常0.01以上、好ましくは0.10以上、より好ましくは0.20以上である。
(式1)PD/d50(%)=水銀圧入法により求められる細孔分布における0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)/体積基準平均粒子径(d50)×100
細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)が上記範囲を外れると、電解液が粒子内空隙へと効率的に行き渡ることが出来ず、粒子内のLiイオン挿入脱離サイトを効率的に利用できなくなるため、低温入出力特性やサイクル特性が低下する傾向がある。
-Ratio of mode pore diameter (PD) and volume-based average particle diameter (d50) in the range of pore diameters of 0.01 μm or more and 1 μm or less (PD / d50 (%))
The ratio (PD / d50) of the mode pore diameter (PD) and the volume-based average particle diameter (d50) in the pore diameter range of 0.01 μm or more and 1 μm or less of the negative electrode material is expressed by the following (formula 1). 8 or less, preferably 1.80 or less, more preferably 1.00 or less, further preferably 0.90 or less, particularly preferably 0.80 or less, most preferably 0.70 or less, usually 0.01 or more, preferably It is 0.10 or more, More preferably, it is 0.20 or more.
(Formula 1) PD / d50 (%) = Mode pore diameter (PD) / volume-based average particle diameter (d50) × 100 in the range of 0.01 μm or more and 1 μm or less in the pore distribution determined by the mercury intrusion method.
If the mode pore diameter (PD) in the range of 0.01 μm or more and 1 μm or less of the pore diameter is out of the above range, the electrolyte cannot efficiently spread to the voids in the particles, and the Li ion insertion / desorption sites in the particles Can not be used efficiently, so the low-temperature input / output characteristics and cycle characteristics tend to deteriorate.
・3μm以下の粒子個数頻度
負極材の28kHzの超音波を出力60Wで5分間照射した際の粒径3μm以下の粒子個数頻度は、好ましくは1%以上、より好ましくは10%以上、好ましくは60%以下、より好ましくは55%以下、更に好ましくは50%以下、特に好ましくは40%以下、最も好ましくは30%以下である。
粒子個数頻度が上記範囲内であると、スラリー混練、電極圧延、充放電などの際に粒子崩壊や微粉剥離を生じにくくなり、低温入出力特性やサイクル特性が良好となる傾向がある。
-Number frequency of particles of 3 μm or less The number frequency of particles having a particle size of 3 μm or less when irradiated with 28 kHz ultrasonic waves of negative electrode material at 60 W for 5 minutes is preferably 1% or more, more preferably 10% or more, preferably 60 % Or less, more preferably 55% or less, still more preferably 50% or less, particularly preferably 40% or less, and most preferably 30% or less.
When the frequency of the number of particles is within the above range, particle collapse or fine powder separation is unlikely to occur during slurry kneading, electrode rolling, charge / discharge, etc., and the low temperature input / output characteristics and cycle characteristics tend to be good.
前記28kHzの超音波を出力60Wで5分間照射した際の粒径3μm以下の粒子個数頻度としては、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート(例として、ツィーン20(登録商標))の0.2体積%水溶液50mLに負極材0.2gを混合し、フロー式粒子像分析装置「シスメックスインダストリアル社製FPIA−2000」を用い、28kHzの超音波を出力60Wで所定時間照射した後、検出範囲を0.6〜400μmに指定して、粒子個数を測定した値を用いる。 The frequency of the number of particles having a particle size of 3 μm or less when the 28 kHz ultrasonic wave is irradiated at an output of 60 W for 5 minutes is that of polyoxyethylene sorbitan monolaurate (for example, Tween 20 (registered trademark)) as a surfactant. Detection was performed by mixing 0.2 g of a negative electrode material in 50 mL of a 0.2% by volume aqueous solution and irradiating a 28 kHz ultrasonic wave at an output of 60 W for a predetermined time using a flow type particle image analyzer “FPIA-2000 manufactured by Sysmex Industrial Co., Ltd.” A value obtained by measuring the number of particles by using a range of 0.6 to 400 μm is used.
・円形度
負極材の円形度は、0.88以上、好ましくは0.90以上、より好ましくは0.91以上である。また、円形度は好ましくは1以下、より好ましくは0.98以下、更に好ましくは0.97以下である。円形度が上記範囲内であると、非水系二次電池の高電流密度充放電特性の低下を抑制できる傾向にある。なお、円形度は以下の式で定義され、円形度が1のときに理論的真球となる。
円形度が上記範囲内であると、Liイオン拡散の屈曲度が下がって粒子間空隙中の電解液移動がスムーズになり、且つ適度に負極材同士が接触することが可能なため、良好な急速充放電特性、及びサイクル特性を示す傾向がある。
円形度=(粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長)/(粒子投影形状の実際の周囲長)
-Circularity The circularity of the negative electrode material is 0.88 or more, preferably 0.90 or more, more preferably 0.91 or more. The circularity is preferably 1 or less, more preferably 0.98 or less, and still more preferably 0.97 or less. When the circularity is within the above range, the high current density charge / discharge characteristics of the non-aqueous secondary battery tend to be suppressed. The circularity is defined by the following formula, and when the circularity is 1, a theoretical sphere is obtained.
When the circularity is within the above range, the flexibility of Li ion diffusion decreases, the electrolyte solution moves smoothly in the interparticle voids, and the negative electrode materials can be appropriately brought into contact with each other. There is a tendency to exhibit charge / discharge characteristics and cycle characteristics.
Circularity = (perimeter of equivalent circle having the same area as the particle projection shape) / (actual circumference of particle projection shape)
円形度の値としては、例えば、フロー式粒子像分析装置(例えば、シスメックスインダストリアル社製FPIA)を用い、試料(負極材)約0.2gを、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約50mL)に分散させ、分散液に28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、検出範囲を0.6〜400μmに指定し、粒径が1.5〜40μmの範囲の粒子について測定した値を用いる。 As the circularity value, for example, a flow type particle image analyzer (for example, FPIA manufactured by Sysmex Industrial Co., Ltd.) is used, and about 0.2 g of a sample (negative electrode material) is added to polyoxyethylene (20) sorbitan as a surfactant. After dispersing in a 0.2% by weight monolaurate aqueous solution (about 50 mL) and irradiating the dispersion with an ultrasonic wave of 28 kHz for 1 minute at an output of 60 W, the detection range is specified as 0.6 to 400 μm, and the particle size is The value measured for particles in the range of 1.5-40 μm is used.
・X線パラメータ
負極材の、学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)は、好ましくは0.335nm以上、0.340nm未満である。ここで、d値はより好ましくは0.339nm以下、更に好ましくは0.337nm以下である。d002値が上記範囲内にあると、黒鉛の結晶性が高いため、初期不可逆容量が増加を抑制する傾向にある。ここで、0.335nmは黒鉛の理論値である。
-X-ray parameter The d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) obtained by X-ray diffraction by the Gakushin method of the negative electrode material is preferably 0.335 nm or more and less than 0.340 nm. Here, the d value is more preferably 0.339 nm or less, and still more preferably 0.337 nm or less. When the d002 value is within the above range, the initial irreversible capacity tends to suppress an increase because the crystallinity of graphite is high. Here, 0.335 nm is a theoretical value of graphite.
また、学振法によるX線回折で求めた前記負極材の結晶子サイズ(Lc)は、好ましくは1.5nm以上、より好ましくは3.0nm以上の範囲である。上記範囲内であると、結晶性が低過ぎない粒子となり、非水系二次電池とした場合に可逆容量が減少し難くなる。なお、Lcの下限は黒鉛の理論値である。 The crystallite size (Lc) of the negative electrode material determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is preferably 1.5 nm or more, more preferably 3.0 nm or more. Within the above range, the crystallinity is not too low, and the reversible capacity is difficult to decrease when a non-aqueous secondary battery is obtained. The lower limit of Lc is the theoretical value of graphite.
・灰分
負極材に含まれる灰分は、負極材の全質量に対して、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下であり、更に好ましくは0.1質量%以下である。また、灰分
の下限は1ppm以上であることが好ましい。
-Ash content The ash content contained in the negative electrode material is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.5% by mass or less, and still more preferably 0.1% by mass or less, based on the total mass of the negative electrode material. Moreover, it is preferable that the minimum of ash content is 1 ppm or more.
灰分が上記範囲内であると非水系二次電池とした場合に、充放電時の負極材と電解液との反応による電池性能の劣化を無視できる程度に抑えることができる。また、炭素材の製造に多大な時間とエネルギーと汚染防止のための設備とを必要としないため、コストの上昇も抑えられる。 When the ash content is within the above range, when the non-aqueous secondary battery is used, it is possible to suppress deterioration of battery performance due to the reaction between the negative electrode material and the electrolytic solution during charge / discharge to a level that can be ignored. Further, since a great amount of time, energy, and equipment for preventing contamination are not required for producing the carbon material, an increase in cost can be suppressed.
・BET比表面積(SA)
負極材のBET法により測定した比表面積(SA)は、好ましくは1m2/g以上、より好ましくは2m2/g以上、更に好ましくは3m2/g以上、特に好ましくは4m2/g以上である。また、好ましくは30m2/g以下、より好ましくは20m2/g以下、更に好ましくは17m2/g以下、特に好ましくは15m2/g以下である。
比表面積が上記範囲内であると、Liが出入りする部位を十分確保することができるため高速充放電特性出力特性に優れ、活物質の電解液に対する活性も適度抑えることができるため、初期不可逆容量が大きくならず、高容量電池を製造できる傾向にある。
また、負極材を使用して負極を形成した場合の、その電解液との反応性の増加を抑制でき、ガス発生を抑えることができるため、好ましい非水系二次電池を提供することができる。
・ BET specific surface area (SA)
The specific surface area (SA) measured by the BET method of the negative electrode material is preferably 1 m 2 / g or more, more preferably 2 m 2 / g or more, still more preferably 3 m 2 / g or more, particularly preferably 4 m 2 / g or more. is there. Further, it is preferably 30 m 2 / g or less, more preferably 20 m 2 / g or less, still more preferably 17 m 2 / g or less, particularly preferably 15 m 2 / g or less.
When the specific surface area is within the above range, it is possible to sufficiently secure the portion where Li enters and exits, so the high speed charge / discharge characteristics output characteristics are excellent, and the activity of the active material against the electrolytic solution can be moderately suppressed. However, the high-capacity battery tends to be manufactured.
In addition, when a negative electrode is formed using a negative electrode material, an increase in reactivity with the electrolytic solution can be suppressed and gas generation can be suppressed, so that a preferable nonaqueous secondary battery can be provided.
BET比表面積は、表面積計(例えば、島津製作所製比表面積測定装置「ジェミニ2360」)を用い、負極材試料に対して窒素流通下100℃、3時間の予備減圧乾燥を行なった後、液体窒素温度まで冷却し、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET6点法によって測定した値として定義する。 The BET specific surface area was measured by using a surface area meter (for example, a specific surface area measuring device “Gemini 2360” manufactured by Shimadzu Corporation), preliminarily dried at 100 ° C. for 3 hours under a nitrogen flow, and then subjected to liquid nitrogen. It is defined as a value measured by a nitrogen adsorption BET 6-point method using a gas flow method using a nitrogen-helium mixed gas that is cooled to a temperature and adjusted accurately so that the relative pressure value of nitrogen with respect to atmospheric pressure is 0.3.
・表面官能基量O/C値(%)
X線光電子分光法測定(XPS)としてX線光電子分光器(例えば、アルバック・ファイ社製ESCA)を用い、測定対象(ここでは負極材)を表面が平坦になるように試料台に載せ、アルミニウムのKα線をX線源とし、マルチプレックス測定により、C1s(280〜300eV)とO1s(525〜545eV)のスペクトルを測定する。得られたC1sのピークトップを284.3eVとして帯電補正し、C1sとO1sのスペクトルのピーク面積を求め、更に装置感度係数を掛けて、CとOの表面原子濃度をそれぞれ算出する。得られたそのOとCの原子濃度比O/C(O原子濃度/C原子濃度)×100を負極材の表面官能基量O/C値と定義する。
XPSより求められるO/C値は、好ましくは0.1以上、より好ましくは1以上、更に好ましくは1.5以上、特に好ましくは2以上、好ましくは8以下、より好ましくは4以下、更に好ましくは3.5以下、特に好ましくは3以下である。この表面官能基量O/C値が上記範囲内であれば、負極表面におけるLiイオンと電解液溶媒の脱溶媒和反応性が促進され急速充放電特性が良好となり、電解液との反応性が抑制され充放電効率が良好となる傾向がある。
-Surface functional group amount O / C value (%)
An X-ray photoelectron spectrometer (for example, ESCA manufactured by ULVAC-PHI) is used as an X-ray photoelectron spectroscopy measurement (XPS), and an object to be measured (here, a negative electrode material) is placed on a sample stage so that the surface is flat, and aluminum The spectra of C1s (280 to 300 eV) and O1s (525 to 545 eV) are measured by multiplex measurement using the Kα rays of X. The obtained C1s peak top is corrected to be 284.3 eV, the peak areas of the C1s and O1s spectra are obtained, and the device sensitivity coefficient is multiplied to calculate the surface atomic concentrations of C and O. The obtained O / C atomic concentration ratio O / C (O atom concentration / C atom concentration) × 100 is defined as the surface functional group amount O / C value of the negative electrode material.
The O / C value obtained from XPS is preferably 0.1 or more, more preferably 1 or more, still more preferably 1.5 or more, particularly preferably 2 or more, preferably 8 or less, more preferably 4 or less, still more preferably. Is 3.5 or less, particularly preferably 3 or less. If the surface functional group amount O / C value is within the above range, the desolvation reactivity of Li ions and the electrolyte solvent on the negative electrode surface is promoted, the rapid charge / discharge characteristics are improved, and the reactivity with the electrolyte is improved. The charge / discharge efficiency tends to be suppressed.
・真密度
負極材の真密度は、好ましくは1.9g/cm3以上、より好ましくは2g/cm3以上、更に好ましくは2.1g/cm3以上、特に好ましくは2.2g/cm3以上であり、上限は2.26g/cm3である。上限は黒鉛の理論値である。真密度が上記範囲内である
と、炭素の結晶性が低すぎず、非水系二次電池とした場合の、その初期不可逆容量の増大を抑制できる傾向にある。
True density The true density of the negative electrode material is preferably 1.9 g / cm 3 or more, more preferably 2 g / cm 3 or more, still more preferably 2.1 g / cm 3 or more, and particularly preferably 2.2 g / cm 3 or more. The upper limit is 2.26 g / cm 3 . The upper limit is the theoretical value of graphite. When the true density is within the above range, the crystallinity of the carbon is not too low, and an increase in the initial irreversible capacity in the case of a non-aqueous secondary battery tends to be suppressed.
・アスペクト比
負極材の粉末状態でのアスペクト比は、理論上1以上であり、好ましくは1.1以上、
より好ましくは1.2以上である。またアスペクト比は好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは5以下である。
アスペクト比が上記範囲内であると、極板化時に負極材を含むスラリー(負極形成材料)のスジ引きが起こり難く、均一な塗布面が得られ、非水系二次電池の高電流密度充放電特性の低下を回避する傾向にある。
アスペクト比は、3次元的に観察したときの負極材粒子の最長となる径Aと、それと直交する径のうち最短となる径Bとしたとき、A/Bであらわされる。前記負極材粒子の観察は、拡大観察ができる走査型電子顕微鏡で行う。厚さ50ミクロン以下の金属の端面に固定した任意の50個の負極材粒子を選択し、それぞれについて試料が固定されているステージを回転、傾斜させて、A、Bを測定し、A/Bの平均値を求める。
Aspect ratio The aspect ratio in the powder state of the negative electrode material is theoretically 1 or more, preferably 1.1 or more,
More preferably, it is 1.2 or more. The aspect ratio is preferably 10 or less, more preferably 8 or less, and still more preferably 5 or less.
When the aspect ratio is within the above range, streaking of the slurry containing the negative electrode material (negative electrode forming material) hardly occurs at the time of forming the electrode plate, and a uniform coated surface is obtained, and high current density charge / discharge of the non-aqueous secondary battery is achieved. There is a tendency to avoid deterioration of characteristics.
The aspect ratio is represented by A / B, where the longest diameter A of the negative electrode material particles when observed three-dimensionally and the shortest diameter B among the diameters orthogonal thereto. The negative electrode material particles are observed with a scanning electron microscope capable of magnifying observation. Arbitrary 50 negative electrode material particles fixed to an end surface of a metal having a thickness of 50 microns or less are selected, and the stage on which the sample is fixed is rotated and tilted, and A and B are measured. Find the average value of.
・最大粒径dmax
負極材の最大粒径dmaxは、好ましくは200μm以下、より好ましくは150μm以下、更に好ましくは120μm以下、特に好ましくは100μm以下、最も好ましくは80μm以下である。dmaxが上記範囲内にあると、筋引きなどの工程不都合の発生を抑制できる傾向にある。
また、最大粒径は、平均粒径d50の測定の際に得られた粒度分布において、粒子が測定された最も大きい粒径の値として定義される。
・ Maximum particle size dmax
The maximum particle diameter dmax of the negative electrode material is preferably 200 μm or less, more preferably 150 μm or less, still more preferably 120 μm or less, particularly preferably 100 μm or less, and most preferably 80 μm or less. When dmax is within the above range, the occurrence of process inconveniences such as line drawing tends to be suppressed.
The maximum particle size is defined as the value of the largest particle size at which particles are measured in the particle size distribution obtained when measuring the average particle size d50.
・ラマンR値
負極材のラマンR値は、その値は好ましくは0.01以上、より好ましくは0.1以上、更に好ましくは0.15以上、特に好ましくは0.2以上である。また、ラマンR値は好ましくは0.6以下、より好ましくは0.5以下、更に好ましくは0.4以下である。
なお、前記ラマンR値は、ラマン分光法で求めたラマンスペクトルにおける1580cm−1付近のピークPAの強度IAと、1360cm−1付近のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比(IB/IA)として算出されたものと定義する。
なお、本明細書において「1580cm−1付近」とは1580〜1620cm−1の範囲を、「1360cm−1付近」とは1350〜1370cm−1の範囲を指す。
-Raman R value The value of the Raman R value of the negative electrode material is preferably 0.01 or more, more preferably 0.1 or more, still more preferably 0.15 or more, and particularly preferably 0.2 or more. The Raman R value is preferably 0.6 or less, more preferably 0.5 or less, and still more preferably 0.4 or less.
Incidentally, the Raman R value is measured and the intensity I A of the peak P A in the vicinity of 1580 cm -1 in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, the intensity I B of a peak P B in the vicinity of 1360 cm -1, the intensity Defined as the ratio (I B / I A ).
Incidentally, the scope of 1580~1620Cm -1 A "1580cm around -1" in the present specification, "1360cm around -1" refers to the range of 1350 -1.
ラマンR値が上記範囲内にあると、負極材粒子表面の結晶性は高くなり難く、高密度化した場合に負極板と平行方向に結晶が配向し難くなり、負荷特性の低下を回避する傾向にある。さらに、粒子表面の結晶も乱れ難く、負極の電解液との反応性の増大を抑制し、非水系二次電池の充放電効率の低下やガス発生の増加を回避できる傾向にある。
前記ラマンスペクトルは、ラマン分光器で測定できる。具体的には、測定対象粒子を測定セル内へ自然落下させることで試料充填し、測定セル内にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、測定セルをこのレーザー光と垂直な面内で回転させながら測定を行なう。測定条件は以下の通りである。
アルゴンイオンレーザー光の波長 :514.5nm
試料上のレーザーパワー :25mW
分解能 :4cm−1
測定範囲 :1100cm−1〜1730cm−1
ピーク強度測定、ピーク半値幅測定:バックグラウンド処理、スムージング処理(単純平均によるコンボリューション5ポイント)
When the Raman R value is within the above range, the crystallinity of the surface of the negative electrode material particles is difficult to increase, and when the density is increased, the crystal is difficult to be oriented in a direction parallel to the negative electrode plate, and a tendency to avoid deterioration of load characteristics is avoided. It is in. Furthermore, the crystal on the particle surface is not easily disturbed, and the increase in reactivity with the electrolyte solution of the negative electrode is suppressed, and the decrease in charge / discharge efficiency of the nonaqueous secondary battery and the increase in gas generation tend to be avoided.
The Raman spectrum can be measured with a Raman spectrometer. Specifically, the sample particles are naturally dropped into the measurement cell to fill the sample, and the measurement cell is rotated in a plane perpendicular to the laser beam while irradiating the measurement cell with an argon ion laser beam. Measure. The measurement conditions are as follows.
Argon ion laser light wavelength: 514.5 nm
Laser power on sample: 25 mW
Resolution: 4cm -1
Measurement range: 1100 cm −1 to 1730 cm −1
Peak intensity measurement, peak half-width measurement: background processing, smoothing processing (convolution 5 points by simple averaging)
・DBP吸油量
負極材のDBP(フタル酸ジブチル)吸油量は、好ましくは85ml/100g以下、より好ましくは70ml/100g以下、更に好ましくは65ml/100g以下、特に好ましくは60ml/100g以下である。また、DBP吸油量は好ましくは30ml/100g以上、より好ましくは40ml/100g以上である。
DBP吸油量が上記範囲内であると、負極材の球形化の進み具合が十分であることを意
味し、該負極材を含むスラリーの塗布時にスジ引きなどを引き起こし難い傾向があり、粒子内にも細孔構造が存在するため、反応面の低下を回避する傾向にある。
また、DBP吸油量は、JIS K6217に準拠し、測定材料(負極材)を40g投入し、滴下速度4ml/min、回転数125rpm、設定トルク500N・mとしたときの測定値として定義される。測定には、例えばブラベンダー社製 アブソープトメーター E型を用いることができる。
DBP oil absorption The DBP (dibutyl phthalate) oil absorption of the negative electrode material is preferably 85 ml / 100 g or less, more preferably 70 ml / 100 g or less, still more preferably 65 ml / 100 g or less, and particularly preferably 60 ml / 100 g or less. The DBP oil absorption is preferably 30 ml / 100 g or more, more preferably 40 ml / 100 g or more.
If the DBP oil absorption is within the above range, it means that the progress of the spheroidization of the negative electrode material is sufficient, and there is a tendency that streaking is difficult to occur during the application of the slurry containing the negative electrode material. However, since the pore structure exists, the reaction surface tends to be prevented from lowering.
The DBP oil absorption amount is defined as a measured value when 40 g of a measurement material (negative electrode material) is added, a dropping speed is 4 ml / min, a rotation speed is 125 rpm, and a set torque is 500 N · m, in accordance with JIS K6217. For the measurement, for example, Absorbometer E type manufactured by Brabender can be used.
・平均粒径d10
負極材の体積基準で測定した粒径の、小さい粒子側から累積10%に相当する粒径(d10)は好ましくは30μm以下、より好ましくは20μm以下、更に好ましくは17μm以下、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上である。
d10が上記範囲内にあると、粒子の凝集傾向が強くなり過ぎず、スラリー粘度上昇などの工程不都合の発生、非水系二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率の低下を回避できる。また、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下も回避する傾向にある。
d10は、平均粒径d50の測定の際に得られた粒度分布において、粒子の頻度%が小さい粒径から積算で10%となった値として定義される。
・ Average particle diameter d10
The particle diameter (d10) corresponding to the cumulative 10% from the small particle side of the particle diameter measured on the volume basis of the negative electrode material is preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less, still more preferably 17 μm or less, preferably 1 μm or more, More preferably, it is 3 micrometers or more, More preferably, it is 5 micrometers or more.
When d10 is within the above range, the tendency of the particles to agglomerate does not become too strong, and it is possible to avoid the occurrence of process inconveniences such as an increase in slurry viscosity, a decrease in electrode strength and a decrease in initial charge / discharge efficiency in a nonaqueous secondary battery. In addition, the high current density charge / discharge characteristics and the low temperature input / output characteristics tend to be avoided.
d10 is defined as a value obtained by integrating 10% from a particle size having a small particle frequency% in the particle size distribution obtained when measuring the average particle size d50.
・平均粒径d90
負極材の体積基準で測定した粒径の、小さい粒子側から累積90%に相当する粒径(d90)は好ましくは100μm以下、より好ましくは70μm以下、更に好ましくは60μm以下、より更に好ましくは50μm以下、特に好ましくは45μm以下、最も好ましくは42μm以下、好ましくは20μm以上、より好ましくは26μm以上、更に好ましくは30μm以上、特に好ましくは34μm以上である。
d90が上記範囲内にあると、非水系二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率の低下を回避でき、スラリーの塗布時の筋引きなどの工程不都合の発生、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下も回避できる傾向にある。
d90は、平均粒径d50の測定の際に得られた粒度分布において、粒子の頻度%が小さい粒径から積算で90%となった値として定義される。
・ Average particle size d90
The particle size (d90) corresponding to 90% cumulative from the small particle side of the particle size measured on the volume basis of the negative electrode material is preferably 100 μm or less, more preferably 70 μm or less, still more preferably 60 μm or less, and even more preferably 50 μm. Hereinafter, it is particularly preferably 45 μm or less, most preferably 42 μm or less, preferably 20 μm or more, more preferably 26 μm or more, still more preferably 30 μm or more, and particularly preferably 34 μm or more.
When d90 is within the above range, it is possible to avoid a decrease in electrode strength and a decrease in initial charge / discharge efficiency in a non-aqueous secondary battery, generation of process inconveniences such as striation during application of slurry, and high current density charge / discharge characteristics. There is a tendency to avoid the decrease in the temperature and the low-temperature input / output characteristics.
d90 is defined as a value in which the frequency% of particles is 90% integrated from a small particle size in the particle size distribution obtained when measuring the average particle size d50.
負極材が黒鉛粒子とSiなどの他の金属粒子とのコンポジットからなる負極材ではない場合、負極材の蛍光X線分析(XRF)により求めた珪素元素量は、通常5ppm以上、好ましくは10ppm以上、より好ましくは15ppm以上、更に好ましくは20ppm以上であり、また通常500ppm以下、好ましくは300ppm以下、より好ましくは200ppm以下、更に好ましくは170ppm以下、特に好ましくは150ppm以下、最も好ましくは100ppm以下である。 When the negative electrode material is not a negative electrode material composed of a composite of graphite particles and other metal particles such as Si, the amount of silicon element determined by fluorescent X-ray analysis (XRF) of the negative electrode material is usually 5 ppm or more, preferably 10 ppm or more. More preferably, it is 15 ppm or more, more preferably 20 ppm or more, and usually 500 ppm or less, preferably 300 ppm or less, more preferably 200 ppm or less, still more preferably 170 ppm or less, particularly preferably 150 ppm or less, most preferably 100 ppm or less. .
珪素元素量が上記範囲内にあると、非水系二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率の低下を回避できる傾向にある。 When the amount of silicon element is within the above range, it tends to avoid a decrease in electrode strength and a decrease in initial charge / discharge efficiency in a non-aqueous secondary battery.
本発明に係る製造方法により製造された負極材は、様々なタイプの粒子構造の負極材を安定して製造できる。代表的な粒子構造としては、原料黒鉛の平均粒径が大きい又は中程度である鱗片黒鉛を折り畳んで製造する負極材、平均粒径が小さい鱗片黒鉛を造粒して製造する負極材、天然黒鉛に人造黒鉛を添着させた負極材、黒鉛粒子とSiなどの他の金属粒子とのコンポジットからなる負極材、などがあげられる。
このような様々なタイプの粒子構造の負極材を安定して製造できることの一例として、全固形原料重量に対する負極材重量比で表される歩留まり(負極材重量/全固形原料重量)が通常60%以上であり、80%以上であることが好ましく、95%以上であることがより好ましい。
The negative electrode material manufactured by the manufacturing method according to the present invention can stably manufacture negative electrode materials having various types of particle structures. Typical particle structures include a negative electrode material produced by folding scale graphite having a large or medium average particle diameter of raw graphite, a negative electrode material produced by granulating scale graphite having a small average particle diameter, and natural graphite. And negative electrode material made of a composite of graphite particles and other metal particles such as Si.
As an example of the ability to stably produce negative electrode materials having such various types of particle structures, the yield (negative electrode material weight / total solid raw material weight) represented by the weight ratio of the negative electrode material to the total solid raw material weight is usually 60%. Or more, preferably 80% or more, and more preferably 95% or more.
<非水系二次電池用負極>
本発明の製造方法により製造された負極材を用いた非水系二次電池用負極(以下適宜「電極シート」ともいう。)は、集電体と、集電体上に形成された負極活物質層とを備えると共に、活物質層は少なくとも本発明の製造方法により製造された負極材を含有することを特徴とする。更に好ましくはバインダを含有する。
<Negative electrode for non-aqueous secondary battery>
A negative electrode for a non-aqueous secondary battery (hereinafter also referred to as an “electrode sheet” as appropriate) using a negative electrode material produced by the production method of the present invention includes a current collector and a negative electrode active material formed on the current collector And the active material layer contains at least a negative electrode material produced by the production method of the present invention. More preferably, it contains a binder.
バインダとしては、分子内にオレフィン性不飽和結合を有するものを用いる。その種類は特に制限されないが、具体例としては、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン・イソプレン・スチレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体などが挙げられる。このようなオレフィン性不飽和結合を有するバインダを用いることにより、活物質層の電解液に対する膨潤性を低減することができる。中でも入手の容易性から、スチレン−ブタジエンゴムが好ましい。 As the binder, one having an olefinically unsaturated bond in the molecule is used. The type is not particularly limited, and specific examples include styrene-butadiene rubber, styrene / isoprene / styrene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, butadiene rubber, and ethylene / propylene / diene copolymer. By using such a binder having an olefinically unsaturated bond, the swellability of the active material layer with respect to the electrolytic solution can be reduced. Of these, styrene-butadiene rubber is preferred because of its availability.
このようなオレフィン性不飽和結合を有するバインダと、前述の活物質とを組み合わせて用いることにより、負極板の強度を高くすることができる。負極の強度が高いと、充放電による負極の劣化が抑制され、サイクル寿命を長くすることができる。また、本発明に係る負極では、活物質層と集電体との接着強度が高いので、活物質層中のバインダの含有量を低減させても、負極を捲回して電池を製造する際に、集電体から活物質層が剥離するという課題も起こらないと推察される。 By using a binder having such an olefinically unsaturated bond in combination with the above active material, the strength of the negative electrode plate can be increased. When the strength of the negative electrode is high, deterioration of the negative electrode due to charge / discharge is suppressed, and the cycle life can be extended. In addition, since the negative electrode according to the present invention has high adhesive strength between the active material layer and the current collector, even when the binder content in the active material layer is reduced, the negative electrode is wound to produce a battery. It is speculated that the problem that the active material layer peels from the current collector does not occur.
分子内にオレフィン性不飽和結合を有するバインダとしては、その分子量が大きいものか、或いは、不飽和結合の割合が大きいものが望ましい。具体的に、分子量が大きいバインダの場合には、その重量平均分子量が好ましくは1万以上、より好ましくは5万以上、また、好ましくは100万以下、より好ましくは30万以下の範囲にあるものが望ましい。また、不飽和結合の割合が大きいバインダの場合には、全バインダの1g当たりのオレフィン性不飽和結合のモル数が、好ましくは2.5×10−7モル以上、より好ましくは8×10−7モル以上、また、好ましくは1×10−6モル以下、より好ましくは5×10−6モル以下の範囲にあるものが望ましい。バインダとしては、これらの分子量に関する規定と不飽和結合の割合に関する規定のうち、少なくとも何れか一方を満たしていればよいが、両方の規定を同時に満たすものがより好ましい。オレフィン性不飽和結合を有するバインダの分子量が上記範囲内であると機械的強度と可撓性に優れる。 As the binder having an olefinically unsaturated bond in the molecule, one having a large molecular weight or one having a large proportion of unsaturated bonds is desirable. Specifically, in the case of a binder having a high molecular weight, the weight average molecular weight is preferably 10,000 or more, more preferably 50,000 or more, and preferably 1,000,000 or less, more preferably 300,000 or less. Is desirable. In the case of a binder having a large ratio of unsaturated bonds, the number of moles of olefinically unsaturated bonds per gram of all binders is preferably 2.5 × 10 −7 or more, more preferably 8 × 10 −. It is desirable that the amount is 7 mol or more, preferably 1 × 10 −6 mol or less, more preferably 5 × 10 −6 mol or less. The binder only needs to satisfy at least one of these regulations regarding molecular weight and regulations regarding the proportion of unsaturated bonds, but it is more preferable to satisfy both regulations simultaneously. When the molecular weight of the binder having an olefinically unsaturated bond is within the above range, mechanical strength and flexibility are excellent.
また、オレフィン性不飽和結合を有するバインダは、その不飽和度が、好ましくは15%以上、より好ましくは20%以上、更に好ましくは40%以上、また、好ましくは90%以下、より好ましくは80%以下である。なお、不飽和度とは、ポリマーの繰り返し単位に対する二重結合の割合(%)を表す。
本発明においては、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダも、本発明の効果が失われない範囲において、上述のオレフィン性不飽和結合を有するバインダと併用することができる。オレフィン性不飽和結合を有するバインダに対する、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダの混合比率は、好ましくは150質量%以下、より好ましくは120質量%以下の範囲である。
The binder having an olefinically unsaturated bond has an unsaturation degree of preferably 15% or more, more preferably 20% or more, still more preferably 40% or more, and preferably 90% or less, more preferably 80%. % Or less. The degree of unsaturation represents the ratio (%) of the double bond to the repeating unit of the polymer.
In the present invention, a binder that does not have an olefinically unsaturated bond can also be used in combination with the above-described binder that has an olefinically unsaturated bond as long as the effects of the present invention are not lost. The mixing ratio of the binder having no olefinically unsaturated bond to the binder having an olefinically unsaturated bond is preferably 150% by mass or less, more preferably 120% by mass or less.
オレフィン性不飽和結合を有さないバインダを併用することにより、塗布性を向上することができるが、併用量が多すぎると活物質層の強度が低下する。
オレフィン性不飽和結合を有さないバインダの例としては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、澱粉、カラギナン、プルラン、グアーガム、ザンサンガム(キサンタンガム)等の増粘多糖類、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル類、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のビニルアルコール類、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等のポリ酸、或いはこれらポリマーの金属塩、ポリフッ
化ビニリデン等の含フッ素ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのアルカン系ポリマー及びこれらの共重合体などが挙げられる。
By using a binder that does not have an olefinically unsaturated bond, the coatability can be improved. However, if the combined amount is too large, the strength of the active material layer is lowered.
Examples of the binder having no olefinic unsaturated bond include thickening polysaccharides such as methylcellulose, carboxymethylcellulose, starch, carrageenan, pullulan, guar gum, xanthan gum (xanthan gum), polyethers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, Vinyl alcohols such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, polyacids such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid, or metal salts of these polymers, fluorine-containing polymers such as polyvinylidene fluoride, alkane polymers such as polyethylene and polypropylene, and these A copolymer etc. are mentioned.
本発明に係る負極材は、上述のオレフィン性不飽和結合を有するバインダとを組み合わせて用いた場合、活物質層に用いるバインダの比率を従来に比べて低減することができる。具体的に、本発明に係る負極材と、バインダ(これは場合によっては、上述のように不飽和結合を有するバインダと、不飽和結合を有さないバインダとの混合物であってもよい。)との質量比率は、それぞれの乾燥質量比で、好ましくは90/10以上、より好ましくは95/5以上であり、好ましくは99.9/0.1以下、より好ましくは99.5/0.5以下の範囲である。バインダの割合が上記範囲内であると容量の減少や抵抗増大を抑制でき、さらに極板強度にも優れる。 When the negative electrode material according to the present invention is used in combination with the above-described binder having an olefinically unsaturated bond, the ratio of the binder used in the active material layer can be reduced as compared with the conventional material. Specifically, the negative electrode material according to the present invention and a binder (this may be a mixture of a binder having an unsaturated bond and a binder having no unsaturated bond as described above). The mass ratio is preferably 90/10 or more, more preferably 95/5 or more, preferably 99.9 / 0.1 or less, more preferably 99.5 / 0. The range is 5 or less. When the ratio of the binder is within the above range, a decrease in capacity and an increase in resistance can be suppressed, and the electrode plate strength is also excellent.
負極は、上述の負極材とバインダとを分散媒に分散させてスラリーとし、これを集電体に塗布することにより形成される。分散媒としては、アルコールなどの有機溶媒や、水を用いることができる。このスラリーには更に、所望により導電剤を加えてもよい。導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック、平均粒径1μm以下のCu、Ni又はこれらの合金からなる微粉末などが挙げられる。導電剤の添加量は、本発明の炭素材に対して好ましくは10質量%以下程度である。 The negative electrode is formed by dispersing the above-described negative electrode material and binder in a dispersion medium to form a slurry, and applying this to a current collector. As the dispersion medium, an organic solvent such as alcohol or water can be used. If necessary, a conductive agent may be added to the slurry. Examples of the conductive agent include carbon black such as acetylene black, ketjen black, and furnace black, and fine powder made of Cu, Ni having an average particle diameter of 1 μm or less, or an alloy thereof. The addition amount of the conductive agent is preferably about 10% by mass or less with respect to the carbon material of the present invention.
スラリーを塗布する集電体としては、従来公知のものを用いることができる。具体的には、圧延銅箔、電解銅箔、ステンレス箔等の金属薄膜が挙げられる。集電体の厚さは、好ましくは4μm以上、より好ましくは6μm以上であり、好ましくは30μm以下、より好ましくは20μm以下である。 A conventionally well-known thing can be used as a collector which apply | coats a slurry. Specific examples include metal thin films such as rolled copper foil, electrolytic copper foil, and stainless steel foil. The thickness of the current collector is preferably 4 μm or more, more preferably 6 μm or more, preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less.
スラリーを集電体上に塗布した後、好ましくは60℃以上、より好ましくは80℃以上、また、好ましくは200℃以下、より好ましくは195℃以下の温度で、乾燥空気又は不活性雰囲気下で乾燥し、活物性層を形成する。
スラリーを塗布、乾燥して得られる活物質層の厚さは、好ましくは5μm以上、より好ましくは20μm以上、更に好ましくは30μm以上、また、好ましくは200μm以下、より好ましくは100μm以下、更に好ましくは75μm以下である。活物質層の厚みが上記範囲内であると、活物質の粒径との兼ね合いから負極としての実用性に優れ、高密度の電流値に対する十分なLiの吸蔵・放出の機能を得ることができる。
After applying the slurry on the current collector, it is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 80 ° C. or higher, and preferably 200 ° C. or lower, more preferably 195 ° C. or lower, in dry air or an inert atmosphere. Dry to form an active material layer.
The thickness of the active material layer obtained by applying and drying the slurry is preferably 5 μm or more, more preferably 20 μm or more, still more preferably 30 μm or more, and preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less, still more preferably. 75 μm or less. When the thickness of the active material layer is within the above range, it is excellent in practicality as a negative electrode in consideration of the particle size of the active material, and a sufficient Li occlusion / release function for a high-density current value can be obtained. .
活物質層における負極材の密度は、用途により異なるが、容量を重視する用途では、好ましくは1.55g/cm3以上、より好ましくは1.6g/cm3以上、更に好ましくは1.65g/cm3以上、特に好ましくは1.7g/cm3以上である。また、好ましくは1.9g/cm3以下である。密度が上記範囲内であると、単位体積あたりの電池の容量は充分確保でき、レート特性も低下し難くなる。 The density of the negative electrode material in the active material layer varies depending on the application, but in an application in which capacity is important, it is preferably 1.55 g / cm 3 or more, more preferably 1.6 g / cm 3 or more, and even more preferably 1.65 g / cm 3 or more, particularly preferably 1.7 g / cm 3 or more. Moreover, Preferably it is 1.9 g / cm < 3 > or less. When the density is within the above range, a sufficient battery capacity per unit volume can be secured, and the rate characteristics are hardly lowered.
以上説明した負極材を用いて非水系二次電池用負極を作製する場合、その手法や他の材料の選択については、特に制限されない。また、この負極を用いてリチウムイオン二次電池を作製する場合も、リチウムイオン二次電池を構成する正極、電解液等の電池構成上必要な部材の選択については特に制限されない。以下、本発明の負極材を用いたリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池の詳細を例示するが、使用し得る材料や作製の方法等は以下の具体例に限定されるものではない。 When producing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery using the negative electrode material described above, the method and selection of other materials are not particularly limited. Moreover, when producing a lithium ion secondary battery using this negative electrode, there is no particular limitation on the selection of members necessary for the battery configuration such as the positive electrode and the electrolytic solution constituting the lithium ion secondary battery. Hereinafter, the details of the negative electrode for a lithium ion secondary battery and the lithium ion secondary battery using the negative electrode material of the present invention will be exemplified, but the materials that can be used, the production method, etc. are not limited to the following specific examples. Absent.
<非水系二次電池>
非水系二次電池、特にリチウムイオン二次電池の基本的構成は、従来公知のリチウムイオン二次電池と同様であり、通常、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並
びに電解質を備える。負極は、上述した本発明の製造方法により製造される負極材を用いてなる。
正極は、正極活物質及びバインダを含有する正極活物質層を、集電体上に形成したものである。
<Non-aqueous secondary battery>
The basic configuration of a non-aqueous secondary battery, particularly a lithium ion secondary battery is the same as that of a conventionally known lithium ion secondary battery, and usually includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and an electrolyte. The negative electrode is formed using the negative electrode material produced by the production method of the present invention described above.
The positive electrode is obtained by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a binder on a current collector.
正極活物質としては、リチウムイオンなどのアルカリ金属カチオンを充放電時に吸蔵、放出できる金属カルコゲン化合物などが挙げられる。金属カルコゲン化合物としては、バナジウムの酸化物、モリブデンの酸化物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、チタンの酸化物、タングステンの酸化物などの遷移金属酸化物、バナジウムの硫化物、モリブデンの硫化物、チタンの硫化物、CuSなどの遷移金属硫化物、NiPS3、FePS3等の遷移金属のリン−硫黄化合物、VSe2、NbSe3などの遷移金属のセレン化合物、Fe0.25V0.75S2、Na0.1CrS2などの遷移金属の複合酸化物、LiCoS2、LiNiS2などの遷移金属の複合硫化物等が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include metal chalcogen compounds that can occlude and release alkali metal cations such as lithium ions during charge and discharge. Examples of metal chalcogen compounds include vanadium oxide, molybdenum oxide, manganese oxide, chromium oxide, titanium oxide, tungsten oxide and other transition metal oxides, vanadium sulfide, molybdenum sulfide. , Transition metal sulfides such as titanium sulfide, transition metal sulfides such as NiS 3 and FePS 3 , selenium compounds of transition metals such as VSe 2 and NbSe 3 , Fe 0.25 V 0. Examples thereof include composite oxides of transition metals such as 75 S 2 and Na 0.1 CrS 2 and composite sulfides of transition metals such as LiCoS 2 and LiNiS 2 .
これらの中でも、V2O5、V5O13、VO2、Cr2O5、MnO2、TiO2、MoV2O8、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、TiS2、V2S5、Cr0.25V0.75S2、Cr0.5V0.5S2などが好ましく、特に好ましいのはLiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4や、これらの遷移金属の一部を他の金属で置換したリチウム遷移金属複合酸化物である。これらの正極活物質は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。 Among these, V 2 O 5 , V 5 O 13 , VO 2 , Cr 2 O 5 , MnO 2 , TiO 2 , MoV 2 O 8 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , TiS 2 , V 2 S 5 , Cr 0.25 V 0.75 S 2 , Cr 0.5 V 0.5 S 2 and the like are preferable, and LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and some of these transition metals are particularly preferable. Is a lithium transition metal composite oxide in which is substituted with another metal. These positive electrode active materials may be used alone or in combination.
正極活物質を結着するバインダとしては、公知のものを任意に選択して用いることができる。例としては、シリケート、水ガラス等の無機化合物や、テフロン(登録商標)、ポリフッ化ビニリデン等の不飽和結合を有さない樹脂などが挙げられる。これらの中でも好ましいのは、不飽和結合を有さない樹脂である。正極活物質を結着する樹脂として不飽和結合を有する樹脂を用いると酸化反応時に分解される恐れがある。これらの樹脂の重量平均分子量は通常1万以上、好ましくは10万以上、また、通常300万以下、好ましくは100万以下の範囲である。 A known binder can be arbitrarily selected and used as the binder for binding the positive electrode active material. Examples include inorganic compounds such as silicate and water glass, and resins having no unsaturated bond such as Teflon (registered trademark) and polyvinylidene fluoride. Among these, a resin having no unsaturated bond is preferable. If a resin having an unsaturated bond is used as the resin for binding the positive electrode active material, the resin may be decomposed during the oxidation reaction. The weight average molecular weight of these resins is usually 10,000 or more, preferably 100,000 or more, and usually 3 million or less, preferably 1 million or less.
正極活物質層中には、電極の導電性を向上させるために、導電材を含有させてもよい。導電剤としては、活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限はないが、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉末、各種の金属の繊維、粉末、箔などが挙げられる。
正極板は、前記したような負極の製造と同様の手法で、正極活物質やバインダを溶剤でスラリー化し、集電体上に塗布、乾燥することにより形成する。正極の集電体としては、アルミニウム、ニッケル、ステンレススチール(SUS)などが用いられるが、何ら限定されない。
The positive electrode active material layer may contain a conductive material in order to improve the conductivity of the electrode. The conductive agent is not particularly limited as long as it can be mixed with an active material in an appropriate amount to impart conductivity, but is usually carbon powder such as acetylene black, carbon black, and graphite, various metal fibers, powder, and foil. Etc.
The positive electrode plate is formed by slurrying a positive electrode active material or a binder with a solvent in the same manner as in the production of the negative electrode as described above, and applying and drying on a current collector. As the positive electrode current collector, aluminum, nickel, stainless steel (SUS), or the like is used, but is not limited at all.
電解質としては、非水系溶媒にリチウム塩を溶解させた非水系電解液や、この非水系電解液を有機高分子化合物等によりゲル状、ゴム状、固体シート状にしたものなどが用いられる。
非水系電解液に使用される非水系溶媒は特に制限されず、従来から非水系電解液の溶媒として提案されている公知の非水系溶媒の中から、適宜選択して用いることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類;1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテル類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン等の環状エーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類などが挙げられる。
As the electrolyte, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent, or a gel, rubber, or solid sheet obtained by using an organic polymer compound or the like from the non-aqueous electrolyte is used.
The non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, and can be appropriately selected from known non-aqueous solvents that have been conventionally proposed as solvents for non-aqueous electrolytes. For example, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate; chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane; tetrahydrofuran, 2-methyl Examples include cyclic ethers such as tetrahydrofuran, sulfolane, and 1,3-dioxolane; chain esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate; and cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone.
これらの非水系溶媒は、何れか一種を単独で用いても良く、二種以上を混合して用いてもよい。混合溶媒の場合は、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含む混合溶媒の組合せが好ましく、環状カーボネートが、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの混合溶媒であることが、低温でも高いイオン電導度を発現でき、低温充電不可特性が向上するという点で特に好ましい。中でもプロピレンカーボネートが非水系溶媒全体に対し、2質量%以上80質量%以下の範囲が好ましく、5質量%以上70質量%以下の範囲がより好ましく、10質量%以上60質量%以下の範囲がさらに好ましい。プロピレンカーボネートの割合が上記より低いと低温でのイオン電導度が低下し、プロピレンカーボネートの割合が上記より高いと、黒鉛系電極を用いた場合にはリチウムイオンに溶媒和したプロピレンカーボネートが黒鉛相間へ共挿入することにより黒鉛系負極活物質の層間剥離劣化がおこり、十分な容量が得られなくなる問題がある。 Any one of these non-aqueous solvents may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used. In the case of a mixed solvent, a combination of a mixed solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate is preferable, and the cyclic carbonate is a mixed solvent of ethylene carbonate and propylene carbonate. This is particularly preferable from the viewpoint that the impossible characteristics are improved. Among these, propylene carbonate is preferably in a range of 2% by mass to 80% by mass, more preferably in a range of 5% by mass to 70% by mass, and further in a range of 10% by mass to 60% by mass with respect to the entire non-aqueous solvent. preferable. When the proportion of propylene carbonate is lower than the above, the ionic conductivity at low temperature decreases, and when the proportion of propylene carbonate is higher than the above, when a graphite-based electrode is used, propylene carbonate solvated with lithium ions enters between the graphite phases. The co-insertion causes a delamination degradation of the graphite-based negative electrode active material, and there is a problem that a sufficient capacity cannot be obtained.
非水系電解液に使用されるリチウム塩も特に制限されず、この用途に用い得ることが知られている公知のリチウム塩の中から、適宜選択して用いることができる。例えば、LiCl、LiBrなどのハロゲン化物、LiClO4、LiBrO4、LiClO4などの過ハロゲン酸塩、LiPF6、LiBF4、LiAsF6などの無機フッ化物塩などの無機リチウム塩、LiCF3SO3、LiC4F9SO3などのパーフルオロアルカンスルホン酸塩、Liトリフルオロスルフォンイミド((CF3SO2)2NLi)などのパーフルオロアルカンスルホン酸イミド塩などの含フッ素有機リチウム塩などが挙げられ、この中でもLiClO4、LiPF6、LiBF4が好ましい。 The lithium salt used in the non-aqueous electrolytic solution is not particularly limited, and can be appropriately selected from known lithium salts that can be used for this purpose. For example, halides such as LiCl and LiBr, perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 and LiClO 4 , inorganic lithium salts such as inorganic fluoride salts such as LiPF 6 , LiBF 4 and LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , Fluorine-containing organic lithium salts such as perfluoroalkanesulfonic acid salts such as LiC 4 F 9 SO 3 and perfluoroalkanesulfonic acid imide salts such as Li trifluorosulfonimide ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi) Of these, LiClO 4 , LiPF 6 , and LiBF 4 are preferable.
リチウム塩は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。非水系電解液中におけるリチウム塩の濃度は、通常0.5mol/L以上、2.0mol/L以下の範囲である。
また、上述の非水系電解液に有機高分子化合物を含ませ、ゲル状、ゴム状、或いは固体シート状にして使用する場合、有機高分子化合物の具体例としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物;ポリエーテル系高分子化合物の架橋体高分子;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニルアルコール系高分子化合物;ビニルアルコール系高分子化合物の不溶化物;ポリエピクロルヒドリン;ポリフォスファゼン;ポリシロキサン;ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリルなどのビニル系高分子化合物;ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート)、ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート−co−メチルメタクリレート)、ポリ(ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン)等のポリマー共重合体などが挙げられる。
Lithium salts may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolytic solution is usually in the range of 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less.
In addition, when an organic polymer compound is included in the above non-aqueous electrolyte and used in the form of a gel, rubber, or solid sheet, specific examples of the organic polymer compound include polyethylene oxide, polypropylene oxide, and the like. Polyether polymer compounds; Cross-linked polymers of polyether polymer compounds; Vinyl alcohol polymer compounds such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral; Insolubilized vinyl alcohol polymer compounds; Polyepichlorohydrin; Polyphosphazene; Siloxane; vinyl polymer compounds such as polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile; poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate), poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate-co-methyl methacrylate) Rate) and polymer copolymers such as poly (hexafluoropropylene-vinylidene fluoride).
上述の非水系電解液は、更に被膜形成剤を含んでいてもよい。被膜形成剤の具体例としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチルカーボネート、メチルフェニルカーボネートなどのカーボネート化合物、エチレンサルファイド、プロピレンサルファイドなどのアルケンサルファイド;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトンなどのスルトン化合物;マレイン酸無水物、コハク酸無水物などの酸無水物などが挙げられる。更に、ジフェニルエーテル、シクロヘキシルベンゼン等の過充電防止剤が添加されていてもよい。
上記添加剤を用いる場合、その含有量は通常10質量%以下、中でも8質量%以下、更には5質量%以下、特に2質量%以下の範囲が好ましい。上記添加剤の含有量が多過ぎると、初期不可逆容量の増加や低温特性、レート特性の低下等、他の電池特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
The non-aqueous electrolytic solution described above may further contain a film forming agent. Specific examples of the film forming agent include carbonate compounds such as vinylene carbonate, vinylethyl carbonate, and methylphenyl carbonate; alken sulfides such as ethylene sulfide and propylene sulfide; sultone compounds such as 1,3-propane sultone and 1,4-butane sultone And acid anhydrides such as maleic acid anhydride and succinic acid anhydride. Furthermore, an overcharge inhibitor such as diphenyl ether or cyclohexylbenzene may be added.
When the above additives are used, the content is usually 10% by mass or less, preferably 8% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 2% by mass or less. If the content of the additive is too large, other battery characteristics such as an increase in initial irreversible capacity, low temperature characteristics, and deterioration in rate characteristics may be adversely affected.
また、電解質として、リチウムイオン等のアルカリ金属カチオンの導電体である高分子固体電解質を用いることもできる。高分子固体電解質としては、前述のポリエーテル系高分子化合物にリチウムの塩を溶解させたものや、ポリエーテルの末端水酸基がアルコキシドに置換されているポリマーなどが挙げられる。 Further, as the electrolyte, a polymer solid electrolyte which is a conductor of an alkali metal cation such as lithium ion can be used. Examples of the polymer solid electrolyte include a polymer in which a lithium salt is dissolved in the aforementioned polyether polymer compound, and a polymer in which the terminal hydroxyl group of the polyether is substituted with an alkoxide.
正極と負極との間には通常、電極間の短絡を防止するために、多孔膜や不織布などの多孔性のセパレータを介在させる。この場合、非水系電解液は、多孔性のセパレータに含浸させて用いる。セパレータの材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエーテルスルホンなどが用いられ、好ましくはポリオレフィンである。 In order to prevent a short circuit between the electrodes, a porous separator such as a porous film or a nonwoven fabric is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode. In this case, the nonaqueous electrolytic solution is used by impregnating a porous separator. As a material for the separator, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyethersulfone, and the like are used, and polyolefin is preferable.
非水系二次電池の形態は特に制限されない。例としては、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ等が挙げられる。また、これらの形態の電池を任意の外装ケースに収めることにより、コイン型、円筒型、角型等の任意の形状にして用いることができる。 The form of the non-aqueous secondary battery is not particularly limited. Examples include a cylinder type in which a sheet electrode and a separator are spiral, a cylinder type having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a coin type in which a pellet electrode and a separator are stacked, and the like. In addition, by storing batteries of these forms in an optional outer case, the battery can be used in an arbitrary shape such as a coin shape, a cylindrical shape, or a square shape.
非水系二次電池を組み立てる手順も特に制限されず、電池の構造に応じて適切な手順で組み立てればよいが、例を挙げると、外装ケース上に負極を乗せ、その上に電解液とセパレータを設け、更に負極と対向するように正極を乗せて、ガスケット、封口板と共にかしめて電池にすることができる。 The procedure for assembling the non-aqueous secondary battery is not particularly limited, and may be assembled by an appropriate procedure according to the structure of the battery.For example, the negative electrode is placed on the outer case, and the electrolyte and separator are placed thereon. The battery can be formed by further mounting the positive electrode so as to face the negative electrode and caulking together with the gasket and the sealing plate.
次に実施例により本発明の具体的態様を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Next, specific embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
実施例において、製造した負極材の物性は以下の方法により測定した。また、造粒剤の粘度、接触角、表面張力、γcosθは、それぞれ明細書中に記載の方法により測定した。 In the examples, the physical properties of the manufactured negative electrode material were measured by the following methods. Further, the viscosity, contact angle, surface tension, and γ cos θ of the granulating agent were measured by the methods described in the specification.
<d50>
界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート(ツィーン20(登録商標))の0.2質量%水溶液10mLに、負極材0.01gを懸濁させ、これを測定サンプルとして市販のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(HORIBA製LA−920)に導入し、測定サンプルに28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、前記測定装置において体積基準のメジアン径として測定した。
<d10>d10は、平均粒径d50の測定の際に得られた粒度分布において、粒子の頻度%が小さい粒径から積算で10%となった値とした。
<d90>d90は、平均粒径d50の測定の際に得られた粒度分布において、粒子の頻度%が小さい粒径から積算で90%となった値とした。
<D50>
0.01 g of a negative electrode material is suspended in 10 mL of a 0.2% by mass aqueous solution of polyoxyethylene sorbitan monolaurate (Tween 20 (registered trademark)), which is a surfactant, and this is used as a measurement sample. The sample was introduced into a scattering particle size distribution measuring apparatus (LA-920 manufactured by HORIBA), and the measurement sample was irradiated with 28 kHz ultrasonic waves at an output of 60 W for 1 minute, and then measured as a volume-based median diameter in the measuring apparatus.
<D10> d10 is a value obtained by integrating 10% from a small particle size in the particle size distribution obtained when measuring the average particle size d50.
<D90> d90 is a value obtained by integrating 90% from a particle size in which the frequency% of particles is small in the particle size distribution obtained when measuring the average particle size d50.
<タップ密度>
粉体密度測定器を用い、直径1.6cm、体積容量20cm3の円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して負極材を落下させて、セルに満杯に充填した後、ストローク長10mmのタップを1000回行なって、その時の体積と試料の質量から求めた密度として定義した。
<Tap density>
Using a powder density meter, drop the negative electrode material through a sieve with a mesh size of 300 μm into a cylindrical tap cell with a diameter of 1.6 cm and a volume capacity of 20 cm 3 , fill the cell fully, and then tap a tap with a stroke length of 10 mm. This was performed 1000 times and defined as the density obtained from the volume at that time and the mass of the sample.
<比表面積SA>
比表面積SAは、表面積計(島津製作所製比表面積測定装置「ジェミニ2360」)を用い、負極材試料に対して窒素流通下100℃、3時間の予備減圧乾燥を行なった後、液体窒素温度まで冷却し、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET6点法によって測定した値として定義した。
<Specific surface area SA>
The specific surface area SA was measured by subjecting the negative electrode material sample to preliminary vacuum drying at 100 ° C. for 3 hours under a nitrogen flow using a surface area meter (Shimadzu Corporation specific surface area measuring device “Gemini 2360”), and then to the liquid nitrogen temperature. It was defined as a value measured by a nitrogen adsorption BET 6-point method using a gas flow method using a nitrogen-helium mixed gas that was cooled and accurately adjusted so that the value of the relative pressure of nitrogen with respect to atmospheric pressure was 0.3.
<造粒剤の残炭率>
造粒剤の残炭率は、造粒剤を不活性雰囲気下700℃で1時間の熱処理を行った前後のサンプル重量を測定し、下記式のように算出した。
造粒剤の残炭率(質量%)=[w2/w1]×100
(w1を熱処理前の造粒剤の質量(g)、w2を熱処理後の造粒剤の質量(g)とする)
<Remaining charcoal rate of granulating agent>
The residual carbon ratio of the granulating agent was calculated by measuring the weight of the sample before and after the granulating agent was heat-treated at 700 ° C. for 1 hour under an inert atmosphere, and calculated as follows.
Residual charcoal rate of granulating agent (mass%) = [w2 / w1] × 100
(W1 is the mass (g) of the granulation agent before heat treatment, and w2 is the mass (g) of the granulation agent after heat treatment)
(実施例1)
d50が100μmの鱗片状天然黒鉛を乾式旋回流式粉砕機により粉砕し、d50が8.1μm、Tapが0.39g/cm3、水分量0.08質量%の鱗片状天然黒鉛を得た。得られた鱗片状天然黒鉛100gに造粒剤としてN−メチル−2−ピロリドン(NMP)(和光純薬工業社製、特級、引火点86℃)を9g添加して撹拌混合した後、得られたサンプルをハンマーミル(IKA社製MF10)で回転数3000rpmにて解砕混合し、造粒剤が均一に添着した鱗片状天然黒鉛を得た。得られたサンプルを、奈良機械製作所製ハイブリダイゼーションシステムNHS−1型にて、ローター周速度85m/秒で10分間の機械的作用による球形化処理を行った。得られたサンプルを窒素雰囲気下、700℃で熱処理を行い、造粒剤が除去された球形化黒鉛サンプルを得た。前記測定法で、造粒剤の残炭率、造粒剤の粘度、黒鉛との接触角、表面張力を測定し、また得られたサンプルのd50、SA、Tapを測定した。結果を表1に示す。
Example 1
The scaly natural graphite having a d50 of 100 μm was pulverized by a dry swirling pulverizer to obtain scaly natural graphite having a d50 of 8.1 μm, a Tap of 0.39 g / cm 3 and a water content of 0.08% by mass. Obtained after adding 9 g of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, special grade, flash point 86 ° C.) as a granulating agent to 100 g of the obtained scaly natural graphite and stirring and mixing. The sample was pulverized and mixed with a hammer mill (MF10 manufactured by IKA) at a rotation speed of 3000 rpm to obtain scaly natural graphite with a granulating agent uniformly attached. The obtained sample was spheroidized by mechanical action at a rotor peripheral speed of 85 m / sec for 10 minutes using a hybridization system NHS-1 manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. The obtained sample was heat-treated at 700 ° C. in a nitrogen atmosphere to obtain a spheroidized graphite sample from which the granulating agent was removed. By the measurement method, the residual carbon ratio of the granulating agent, the viscosity of the granulating agent, the contact angle with graphite, and the surface tension were measured, and d50, SA, and Tap of the obtained sample were measured. The results are shown in Table 1.
(実施例2)
造粒剤として、NMP(和光純薬工業社製、特級、引火点86℃)を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 2)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 g of NMP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade, flash point 86 ° C.) was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例3)
造粒剤として、NMP(和光純薬工業社製、特級、引火点86℃)を15g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
Example 3
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of NMP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade, flash point 86 ° C.) was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例4)
造粒剤として、メタクリル酸メチルポリマー(PMMA)(和光純薬工業社製)を3wt%溶解させたNMP(和光純薬工業社製、特級、引火点86℃)溶液を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
Example 4
Implemented except that 12 g of NMP (Wako Pure Chemical Industries, special grade, flash point 86 ° C.) solution in which 3 wt% of methyl methacrylate polymer (PMMA) (Wako Pure Chemical Industries) was dissolved was added as a granulating agent. A sample was obtained in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例5)
造粒剤として、PMMA(和光純薬工業社製)を10wt%溶解させたNMP(和光純薬工業社製、特級、引火点86℃)溶液を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 5)
The same method as in Example 1 except that 12 g of NMP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade, flash point 86 ° C.) in which 10 wt% of PMMA (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) was dissolved was added as a granulating agent. A sample was obtained. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例6)
造粒剤として、PMMA(和光純薬工業社製)を15wt%溶解させたNMP(和光純薬工業社製、特級、引火点86℃)溶液を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 6)
The same method as Example 1 except that 12 g of NMP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., special grade, flash point 86 ° C.) solution in which 15 wt% of PMMA (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) was dissolved was added as a granulating agent. A sample was obtained. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例7)
造粒剤として、純水を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 7)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 g of pure water was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例8)
造粒剤として、10wt%ポリアクリル酸アンモニウム(PAANH3)(和光純薬工
業社製、一級)水溶液を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 8)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 g of a 10 wt% ammonium polyacrylate (PAANH 3 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., first grade) aqueous solution was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例9)
造粒剤として、30wt%ポリアクリル酸アンモニウム(PAANH3)(和光純薬工業社製、一級)水溶液を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
Example 9
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 g of 30 wt% ammonium polyacrylate (PAANH 3 ) (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., first grade) aqueous solution was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例10)
造粒剤として、44wt%PAANH3(和光純薬工業社製、一級)水溶液を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 10)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 g of a 44 wt% PAANH 3 (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., primary) aqueous solution was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例11)
造粒剤として、コールタール(引火点70℃)を15g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。25℃において、コールタールの粘度が500cP以上であったので、粘度を500cP以下とするために60℃に加温し、前記測定法に従って接触角を測定した。その他は実施例1同様の測定を行った。結果を表1に示す。
(Example 11)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of coal tar (flash point 70 ° C.) was added as a granulating agent. Since the viscosity of coal tar was 500 cP or more at 25 ° C., the temperature was heated to 60 ° C. in order to make the viscosity 500 cP or less, and the contact angle was measured according to the measurement method. The other measurements were the same as in Example 1. The results are shown in Table 1.
(実施例12)
造粒剤として、クレオソート油(引火点70℃)を9g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 12)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 9 g of creosote oil (flash point 70 ° C.) was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例13)
造粒剤として、クレオソート油を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 13)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 g of creosote oil was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例14)
造粒剤として、クレオソート油を15g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 14)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of creosote oil was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例15)
造粒剤として、パラフィン系オイル(流動パラフィン、和光純薬工業社製、一級、引火点238℃)を9g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 15)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 9 g of paraffinic oil (liquid paraffin, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, grade 1, flash point 238 ° C.) was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例16)
造粒剤として、パラフィン系オイル(流動パラフィン、和光純薬工業社製、一級、引火点238℃)を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 16)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 g of paraffinic oil (liquid paraffin, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, grade 1, flash point 238 ° C.) was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例17)
造粒剤として、パラフィン系オイル(流動パラフィン、和光純薬工業社製、一級、引火点238℃)を15g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 17)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of paraffinic oil (liquid paraffin, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, grade 1, flash point 238 ° C.) was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例18)
造粒剤として、芳香族系オイル(1)(引火点242℃、アニリン点29℃、分子内にナフタレン環構造を含有)を9g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 18)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 9 g of aromatic oil (1) (flash point 242 ° C., aniline point 29 ° C., containing naphthalene ring structure in the molecule) was added as a granulating agent. It was. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例19)
造粒剤として、芳香族系オイル(1)(引火点242℃、アニリン点29℃、分子内にナフタレン環構造を含有)を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 19)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 g of aromatic oil (1) (flash point 242 ° C., aniline point 29 ° C., containing naphthalene ring structure in the molecule) was added as a granulating agent. It was. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例20)
造粒剤として、芳香族系オイル(1)(引火点242℃、アニリン点29℃、分子内にナフタレン環構造を含有)を15g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 20)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 15 g of aromatic oil (1) (flash point 242 ° C., aniline point 29 ° C., containing naphthalene ring structure in the molecule) was added as a granulating agent. It was. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例21)
造粒剤として、芳香族系オイル(2)(引火点150℃、アニリン点無し、混合アニリン点15℃、分子内にベンゼン環構造を含有)を9g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 21)
The same method as in Example 1 except that 9 g of aromatic oil (2) (flash point 150 ° C., no aniline point, mixed aniline point 15 ° C., containing benzene ring structure in the molecule) was added as a granulating agent. A sample was obtained. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例22)
造粒剤として、芳香族系オイル(2)(引火点150℃、アニリン点無し、混合アニリン点15℃、分子内にベンゼン環構造を含有)を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 22)
The same method as in Example 1 except that 12 g of aromatic oil (2) (flash point 150 ° C., no aniline point, mixed aniline point 15 ° C., containing benzene ring structure in the molecule) was added as a granulating agent. A sample was obtained. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(実施例23)
造粒剤として、芳香族系オイル(2)(引火点150℃、アニリン点無し、混合アニリン点15℃、分子内にベンゼン環構造を含有)を15g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Example 23)
The same method as in Example 1 except that 15 g of aromatic oil (2) (flash point 150 ° C., no aniline point, mixed aniline point 15 ° C., containing benzene ring structure in the molecule) was added as a granulating agent. A sample was obtained. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(比較例1)
造粒剤を添加しなかった以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that no granulating agent was added. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(比較例2)
造粒剤として、コールタールピッチ(軟化点90℃、造粒時に固体)を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 g of coal tar pitch (softening point 90 ° C., solid at the time of granulation) was added as a granulating agent. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(比較例3)
有機化合物として、PMMA(和光純薬工業社製、融点105℃、造粒時に固体)を12g添加した以外は実施例1と同様の方法にてサンプルを得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
A sample was obtained in the same manner as in Example 1 except that 12 g of PMMA (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., melting point 105 ° C., solid at the time of granulation) was added as an organic compound. Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
(比較例4)
比較例1で得られたサンプルを、気流式分級により造粒されていない鱗片黒鉛状微粉を除去し、d50が10.9μm、Tap密度が0.88g/cm3の球形化黒鉛を得た。実施例1同様の測定を行った結果を表1に示す。
(Comparative Example 4)
From the sample obtained in Comparative Example 1, flaky graphite fine powder that was not granulated by airflow classification was removed to obtain spheroidized graphite having a d50 of 10.9 μm and a Tap density of 0.88 g / cm 3 . Table 1 shows the results of the same measurement as in Example 1.
実施例1〜23は、適度な粒度へ調整した鱗片状天然黒鉛に、規定の物性の造粒剤を添加して球形化処理を行うことにより、造粒球形化が促進され、鱗片状黒鉛微粉の生成が少ないため、d10やd50が増大しており、さらに球形化によって粒子の充填性が向上し
たため、Tap密度が増大することが確認された。
一方で、造粒剤を添加していない鱗片状天然黒鉛を球形化した比較例1及び4、及び、規定範囲外の造粒剤を添加して球形化した比較例2及び3では、鱗片状天然黒鉛同士の付着力が乏しいために造粒球形化が十分に促進されず、d50やTapの増大は不十分であった。
In Examples 1 to 23, granulation spheroidization is promoted by adding a granulating agent having specified physical properties to flaky natural graphite adjusted to an appropriate particle size, and spheroidizing powder is promoted. It was confirmed that d10 and d50 were increased because of less generation, and that the packing density of particles was improved by spheroidization, so that the Tap density was increased.
On the other hand, in Comparative Examples 1 and 4 in which flaky natural graphite to which no granulating agent was added was spheroidized, and in Comparative Examples 2 and 3 in which spheroidizing was added to add a granulating agent outside the specified range, flaky Since the adhesion between natural graphites is poor, granulation spheroidization is not sufficiently promoted, and d50 and Tap are insufficiently increased.
<造粒安定性評価>
実施例16、及び比較例4の負極材をそれぞれ用いた場合の電池評価を以下の方法により行った。この結果を表2に示す。
<Evaluation of granulation stability>
Battery evaluation in the case of using the negative electrode material of Example 16 and Comparative Example 4 was performed by the following method. The results are shown in Table 2.
<電極シートの作製>
実施例又は比較例の負極材を用い、活物質層密度1.60±0.03g/cm3、又は1.35±0.03g/cm3の活物質層を有する極板を作製した。具体的には、負極材50.00±0.02gに、1質量%カルボキシメチルセルロースナトリウム塩水溶液を50.00±0.02g(固形分換算で0.500g)、及び重量平均分子量27万のスチレン・ブタジエンゴム水性ディスパージョン1.00±0.05g(固形分換算で0.5g)を、キーエンス製ハイブリッドミキサーで5分間撹拌し、30秒脱泡してスラリーを得た。
<Production of electrode sheet>
Using the negative electrode material of Example or Comparative Example, an electrode plate having an active material layer with an active material layer density of 1.60 ± 0.03 g / cm 3 or 1.35 ± 0.03 g / cm 3 was produced. Specifically, 50.00 ± 0.02 g of negative electrode material, 50.00 ± 0.02 g of 1 mass% carboxymethylcellulose sodium salt aqueous solution (0.500 g in terms of solid content), and styrene having a weight average molecular weight of 270,000 -Aqueous dispersion of butadiene rubber 1.00 ± 0.05 g (0.5 g in terms of solid content) was stirred for 5 minutes with a hybrid mixer manufactured by Keyence and defoamed for 30 seconds to obtain a slurry.
このスラリーを、集電体である厚さ10μmの銅箔上に、負極材料が12.00±0.3mg/cm2、又は6.00±0.3mg/cm2付着するように、伊藤忠マシニング製小型ダイコーターを用いて幅10cmに塗布し、直径20cmのローラを用いてロールプレスして、活物質層の密度が1.60±0.03g/cm3、又は1.35±0.03g/cm3になるよう調整し電極シートを得た。 This slurry was applied to ITOCHU machining so that the negative electrode material was 12.00 ± 0.3 mg / cm 2 or 6.00 ± 0.3 mg / cm 2 on a 10 μm thick copper foil as a current collector. It is applied to a width of 10 cm using a small die coater and roll-pressed using a roller having a diameter of 20 cm, and the density of the active material layer is 1.60 ± 0.03 g / cm 3 , or 1.35 ± 0.03 g. / cm 3 to become as to obtain the adjusted electrode sheet.
<非水系二次電池(2016コイン型電池)の作製>
上記方法で作製した、負極材料が12.00±0.3mg/cm2付着し、活物質層の密度が1.60±0.03g/cm3となるように調整した電極シートを直径12.5mmの円盤状に打ち抜き、リチウム金属箔を直径14mmの円板状に打ち抜き対極とした。両極の間には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒(容積比=3:7)に、LiPF6を1mol/Lになるように溶解させた電解液を含浸させたセパレータ(多孔性ポリエチレンフィルム製)を置き、2016コイン型電池をそれぞれ作製した。
<Preparation of non-aqueous secondary battery (2016 coin type battery)>
An electrode sheet prepared by the above method and having an anode material of 12.00 ± 0.3 mg / cm 2 adhered and an active material layer having a density of 1.60 ± 0.03 g / cm 3 was adjusted to a diameter of 12. A 5 mm disk was punched out, and a lithium metal foil was punched into a disk with a diameter of 14 mm as a counter electrode. Between both electrodes, a separator (porous polyethylene film) impregnated with an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (volume ratio = 3: 7) so as to be 1 mol / L. 2016 coin type batteries were prepared.
<非水系二次電池(ラミネート型電池)の作製>
上記方法で作製した、負極材料が6.00±0.3mg/cm2付着し、活物質層の密度が1.35±0.03g/cm3となるように調整した電極シートを4cm×3cmに切り出し負極とし、NMC(リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物)からなる正極を同面積で切り出し、負極と正極の間にはセパレータ(多孔性ポリエチレンフィルム製)を置き、組み合わせた。エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒(容積比=3:3:4)に、LiPF6を1.2mol/Lになるように溶解させた電解液を200μl注液してラミネート型電池を作製した。
<Production of non-aqueous secondary battery (laminated battery)>
Produced by the above method, the negative electrode material is 6.00 ± 0.3mg / cm 2 to adhere, 4 cm × 3 cm the adjusted electrode sheet such that the density of the active material layer is 1.35 ± 0.03g / cm 3 A positive electrode made of NMC (lithium nickel manganese cobalt composite oxide) was cut out in the same area, and a separator (made of a porous polyethylene film) was placed between the negative electrode and the positive electrode for combination. A laminate type battery was prepared by injecting 200 μl of an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate (volume ratio = 3: 3: 4) to a concentration of 1.2 mol / L. Was made.
<放電容量の測定方法>
上述の方法で作製した非水系二次電池(2016コイン型電池)を用いて、下記の測定方法で電池充放電時の容量を測定した。
0.05Cの電流密度でリチウム対極に対して5mVまで充電し、さらに5mVの一定電圧で電流密度が0.005Cになるまで充電し、負極中にリチウムをドープした後、0.1Cの電流密度でリチウム対極に対して1.5Vまで放電を行った。このときの放電容量を本材料の放電容量とした。
<Measurement method of discharge capacity>
Using the non-aqueous secondary battery (2016 coin-type battery) produced by the above method, the capacity during battery charging / discharging was measured by the following measurement method.
Charge to 5 mV with respect to the lithium counter electrode at a current density of 0.05 C, and further charge to a current density of 0.005 C at a constant voltage of 5 mV. After doping lithium into the negative electrode, the current density of 0.1 C Then, the lithium counter electrode was discharged to 1.5V. The discharge capacity at this time was defined as the discharge capacity of the material.
<低温出力特性>
上記非水電解液二次電池の作製法により作製したラミネート型非水電解液二次電池を用いて、下記の測定方法で低温出力特性を測定した。
充放電サイクルを経ていない非水電解液二次電池に対して、25℃で電圧範囲4.1V〜3.0V、電流値0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)にて3サイクル、電圧範囲4.2V〜3.0V、電流値0.2Cにて(充電時には4.2Vにて定電圧充電をさらに2.5時間実施)2サイクル、初期充放電を行った。
さらに、SOC50%まで電流値0.2Cで充電を行った後、−30℃の低温環境下で、1/8C、1/4C、1/2C、1.5C、2Cの各電流値で2秒間定電流放電させ、各々の条件の放電における2秒後の電池電圧の降下を測定し、それらの測定値から充電上限電圧を3Vとした際に、2秒間に流すことのできる電流値Iを算出し、3×I(W)という式で計算される値をそれぞれの電池の低温出力特性とした。
<Low temperature output characteristics>
Using the laminate type non-aqueous electrolyte secondary battery produced by the method for producing the non-aqueous electrolyte secondary battery, low temperature output characteristics were measured by the following measuring method.
For non-aqueous electrolyte secondary batteries that have not undergone charge / discharge cycles, a voltage range of 4.1 V to 3.0 V at 25 ° C., a current value of 0.2 C (the rated capacity with a discharge capacity of 1 hour rate is discharged in 1 hour) 3C for the current value to be 1C, the same applies hereinafter), voltage range of 4.2V to 3.0V, current value of 0.2C (at the time of charging 4.2V constant voltage charging for another 2.5 hours) Implementation) Initial charge and discharge was performed for 2 cycles.
Furthermore, after charging at a current value of 0.2 C to SOC 50%, in a low temperature environment of −30 ° C., each current value of 1/8 C, 1/4 C, 1/2 C, 1.5 C, 2 C is 2 seconds. Measure the drop in battery voltage after 2 seconds of discharge under each condition, and calculate the current value I that can flow for 2 seconds when the upper limit of charge voltage is 3V. The value calculated by the formula 3 × I (W) was used as the low temperature output characteristic of each battery.
実施例16で製造した負極材は比較例4で製造した負極材と比較して放電容量及び低温入出力特性が十分優れることが確認できた。 It was confirmed that the negative electrode material produced in Example 16 was sufficiently excellent in discharge capacity and low temperature input / output characteristics as compared with the negative electrode material produced in Comparative Example 4.
本発明により得られた負極材に、さらに原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物を添着させた負極材を作成し、該負極材を用いた場合の電池評価を行った。該負極材の製造(実施例24、25)、及び比較例5について以下に示し、また電池評価の結果を表3に示す。 A negative electrode material obtained by adding a carbonaceous material having lower crystallinity than the raw material graphite to the negative electrode material obtained according to the present invention was prepared, and battery evaluation was performed when the negative electrode material was used. The production of the negative electrode material (Examples 24 and 25) and Comparative Example 5 are shown below, and the results of battery evaluation are shown in Table 3.
(実施例24)
d50が100μmの鱗片状天然黒鉛を乾式旋回流式粉砕機により粉砕し、d50が8.1μm、Tapが0.39g/cm3、水分量0.08質量%の鱗片状天然黒鉛を得た。得られた鱗片状天然黒鉛100gに造粒剤として流動パラフィン(和光純薬工業社製、一級、25℃における物性:粘度=95cP、接触角=13.2°、表面張力=31.7mN/m、γcosθ=30.9)を12g添加して撹拌混合した後、得られたサンプルをハンマーミル(IKA社製MF10)で回転数3000rpmにて解砕混合し、造粒剤が均一に添着した鱗片状天然黒鉛を得た。得られたサンプルを、奈良機械製作所製ハイブリダイゼーションシステムNHS−1型にて、ローター周速度85m/秒で10分間の機械的作用による球形化処理を行い、造粒黒鉛粒子を得た。
得られた造粒黒鉛粒子と原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物前駆体としてコールタールピッチを120℃で20分間ミキサーで混合し、不活性ガス中で1300℃、1時間の熱処理を施した後、焼成物を解砕・分級処理することにより、造粒黒鉛粒子と原料黒鉛より結晶性が低い炭素質とが複合化した複層構造黒鉛粒子を得た。焼成収率から、得られた複層構造黒鉛粒子において、造粒黒鉛粒子と原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物との質量比率(造粒黒鉛粒子:非晶質炭素)は1:0.065であることが確認された。得られたサンプルのd50、SA、Tap、非水系二次電池の放電容量、低温入出力特性を測定した
。結果を表3に示す。
(Example 24)
The scaly natural graphite having a d50 of 100 μm was pulverized by a dry swirling pulverizer to obtain scaly natural graphite having a d50 of 8.1 μm, a Tap of 0.39 g / cm 3 and a water content of 0.08% by mass. To 100 g of the obtained scaly natural graphite, liquid paraffin (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., first grade, physical properties at 25 ° C .: viscosity = 95 cP, contact angle = 13.2 °, surface tension = 31.7 mN / m , Γcos θ = 30.9) was added and mixed with stirring, and the obtained sample was pulverized and mixed with a hammer mill (MF10 manufactured by IKA) at a rotation speed of 3000 rpm, and a scaly powder uniformly attached with a granulating agent. A natural graphite was obtained. The obtained sample was subjected to spheronization treatment by mechanical action for 10 minutes at a rotor peripheral speed of 85 m / sec using a hybridization system NHS-1 manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. to obtain granulated graphite particles.
After mixing the obtained granulated graphite particles and a carbonaceous material precursor having a lower crystallinity than raw graphite with a coal tar pitch at 120 ° C. for 20 minutes and performing heat treatment at 1300 ° C. for 1 hour in an inert gas. The fired product was pulverized and classified to obtain multilayered graphite particles in which the granulated graphite particles and the carbonaceous material having lower crystallinity than the raw graphite were combined. From the firing yield, the mass ratio (granulated graphite particles: amorphous carbon) between the granulated graphite particles and the carbonaceous material having lower crystallinity than the raw graphite is 1: 0.065. It was confirmed that. The d50, SA, and Tap of the obtained sample, the discharge capacity of the nonaqueous secondary battery, and the low temperature input / output characteristics were measured. The results are shown in Table 3.
(実施例25)
得られた複層構造黒鉛粒子において、造粒黒鉛粒子と原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物との質量比率(造粒黒鉛粒子:非晶質炭素)は1:0.08とした以外は実施例24と同様の方法にて複層構造黒鉛粒子を得た。実施例24同様の測定を行った結果を表3に示す。
(Example 25)
Implementation was performed except that the mass ratio (granulated graphite particles: amorphous carbon) of the granulated graphite particles and the carbonaceous material having lower crystallinity than the raw graphite was set to 1: 0.08 in the obtained multilayered graphite particles. In the same manner as in Example 24, multilayer structure graphite particles were obtained. The results of the same measurement as in Example 24 are shown in Table 3.
(比較例5)
造粒黒鉛粒子の代わりに比較例4で得られたサンプルを用いた以外は実施例24と同様の方法にて複層構造炭素材を得た。実施例24と同様の測定を行った結果を表3に示す。
(Comparative Example 5)
A multilayer carbon material was obtained in the same manner as in Example 24 except that the sample obtained in Comparative Example 4 was used instead of the granulated graphite particles. Table 3 shows the results of measurements similar to those in Example 24.
実施例24及び25は比較例5と比較して放電容量及び低温入出力特性が十分優れることが確認できた。 It was confirmed that Examples 24 and 25 were sufficiently excellent in discharge capacity and low-temperature input / output characteristics as compared with Comparative Example 5.
生コークスの存在下で原料黒鉛を造粒して得たサンプルを黒鉛化した実施例26、及び生コークス原料をそのまま黒鉛化した比較例6の負極材を用いた場合の電池評価を以下の方法により行った。この結果を表4に示す。 The battery evaluation using the negative electrode material of Example 26 in which the sample obtained by granulating raw graphite in the presence of raw coke was graphitized and Comparative Example 6 in which raw coke raw material was graphitized as it was was evaluated by the following method. It went by. The results are shown in Table 4.
<電極シートの作製>
後述する実施例26又は比較例6の黒鉛質粒子を用い、活物質層密度1.60±0.03g/cm3の活物質層を有する極板を作製した。具体的には、負極材50.00±0.02gに、1質量%カルボキシメチルセルロースナトリウム塩水溶液を50.00±0.02g(固形分換算で0.500g)、及び重量平均分子量27万のスチレン・ブタジエンゴム水性ディスパージョン1.00±0.05g(固形分換算で0.5g)を、キーエンス製ハイブリッドミキサーで5分間撹拌し、30秒脱泡してスラリーを得た。
<Production of electrode sheet>
An electrode plate having an active material layer with an active material layer density of 1.60 ± 0.03 g / cm 3 was produced using the graphite particles of Example 26 or Comparative Example 6 described later. Specifically, 50.00 ± 0.02 g of negative electrode material, 50.00 ± 0.02 g of 1 mass% carboxymethylcellulose sodium salt aqueous solution (0.500 g in terms of solid content), and styrene having a weight average molecular weight of 270,000 -Aqueous dispersion of butadiene rubber 1.00 ± 0.05 g (0.5 g in terms of solid content) was stirred for 5 minutes with a hybrid mixer manufactured by Keyence and defoamed for 30 seconds to obtain a slurry.
このスラリーを、集電体である厚さ10μmの銅箔上に、負極材料が9.00±0.3mg/cm2付着するように、伊藤忠マシニング製小型ダイコーターを用いて幅10cmに塗布し、直径20cmのローラを用いてロールプレスして、活物質層の密度が1.60±0.03g/cm3になるよう調整し電極シートを得た。 This slurry was applied to a width of 10 cm using a small die coater made by ITOCHU machining so that 9.00 ± 0.3 mg / cm 2 of the negative electrode material was deposited on a 10 μm thick copper foil as a current collector. Then, roll pressing was performed using a roller having a diameter of 20 cm to adjust the density of the active material layer to 1.60 ± 0.03 g / cm 3 to obtain an electrode sheet.
<非水系二次電池(2016コイン型電池)の作製>
上記方法で作製した電極シートを直径12.5mmの円盤状に打ち抜き、リチウム金属箔を直径14mmの円板状に打ち抜き対極とした。両極の間には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒(容積比=3:7)に、LiPF6を1mol/Lになるように溶解させた電解液を含浸させたセパレータ(多孔性ポリエチレンフィルム
製)を置き、2016コイン型電池をそれぞれ作製した。
<Preparation of non-aqueous secondary battery (2016 coin type battery)>
The electrode sheet produced by the above method was punched into a disk shape with a diameter of 12.5 mm, and a lithium metal foil was punched into a disk shape with a diameter of 14 mm as a counter electrode. Between both electrodes, a separator (porous polyethylene film) impregnated with an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (volume ratio = 3: 7) so as to be 1 mol / L. 2016 coin type batteries were prepared.
<非水系二次電池(ラミネート型電池)の作製方法>
上記方法で作製した電極シートを4cm×3cmに切り出し負極とし、NMCからなる正極を同面積で切り出し、負極と正極の間にはセパレータ(多孔性ポリエチレンフィルム製)を置き、組み合わせた。エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒(容積比=3:3:4)に、LiPF6を1.2mol/Lになるように溶解させた電解液を225μl注液してラミネート型電池を作製した。
<Production method of non-aqueous secondary battery (laminated battery)>
The electrode sheet produced by the above method was cut into 4 cm × 3 cm to form a negative electrode, a positive electrode made of NMC was cut out with the same area, and a separator (made of a porous polyethylene film) was placed between the negative electrode and the positive electrode for combination. A laminate type battery was prepared by injecting 225 μl of an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate (volume ratio = 3: 3: 4) so as to be 1.2 mol / L. Was made.
<放電容量の測定方法>
上述の方法で作製した非水系二次電池(2016コイン型電池)を用いて、下記の測定方法で電池充放電時の容量を測定した。
0.05Cの電流密度でリチウム対極に対して5mVまで充電し、さらに5mVの一定電圧で電流密度が0.005Cになるまで充電し、負極中にリチウムをドープした後、0.1Cの電流密度でリチウム対極に対して1.5Vまで放電を行った。このときの放電容量を本材料の放電容量とした。
<Measurement method of discharge capacity>
Using the non-aqueous secondary battery (2016 coin-type battery) produced by the above method, the capacity during battery charging / discharging was measured by the following measurement method.
Charge to 5 mV with respect to the lithium counter electrode at a current density of 0.05 C, and further charge to a current density of 0.005 C at a constant voltage of 5 mV. After doping lithium into the negative electrode, the current density of 0.1 C Then, the lithium counter electrode was discharged to 1.5V. The discharge capacity at this time was defined as the discharge capacity of the material.
<低温出力特性>
上記非水電解液二次電池の作製法により作製したラミネート型非水電解液二次電池を用いて、下記の測定方法で低温出力特性を測定した。
充放電サイクルを経ていない非水電解液二次電池に対して、25℃で電圧範囲4.1V〜3.0V、電流値0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)にて3サイクル、電圧範囲4.2V〜3.0V、電流値0.2Cにて(充電時には4.2Vにて定電圧充電をさらに2.5時間実施)2サイクル、初期充放電を行った。
さらに、SOC50%まで電流値0.2Cで充電を行った後、−30℃の低温環境下で、1/8C、1/4C、1/2C、1.5C、2Cの各電流値で2秒間定電流放電させ、各々の条件の放電における2秒後の電池電圧の降下を測定し、それらの測定値から充電上限電圧を3Vとした際に、2秒間に流すことのできる電流値Iを算出し、3×I(W)という式で計算される値をそれぞれの電池の低温出力特性とした。
<Low temperature output characteristics>
Using the laminate type non-aqueous electrolyte secondary battery produced by the method for producing the non-aqueous electrolyte secondary battery, low temperature output characteristics were measured by the following measuring method.
For non-aqueous electrolyte secondary batteries that have not undergone charge / discharge cycles, a voltage range of 4.1 V to 3.0 V at 25 ° C., a current value of 0.2 C (the rated capacity with a discharge capacity of 1 hour rate is discharged in 1 hour) 3C for the current value to be 1C, the same applies hereinafter), voltage range of 4.2V to 3.0V, current value of 0.2C (at the time of charging 4.2V constant voltage charging for another 2.5 hours) Implementation) Initial charge and discharge was performed for 2 cycles.
Furthermore, after charging at a current value of 0.2 C to SOC 50%, in a low temperature environment of −30 ° C., each current value of 1/8 C, 1/4 C, 1/2 C, 1.5 C, 2 C is 2 seconds. Measure the drop in battery voltage after 2 seconds of discharge under each condition, and calculate the current value I that can flow for 2 seconds when the upper limit of charge voltage is 3V. The value calculated by the formula 3 × I (W) was used as the low temperature output characteristic of each battery.
(実施例26)
バルクメソフェーズ人造黒鉛粒子の前駆体であるd50が17.7μmの生コークス粒子100gに造粒剤としてパラフィン系オイル(流動パラフィン、和光純薬工業社製、一級、引火点238℃)を20g添加して撹拌混合した後、得られたサンプルをハンマーミル(IKA社製MF10)で回転数3000rpmにて解砕混合し、造粒剤が均一に添着した生コークス粒子を得た。得られたサンプルと、d50が8.1μmの鱗片状天然黒鉛粒子を20g添加して撹拌混合した後、奈良機械製作所製ハイブリダイゼーションシステムNHS−1型にて、ローター周速度85m/秒で5分間、機械的作用による衝撃、圧縮、摩擦、せん断力を掛けながら複合造粒処理を行った。
得られた複合造粒黒鉛粒子前駆体を、電気炉にて窒素雰囲気下、1000℃で1時間焼成した後、さらに、電気炉にてAr流通下、3000℃で黒鉛化し、バルクメソフェーズ人造黒鉛粒子と黒鉛粒子が複合化した複合造粒黒鉛粒子を得た。得られたサンプルの断面をSEMにより観察したところ、バルクメソフェーズ人造黒鉛粒子の表面の少なくとも一部に、鱗片黒鉛粒子の黒鉛結晶層状構造がバルクメソフェーズ人造黒鉛粒子の外周面と同方向に配列した構造が観察された。
得られたサンプルについて、前記測定法でd50、SA、Tapを、非水系二次電池について放電容量、低温入出力特性を測定した。結果を表4に示す。
(Example 26)
20 g of paraffinic oil (liquid paraffin, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd., first grade, flash point 238 ° C.) is added to 100 g of raw coke particles having a d50 of 17.7 μm as a precursor of bulk mesophase artificial graphite particles. After stirring and mixing, the obtained sample was pulverized and mixed with a hammer mill (MF10 manufactured by IKA) at a rotation speed of 3000 rpm to obtain raw coke particles uniformly attached with a granulating agent. After adding 20 g of the obtained sample and scaly natural graphite particles having a d50 of 8.1 μm and stirring and mixing, in a hybridization system NHS-1 manufactured by Nara Machinery Co., Ltd., for 5 minutes at a rotor peripheral speed of 85 m / sec. The composite granulation treatment was performed while applying impact, compression, friction and shearing force due to mechanical action.
The obtained composite granulated graphite particle precursor was calcined at 1000 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere in an electric furnace, and then graphitized at 3000 ° C. under Ar circulation in an electric furnace to produce bulk mesophase artificial graphite particles. Composite granulated graphite particles were obtained in which graphite particles were combined. When the cross section of the obtained sample was observed by SEM, a structure in which the graphite crystal layered structure of the flake graphite particles was arranged in the same direction as the outer peripheral surface of the bulk mesophase artificial graphite particles on at least a part of the surface of the bulk mesophase artificial graphite particles. Was observed.
About the obtained sample, d50, SA, and Tap were measured by the said measuring method, and the discharge capacity and the low temperature input / output characteristic were measured about the non-aqueous secondary battery. The results are shown in Table 4.
(比較例6)
バルクメソフェーズ人造黒鉛粒子の前駆体であるd50が17.7μmの生コークス粒子をそのまま電気炉にて窒素雰囲気下、1000℃で1時間焼成した後、さらに、電気炉にてAr流通下、3000℃で黒鉛化し、バルクメソフェーズ人造黒鉛粒子を得た。得られたサンプルについて、実施例26と同様の測定を行った結果を表4に示す。
(Comparative Example 6)
Raw coke particles having a d50 of 17.7 μm, which is a precursor of bulk mesophase artificial graphite particles, were baked as they were in an electric furnace in a nitrogen atmosphere at 1000 ° C. for 1 hour, and then further flowed at 3000 ° C. under Ar flow in the electric furnace. To obtain bulk mesophase artificial graphite particles. Table 4 shows the results of measurements similar to those of Example 26 for the obtained samples.
実施例26は比較例6と比較して放電容量及び低温入出力特性が十分優れることが確認できた。 It was confirmed that Example 26 was sufficiently excellent in discharge capacity and low-temperature input / output characteristics as compared with Comparative Example 6.
Si金属の存在下で原料黒鉛を造粒して得た負極材を用いた場合の電池評価の結果を表5に示す。ここで、放電容量、初回効率の測定については以下の方法により行った。 Table 5 shows the results of battery evaluation when a negative electrode material obtained by granulating raw material graphite in the presence of Si metal is used. Here, the discharge capacity and the initial efficiency were measured by the following methods.
<電極シートの作製>
後述する実施例27、28又は比較例5の負極材を用い、活物質層密度1.35±0.03g/cm3の活物質層を有する極板を作製した。具体的には、負極材20.00±0.02gに、1質量%カルボキシメチルセルロースナトリウム塩水溶液を20.00±0.02g(固形分換算で0.200g)、及び重量平均分子量27万のスチレン・ブタジエンゴム水性ディスパージョン0.75±0.05g(固形分換算で0.3g)を、キーエンス製ハイブリッドミキサーで5分間撹拌し、30秒脱泡してスラリーを得た。
<Production of electrode sheet>
An electrode plate having an active material layer with an active material layer density of 1.35 ± 0.03 g / cm 3 was prepared using negative electrode materials of Examples 27 and 28 described later or Comparative Example 5. Specifically, 20.00 ± 0.02 g of negative electrode material 20.00 ± 0.02 g of a 1% by mass aqueous solution of sodium carboxymethylcellulose (0.200 g in terms of solid content), and styrene having a weight average molecular weight of 270,000 -Aqueous dispersion of butadiene rubber 0.75 ± 0.05 g (0.3 g in terms of solid content) was stirred for 5 minutes with a hybrid mixer manufactured by Keyence and defoamed for 30 seconds to obtain a slurry.
このスラリーを、集電体である厚さ18μmの銅箔上に、負極材が4.5±0.5mg/cm2付着するように、ドクターブレードを用いて幅5cmに塗布し、室温で風乾を行った後、110℃で30分乾燥して極板を得た。さらに、直径20cmのローラを用いてロールプレスして、活物質層の密度が1.35±0.03g/cm3になるよう調整し電極シートを得た。 This slurry was applied to a width of 5 cm using a doctor blade so that the negative electrode material was 4.5 ± 0.5 mg / cm 2 on a 18 μm thick copper foil as a current collector, and air-dried at room temperature. Then, the electrode plate was obtained by drying at 110 ° C. for 30 minutes. Furthermore, it roll-pressed using the roller of diameter 20cm, and it adjusted so that the density of an active material layer might be 1.35 +/- 0.03g / cm < 3 >, and obtained the electrode sheet.
<非水系二次電池(2016コイン型電池)の作製>
上記方法で作製した電極シートを直径12.5mmの円盤状に打ち抜き、リチウム金属箔を直径14mmの円板状に打ち抜き対極とした。両極の間には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒(容積比=3:7)に、LiPF6を1mol/Lになるように溶解させた電解液を含浸させたセパレータ(多孔性ポリエチレンフィルム製)を置き、2016コイン型電池をそれぞれ作製した。
<Preparation of non-aqueous secondary battery (2016 coin type battery)>
The electrode sheet produced by the above method was punched into a disk shape with a diameter of 12.5 mm, and a lithium metal foil was punched into a disk shape with a diameter of 14 mm as a counter electrode. Between both electrodes, a separator (porous polyethylene film) impregnated with an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (volume ratio = 3: 7) so as to be 1 mol / L. 2016 coin type batteries were prepared.
<放電容量、初回効率の測定方法>
上述の方法で作製した非水系二次電池(2016コイン型電池)を用いて、下記の測定方法で電池充放電時の容量を測定した。
0.05Cの電流密度でリチウム対極に対して5mVまで充電し、さらに5mVの一定電圧で電流密度が0.005Cになるまで充電し、負極中にリチウムをドープした後、0.1Cの電流密度でリチウム対極に対して1.5Vまで放電を行った。このときの充電容
量、放電容量を本材料の充電容量、放電容量とし、充電容量と放電容量の差を不可逆容量として算出した。また、本材料の放電容量/本材量の充電容量(本材料の放電容量+不可逆容量)を初回効率とした。
<Measurement method of discharge capacity and initial efficiency>
Using the non-aqueous secondary battery (2016 coin-type battery) produced by the above method, the capacity during battery charging / discharging was measured by the following measurement method.
Charge to 5 mV with respect to the lithium counter electrode at a current density of 0.05 C, and further charge to a current density of 0.005 C at a constant voltage of 5 mV. After doping lithium into the negative electrode, the current density of 0.1 C Then, the lithium counter electrode was discharged to 1.5V. The charge capacity and discharge capacity at this time were defined as the charge capacity and discharge capacity of the present material, and the difference between the charge capacity and the discharge capacity was calculated as the irreversible capacity. The initial efficiency was defined as the discharge capacity of the material / the charge capacity of the amount of the material (discharge capacity of the material + irreversible capacity).
(実施例27)
平均粒径d50が1μmの多結晶Siを、LMZ10(アシザワファインテック社製)で平均粒径d50が0.2μmまで湿式粉砕してSiスラリー(I)を調製した。このSiスラリー(I)300g(固形分40%)にNMP(和光純薬工業社製、特級、引火点86℃)1500gと原料黒鉛として鱗片状天然黒鉛(平均粒径d50:13μm)1000gを投入し、NV40質量%にて混合攪拌機(ダルトン社製)で混合し、Si化合物粒子、黒鉛が均一に分散したスラリー(II)を得た。このスラリー(II)を150℃減圧下でNMPが鱗片状天然黒鉛100質量部に対して15質量部残る質量まで乾燥を行った。得られたサンプルをハンマーミル(IKA社製MF10)で回転数3000rpmにて解砕混合し、Si微粒子と造粒剤(NMP)が添着した鱗片状天然黒鉛を得た。得られたサンプルを、奈良機械製作所製ハイブリダイゼーションシステムNHS−1型にて、ローター周速度85m/秒で3分間の機械的作用による造粒処理を行い、Si化合物粒子を内包した造粒黒鉛粒子(複合黒鉛粒子)を得た。得られたSi化合物粒子を内包した複合黒鉛粒子を、原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物前駆体としてコールタールを混合し、不活性ガス中で1000℃、1時間の熱処理を施した後、焼成物を解砕・分級処理することにより、複合黒鉛粒子と原料黒鉛より結晶性が低い炭素質とが複合化した複層構造黒鉛粒子を得た。焼成収率から、得られた複層構造黒鉛粒子において、複合黒鉛粒子と原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物との質量比率(複合黒鉛粒子:非晶質炭素)は1:0.075であることが確認された。得られたサンプルのd50、SA、Tap、非水系二次電池の放電容量、初回効率を測定した。結果を表5に示す。
(Example 27)
Polycrystalline Si having an average particle diameter d50 of 1 μm was wet pulverized with LMZ10 (manufactured by Ashizawa Finetech) to an average particle diameter d50 of 0.2 μm to prepare Si slurry (I). To 300 g (solid content 40%) of this Si slurry (I), 1500 g of NMP (special grade, flash point 86 ° C.) manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. and 1000 g of scaly natural graphite (average particle diameter d50: 13 μm) as raw material graphite are added. Then, the mixture was mixed with a mixing stirrer (manufactured by Dalton) at 40% by mass of NV to obtain slurry (II) in which Si compound particles and graphite were uniformly dispersed. This slurry (II) was dried under reduced pressure at 150 ° C. until NMP remained at 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of scaly natural graphite. The obtained sample was pulverized and mixed with a hammer mill (MF10 manufactured by IKA) at a rotation speed of 3000 rpm to obtain scale-like natural graphite to which Si fine particles and a granulating agent (NMP) were attached. The obtained sample is granulated by mechanical action for 3 minutes at a rotor peripheral speed of 85 m / sec using a hybridization system NHS-1 manufactured by Nara Machinery Co., Ltd., and granulated graphite particles encapsulating Si compound particles (Composite graphite particles) were obtained. The composite graphite particles encapsulating the obtained Si compound particles are mixed with coal tar as a carbonaceous material precursor having lower crystallinity than the raw material graphite, subjected to heat treatment at 1000 ° C. for 1 hour in an inert gas, and then fired. By pulverizing and classifying the product, multilayer graphite particles in which composite graphite particles and carbonaceous material having lower crystallinity than raw graphite were combined were obtained. From the firing yield, in the obtained multilayer structure graphite particles, the mass ratio of the composite graphite particles and the carbonaceous material having lower crystallinity than the raw graphite (composite graphite particles: amorphous carbon) is 1: 0.075. It was confirmed. The sample obtained was measured for d50, SA, Tap, discharge capacity of the nonaqueous secondary battery, and initial efficiency. The results are shown in Table 5.
(実施例28)
平均粒径d50が1μmの多結晶Siを、LMZ10(アシザワファインテック社製)で平均粒径d50が0.2μmまで湿式粉砕してSiスラリー(I)を調製した。このSiスラリー(I)300g(固形分40%)にNMP(和光純薬工業社製、特級、引火点86℃)1500gと原料黒鉛として鱗片状天然黒鉛(平均粒径d50:13μm)1000gとパラフィン系オイル(流動パラフィン、和光純薬工業社製、一級、引火点238℃、沸点>300℃)150gを投入し、NV40質量%にて混合攪拌機(ダルトン社製)で混合し、Si化合物粒子、黒鉛が均一に分散したスラリー(II)を得た。このスラリー(II)を150℃減圧下で乾燥してNMPを除去し、得られたサンプルをハンマーミル(IKA社製MF10)で回転数3000rpmにて解砕混合し、Si微粒子と鱗片状天然黒鉛100質量部に対して15質量部の造粒剤(パラフィン系オイル)とが添着した鱗片状天然黒鉛を得た。得られたサンプルを、奈良機械製作所製ハイブリダイゼーションシステムNHS−1型にて、ローター周速度85m/秒で3分間の機械的作用による造粒処理を行い、Si化合物粒子を内包した造粒黒鉛粒子(複合黒鉛粒子)を得た。得られたSi化合物粒子を内包した複合黒鉛粒子を、原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物前駆体としてコールタールを混合し、不活性ガス中で1000℃、1時間の熱処理を施した後、焼成物を解砕・分級処理することにより、複合黒鉛粒子と原料黒鉛より結晶性が低い炭素質とが複合化した複層構造黒鉛粒子を得た。焼成収率から、得られた複層構造黒鉛粒子において、複合黒鉛粒子と原料黒鉛より結晶性が低い炭素質物との質量比率(複合黒鉛粒子:非晶質炭素)は1:0.075であることが確認された。得られたサンプルのd50、SA、Tap、非水系二次電池の放電容量、初回効率を測定した。結果を表5に示す。
(Example 28)
Polycrystalline Si having an average particle diameter d50 of 1 μm was wet pulverized with LMZ10 (manufactured by Ashizawa Finetech) to an average particle diameter d50 of 0.2 μm to prepare Si slurry (I). 300 g of this Si slurry (I) (solid content 40%), 1500 g of NMP (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, special grade, flash point 86 ° C.), 1000 g of scaly natural graphite (average particle diameter d50: 13 μm) as raw material graphite, and paraffin System oil (liquid paraffin, manufactured by Wako Pure Chemical Industries, grade 1, flash point 238 ° C., boiling point> 300 ° C.) 150 g, and mixed with a mixing stirrer (manufactured by Dalton) at 40% NV by mass, A slurry (II) in which graphite was uniformly dispersed was obtained. The slurry (II) was dried at 150 ° C. under reduced pressure to remove NMP, and the obtained sample was pulverized and mixed at a rotation speed of 3000 rpm with a hammer mill (MF10 manufactured by IKA) to obtain Si fine particles and flaky natural graphite. Scale-like natural graphite to which 15 parts by mass of a granulating agent (paraffinic oil) was attached per 100 parts by mass was obtained. The obtained sample is granulated by mechanical action for 3 minutes at a rotor peripheral speed of 85 m / sec using a hybridization system NHS-1 manufactured by Nara Machinery Co., Ltd., and granulated graphite particles encapsulating Si compound particles (Composite graphite particles) were obtained. The composite graphite particles encapsulating the obtained Si compound particles are mixed with coal tar as a carbonaceous material precursor having lower crystallinity than the raw material graphite, subjected to heat treatment at 1000 ° C. for 1 hour in an inert gas, and then fired. By pulverizing and classifying the product, multilayer graphite particles in which composite graphite particles and carbonaceous material having lower crystallinity than raw graphite were combined were obtained. From the firing yield, in the obtained multilayer structure graphite particles, the mass ratio of the composite graphite particles and the carbonaceous material having lower crystallinity than the raw graphite (composite graphite particles: amorphous carbon) is 1: 0.075. It was confirmed. The sample obtained was measured for d50, SA, Tap, discharge capacity of the nonaqueous secondary battery, and initial efficiency. The results are shown in Table 5.
(比較例7)
実施例27で作成したスラリー(II)を乾燥してNMP量が0.1%未満になるように乾燥したものを用いた以外は実施例27と同様な方法で複合粒子を得た。得られたサン
プルのd50、SA、Tap、放電容量、初回効率を測定した。結果を表5に示す。
(Comparative Example 7)
Composite particles were obtained in the same manner as in Example 27 except that the slurry (II) prepared in Example 27 was dried and used so that the amount of NMP was less than 0.1%. The d50, SA, Tap, discharge capacity, and initial efficiency of the obtained sample were measured. The results are shown in Table 5.
実施例27及び28は比較例7と比較して、造粒球形化が促進されてd50やTap密度が増大し、放電容量及び初回効率が十分優れることが確認できた。 In Examples 27 and 28, as compared with Comparative Example 7, it was confirmed that granulation spheroidization was promoted, d50 and Tap density increased, and discharge capacity and initial efficiency were sufficiently excellent.
本発明の製造方法によれば、その工程数が少ない故、安定して効率的且つ安価に負極材を製造することができる。また、様々なタイプの粒子構造の非水系二次電池用負極材を、安定して製造できる。 According to the production method of the present invention, since the number of steps is small, the negative electrode material can be produced stably, efficiently and inexpensively. In addition, negative electrode materials for non-aqueous secondary batteries having various types of particle structures can be stably produced.
Claims (10)
前記造粒工程は、下記1)及び2)の条件を満足する造粒剤の存在下で行うことを特徴とする製造方法。
1)前記原料黒鉛を造粒する工程時に液体
2)造粒剤が有機溶剤を含まないか、有機溶剤を含む場合、有機溶剤の内、少なくとも1種は引火点を有さない、又は引火点を有するときには該引火点が5℃以上 A method for producing a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery comprising a granulation step of granulating raw material graphite by applying at least mechanical energy of impact, compression, friction, and shear force,
The said granulation process is performed in presence of the granulating agent which satisfies the conditions of following 1) and 2), The manufacturing method characterized by the above-mentioned.
1) Liquid at the time of granulating the raw material graphite 2) When the granulating agent does not contain an organic solvent or contains an organic solvent, at least one of the organic solvents has no flash point, or the flash point When it has a flash point of 5 ° C or higher
<黒鉛との接触角θの測定方法>
HOPG表面に1.2μlの造粒剤を滴下し、濡れ広がりが収束して滴下した造粒剤の一秒間の接触角θの変化率が3%以下となったときの接触角を、接触角測定装置(協和界面社製自動接触角計DM−501)にて測定する。ここで、25℃における粘度が500cP以下の造粒剤を用いる場合には25℃における値を、25℃における粘度が500cPより大きい造粒剤を用いる場合には、粘度が500cP以下となる温度まで加温した温度における値を、接触角θの測定値とする。 The manufacturing method according to claim 1, wherein the granulating agent has a contact angle θ of less than 90 ° with graphite measured by the following measuring method.
<Measuring method of contact angle θ with graphite>
When 1.2 μl of the granulating agent is dropped on the HOPG surface and the wetting spread converges and the dripping granulated agent has a contact angle θ change rate of 3% or less per second, the contact angle is defined as the contact angle. It measures with a measuring apparatus (Kyowa Interface Co., Ltd. automatic contact angle meter DM-501). Here, when using a granulating agent having a viscosity at 25 ° C. of 500 cP or less, the value at 25 ° C. is used, and when using a granulating agent having a viscosity at 25 ° C. of more than 500 cP, the viscosity reaches 500 cP or less. The value at the heated temperature is taken as the measured value of the contact angle θ.
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