JP2017084707A - Method for manufacturing carbonaceous material for nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Method for manufacturing carbonaceous material for nonaqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a carbonaceous material (i.e. carbonaceous material for a nonaqueous electrolyte secondary battery) used for a negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery (e.g. a lithium ion secondary battery), which shows good charge/discharge capacity and a low resistance, and has a satisfying resistance against the degradation owing to oxidation.SOLUTION: A method for manufacturing a carbonaceous material for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprises: a sintering step for sintering a carbon precursor or a mixture of the carbon precursor and a volatile organic material at 800-1400°C under an inert gas atmosphere to obtain a carbonaceous material; and a later pulverizing step and/or later classification step for regulating, by pulverization and/or classification, a specific surface area of the carbonaceous material, which is determined according to a nitrogen absorption BET three-point method within a range of 20-75 m/g.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池の負極に適した炭素質材料の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a carbonaceous material suitable for a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery represented by a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、携帯電話やノートパソコンのような小型携帯機器に広く用いられている。リチウムイオン二次電池の負極材としては、黒鉛の理論容量372mAh/gを超える量のリチウムのドープ(充電)および脱ドープ(放電)が可能な難黒鉛化性炭素が開発され(例えば特許文献1)、使用されてきた。   Lithium ion secondary batteries are widely used in small portable devices such as mobile phones and laptop computers. As a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, non-graphitizable carbon capable of doping (charging) and dedoping (discharging) lithium in an amount exceeding the theoretical capacity of 372 mAh / g of graphite has been developed (for example, Patent Document 1). ), Have been used.

難黒鉛化性炭素は、例えば石油ピッチ、石炭ピッチ、フェノール樹脂、植物を炭素源として得ることができる。これらの炭素源の中でも、植物は栽培することによって持続して安定的に供給可能な原料であり、安価に入手できるため注目されている。また、植物由来の炭素原料を焼成して得られる炭素質材料には、細孔が多く存在するため、良好な充放電容量が期待される(例えば特許文献1および特許文献2)。   The non-graphitizable carbon can be obtained using, for example, petroleum pitch, coal pitch, phenol resin, or plant as a carbon source. Among these carbon sources, plants are attracting attention because they are raw materials that can be continuously and stably supplied by cultivation and can be obtained at low cost. Moreover, since the carbonaceous material obtained by baking a plant-derived carbon raw material has many pores, a favorable charge / discharge capacity is expected (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

一方、近年、環境問題への関心の高まりから、リチウムイオン二次電池の車載用途での開発が進められ、実用化されつつある。   On the other hand, in recent years, due to increasing interest in environmental problems, development of lithium ion secondary batteries for in-vehicle applications has been promoted and is being put to practical use.

特開平9−161801号公報JP-A-9-161801 特開平10−21919号公報JP-A-10-21919

特に車載用途でのリチウムイオン二次電池に用いられる炭素質材料には、良好な充放電容量とともに、さらに酸化劣化に対する耐性が求められ、電池の出力特性をより発揮するために、低い抵抗が求められる。   In particular, carbonaceous materials used in lithium-ion secondary batteries for automotive applications are required to have good charge / discharge capacity as well as resistance to oxidative degradation, and low resistance is required in order to further demonstrate battery output characteristics. It is done.

従って、本発明の目的は、良好な充放電容量とともに、低い抵抗を示し、酸化劣化に対する良好な耐性を有する、非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)の負極に用いる炭素質材料(非水電解質二次電池用炭素質材料)の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a carbonaceous material used for a negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery) that exhibits a low resistance as well as a good charge / discharge capacity and has a good resistance to oxidative degradation. It is providing the manufacturing method of (carbonaceous material for nonaqueous electrolyte secondary batteries).

本発明者らは、以下に説明する本発明の製造方法により上記目的を達成できることを見出した。
すなわち、本発明は、以下の好適な態様を包含する。
[1]炭素前駆体または該炭素前駆体と揮発性有機物との混合物を800〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成して炭素質材料を得る焼成工程、および
粉砕および/または分級により、窒素吸着BET3点法により求めた前記炭素質材料の比表面積を20〜75m/gに調整する後粉砕工程および/または後分級工程
を含む、非水電解質二次電池用炭素質材料を製造する方法。
[2]粉砕および/または分級により、窒素吸着BET3点法により求めた前記炭素前駆体の比表面積を100〜800m/gに調整する前粉砕工程および/または前分級工程を含む、前記[1]に記載の方法。
[3]前記炭素前駆体は植物由来である、前記[1]または[2]に記載の方法。
[4]前記揮発性有機物は、常温で固体状態であり、残炭率が5質量%未満である、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の方法。
[5]前記炭素質材料は、広角X線回折法によるBragg式を用いて算出される(002)面の平均面間隔d002が0.36〜0.42nmの範囲にあり、窒素元素含量が0.5質量%以下、および酸素元素含量が2.5質量%以下であり、レーザー散乱法による平均粒子径が1〜4μmである、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の方法。
[6]前記炭素質材料は、カリウム元素含量が0.1質量%以下、および鉄元素含量が0.02質量%以下である、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の方法。
[7]前記炭素質材料は、ブタノール法により求めた真密度が1.4〜1.7g/cmである、前記[1]〜[6]のいずれかに記載の方法。
The present inventors have found that the above object can be achieved by the production method of the present invention described below.
That is, the present invention includes the following preferred embodiments.
[1] A carbon precursor or a mixture of the carbon precursor and a volatile organic substance is calcined in an inert gas atmosphere at 800 to 1400 ° C. to obtain a carbonaceous material, and nitrogen is obtained by grinding and / or classification. A method for producing a carbonaceous material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a post-grinding step and / or a post-classification step of adjusting the specific surface area of the carbonaceous material obtained by the adsorption BET three-point method to 20 to 75 m 2 / g .
[2] including a pre-grinding step and / or a pre-classification step of adjusting the specific surface area of the carbon precursor obtained by the nitrogen adsorption BET three-point method to 100 to 800 m 2 / g by pulverization and / or classification [1] ] Method.
[3] The method according to [1] or [2], wherein the carbon precursor is derived from a plant.
[4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the volatile organic substance is in a solid state at room temperature and has a residual carbon ratio of less than 5% by mass.
[5] The carbonaceous material has an average interplanar spacing d 002 of (002) plane calculated using the Bragg equation by wide-angle X-ray diffraction method in the range of 0.36 to 0.42 nm, and has a nitrogen element content. The method according to any one of [1] to [4], wherein the content is 0.5% by mass or less, the oxygen element content is 2.5% by mass or less, and the average particle diameter is 1 to 4 μm by a laser scattering method. .
[6] The method according to any one of [1] to [5], wherein the carbonaceous material has a potassium element content of 0.1% by mass or less and an iron element content of 0.02% by mass or less.
[7] The method according to any one of [1] to [6], wherein the carbonaceous material has a true density obtained by a butanol method of 1.4 to 1.7 g / cm 3 .

本発明の製造方法によって得られる炭素質材料によれば、これを用いる非水電解質二次電池は、良好な充放電容量とともに、酸化劣化に対する良好な耐性を有し、さらに低い抵抗を有する。   According to the carbonaceous material obtained by the production method of the present invention, a nonaqueous electrolyte secondary battery using the carbonaceous material has a good resistance to oxidative degradation, a low resistance as well as a good charge / discharge capacity.

以下は本発明の実施形態を例示する説明であって、本発明を以下の実施形態に制限する趣旨ではない。なお、本明細書において、常温とは25℃を指す。   The following is an explanation of an embodiment of the present invention, and is not intended to limit the present invention to the following embodiment. In addition, in this specification, normal temperature refers to 25 degreeC.

本発明の非水電解質二次電池用炭素質材料の製造方法は、以下の工程:
炭素前駆体または該炭素前駆体と揮発性有機物との混合物を800〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成して炭素質材料を得る焼成工程;および
粉砕および/または分級により、窒素吸着BET3点法により求めた前記炭素質材料の比表面積を20〜75m/gに調整する後粉砕工程および/または後分級工程
を含むものである。
The method for producing a carbonaceous material for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes the following steps:
A calcining step of obtaining a carbonaceous material by calcining a carbon precursor or a mixture of the carbon precursor and a volatile organic substance in an inert gas atmosphere at 800 to 1400 ° C .; and nitrogen adsorption BET 3 points by grinding and / or classification It includes a post-grinding step and / or a post-classification step of adjusting the specific surface area of the carbonaceous material obtained by the method to 20 to 75 m 2 / g.

また、本発明の炭素質材料の製造方法は、以下の工程:
粉砕および/または分級により、窒素吸着BET3点法により求めた前記炭素前駆体の比表面積を100〜800m/gに調整する前粉砕工程および/または前分級工程
を含んでもよい。
The method for producing a carbonaceous material of the present invention includes the following steps:
A pre-grinding step and / or a pre-classification step may be included in which the specific surface area of the carbon precursor determined by the nitrogen adsorption BET three-point method is adjusted to 100 to 800 m 2 / g by pulverization and / or classification.

炭素前駆体は、炭素質材料を製造する際に炭素成分を供給する炭素質材料の前駆体であり、植物由来の炭素材(以下、「植物由来のチャー」とも称する)を原料に用いて製造することができる。なお、チャーとは、一般的には、石炭を加熱した際に得られる溶融軟化しない炭素分に富む粉末状の固体を示すが、ここでは有機物を加熱して得られる溶融軟化しない炭素分に富む粉末状の固体も示す。炭素前駆体が植物由来であると、カーボンニュートラルの観点および入手が容易性であるという観点から、環境面および経済面で有利である。   A carbon precursor is a precursor of a carbonaceous material that supplies a carbon component when producing a carbonaceous material, and is produced using a plant-derived carbon material (hereinafter also referred to as “plant-derived char”) as a raw material. can do. In addition, char generally indicates a powder-like solid rich in carbon that is not melt-softened, which is obtained when coal is heated, but here it is rich in carbon that is not melt-softened obtained by heating organic matter. Also shown is a powdered solid. When the carbon precursor is derived from a plant, it is advantageous in terms of environment and economy from the viewpoint of carbon neutral and easy availability.

植物由来のチャーの原料となる植物(以下、「植物原料」とも称する)には、特に制限はない。例えば、椰子殻、珈琲豆、茶葉、サトウキビ、果実(例えば、みかん、バナナ)、藁、殻、広葉樹、針葉樹、竹を例示できる。この例示は、本来の用途に供した後の廃棄物(例えば、使用済みの茶葉)、あるいは植物原料の一部(例えば、バナナやみかんの皮)を包含する。これらの植物は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。これらの植物の中でも、大量入手が容易であり工業的に有利であるため、椰子殻が好ましい。   There are no particular restrictions on the plant (hereinafter also referred to as “plant material”) that is the raw material for char derived from plants. For example, coconut shells, coconut beans, tea leaves, sugar cane, fruits (for example, mandarin oranges, bananas), cocoons, shells, hardwoods, conifers, and bamboo can be exemplified. Examples of this include waste (for example, used tea leaves) after being used for the original use, or part of plant materials (for example, bananas and tangerine peels). These plants can be used alone or in combination of two or more. Among these plants, coconut shells are preferred because they are easily available in large quantities and industrially advantageous.

椰子殻としては、特に限定されるものではなく、例えばパームヤシ(アブラヤシ)、ココヤシ、サラク、オオミヤシの椰子殻を挙げることができる。これらの椰子殻は、単独または組み合わせて使用することができる。食品、洗剤原料、バイオディーゼル油原料等として利用され、大量に発生するバイオマス廃棄物である、ココヤシおよびパームヤシの椰子殻が特に好ましい。   The coconut shell is not particularly limited, and examples thereof include palm palm (oil palm), coconut palm, salak, and palm palm. These coconut shells can be used alone or in combination. Coconut palm and palm palm coconut shells, which are biomass wastes that are used as foods, detergent raw materials, biodiesel oil raw materials and the like and are generated in large quantities, are particularly preferred.

植物原料からチャーを製造する方法は特に限定されるものではないが、例えば植物原料を、300℃以上の不活性ガス雰囲気下で、熱処理(以下、「仮焼成」とも称する)することによって製造することができる。   The method for producing char from the plant raw material is not particularly limited. For example, the char is produced by heat-treating the plant raw material in an inert gas atmosphere at 300 ° C. or higher (hereinafter also referred to as “temporary firing”). be able to.

また、チャー(例えば、椰子殻チャー)の形態で入手することも可能である。   It can also be obtained in the form of char (eg, coconut shell char).

植物由来のチャーから製造された製造された炭素質材料は、多量の活物質をドープ可能であることから、非水電解質二次電池の負極材料として基本的には適している。しかし、植物由来のチャーには、植物に含まれていた金属元素が多く含有されている。例えば、椰子殻チャーでは、カリウム元素を0.3質量%程度、鉄元素を0.1質量%程度含んでいる。このような金属元素を多く含んだ炭素質材料を負極として用いると、非水電解質二次電池の電気化学的な特性や安全性に好ましくない影響を与えることがある。   Since the produced carbonaceous material produced from plant-derived char can be doped with a large amount of active material, it is basically suitable as a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. However, plant-derived char contains a large amount of metal elements contained in plants. For example, coconut shell char contains about 0.3% by mass of potassium element and about 0.1% by mass of iron element. If a carbonaceous material containing a large amount of such metal elements is used as the negative electrode, it may adversely affect the electrochemical characteristics and safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery.

また、植物由来のチャーは、カリウム以外のアルカリ金属(例えば、ナトリウム)、アルカリ土類金属(例えば、マグネシウム、カルシウム)、遷移金属(例えば、鉄、銅)およびその他の金属類も含んでいる。炭素質材料がこれらの金属類を含むと、非水電解質二次電池の負極からの脱ドープ時に不純物が電解液中に溶出し、電池性能に好ましくない影響を与え、安全性を害する可能性がある。   The plant-derived char also contains alkali metals other than potassium (for example, sodium), alkaline earth metals (for example, magnesium, calcium), transition metals (for example, iron, copper) and other metals. If the carbonaceous material contains these metals, impurities may elute into the electrolyte during dedoping from the negative electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery, which may adversely affect battery performance and harm safety. is there.

さらに、本発明者等の検討により、灰分により炭素質材料の細孔が閉塞され、電池の充放電容量に悪影響を及ぼすことがあると確認されている。   Furthermore, it has been confirmed by the inventors that the pores of the carbonaceous material are blocked by ash, which may adversely affect the charge / discharge capacity of the battery.

従って、本発明の製造方法は、炭素材、例えば植物由来のチャーを脱灰処理して炭素前駆体を得る脱灰工程を含んでもよい。植物由来のチャーに含まれているこのような灰分(アルカリ金属、アルカリ土類金属、遷移金属、およびその他の元素類)は、炭素質材料を得るための焼成工程の前に、脱灰処理によって灰分を減少させることができる。脱灰方法は特に制限されないが、例えば塩酸、硫酸等の鉱酸、酢酸、蟻酸等の有機酸等を含む酸性水を用いて金属分を抽出脱灰する方法(液相脱灰)、塩化水素などのハロゲン化合物を含有した高温の気相に暴露させて脱灰する方法(気相脱灰)を用いることができる。適用する脱灰方法を限定する趣旨ではないが、以下では、脱灰後に乾燥処理の必要が無い点で好ましい気相脱灰について説明する。なお、脱灰された植物由来のチャーを以下において「植物由来のチャー炭素前駆体」とも称する。   Therefore, the production method of the present invention may include a decalcification step of decalcifying a carbon material, for example, plant-derived char to obtain a carbon precursor. Such ash (alkali metal, alkaline earth metal, transition metal, and other elements) contained in plant-derived char is deashed prior to the firing step to obtain the carbonaceous material. Ash content can be reduced. The deashing method is not particularly limited. For example, a method (liquid phase deashing) in which a metal component is extracted and deashed using acid water containing a mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid, or an organic acid such as acetic acid or formic acid, hydrogen chloride A method of deashing by exposing to a high temperature gas phase containing a halogen compound such as (gas phase deashing) can be used. Although not intended to limit the deashing method to be applied, gas phase deashing that is preferable in that no drying process is required after deashing will be described below. The decalcified plant-derived char is hereinafter also referred to as “plant-derived char carbon precursor”.

気相脱灰としては、植物由来のチャーを、ハロゲン化合物を含む気相中で熱処理することが好ましい。ハロゲン化合物は特に制限されないが、例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、臭化ヨウ素、フッ化塩素(ClF)、塩化ヨウ素(ICl)、臭化ヨウ素(IBr)および塩化臭素(BrCl)等を挙げることができる。熱分解によりこれらのハロゲン化合物を発生する化合物、またはこれらの混合物を用いることもできる。使用するハロゲン化合物の安定性およびその供給安定性の観点から、好ましくは塩化水素である。   As the gas phase decalcification, it is preferable to heat-treat the plant-derived char in a gas phase containing a halogen compound. The halogen compound is not particularly limited. For example, fluorine, chlorine, bromine, iodine, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, hydrogen bromide, iodine bromide, chlorine fluoride (ClF), iodine chloride (ICl), iodine bromide ( IBr) and bromine chloride (BrCl). A compound that generates these halogen compounds by thermal decomposition, or a mixture thereof can also be used. From the viewpoint of the stability of the halogen compound used and its supply stability, hydrogen chloride is preferred.

気相脱灰は、ハロゲン化合物と不活性ガスとを混合して使用してもよい。不活性ガスは、植物由来のチャーを構成する炭素成分と反応しないガスであれば特に制限されない。例えば、窒素、ヘリウム、アルゴンおよびクリプトン、ならびにそれらの混合ガスを挙げることができる。供給安定性および経済性の観点から、好ましくは窒素である。   The vapor phase deashing may be used by mixing a halogen compound and an inert gas. The inert gas is not particularly limited as long as it is a gas that does not react with the carbon component constituting the plant-derived char. For example, nitrogen, helium, argon and krypton, and mixed gas thereof can be mentioned. From the viewpoint of supply stability and economy, nitrogen is preferred.

気相脱灰において、ハロゲン化合物と不活性ガスとの混合比は、十分な脱灰が達成できる限り、限定されるものではないが、例えば、安全性、経済性および炭素中への残留性の観点から、不活性ガスに対するハロゲン化合物の量は好ましくは0.01〜10体積%であり、より好ましくは0.05〜8体積%であり、さらに好ましくは0.1〜5体積%である。   In the gas phase deashing, the mixing ratio of the halogen compound and the inert gas is not limited as long as sufficient deashing can be achieved. For example, safety, economy, and persistence in carbon From the viewpoint, the amount of the halogen compound with respect to the inert gas is preferably 0.01 to 10% by volume, more preferably 0.05 to 8% by volume, and further preferably 0.1 to 5% by volume.

気相脱灰の温度は、脱灰の対象物である植物由来のチャーにより変えてよいが、所望の窒素元素含量および酸素元素含量を得る観点から、例えば500〜950℃、好ましくは600〜940℃、より好ましくは650〜940℃、さらに好ましくは850〜930℃で実施することができる。脱灰温度が上記下限値以上であると、脱灰効率が良好であり、十分な脱灰が可能である。脱灰温度が上記上限値以下であると、ハロゲン化合物による賦活を抑制することができる。   The temperature of the vapor phase demineralization may be changed depending on the plant-derived char which is the object of demineralization, but from the viewpoint of obtaining a desired nitrogen element content and oxygen element content, for example, 500 to 950 ° C., preferably 600 to 940. C., more preferably 650 to 940.degree. C., still more preferably 850 to 930.degree. When the deashing temperature is equal to or higher than the above lower limit, the deashing efficiency is good and sufficient deashing is possible. Activation by a halogen compound can be suppressed as a deashing temperature is below the said upper limit.

気相脱灰の時間は、特に制限されるものではないが、反応設備の経済効率および炭素分の構造保持性の観点から、例えば5〜300分であり、好ましくは10〜200分であり、より好ましくは20〜150分である。   The time for vapor phase decalcification is not particularly limited, but is, for example, 5 to 300 minutes, preferably 10 to 200 minutes, from the viewpoint of the economic efficiency of the reaction equipment and the structure retention of the carbon content, More preferably, it is 20 to 150 minutes.

本実施形態における気相脱灰は、植物由来のチャーに含まれているカリウムおよび鉄等を除去するものである。気相脱灰後に得られる炭素前駆体に含まれるカリウム元素含量は、脱ドープ容量を大きくする観点および非脱ドープ容量を小さくする観点から、0.1質量%以下が好ましく、0.05質量%以下がより好ましく、0.03質量%以下がさらに好ましい。気相脱灰後に得られる炭素前駆体に含まれる鉄元素含量は、脱ドープ容量を大きくする観点および非脱ドープ容量を小さくする観点から、0.02質量%以下が好ましく、0.015質量%以下がより好ましく、0.01質量%以下がさらに好ましい。炭素前駆体に含まれるカリウム元素や鉄元素の含量が多くなると、得られる炭素質材料を用いた非水電解質二次電池において、脱ドープ容量が小さくなることがある。また、非脱ドープ容量が大きくなることがある。さらに、これらの金属元素が電解液中に溶出し、再析出した際に短絡が生じ、非水電解質二次電池の安全性に大きな問題が生じることがある。気相脱灰後の植物由来のチャー炭素前駆体は、カリウム元素および鉄元素を、実質的に含有しないことが特に好ましい。カリウム元素および鉄元素の含量の測定の詳細は実施例に記載するとおりであり、蛍光X線分析装置(例えば(株)島津製作所製「LAB CENTER XRF−1700」)を用いることができる。なお、前記炭素前駆体に含まれるカリウム元素含量および鉄元素含量は、通常0質量%以上である。   The vapor phase decalcification in the present embodiment is to remove potassium and iron contained in plant-derived char. The potassium element content contained in the carbon precursor obtained after vapor phase deashing is preferably 0.1% by mass or less, from the viewpoint of increasing the dedoping capacity and decreasing the non-dedoping capacity, and 0.05% by mass. The following is more preferable, and 0.03% by mass or less is more preferable. The iron element content contained in the carbon precursor obtained after vapor phase deashing is preferably 0.02% by mass or less, from the viewpoint of increasing the dedoping capacity and from the viewpoint of decreasing the undoping capacity, and 0.015% by mass. The following is more preferable, and 0.01% by mass or less is more preferable. When the content of potassium element or iron element contained in the carbon precursor is increased, the dedoping capacity may be reduced in the nonaqueous electrolyte secondary battery using the obtained carbonaceous material. Also, the undedoped capacity may increase. Furthermore, a short circuit may occur when these metal elements are eluted and re-deposited in the electrolytic solution, which may cause a serious problem in the safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery. It is particularly preferred that the plant-derived char carbon precursor after vapor phase decalcification does not substantially contain potassium element and iron element. Details of the measurement of the content of potassium element and iron element are as described in Examples, and a fluorescent X-ray analyzer (for example, “LAB CENTER XRF-1700” manufactured by Shimadzu Corporation) can be used. In addition, the potassium element content and the iron element content contained in the carbon precursor are usually 0% by mass or more.

気相脱灰の対象となる植物由来のチャーの粒子径は、特に限定されるものではないが、粒子径が小さすぎる場合、除去されたカリウム等を含む気相と、植物由来のチャーとを分離することが困難になり得ることから、粒子径の平均値(D50)の下限は100μm以上が好ましく、300μm以上がより好ましく、500μm以上がさらに好ましい。また、粒子径の平均値の上限は、混合ガス気流中での流動性の観点から、10000μm以下が好ましく、8000μm以下がより好ましく、5000μm以下がさらに好ましい。ここで、粒子径の測定の詳細は実施例に記載する通りであり、例えばレーザー散乱法により、粒度分布測定器(例えば(株)島津製作所製「SALD−3000S」、日機装(株)製「マイクロトラックM T3000」)を用いることができる。   The particle diameter of the plant-derived char that is subject to vapor phase demineralization is not particularly limited. However, if the particle diameter is too small, the gas phase containing removed potassium and the like and the plant-derived char Since it may be difficult to separate, the lower limit of the average particle diameter (D50) is preferably 100 μm or more, more preferably 300 μm or more, and even more preferably 500 μm or more. In addition, the upper limit of the average value of the particle diameter is preferably 10,000 μm or less, more preferably 8000 μm or less, and even more preferably 5000 μm or less from the viewpoint of fluidity in a mixed gas stream. Here, the details of the measurement of the particle diameter are as described in the examples. For example, a particle size distribution measuring instrument (for example, “SALD-3000S” manufactured by Shimadzu Corporation, “Micro” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.) can be used. Track MT 3000 ") can be used.

気相脱灰に用いる装置は、植物由来のチャーとハロゲン化合物を含む気相とを混合しながら加熱できる装置であれば、特に限定されない。例えば、流動炉を用い、流動床等による連続式またはバッチ式の層内流通方式を用いることができる。気相の供給量(流動量)は特に限定されないが、混合ガス気流中での流動性の観点から、例えば植物由来のチャー1g当たり好ましくは1ml/分以上、より好ましくは5ml/分以上、さらに好ましくは10ml/分以上の気相を供給する。   The apparatus used for vapor phase demineralization is not particularly limited as long as it can be heated while mixing plant-derived char and a vapor phase containing a halogen compound. For example, using a fluidized furnace, a continuous type or a batch type in-bed flow method using a fluidized bed or the like can be used. The supply amount (flow rate) of the gas phase is not particularly limited, but from the viewpoint of fluidity in the mixed gas stream, for example, preferably 1 ml / min or more, more preferably 5 ml / min or more, per 1 g of plant-derived char. Preferably, a gas phase of 10 ml / min or more is supplied.

気相脱灰においては、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中での熱処理(以下において「ハロゲン熱処理」とも称する)の後に、さらにハロゲン化合物不存在下での熱処理(以下において「気相脱酸処理」とも称する)を行うことが好ましい。前記ハロゲン熱処理により、ハロゲンが植物由来のチャーに含まれるため、気相脱酸処理により植物由来のチャーに含まれているハロゲンを除去することが好ましい。具体的には、気相脱酸処理は、ハロゲン化合物を含まない不活性ガス雰囲気中で、例えば500℃〜940℃、好ましくは600〜940℃、より好ましくは650〜940℃、さらに好ましくは850〜930℃で熱処理することによって行うが、熱処理の温度は、最初の熱処理の温度と同じか、またはそれよりも高い温度で行うことが好ましい。例えば、前記ハロゲン熱処理後に、ハロゲン化合物の供給を遮断して熱処理を行うことにより、ハロゲンを除去することができる。また、気相脱酸処理の時間も特に限定されるものではないが、好ましくは5分〜300分であり、より好ましくは10分〜200分であり、さらに好ましくは10分〜100分である。   In vapor phase deashing, after heat treatment in an inert gas atmosphere containing a halogen compound (hereinafter also referred to as “halogen heat treatment”), further heat treatment in the absence of a halogen compound (hereinafter referred to as “gas phase deoxidation treatment”). It is preferable to carry out. Since halogen is contained in the plant-derived char by the halogen heat treatment, it is preferable to remove the halogen contained in the plant-derived char by gas phase deoxidation treatment. Specifically, the gas-phase deoxidation treatment is performed in an inert gas atmosphere not containing a halogen compound, for example, 500 ° C. to 940 ° C., preferably 600 to 940 ° C., more preferably 650 to 940 ° C., and further preferably 850. The heat treatment is performed at a temperature of ˜930 ° C. The heat treatment temperature is preferably the same as or higher than the temperature of the first heat treatment. For example, after the halogen heat treatment, the halogen can be removed by shutting off the supply of the halogen compound and performing the heat treatment. The time for the vapor phase deoxidation treatment is not particularly limited, but is preferably 5 minutes to 300 minutes, more preferably 10 minutes to 200 minutes, and further preferably 10 minutes to 100 minutes. .

炭素前駆体は、必要に応じて前粉砕工程および/または前分級工程を経て、平均粒子径が調整される。前粉砕工程および/または前分級工程は、脱灰工程の後に実施することが好ましい。   The average particle diameter of the carbon precursor is adjusted through a pre-grinding step and / or a pre-classification step as necessary. The pre-grinding step and / or the pre-classification step is preferably performed after the deashing step.

本実施形態において、前粉砕工程および/または前分級工程後の炭素前駆体の比表面積は、好ましくは100〜800m/gであり、より好ましくは200〜700m/gであり、例えば200〜600m/gである。上記範囲の比表面積を有する炭素前駆体が得られるように前粉砕工程および/または前分級工程を行うことが好ましい。比表面積が小さすぎると、後述する焼成工程を経ても、炭素質材料の微細孔を十分に低減することができないことがあり、炭素質材料の吸湿性が低下しにくくなることがある。炭素質材料に水分が存在すると、電解液の加水分解に伴う酸の発生や水の電気分解によるガスの発生が問題を引き起こすことがある。また、空気雰囲気下で炭素質材料の酸化が進み、電池性能が大きく変化することもある。比表面積が大きくなりすぎると、後述する焼成工程を経ても炭素質材料の比表面積が小さくならず、非水電解質二次電池のリチウムイオンの利用効率が低下することがある。炭素前駆体の比表面積は、気相脱灰の温度の制御によっても調整することが可能である。なお、本明細書において、比表面積はBET法(窒素吸着BET3点法)により定まる比表面積(BET比表面積)を意味する。具体的には後述する方法を用いて測定することができる。 In the present embodiment, the specific surface area before milling step and / or carbon precursor before and after classification step is preferably 100~800m 2 / g, more preferably 200-700 2 / g, for example 200 600 m 2 / g. It is preferable to perform the pre-grinding step and / or the pre-classification step so that a carbon precursor having a specific surface area in the above range is obtained. If the specific surface area is too small, the fine pores of the carbonaceous material may not be sufficiently reduced even after the firing step described later, and the hygroscopicity of the carbonaceous material may be difficult to decrease. When water is present in the carbonaceous material, the generation of acid accompanying the hydrolysis of the electrolyte and the generation of gas due to the electrolysis of water may cause problems. Further, the oxidation of the carbonaceous material proceeds under an air atmosphere, and the battery performance may change greatly. If the specific surface area becomes too large, the specific surface area of the carbonaceous material will not be reduced even after the firing step described later, and the utilization efficiency of lithium ions in the nonaqueous electrolyte secondary battery may be reduced. The specific surface area of the carbon precursor can also be adjusted by controlling the temperature of vapor phase demineralization. In the present specification, the specific surface area means a specific surface area (BET specific surface area) determined by a BET method (nitrogen adsorption BET three-point method). Specifically, it can measure using the method mentioned later.

前粉砕工程および/または前分級工程では、焼成工程の前に、炭素前駆体の平均粒子径(D50)が5〜800μmの範囲になるように炭素前駆体を粉砕および/または分級することが、焼成時の均一性の観点から好ましい。すなわち、本実施形態の炭素前駆体の平均粒子径(D50)を、例えば5〜800μmの範囲になるように調整する。上記範囲内の平均粒子径を有する炭素前駆体が得られるのであれば、前粉砕工程または前分級工程のみ行ってもよいし、前粉砕工程および前分級工程の両方を行ってもよい。平均粒子径が5μm以上であると、焼成時に微粉が焼成炉内に飛散しにくく、生成する炭素質材料の回収率に優れ、さらに装置負荷を抑えることができる。一方、平均粒子径が800μm以下であると、焼成時に粒子から発するガスの工程が長くなりにくく、炭素質材料の内部と外部の均一性が良好である。このような観点から、平均粒子径は800μm以下であることが好ましいが、より好ましくは700μm以下であり、さらに好ましくは600μm以下であり、特に好ましくは500μm以下であり、最も好ましくは400μm以下である。   In the pre-grinding step and / or the pre-classifying step, the carbon precursor is pulverized and / or classified so that the average particle size (D50) of the carbon precursor is in the range of 5 to 800 μm before the firing step. It is preferable from the viewpoint of uniformity during firing. That is, the average particle diameter (D50) of the carbon precursor of the present embodiment is adjusted to be in the range of, for example, 5 to 800 μm. If a carbon precursor having an average particle size within the above range is obtained, only the pre-grinding step or the pre-classification step may be performed, or both the pre-grinding step and the pre-classification step may be performed. When the average particle diameter is 5 μm or more, the fine powder is less likely to be scattered in the firing furnace at the time of firing, the recovery rate of the produced carbonaceous material is excellent, and the load on the apparatus can be further suppressed. On the other hand, when the average particle size is 800 μm or less, the process of gas emitted from the particles during firing is not likely to be long, and the uniformity of the inside and outside of the carbonaceous material is good. From such a viewpoint, the average particle diameter is preferably 800 μm or less, more preferably 700 μm or less, further preferably 600 μm or less, particularly preferably 500 μm or less, and most preferably 400 μm or less. .

前粉砕工程および/または前分級工程を行い、さらに後粉砕工程および/または後分級工程を行うことにより、前粉砕で粒度調整された粒子が供給されることで後粉砕性が安定し、所望の粒度分布の粒子の調整が容易になるだけでなく、粒度分布が安定化することによる回収率の向上が得られる。更に後分級により、より粒度分布を所望の分布に焼成することが容易になる。   By performing the pre-grinding step and / or the pre-classification step, and further performing the post-grinding step and / or the post-classification step, the particles whose particle size is adjusted by the pre-grinding are supplied, so that the post-grindability is stabilized, Not only the particle size distribution can be easily adjusted, but also the recovery rate can be improved by stabilizing the particle size distribution. Further, the post-classification facilitates firing the particle size distribution to a desired distribution.

前粉砕工程に用いる粉砕装置は特に限定されるものではなく、例えばジェットミル、ボールミル、ビーズミル、ハンマーミル、またはロッドミルなどを使用することができる。粉砕の効率から、ボールミル、ビーズミルのような粉砕メディア共存下に粉砕する方式が好ましく、設備的負荷の観点からは、ボールミルの使用が好ましい。   The crusher used for the pre-crushing process is not particularly limited, and for example, a jet mill, a ball mill, a bead mill, a hammer mill, or a rod mill can be used. From the viewpoint of grinding efficiency, a method of grinding in the presence of a grinding media such as a ball mill or a bead mill is preferred. From the viewpoint of equipment load, the use of a ball mill is preferred.

本発明の一実施態様において、前分級工程を前粉砕工程後に行うことができる。前粉砕工程後の前分級工程によって、炭素質材料の平均粒子径をより正確に調整することが可能となる。例えば、粒子径が800μm以上の粗大な粒子を除くことが可能となる。   In one embodiment of the present invention, the pre-classification step can be performed after the pre-grinding step. By the pre-classification step after the pre-grinding step, the average particle size of the carbonaceous material can be adjusted more accurately. For example, coarse particles having a particle diameter of 800 μm or more can be removed.

分級方法は、特に制限されないが、例えば篩を用いた分級、湿式分級および乾式分級を挙げることができる。湿式分級機としては、例えば重力分級、慣性分級、水力分級、遠心分級等の原理を利用した分級機を挙げることができる。乾式分級機としては、沈降分級、機械的分級、遠心分級等の原理を利用した分級機を挙げることができる。   The classification method is not particularly limited, and examples thereof include classification using a sieve, wet classification, and dry classification. As the wet classifier, for example, a classifier using principles such as gravity classification, inertia classification, hydraulic classification, centrifugal classification, and the like can be given. Examples of the dry classifier include a classifier using a principle such as sedimentation classification, mechanical classification, and centrifugal classification.

本発明の一実施態様において、本実施形態の炭素質材料の製造方法は、炭素前駆体または該炭素前駆体と揮発性有機物との混合物を800〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成して炭素質材料を得る工程(以下、「焼成工程」とも称する)を含む。上記焼成工程を含むことにより、得られる炭素質材料を用いた非水電解質二次電池は、良好な放電容量とともに、酸化劣化に対する良好な耐性を有する。なお、焼成工程は、脱灰工程後に実施するのが好ましく、脱灰工程、前粉砕工程および必要に応じて前分級工程の後に実施するのが好ましい。   In one embodiment of the present invention, the method for producing a carbonaceous material according to the present embodiment includes firing a carbon precursor or a mixture of the carbon precursor and a volatile organic substance in an inert gas atmosphere at 800 to 1400 ° C. Including a step of obtaining a carbonaceous material (hereinafter also referred to as a “firing step”). By including the firing step, the obtained nonaqueous electrolyte secondary battery using the carbonaceous material has a good resistance to oxidative degradation as well as a good discharge capacity. In addition, it is preferable to implement a baking process after a decalcification process, and it is preferable to implement after a deashing process, a pre-grinding process, and a pre-classification process as needed.

炭素前駆体または該炭素前駆体と揮発性有機物との混合物を焼成することによって、本実施形態の炭素質材料が得られる。炭素前駆体と揮発性有機物とを混合して焼成することにより、得られる炭素質材料の比表面積を低減させることができ、非水電解質二次電池用の負極材料として好適な比表面積とすることができる。さらに、炭素質材料への二酸化炭素の吸着量を調整することができる。   The carbonaceous material of the present embodiment is obtained by firing the carbon precursor or a mixture of the carbon precursor and a volatile organic substance. By mixing and firing a carbon precursor and a volatile organic substance, the specific surface area of the obtained carbonaceous material can be reduced, and the specific surface area suitable for a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery is set. Can do. Furthermore, the amount of carbon dioxide adsorbed on the carbonaceous material can be adjusted.

炭素前駆体と揮発性有機物とを混合して焼成することによって炭素質材料の比表面積が低減される機構は、詳細には解明されていないが、以下のように考えることができる。しかしながら、本発明は、以下の説明によって限定されるものではない。植物由来のチャー炭素前駆体と、揮発性有機物とを混合して焼成することで、植物由来のチャー炭素前駆体の表面に、揮発性有機物の熱処理により得られる炭素質被膜が形成されると考えられる。この炭素質被膜により、植物由来のチャー炭素前駆体から生成する炭素質材料の比表面積が減少し、その炭素質材料とリチウムとの反応によるSEI(Solid Electrolyte Interphase)と呼ばれる被膜の形成反応が抑制されるので、不可逆容量を低減させることが期待できる。また、生成した炭素質被膜もリチウムをドープおよび脱ドープすることができるため、容量が増加する効果も期待できる。   The mechanism by which the specific surface area of the carbonaceous material is reduced by mixing and firing the carbon precursor and the volatile organic substance has not been elucidated in detail, but can be considered as follows. However, the present invention is not limited by the following description. It is thought that a carbonaceous film obtained by heat treatment of volatile organic substances is formed on the surface of plant-derived char carbon precursors by mixing and firing plant-derived char carbon precursors and volatile organic substances. It is done. This carbonaceous coating reduces the specific surface area of the carbonaceous material produced from plant-derived char carbon precursors and suppresses the formation reaction of a coating called SEI (Solid Electrolyte Interphase) due to the reaction between the carbonaceous material and lithium. Therefore, it can be expected to reduce the irreversible capacity. Moreover, since the produced carbonaceous film can also dope and dedope lithium, the effect of increasing the capacity can be expected.

揮発性有機物としては、例えば熱可塑性樹脂および低分子有機化合物が挙げられる。具体的には、熱可塑性樹脂としては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(メタ)アクリル酸、およびポリ(メタ)アクリル酸エステル等を挙げることができる。なお、この明細書において、(メタ)アクリルとは、アクリルとメタクリルの総称である。低分子有機化合物としては、トルエン、キシレン、メシチレン、スチレン、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、およびピレン等を挙げることができる。焼成温度下で揮発し、熱分解した場合に炭素前駆体の表面を酸化賦活しないものが好ましいことから、熱可塑性樹脂としてはポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましい。低分子有機化合物としては、さらに安全上の観点から常温下において揮発性が小さいことが好ましく、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、ピレン等が好ましい。   Examples of volatile organic materials include thermoplastic resins and low molecular organic compounds. Specifically, examples of the thermoplastic resin include polystyrene, polyethylene, polypropylene, poly (meth) acrylic acid, poly (meth) acrylic acid ester, and the like. In this specification, (meth) acryl is a generic term for acrylic and methacrylic. Examples of the low molecular organic compound include toluene, xylene, mesitylene, styrene, naphthalene, phenanthrene, anthracene, and pyrene. Since those which do not oxidize and activate the surface of the carbon precursor when volatilized at the firing temperature and thermally decomposed are preferable, polystyrene, polyethylene and polypropylene are preferable as the thermoplastic resin. The low molecular weight organic compound preferably has low volatility at room temperature from the viewpoint of safety, and naphthalene, phenanthrene, anthracene, pyrene and the like are preferable.

本発明の一態様において、熱可塑性樹脂として、オレフィン系樹脂、スチレン系樹脂、および(メタ)アクリル酸系樹脂を挙げることができる。オレフィン系樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとプロピレンのランダム共重合体、エチレンとプロピレンのブロック共重合体等を挙げることができる。スチレン系樹脂としては、ポリスチレン、ポリ(α−メチルスチレン)、スチレンと(メタ)アクリル酸アルキルエステル(アルキル基の炭素数は1〜12、好ましくは1〜6)との共重合体等を挙げることができる。(メタ)アクリル酸系樹脂としては、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、および(メタ)アクリル酸アルキルエステル重合体(アルキル基の炭素数は1〜12、好ましくは1〜6)等を挙げることができる。   In one embodiment of the present invention, examples of the thermoplastic resin include olefin-based resins, styrene-based resins, and (meth) acrylic acid-based resins. Examples of the olefin resin include polyethylene, polypropylene, a random copolymer of ethylene and propylene, and a block copolymer of ethylene and propylene. Examples of the styrenic resin include polystyrene, poly (α-methylstyrene), a copolymer of styrene and (meth) acrylic acid alkyl ester (the alkyl group has 1 to 12, preferably 1 to 6 carbon atoms). be able to. Examples of the (meth) acrylic resin include polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and (meth) acrylic acid alkyl ester polymers (the alkyl group has 1 to 12 carbon atoms, preferably 1 to 6 carbon atoms). it can.

本発明の一態様において、低分子有機化合物として、例えば炭素数が1〜20の炭化水素化合物を用いることができる。炭化水素化合物の炭素数は、好ましくは2〜18、より好ましくは3〜16である。炭化水素化合物は、飽和炭化水素化合物または不飽和炭化水素化合物でもよく、鎖状の炭化水素化合物でも、環式の炭化水素化合物でもよい。不飽和炭化水素化合物の場合、不飽和結合は二重結合でも三重結合でもよく、1分子に含まれる不飽和結合の数も特に限定されるものではない。例えば、鎖状の炭化水素化合物は、脂肪族炭化水素化合物であり、直鎖状または分枝状のアルカン、アルケン、またはアルキンを挙げることができる。環式の炭化水素化合物としては、脂環式炭化水素化合物(例えば、シクロアルカン、シクロアルケン、シクロアルキン)または芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。具体的には、脂肪族炭化水素化合物としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセンおよびアセチレン等を挙げることができる。脂環式炭化水素化合物としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロプロパン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、デカリン、ノルボルネン、メチルシクロヘキサン、およびノルボルナジエン等を挙げることができる。さらに、芳香族炭化水素化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、クメン、ブチルベンゼン、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルキシレン、p−tert−ブチルスチレン、エチルスチレン等の単環芳香族化合物、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、ピレン等の3環〜6環の縮合多環芳香族化合物を挙げることができるが、好ましくは縮合多環芳香族化合物、より好ましくはナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンである。ここで、前記炭化水素化合物は、任意の置換基を有していてよい。置換基は特に限定されるものではないが、例えば炭素数1〜4のアルキル基(好ましくは炭素数1〜2のアルキル基)、炭素数2〜4のアルケニル基(好ましくは炭素数2のアルケニル基)、炭素数3〜8のシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜6のシクロアルキル基)を挙げることができる。   In one embodiment of the present invention, for example, a hydrocarbon compound having 1 to 20 carbon atoms can be used as the low molecular organic compound. Carbon number of a hydrocarbon compound becomes like this. Preferably it is 2-18, More preferably, it is 3-16. The hydrocarbon compound may be a saturated hydrocarbon compound or an unsaturated hydrocarbon compound, and may be a chain hydrocarbon compound or a cyclic hydrocarbon compound. In the case of an unsaturated hydrocarbon compound, the unsaturated bond may be a double bond or a triple bond, and the number of unsaturated bonds contained in one molecule is not particularly limited. For example, the chain hydrocarbon compound is an aliphatic hydrocarbon compound, and can include a linear or branched alkane, alkene, or alkyne. Examples of the cyclic hydrocarbon compound include alicyclic hydrocarbon compounds (for example, cycloalkane, cycloalkene, cycloalkyne) and aromatic hydrocarbon compounds. Specifically, examples of the aliphatic hydrocarbon compound include methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, octane, nonane, decane, ethylene, propylene, butene, pentene, hexene and acetylene. Examples of the alicyclic hydrocarbon compound include cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, cyclopropane, cyclopentene, cyclohexene, cycloheptene, cyclooctene, decalin, norbornene, methylcyclohexane, and norbornadiene. Further, aromatic hydrocarbon compounds include benzene, toluene, xylene, mesitylene, cumene, butylbenzene, styrene, α-methylstyrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, vinylxylene, p- Examples thereof include monocyclic aromatic compounds such as tert-butylstyrene and ethylstyrene, and condensed polycyclic aromatic compounds having 3 to 6 rings such as naphthalene, phenanthrene, anthracene and pyrene, preferably condensed polycyclic aromatic compounds. A compound, more preferably naphthalene, phenanthrene, anthracene or pyrene. Here, the hydrocarbon compound may have an arbitrary substituent. The substituent is not particularly limited, and for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (preferably an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms) or an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms (preferably alkenyl having 2 carbon atoms). Group) and a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms (preferably a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms).

揮発性有機物は、混合の容易さおよび均一分散の観点から、常温で固体状態であることが好ましく、例えばポリスチレン、ポリエチレンまたはポリプロピレン等の常温で固体の熱可塑性樹脂、または、ナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレン等の常温で固体の低分子有機化合物がより好ましい。揮発し、焼成温度下に熱分解した場合に、植物由来のチャー炭素前駆体の表面を酸化賦活しないものが好ましいことから、熱可塑性樹脂としては、オレフィン系樹脂およびスチレン系樹脂が好ましく、ポリスチレン、ポリエチレンおよびポリプロピレンがより好ましい。低分子有機化合物としては、さらに常温下に揮発性が小さいことが安全上好ましいことから、炭素数1〜20の炭化水素化合物が好ましく、縮合多環芳香族化合物がより好ましく、ナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンがさらに好ましい。さらに、炭素前駆体との混合し易さの観点から、熱可塑性樹脂が好ましく、オレフィン系樹脂およびスチレン系樹脂がより好ましく、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレンがさらに好ましく、ポリスチレン、ポリエチレンが特に好ましい。   The volatile organic material is preferably in a solid state at room temperature from the viewpoint of easy mixing and uniform dispersion, for example, a thermoplastic resin that is solid at room temperature such as polystyrene, polyethylene, or polypropylene, or naphthalene, phenanthrene, anthracene, or A low molecular organic compound that is solid at room temperature, such as pyrene, is more preferable. Since those which volatilize and do not oxidize the surface of the plant-derived char carbon precursor when pyrolyzed at the firing temperature are preferred, the thermoplastic resin is preferably an olefin resin and a styrene resin, polystyrene, More preferred are polyethylene and polypropylene. The low molecular weight organic compound is preferably a hydrocarbon compound having 1 to 20 carbon atoms, more preferably a condensed polycyclic aromatic compound, and more preferably naphthalene, phenanthrene, and anthracene, because it is preferable from the viewpoint of safety that the volatility is low at room temperature. Or pyrene is more preferable. Furthermore, from the viewpoint of easy mixing with the carbon precursor, a thermoplastic resin is preferable, an olefin resin and a styrene resin are more preferable, polystyrene, polyethylene, and polypropylene are further preferable, and polystyrene and polyethylene are particularly preferable.

揮発性有機物は、焼成機器の安定稼働の観点から、残炭率が好ましくは5質量%未満、より好ましくは3質量%未満である有機物である。本発明における残炭率は、好ましくは、800℃で灰化した場合の残炭率である。揮発性有機物は、植物由来のチャーから製造される炭素前駆体の比表面積を低減させることのできる揮発物質(例えば、炭化水素系ガスやタール成分)を発生させるものが好ましい。また、焼成後生成する炭素質材料の性状を維持する観点から、残炭率は5質量%未満が好ましい。残炭率が5%未満であると局所的に性状の異なる炭素質材料が生成しにくい。   The volatile organic substance is an organic substance having a residual carbon ratio of preferably less than 5% by mass, more preferably less than 3% by mass, from the viewpoint of stable operation of the baking equipment. The residual coal rate in the present invention is preferably the residual coal rate when ashing at 800 ° C. The volatile organic substance is preferably one that generates a volatile substance (for example, hydrocarbon gas or tar component) that can reduce the specific surface area of the carbon precursor produced from plant-derived char. Further, from the viewpoint of maintaining the properties of the carbonaceous material produced after firing, the residual carbon ratio is preferably less than 5% by mass. When the residual carbon ratio is less than 5%, it is difficult to produce carbonaceous materials having locally different properties.

残炭率は、試料を不活性ガス中で強熱した後の強熱残分の炭素量を定量することにより測定することができる。強熱とは、揮発性有機物およそ1g(この正確な質量をW(g)とする)を坩堝に入れ、1分間に20リットルの窒素を流しながら坩堝を電気炉にて、10℃/分の昇温速度で常温から800℃まで昇温、その後800℃で1時間強熱する。このときの残存物を強熱残分とし、その質量をW(g)とする。 The residual carbon ratio can be measured by quantifying the carbon content of the ignition residue after the sample is ignited in an inert gas. Intense heat means that about 1 g of volatile organic substances (this exact mass is W 1 (g)) is placed in a crucible and 20 liters of nitrogen is allowed to flow for 1 minute while the crucible is placed in an electric furnace at 10 ° C./min. The temperature is raised from room temperature to 800 ° C. at a rate of temperature rise of 1, and then ignited at 800 ° C. for 1 hour. Let the residue at this time be an ignition residue, and let the mass be W 2 (g).

次いで上記強熱残分について、JIS M8819に定められた方法に準拠して元素分析を行い、炭素の質量割合P(%)を測定する。残炭率P(質量%)は以下の式(I)により算出することができる。 Next, the ignition residue is subjected to elemental analysis in accordance with the method defined in JIS M8819, and the carbon mass ratio P 1 (%) is measured. The residual carbon ratio P 2 (mass%) can be calculated by the following formula (I).

Figure 2017084707
Figure 2017084707

炭素前駆体と揮発性有機物とを混合する場合、混合物における炭素前駆体と揮発性有機物との質量比は、特に限定されるものではないが、好ましくは炭素前駆体と揮発性有機物との質量比が97:3〜40:60である。炭素前駆体と揮発性有機物との質量比は、より好ましくは95:5〜60:40、さらに好ましくは93:7〜80:20である。例えば、揮発性有機物が3質量部以上であると比表面積を十分に低減させることができる。また、揮発性有機物が60質量部以下であると、比表面積の低減効果を飽和させず、揮発性有機物を過剰に消費し難いため、工業的に有利である。   When the carbon precursor and the volatile organic substance are mixed, the mass ratio of the carbon precursor and the volatile organic substance in the mixture is not particularly limited, but preferably the mass ratio of the carbon precursor and the volatile organic substance. Is 97: 3 to 40:60. The mass ratio of the carbon precursor and the volatile organic substance is more preferably 95: 5 to 60:40, and still more preferably 93: 7 to 80:20. For example, when the volatile organic substance is 3 parts by mass or more, the specific surface area can be sufficiently reduced. Further, when the volatile organic substance is 60 parts by mass or less, the effect of reducing the specific surface area is not saturated and it is difficult to consume the volatile organic substance excessively, which is industrially advantageous.

炭素前駆体と常温で液体または固体の揮発性有機物との混合は、前粉砕工程の前または前粉砕工程の後のいずれの段階で行ってもよい。   Mixing of the carbon precursor and the volatile organic substance that is liquid or solid at room temperature may be performed at any stage before the pre-grinding process or after the pre-grinding process.

前粉砕工程の前に炭素前駆体を揮発性有機物と混合する場合には、炭素前駆体と常温で液体または固体の揮発性有機物とを計量しながら、粉砕装置に同時に供給することにより粉砕と混合とを同時に行うことができる。また、常温で気体である揮発性有機物を用いる場合、気体の揮発性有機物を含む非酸化性ガスを、植物由来のチャー炭素前駆体を含む熱処理装置内に流通させて熱分解させて、植物由来のチャー炭素前駆体と混合させる方法を用いることができる。   When mixing the carbon precursor with the volatile organic substance before the pre-grinding step, the carbon precursor and the liquid or solid volatile organic substance at room temperature are weighed and mixed simultaneously by supplying to the grinding device. Can be performed simultaneously. In addition, when using volatile organic substances that are gases at normal temperature, non-oxidizing gas containing gaseous volatile organic substances is circulated in a heat treatment apparatus containing char-carbon precursors derived from plants and thermally decomposed, and then derived from plants. It is possible to use a method of mixing with the char carbon precursor.

前粉砕工程の後に混合する場合には、混合方法は両者が均一に混合される手法であれば、公知の混合方法を用いることができる。揮発性有機物が常温で固体の場合は、粒子の形状で混合されることが好ましいが、粒子の形や粒子径は特に限定されない。揮発性有機物を粉砕された炭素前駆体に均一に分散させる観点からは、揮発性有機物の平均粒子径は好ましくは0.1〜2000μm、より好ましくは1〜1000μm、さらに好ましくは2〜600μmである。   In the case of mixing after the pre-grinding step, a known mixing method can be used as long as the mixing method is a method in which both are uniformly mixed. When the volatile organic substance is solid at room temperature, it is preferably mixed in the form of particles, but the shape and particle diameter of the particles are not particularly limited. From the viewpoint of uniformly dispersing the volatile organic substance in the pulverized carbon precursor, the average particle size of the volatile organic substance is preferably 0.1 to 2000 μm, more preferably 1 to 1000 μm, and still more preferably 2 to 600 μm. .

上述した炭素前駆体または混合物は、炭素前駆体および揮発性有機物以外の他の成分を含んでいてもよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、金属系材料、合金系材料、または酸化物系材料を含むことができる。他の成分の含量は、特に限定されるものではないが、好ましくは、炭素前駆体または該炭素前駆体と揮発性有機物との混合物100質量部に対して、50質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下であり、さらに好ましくは20質量部以下であり、最も好ましくは10質量部以下である。   The carbon precursor or mixture described above may contain other components other than the carbon precursor and the volatile organic substance. For example, natural graphite, artificial graphite, metal-based material, alloy-based material, or oxide-based material can be included. The content of the other components is not particularly limited, but is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 100 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the carbon precursor or the mixture of the carbon precursor and the volatile organic substance. Is 30 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or less, and most preferably 10 parts by mass or less.

本実施形態の製造方法における焼成工程においては、好ましくは炭素前駆体または該炭素前駆体と揮発性有機物との混合物を800〜1400℃で焼成する。   In the firing step in the production method of the present embodiment, the carbon precursor or a mixture of the carbon precursor and volatile organic material is preferably fired at 800 to 1400 ° C.

焼成工程は、
(a)粉砕された炭素前駆体または混合物を、800〜1400℃で焼成し、本焼成を行う焼成工程、を具備していてもよく、
(b)粉砕された炭素前駆体または混合物を、350℃以上800℃未満で予備焼成し、その後800〜1400℃で本焼成を行う焼成工程、を具備していてもよい。
The firing process
(A) The pulverized carbon precursor or mixture may be baked at 800 to 1400 ° C. to perform a main baking,
(B) The pulverized carbon precursor or mixture may be pre-baked at 350 ° C. or higher and lower than 800 ° C., and then subjected to main baking at 800 to 1400 ° C.

焼成工程(a)を実施する場合、本焼成の工程で炭素前駆体へのタール成分および炭化水素系ガスの被覆が起こると考えられる。焼成工程(b)を実施する場合には、予備焼成の工程で炭素前駆体へのタール成分および炭化水素系ガスの被覆が起こると考えられる。   When the firing step (a) is performed, it is considered that the carbon precursor is covered with the tar component and the hydrocarbon-based gas in the main firing step. In the case of carrying out the firing step (b), it is considered that the carbon precursor is coated with the tar component and hydrocarbon gas in the preliminary firing step.

以下に、本発明の一実施態様として、予備焼成および本焼成の手順の一例を説明するが、本発明はこれに制限されるものではない。   Hereinafter, as an embodiment of the present invention, an example of the pre-baking and main baking procedures will be described, but the present invention is not limited thereto.

(予備焼成)
本実施形態における予備焼成工程は、例えば粉砕された炭素前駆体または混合物を350℃以上800℃未満で焼成することによって行うことができる。予備焼成工程によって、揮発分(例えばCO、CO、CH、H等)とタール成分とを除去できる。予備焼成工程後に実施する本焼成工程における揮発分やタール成分の発生を軽減でき、焼成機器の負担を軽減することができる。
(Preliminary firing)
The preliminary firing step in the present embodiment can be performed, for example, by firing the pulverized carbon precursor or mixture at 350 ° C. or more and less than 800 ° C. Volatile components (for example, CO 2 , CO, CH 4 , H 2, etc.) and tar components can be removed by the preliminary firing step. Generation | occurrence | production of the volatile matter and the tar component in the main baking process implemented after a preliminary baking process can be reduced, and the burden of a baking apparatus can be reduced.

予備焼成工程は、350℃以上で実施することが好ましく、400℃以上で実施することがより好ましい。予備焼成工程は、通常の予備焼成の手順に従って実施することができる。具体的には、予備焼成は、不活性ガス雰囲気中で行うことができる。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等を挙げることができる。また、予備焼成は、減圧下で実施してもよく、例えば、10kPa以下で行うことができる。予備焼成の時間も特に限定されるものではないが、例えば0.5〜10時間の範囲で実施することができ、1〜5時間がより好ましい。   The pre-baking step is preferably performed at 350 ° C. or higher, more preferably 400 ° C. or higher. The pre-baking step can be performed according to a normal pre-baking procedure. Specifically, the pre-baking can be performed in an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen and argon. Further, the pre-baking may be performed under reduced pressure, for example, 10 kPa or less. The pre-baking time is not particularly limited, but can be carried out in the range of 0.5 to 10 hours, for example, and more preferably 1 to 5 hours.

(本焼成)
本焼成工程は、通常の本焼成の手順に従って行うことができる。本焼成を行うことにより、本発明における炭素質材料を得ることができる。
(Main firing)
The main baking step can be performed according to a normal main baking procedure. By performing the main baking, the carbonaceous material in the present invention can be obtained.

具体的な本焼成工程の温度は、800〜1400℃であり、好ましくは1000〜1350℃であり、より好ましくは1100〜1300℃である。本焼成は、不活性ガス雰囲気下で実施する。不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等を挙げることができ、ハロゲンガスを含有する不活性ガス中で本焼成を行うことも可能である。また、本焼成工程は、減圧下で行うこともでき、例えば、10kPa以下で実施することも可能である。本焼成工程を実施する時間は特に限定されるものではないが、例えば0.05〜10時間で行うことができ、0.05〜8時間が好ましく、0.05〜6時間がより好ましい。   The specific temperature of the main firing step is 800 to 1400 ° C, preferably 1000 to 1350 ° C, and more preferably 1100 to 1300 ° C. The main firing is performed in an inert gas atmosphere. Examples of the inert gas include nitrogen, argon, and the like, and the main calcination can be performed in an inert gas containing a halogen gas. Moreover, this baking process can also be performed under reduced pressure, for example, it is also possible to implement at 10 kPa or less. Although the time which implements this baking process is not specifically limited, For example, it can carry out in 0.05 to 10 hours, 0.05 to 8 hours are preferable and 0.05 to 6 hours are more preferable.

次に、粉砕および/または分級により、上記焼成工程により得られた焼成物(炭素質材料)の比表面積を20〜75m/gに調整する後粉砕工程および/または後分級工程を行う。焼成物(炭素質材料)は、前記焼成工程の後に、後粉砕工程および/または後分級工程により、平均粒子径を調整することができる。本発明において、焼成工程の後に後粉砕工程および/または後分級工程を行うことは、焼成時に微粉が飛散しないなど工程管理の観点より好ましく、また得られる炭素質材料を非水電解質二次電池に使用する場合において、本発明の製造方法が焼成工程後に後粉砕工程および/または後分級工程を含むことにより、得られる炭素質材料の電解液に接触する有効表面積が向上し、低い抵抗をもたらすことができる。 Next, a post-grinding step and / or a post-classification step of adjusting the specific surface area of the fired product (carbonaceous material) obtained by the above firing step to 20 to 75 m 2 / g by pulverization and / or classification. The average particle diameter of the fired product (carbonaceous material) can be adjusted by a post-grinding step and / or a post-classification step after the firing step. In the present invention, it is preferable to perform a post-grinding step and / or a post-classification step after the firing step from the viewpoint of process control such that fine powder does not scatter during firing, and the obtained carbonaceous material is used as a non-aqueous electrolyte secondary battery. When used, the production method of the present invention includes a post-grinding step and / or a post-classification step after the firing step, so that the effective surface area in contact with the electrolytic solution of the obtained carbonaceous material is improved and low resistance is brought about. Can do.

本発明により得られる炭素質材料の比表面積は、20m/g〜75m/gであり、好ましくは22m/g〜73m/g、より好ましくは24m/g〜71m/g、さらに好ましくは26m/g〜70m/g、例えば26m/g〜60m/g、さらに26m/g〜50m/gである。上記範囲の比表面積を有する炭素前駆体が得られるように後粉砕工程および/または後分級工程を行うことが好ましい。小さすぎる比表面積では、炭素質材料へのリチウムイオンの吸着量が少なくなり、非水電解質二次電池の充電容量が少なくなることがある。高すぎる比表面積では、リチウムイオンが炭素質材料の表面で反応して消費されるので、リチウムイオンの利用効率が低くなる。 The specific surface area of the carbonaceous material obtained by the present invention is 20m 2 / g~75m 2 / g, preferably 22m 2 / g~73m 2 / g, more preferably 24m 2 / g~71m 2 / g, more preferably 26m 2 / g~70m 2 / g, for example 26m 2 / g~60m 2 / g, further 26m 2 / g~50m 2 / g. It is preferable to perform a post-pulverization step and / or a post-classification step so that a carbon precursor having a specific surface area in the above range is obtained. When the specific surface area is too small, the amount of lithium ions adsorbed on the carbonaceous material is decreased, and the charge capacity of the nonaqueous electrolyte secondary battery may be decreased. When the specific surface area is too high, lithium ions react and are consumed on the surface of the carbonaceous material, so that the utilization efficiency of lithium ions is lowered.

比表面積を上記範囲に調整する他の方法は何ら限定されないが、例えば、炭素質材料を与える炭素前駆体の焼成温度や焼成時間を調整する方法を用いることができる。すなわち、焼成温度を高くしたり、焼成時間を長くすると比表面積は小さくなる傾向があるので、上記の範囲の比表面積が得られるように、焼成温度や焼成時間を調整すればよい。また、揮発性有機物と混合して焼成する方法を用いてもよい。上記に述べたように、炭素前駆体と揮発性有機物とを混合して焼成することで、炭素前駆体の表面には、揮発性有機物の熱処理により得られる炭素質被膜が形成されると考えられる。そして、この炭素質被膜により、炭素前駆体から得た炭素質材料の比表面積が減少すると考えられる。そのため、混合する揮発性有機物の量を調整することで、炭素質材料の比表面積の上記の範囲に調整することができる。   Other methods for adjusting the specific surface area to the above range are not limited at all, but, for example, a method of adjusting the firing temperature and firing time of the carbon precursor that gives the carbonaceous material can be used. That is, if the firing temperature is increased or the firing time is increased, the specific surface area tends to decrease. Therefore, the firing temperature and the firing time may be adjusted so that the specific surface area in the above range can be obtained. Moreover, you may use the method of mixing and baking with a volatile organic substance. As described above, it is considered that a carbonaceous film obtained by heat treatment of a volatile organic substance is formed on the surface of the carbon precursor by mixing and firing the carbon precursor and the volatile organic substance. . And it is thought by this carbonaceous film that the specific surface area of the carbonaceous material obtained from the carbon precursor reduces. Therefore, it can adjust to said range of the specific surface area of a carbonaceous material by adjusting the quantity of the volatile organic substance to mix.

本発明により得られる炭素質材料の比表面積は、電極作製時の塗工性の観点から、好ましくは1〜4μmの範囲である。すなわち、本実施形態の炭素質材料の平均粒子径(D50)を、例えば1〜4μmの範囲になるように調整する。上記範囲内の平均粒子径を有する炭素質材料が得られるのであれば、後粉砕工程または後分級工程のみ行ってもよいし、後粉砕工程および後分級工程の両方を行ってもよい。平均粒子径が1μm未満であると、微粉が増加し比表面積が増加し、電解液との反応性が高くなり充電しても放電しない容量である不可逆容量が増加し、正極の容量が無駄になる割合が増加する場合がある。また、得られた炭素質材料を用いて負極を製造すると、炭素質材料の間に形成される空隙が小さくなり、電解液中のリチウムイオンの移動が抑制される場合がある。本発明により得られる炭素質材料の平均粒子径(D50)は、好ましくは1μm以上、より好ましくは1.5μm以上、さらに好ましくは1.7μm以上である。一方、平均粒子径が4μm以下であると、粒子内でのリチウムイオンの拡散自由行程が少なく、急速な充放電が可能である。さらに、リチウムイオン二次電池では、入出力特性の向上には電極面積を大きくすることが重要であり、そのため電極作製時に集電板への活物質の塗工厚みを薄くする必要がある。塗工厚みを薄くするには、活物質の粒子径を小さくする必要がある。このような観点から、平均粒子径は4μm以下であり、好ましくは3.5μm以下であり、より好ましくは3.3μm以下であり、さらに好ましくは3.1μm以下であり、最も好ましくは2.9μm以下である。   The specific surface area of the carbonaceous material obtained by the present invention is preferably in the range of 1 to 4 [mu] m from the viewpoint of coatability during electrode production. That is, the average particle diameter (D50) of the carbonaceous material of the present embodiment is adjusted to be in the range of 1 to 4 μm, for example. If a carbonaceous material having an average particle diameter within the above range is obtained, only the post-grinding step or the post-classification step may be performed, or both the post-grinding step and the post-classification step may be performed. If the average particle size is less than 1 μm, the fine powder increases, the specific surface area increases, the reactivity with the electrolyte increases, the irreversible capacity that does not discharge even when charged increases, and the capacity of the positive electrode is wasted May increase. Moreover, when a negative electrode is manufactured using the obtained carbonaceous material, the space | gap formed between carbonaceous materials will become small and the movement of the lithium ion in electrolyte solution may be suppressed. The average particle diameter (D50) of the carbonaceous material obtained by the present invention is preferably 1 μm or more, more preferably 1.5 μm or more, and even more preferably 1.7 μm or more. On the other hand, when the average particle diameter is 4 μm or less, the lithium ion diffusion free path in the particles is small, and rapid charge / discharge is possible. Further, in the lithium ion secondary battery, it is important to increase the electrode area for improving the input / output characteristics. For this reason, it is necessary to reduce the thickness of the active material applied to the current collector plate during electrode fabrication. In order to reduce the coating thickness, it is necessary to reduce the particle diameter of the active material. From such a viewpoint, the average particle size is 4 μm or less, preferably 3.5 μm or less, more preferably 3.3 μm or less, still more preferably 3.1 μm or less, and most preferably 2.9 μm. It is as follows.

後粉砕工程に用いる粉砕装置は特に限定されるものではなく、例えばジェットミル、ボールミル、ビーズミル、ハンマーミル、またはロッドミルなどを使用することができる。粉砕の効率からするとジェットミルのような粒子同士の接触により粉砕する方式は粉砕時間が長く、容積の効率が低下するため、ボールミル、ビーズミルのような粉砕メディア共存下に粉砕する方式が好ましく、粉砕メディアからの不純物混入を回避する観点からは、ビーズミルの使用が好ましい。   The pulverization apparatus used in the post-pulverization step is not particularly limited, and for example, a jet mill, a ball mill, a bead mill, a hammer mill, or a rod mill can be used. From the viewpoint of pulverization efficiency, the method of pulverization by contact between particles such as a jet mill has a long pulverization time and the volume efficiency decreases. Therefore, the method of pulverization in the presence of pulverization media such as a ball mill and a bead mill is preferable. From the viewpoint of avoiding contamination from the media, it is preferable to use a bead mill.

後分級工程によって、炭素質材料の平均粒子径をより正確に調整することが可能となる。例えば、粒子径が0.5μm以下の粒子を除くことおよび粗大な粒子を除くことが可能となる。   By the post-classification step, it becomes possible to adjust the average particle size of the carbonaceous material more accurately. For example, it becomes possible to remove particles having a particle size of 0.5 μm or less and coarse particles.

分級方法は、特に制限されないが、例えば篩を用いた分級、湿式分級、および乾式分級を挙げることができる。湿式分級機としては、例えば重力分級、慣性分級、水力分級、遠心分級等の原理を利用した分級機を挙げることができる。乾式分級機としては、沈降分級、機械的分級、遠心分級等の原理を利用した分級機を挙げることができる。   The classification method is not particularly limited, and examples thereof include classification using a sieve, wet classification, and dry classification. As the wet classifier, for example, a classifier using principles such as gravity classification, inertia classification, hydraulic classification, centrifugal classification, and the like can be given. Examples of the dry classifier include a classifier using a principle such as sedimentation classification, mechanical classification, and centrifugal classification.

本発明により得られる炭素質材料は、広角X線回折法からBragg式を用いて算出される(002)面の平均面間隔d002が、好ましくは0.36nm〜0.42nmであり、より好ましくは0.38nm〜0.4nmであり、さらに好ましくは0.382nm〜0.396nmである。(002)面の平均面間隔d002が小さすぎる場合には、リチウムイオンが炭素質材料に挿入される際の抵抗が大きくなることがあり、出力時の抵抗が大きくなることがあり、リチウムイオン二次電池としての入出力特性が低下することがある。また、炭素質材料が膨張収縮を繰り返すため、電池材料としての安定性を損なうことがある。平均面間隔d002が大きすぎる場合には、リチウムイオンの拡散抵抗は小さくなるものの、炭素質材料の体積が大きくなり、体積あたりの実行容量が小さくなることがある。 The carbonaceous material obtained by the present invention has an (002) plane average plane distance d 002 calculated from the wide angle X-ray diffraction method using the Bragg equation, preferably 0.36 nm to 0.42 nm, and more preferably. Is 0.38 nm to 0.4 nm, more preferably 0.382 nm to 0.396 nm. When the average spacing d 002 of (002) plane is too small, there is the resistance when the lithium ions are inserted into the carbon material increases, there is the resistance increases at the time of output, the lithium ion Input / output characteristics as a secondary battery may deteriorate. In addition, since the carbonaceous material repeatedly expands and contracts, the stability as the battery material may be impaired. If the average interplanar spacing d002 is too large, the diffusion resistance of lithium ions will be small, but the volume of the carbonaceous material will be large, and the effective capacity per volume may be small.

平均面間隔を上記範囲に調整する方法は何ら限定されないが、例えば、炭素質材料を与える炭素前駆体の焼成温度を800〜1400℃の範囲で行えばよい。また、ポリスチレンなどの熱分解性樹脂と混合して焼成する方法を用いることもできる。   The method for adjusting the average interplanar spacing to the above range is not limited at all. For example, the firing temperature of the carbon precursor that gives the carbonaceous material may be in the range of 800 to 1400 ° C. Moreover, it is also possible to use a method of mixing and baking with a thermally decomposable resin such as polystyrene.

本発明により得られる炭素質材料が含む窒素元素含量は、少ないほどよいが、通常、元素分析によって得られた分析値において、好ましくは0.5質量%以下、より好ましくは0.48質量%以下、さらに好ましくは0.45質量%以下、特に好ましくは0.4質量%以下、とりわけ好ましくは0.35質量%以下、極めて好ましくは0.3質量%以下、非常に好ましくは0.25質量%以下、最も好ましくは0.2質量%以下、例えば0.18質量%以下である。炭素質材料は、窒素元素を実質的に含有しないことがさらに好ましい。ここで、実質的に含有しないとは、後述の元素分析法(不活性ガス融解−熱伝導度法)の検出限界である10−6質量%以下であることを意味する。窒素元素含量が多すぎると、リチウムイオンと窒素とが反応してリチウムイオンが消費されるので、リチウムイオンの利用効率を低下させるだけでなく、保存中に空気中の酸素と反応することがある。 The content of nitrogen element contained in the carbonaceous material obtained according to the present invention is preferably as low as possible. However, it is usually preferably 0.5% by mass or less, more preferably 0.48% by mass or less in the analytical value obtained by elemental analysis. More preferably 0.45% by weight or less, particularly preferably 0.4% by weight or less, particularly preferably 0.35% by weight or less, very preferably 0.3% by weight or less, very preferably 0.25% by weight. Hereinafter, it is most preferably 0.2% by mass or less, for example 0.18% by mass or less. More preferably, the carbonaceous material contains substantially no nitrogen element. Here, “substantially not contained” means that it is 10 −6 mass% or less, which is the detection limit of an elemental analysis method (inert gas melting-thermal conductivity method) described later. If the nitrogen element content is too high, lithium ions and nitrogen react to consume lithium ions, which not only reduces the utilization efficiency of lithium ions, but may also react with oxygen in the air during storage .

窒素元素含量を上記の範囲に調整する方法は何ら限定されないが、例えば、植物由来のチャーを、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中、500℃〜940℃で熱処理する工程を含む方法で気相脱灰することや、植物由来のチャーを揮発性有機物と混合して焼成することにより、窒素元素含量を上記の範囲に調整することができる。   The method for adjusting the nitrogen element content to the above range is not limited at all. For example, a gas phase is a method including a step of heat-treating plant-derived char at 500 ° C. to 940 ° C. in an inert gas atmosphere containing a halogen compound. The nitrogen element content can be adjusted to the above range by deashing or by mixing and baking the plant-derived char with the volatile organic substance.

本実施形態で得られる炭素質材料が含む酸素元素含量は、少ないほどよいが、通常、元素分析によって得られた分析値において、好ましくは2.5質量%以下、より好ましくは2.3質量%以下、さらに好ましくは2質量%以下である。炭素質材料は、酸素元素を実質的に含有しないことがさらに好ましい。ここで、実質的に含有しないとは、後述の元素分析法(不活性ガス融解−熱伝導度法)の検出限界である10−6質量%以下であることを意味する。酸素元素含量が多すぎると、リチウムイオンと酸素とが反応してリチウムイオンが消費されるので、リチウムイオンの利用効率を低下させる。さらに、空気中の酸素および水分を誘引し、炭素質材料と反応する確率を高めるだけでなく、水を吸着したときに、容易に脱離させないなど、リチウムイオンの利用効率が低下することがある。
酸素元素含量を上記の範囲に調整する方法は何ら限定されないが、例えば、植物由来のチャーを、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中、500℃〜940℃で熱処理する工程を含む方法で気相脱灰することや、植物由来のチャーを揮発性有機物と混合して焼成することにより、酸素元素含量を上記の範囲に調整することができる。
The content of oxygen element contained in the carbonaceous material obtained in the present embodiment is preferably as low as possible. However, it is usually preferably 2.5% by mass or less, more preferably 2.3% by mass in the analytical value obtained by elemental analysis. Hereinafter, it is more preferably 2% by mass or less. More preferably, the carbonaceous material contains substantially no oxygen element. Here, “substantially not contained” means that it is 10 −6 mass% or less, which is the detection limit of an elemental analysis method (inert gas melting-thermal conductivity method) described later. If the oxygen element content is too high, lithium ions react with oxygen to consume lithium ions, thereby reducing the utilization efficiency of lithium ions. In addition to attracting oxygen and moisture in the air and increasing the probability of reacting with carbonaceous materials, the utilization efficiency of lithium ions may be reduced, such as not easily desorbing when water is adsorbed. .
The method for adjusting the oxygen element content to the above range is not limited at all. For example, the gas phase is a method including a step of heat-treating plant-derived char at 500 ° C. to 940 ° C. in an inert gas atmosphere containing a halogen compound. By decalcifying or mixing and baking plant-derived char with volatile organic substances, the oxygen element content can be adjusted to the above range.

本実施形態で得られる炭素質材料に含まれるカリウム元素含量は、脱ドープ容量を大きくする観点および非脱ドープ容量を小さくする観点から、0.1質量%以下が好ましく、0.05質量%以下がより好ましく、0.03質量%以下がさらに好ましく、0.01質量%以下が特に好ましく、0.005質量%以下がとりわけ好ましい。本実施形態で得られる炭素質材料に含まれる鉄元素含量は、脱ドープ容量を大きくする観点および非脱ドープ容量を小さくする観点から、0.02質量%以下が好ましく、0.015質量%以下がより好ましく、0.01質量%以下がさらに好ましく、0.006質量%以下が特に好ましく、0.004質量%以下がとりわけ好ましい。炭素質材料に含まれるカリウム元素および/または鉄元素の含量が上記上限値以下であると、この炭素質材料を用いた非水電解質二次電池において、脱ドープ容量が大きくなり、また、非脱ドープ容量が小さくなる傾向にある。さらに、炭素質材料に含まれるカリウム元素および/または鉄元素の含量が上記上限値以下であると、これらの金属元素が電解液中に溶出して再析出することのより短絡が生じることが抑制されるため、非水電解質二次電池の安全性を確保することができる。前記炭素質材料は、カリウム元素および鉄元素を、実質的に含有しないことが特に好ましい。カリウム元素および鉄元素の含量の測定は上記の通り測定することができる。なお、前記炭素質材料に含まれるカリウム元素含量および鉄元素含量は、通常0質量%以上である。炭素質材料に含まれるカリウム元素含量および鉄元素含量は、炭素前駆体に含まれるカリウム元素含量および鉄元素含量が少ない程低下する傾向にある。   The potassium element content contained in the carbonaceous material obtained in the present embodiment is preferably 0.1% by mass or less, and 0.05% by mass or less from the viewpoint of increasing the dedoping capacity and decreasing the non-dedoping capacity. Is more preferably 0.03% by mass or less, particularly preferably 0.01% by mass or less, and particularly preferably 0.005% by mass or less. The iron element content contained in the carbonaceous material obtained in the present embodiment is preferably 0.02% by mass or less, preferably 0.015% by mass or less from the viewpoint of increasing the dedoping capacity and decreasing the non-dedoping capacity. Is more preferably 0.01% by mass or less, particularly preferably 0.006% by mass or less, and particularly preferably 0.004% by mass or less. When the content of potassium element and / or iron element contained in the carbonaceous material is less than or equal to the above upper limit value, in the nonaqueous electrolyte secondary battery using this carbonaceous material, the dedoping capacity is increased, and the non-desorption capacity is increased. The doping capacity tends to be small. Furthermore, when the content of potassium element and / or iron element contained in the carbonaceous material is less than or equal to the above upper limit, it is possible to suppress the occurrence of a short circuit due to the elution of these metal elements into the electrolyte solution and reprecipitation. Therefore, the safety of the nonaqueous electrolyte secondary battery can be ensured. It is particularly preferable that the carbonaceous material does not substantially contain potassium element and iron element. The content of potassium element and iron element can be measured as described above. In addition, the potassium element content and the iron element content contained in the carbonaceous material are usually 0% by mass or more. The potassium element content and iron element content contained in the carbonaceous material tend to decrease as the potassium element content and iron element content contained in the carbon precursor decrease.

本発明により得られる炭素質材料は、電池における質量あたりの容量を高くする観点から、ブタノール法による真密度ρBtが1.4〜1.7g/cmであることが好ましく、1.42〜1.65g/cmであることがより好ましく、1.44〜1.6g/cmであることがさらに好ましい。このような真密度ρBtを有する植物由来のチャー炭素前駆体は、例えば植物原料を800〜1400℃で焼成することによって製造することができる。ここで、真密度ρBtの測定の詳細は実施例に記載する通りであり、真密度ρBtは、JIS R 7212に定められた方法に従い、ブタノール法により測定することができる。 From the viewpoint of increasing the capacity per mass in the battery, the carbonaceous material obtained by the present invention preferably has a true density ρ Bt by the butanol method of 1.4 to 1.7 g / cm 3 , 1.65 g / cm 3 is more preferable, and 1.44 to 1.6 g / cm 3 is more preferable. The plant-derived char carbon precursor having such a true density ρ Bt can be produced, for example, by firing a plant raw material at 800 to 1400 ° C. Here, the details of the measurement of the true density ρ Bt are as described in the examples, and the true density ρ Bt can be measured by the butanol method according to the method defined in JIS R 7212.

本発明により得られる炭素質材料は、特に自動車用途等において求められるリチウムのドープ、脱ドープにおける繰り返し特性の観点から、3nm以下のLc(炭素六角網面積層方向)を有することが好ましい。Lcは、0.5〜2nmであることがより好ましい。Lcが3nmを超えると、炭素六角網面が多層に積層し、リチウムのドープ、脱ドープに伴う体積膨張収縮が大きくなる場合がある。そのため、体積膨張収縮により炭素構造が破壊され、リチウムのドープ・脱ドープが遮断されて、繰り返し特性が低下する場合がある。ここで、Lcの測定の詳細は実施例に記載する通りであり、X線回折法により、Scherrerの式を用いて得ることができる。   The carbonaceous material obtained by the present invention preferably has an Lc (carbon hexagonal network layer direction) of 3 nm or less, particularly from the viewpoint of repetitive characteristics in lithium doping and dedoping required for automotive applications and the like. Lc is more preferably 0.5 to 2 nm. When Lc exceeds 3 nm, carbon hexagonal network surfaces are stacked in multiple layers, and volume expansion and contraction accompanying lithium doping and dedoping may increase. Therefore, the carbon structure is destroyed by volume expansion and contraction, lithium doping / dedoping is interrupted, and the repeated characteristics may be deteriorated. Here, the details of the measurement of Lc are as described in Examples, and can be obtained by the X-ray diffraction method using Scherrer's equation.

また、本発明により得られる炭素質材料の吸湿量は、好ましくは15,000ppm以下、より好ましくは14,000ppm以下、さらに好ましくは8,000ppm以下である。吸湿量が少ないほど、炭素質材料に吸着する水分が減り、炭素質材料に吸着するリチウムイオンが増加するので好ましい。また、吸湿量が少ないほど、吸着した水分と炭素質材料の窒素原子との反応や、吸着した水分とリチウムイオンとの反応による自己放電を低減できるので好ましい。炭素質材料の吸湿量は、例えば、炭素質材料に含まれる窒素原子や酸素原子の量を減らすことにより、減らすことができる。炭素質材料の吸湿量は、例えば、カールフィッシャー等を用いて測定することができる。   Further, the moisture absorption of the carbonaceous material obtained by the present invention is preferably 15,000 ppm or less, more preferably 14,000 ppm or less, and further preferably 8,000 ppm or less. The smaller the amount of moisture absorption, the more the moisture adsorbed on the carbonaceous material decreases, and the more lithium ions adsorbed on the carbonaceous material increase. Further, it is preferable that the amount of moisture absorption is small because the self-discharge due to the reaction between the adsorbed moisture and the nitrogen atom of the carbonaceous material and the reaction between the adsorbed moisture and lithium ion can be reduced. The moisture absorption amount of the carbonaceous material can be reduced by reducing the amount of nitrogen atoms and oxygen atoms contained in the carbonaceous material, for example. The amount of moisture absorption of the carbonaceous material can be measured using, for example, a Karl Fischer.

(非水電解質二次電池用負極)
本発明の製造方法により得られる炭素質材料は、非水電解質二次電池用炭素質材料、例えば非水電解質二次電池用負極(電極)として用いることができる。以下において、非水電解質二次電池用負極の製造方法を具体的に述べる。非水電解質二次電池用負極(電極)は、本発明により得られる炭素質材料に結合剤(バインダー)を添加し、適当な溶媒を適量添加、混練し、電極合剤とした後に、金属板等からなる集電板に塗布・乾燥後、加圧成形することにより製造することができる。
(Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery)
The carbonaceous material obtained by the production method of the present invention can be used as a carbonaceous material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, a negative electrode (electrode) for a nonaqueous electrolyte secondary battery. Below, the manufacturing method of the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries is described concretely. A negative electrode (electrode) for a non-aqueous electrolyte secondary battery is obtained by adding a binder (binder) to the carbonaceous material obtained according to the present invention, adding an appropriate amount of an appropriate solvent, kneading to obtain an electrode mixture, It can be manufactured by applying pressure to a current collector plate made of, etc., after applying and drying.

本発明により得られる炭素質材料を用いることにより、導電助剤を添加しなくとも高い導電性を有する電極を製造することができる。更に高い導電性を賦与することを目的として、必要に応じて電極合剤の調製時に、導電助剤を添加することができる。導電助剤としては、導電性のカーボンブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、ナノチューブ等を用いることができる。導電助剤の添加量は、使用する導電助剤の種類によっても異なるが、添加する量が少なすぎると期待する導電性が得られないことがあり、多すぎると電極合剤中の分散が悪くなることがある。このような観点から、添加する導電助剤の好ましい割合は0.5〜10質量%(ここで、活物質(炭素質材料)量+バインダー量+導電助剤量=100質量%とする)であり、さらに好ましくは0.5〜7質量%、特に好ましくは0.5〜5質量%である。結合剤としては、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、ポリテトラフルオロエチレン、およびSBR(スチレン・ブタジエン・ラバー)とCMC(カルボキシメチルセルロース)との混合物等の電解液と反応しないものであれば特に限定されない。中でもPVDFは、活物質表面に付着したPVDFがリチウムイオン移動を阻害することが少なく、良好な入出力特性を得るために好ましい。PVDFを溶解し、スラリーを形成するためにN−メチルピロリドン(NMP)等の極性溶媒を好ましく用いられるが、SBR等の水性エマルジョンやCMCを水に溶解して用いることもできる。結合剤の添加量が多すぎると、得られる電極の抵抗が大きくなるため、電池の内部抵抗が大きくなり電池性能を低下させることがある。また、結合剤の添加量が少なすぎると、負極材料の粒子相互間および集電板との結合が不十分となることがある。結合剤の好ましい添加量は、使用するバインダーの種類によっても異なるが、例えばPVDF系のバインダーでは好ましくは3〜13質量%であり、さらに好ましくは3〜10質量%である。一方、溶媒に水を使用するバインダーでは、SBRとCMCとの混合物など、複数のバインダーを混合して使用することが多く、使用する全バインダーの総量として0.5〜5質量%が好ましく、さらに好ましくは1〜4質量%である。   By using the carbonaceous material obtained by the present invention, an electrode having high conductivity can be produced without adding a conductive auxiliary. For the purpose of imparting higher conductivity, a conductive aid can be added as necessary when preparing the electrode mixture. As the conductive assistant, conductive carbon black, vapor grown carbon fiber (VGCF), nanotube, or the like can be used. The amount of conductive auxiliary agent added varies depending on the type of conductive auxiliary agent used, but if the amount added is too small, the expected conductivity may not be obtained, and if too large, the dispersion in the electrode mixture will be poor. May be. From such a viewpoint, the preferable ratio of the conductive auxiliary agent to be added is 0.5 to 10% by mass (where the amount of active material (carbonaceous material) + the amount of binder + the amount of conductive auxiliary agent = 100% by mass). More preferably, it is 0.5-7 mass%, Most preferably, it is 0.5-5 mass%. The binder is not particularly limited as long as it does not react with an electrolytic solution such as PVDF (polyvinylidene fluoride), polytetrafluoroethylene, and a mixture of SBR (styrene-butadiene rubber) and CMC (carboxymethylcellulose). Among them, PVDF is preferable because PVDF attached to the surface of the active material hardly inhibits lithium ion migration and obtains favorable input / output characteristics. In order to dissolve PVDF and form a slurry, a polar solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP) is preferably used, but an aqueous emulsion such as SBR or CMC can also be dissolved in water. When the amount of the binder added is too large, the resistance of the obtained electrode increases, so that the internal resistance of the battery increases and the battery performance may be deteriorated. Moreover, when there is too little addition amount of a binder, the coupling | bonding between the particle | grains of a negative electrode material and a collector plate may become inadequate. Although the preferable addition amount of a binder changes also with the kind of binder to be used, for example in a PVDF-type binder, it is preferably 3-13 mass%, More preferably, it is 3-10 mass%. On the other hand, in a binder using water as a solvent, a mixture of a plurality of binders such as a mixture of SBR and CMC is often used, and the total amount of all binders used is preferably 0.5 to 5% by mass, Preferably it is 1-4 mass%.

電極活物質層は、集電板の両面に形成されることが基本であるが、必要に応じて片面に形成されてもよい。電極活物質層が厚いほど、集電板やセパレータ等が少なくて済むため、高容量化には好ましい。しかし、対極と対向する電極面積が広いほど入出力特性の向上に有利なため、電極活物質層が厚すぎると入出力特性が低下することがある。好ましい活物質層(片面当たり)の厚みは、電池放電時の出力の観点から、好ましくは10〜80μmであり、より好ましくは20〜75μm、さらに好ましくは20〜60μmである。   The electrode active material layer is basically formed on both sides of the current collector plate, but may be formed on one side as necessary. The thicker the electrode active material layer, the fewer current collector plates, separators, and the like, which is preferable for increasing the capacity. However, since the larger the electrode area facing the counter electrode is, the more advantageous the input / output characteristics are. Therefore, if the electrode active material layer is too thick, the input / output characteristics may deteriorate. The thickness of the active material layer (per one side) is preferably 10 to 80 μm, more preferably 20 to 75 μm, and further preferably 20 to 60 μm, from the viewpoint of output during battery discharge.

(非水電解質二次電池)
上記非水電解質二次電池用負極を用いることにより、非水電解質二次電池を提供することができる。当該非水電解質二次電池は、良好な放電容量とともに、酸化劣化に対する良好な耐性を有する。本発明により得られる炭素質材料を含む非水電解質二次電池は、酸化劣化に対する良好な耐性を有し、リチウムイオンが不活性化されることによる不可逆容量の増加が抑制され、充放電効率を高く維持することができる。本発明により得られる炭素質材料を使用した非水電解質二次電池用負極(電極)を用いた非水電解質二次電池は、優れた出力特性および優れたサイクル特性を示す。
(Non-aqueous electrolyte secondary battery)
By using the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte secondary battery can be provided. The non-aqueous electrolyte secondary battery has a good resistance to oxidative degradation as well as a good discharge capacity. The nonaqueous electrolyte secondary battery including the carbonaceous material obtained by the present invention has a good resistance to oxidative deterioration, suppresses an increase in irreversible capacity due to the inactivation of lithium ions, and improves the charge / discharge efficiency. Can be kept high. The nonaqueous electrolyte secondary battery using the negative electrode (electrode) for nonaqueous electrolyte secondary batteries using the carbonaceous material obtained by the present invention exhibits excellent output characteristics and excellent cycle characteristics.

本発明により得られる炭素質材料を用いて、非水電解質二次電池用の負極を形成した場合、正極材料、セパレータ、および電解液など電池を構成する他の材料は特に限定されることなく、非水電解質二次電池として従来使用され、あるいは提案されている種々の材料を使用することが可能である。   When a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery is formed using the carbonaceous material obtained by the present invention, other materials constituting the battery such as a positive electrode material, a separator, and an electrolytic solution are not particularly limited, Various materials conventionally used or proposed as nonaqueous electrolyte secondary batteries can be used.

例えば、正極材料としては、層状酸化物系(LiMOと表されるもので、Mは金属:例えばLiCoO、LiNiO、LiMnO、またはLiNiCoMo(ここでx、y、zは組成比を表わす))、オリビン系(LiMPOで表され、Mは金属:例えばLiFePOなど)、スピネル系(LiMで表され、Mは金属:例えばLiMnなど)の複合金属カルコゲン化合物が好ましく、これらのカルコゲン化合物を必要に応じて混合してもよい。これらの正極材料を適当なバインダーと電極に導電性を付与するための炭素材料とともに成形して、導電性の集電板上に層形成することにより正極が形成される。 For example, as the positive electrode material, a layered oxide system (represented as LiMO 2 , where M is a metal: for example, LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , or LiNi x Co y Mo z O 2 (where x, y , Z represents a composition ratio)), olivine system (represented by LiMPO 4 , M is a metal: for example LiFePO 4, etc.), spinel system (represented by LiM 2 O 4 , M is a metal: for example LiMn 2 O 4, etc. ) Is preferable, and these chalcogen compounds may be mixed as necessary. These positive electrode materials are molded together with a suitable binder and a carbon material for imparting conductivity to the electrode, and a positive electrode is formed by forming a layer on a conductive current collector.

これらの正極および負極と組み合わせて用いられる非水溶媒型電解液は、一般に非水溶媒に電解質を溶解することにより形成される。非水溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、γ−ブチルラクトン、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、または1,3−ジオキソラン等の有機溶媒を、一種または二種以上を組み合わせて用いることができる。また、電解質としては、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiAsF、LiCl、LiBr、LiB(C、またはLiN(SOCF等が用いられる。 The nonaqueous solvent electrolyte used in combination with these positive electrode and negative electrode is generally formed by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dimethoxyethane, diethoxyethane, γ-butyllactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, sulfolane, and 1,3-dioxolane. Can be used singly or in combination of two or more. As the electrolyte, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiCl, LiBr, LiB (C 6 H 5 ) 4 , or LiN (SO 3 CF 3 ) 2 is used.

非水電解質二次電池は、一般に上記のようにして形成した正極と負極とを必要に応じて不織布、その他の多孔質材料等からなる透液性セパレータを介して対向させ電解液中に浸漬させることにより形成される。セパレータとしては、二次電池に通常用いられる不織布、その他の多孔質材料からなる透過性セパレータを用いることができる。あるいはセパレータの代わりに、もしくはセパレータと一緒に、電解液を含浸させたポリマーゲルからなる固体電解質を用いることもできる。   In nonaqueous electrolyte secondary batteries, the positive electrode and the negative electrode formed as described above are generally immersed in an electrolytic solution so that they face each other through a liquid-permeable separator made of a nonwoven fabric, other porous materials, or the like as necessary. Is formed. As the separator, a non-woven fabric usually used for a secondary battery or a permeable separator made of another porous material can be used. Alternatively, a solid electrolyte made of a polymer gel impregnated with an electrolytic solution can be used instead of or together with the separator.

本発明により得られる炭素質材料は、例えば自動車などの車両に搭載される電池(典型的には車両駆動用非水電解質二次電池)用炭素質材料として好適である。本発明において車両とは、通常、電動車両として知られるものや、燃料電池や内燃機関とのハイブリッド車など、特に制限されることなく対象とすることができるが、少なくとも上記電池を備えた電源装置と、該電源装置からの電源供給により駆動する電動駆動機構と、これを制御する制御装置とを備える。車両は、さらに、発電ブレーキや回生ブレーキを備え、制動によるエネルギーを電気に変換して、前記非水電解質二次電池に充電する機構を備えていてもよい。   The carbonaceous material obtained by the present invention is suitable as a carbonaceous material for a battery (typically a non-aqueous electrolyte secondary battery for driving a vehicle) mounted on a vehicle such as an automobile. In the present invention, the vehicle can be a target such as a vehicle that is usually known as an electric vehicle or a hybrid vehicle with a fuel cell or an internal combustion engine. And an electric drive mechanism that is driven by power supply from the power supply device, and a control device that controls the electric drive mechanism. The vehicle may further include a power generation brake and a regenerative brake, and may include a mechanism that converts energy generated by braking into electricity and charges the nonaqueous electrolyte secondary battery.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。なお、以下に炭素質材料の物性値の測定方法を記載するが、実施例を含めて、本明細書中に記載する物性値は、以下の方法により求めた値に基づくものである。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but these do not limit the scope of the present invention. In addition, although the measuring method of the physical-property value of a carbonaceous material is described below, the physical-property value described in this specification including an Example is based on the value calculated | required by the following method.

(窒素吸着BET3点法による比表面積測定)
以下にBETの式から誘導された近似式(式(II))を記す。
(Specific surface area measurement by nitrogen adsorption BET three-point method)
An approximate expression (formula (II)) derived from the BET formula is shown below.

Figure 2017084707
Figure 2017084707

上記の近似式を用いて、液体窒素温度における、窒素吸着による3点法によりvを求め、下記の式(III)により試料の比表面積を計算した。 Using the above approximate equation, vm was determined by a three-point method by nitrogen adsorption at liquid nitrogen temperature, and the specific surface area of the sample was calculated by the following equation (III).

Figure 2017084707
Figure 2017084707

このとき、vは試料表面に単分子層を形成するに必要な吸着量(cm/g)、vは実測される吸着量(cm/g)、pは飽和蒸気圧、pは絶対圧、cは定数(吸着熱を反映)、Nはアボガドロ数6.022×1023、a(nm)は吸着質分子が試料表面で占める面積(分子占有断面積)である。 In this case, v m adsorption amount necessary to form a monomolecular layer on the surface of the sample (cm 3 / g), v adsorption amount is measured (cm 3 / g), p 0 is saturation vapor pressure, p is Absolute pressure, c is a constant (reflecting heat of adsorption), N is Avogadro's number 6.022 × 10 23 , and a (nm 2 ) is an area occupied by the adsorbate molecule on the sample surface (molecular occupation cross-sectional area).

具体的には、日本BELL社製「BELL Sorb Mini」を用いて、以下のようにして液体窒素温度における試料への窒素の吸着量を測定した。試料を試料管に充填し、試料管を−196℃に冷却した状態で、一旦減圧し、その後所望の相対圧にて試料に窒素(純度99.999%)を吸着させる。各所望の相対圧にて平衡圧に達した時の試料に吸着した窒素量を吸着ガス量vとした。   Specifically, the amount of nitrogen adsorbed on the sample at the liquid nitrogen temperature was measured using “BELL Sorb Mini” manufactured by BELL, Japan. The sample is filled in the sample tube, and once the pressure is reduced to −196 ° C., the pressure is once reduced, and then nitrogen (purity 99.999%) is adsorbed to the sample at a desired relative pressure. The amount of nitrogen adsorbed on the sample when the equilibrium pressure was reached at each desired relative pressure was defined as the amount of adsorbed gas v.

(広角X線回折法によるBragg式を用いた平均面間隔d002測定)
「株式会社リガク製MiniFlexII」を用い、炭素質材料粉末を試料ホルダーに充填し、Niフィルターにより単色化したCuKα線を線源とし、X線回折図形を得た。回折図形のピーク位置は重心法(回折線の重心位置を求め、これに対応する2θ値でピーク位置を求める方法)により求め、標準物質用高純度シリコン粉末の(111)面の回折ピークを用いて補正した。CuKα線の波長λを0.15418nmとし、以下に記すBraggの公式(式(IV))によりd002を算出した。
(Measurement of average interplanar spacing d 002 using Bragg equation by wide angle X-ray diffraction method)
Using “MiniFlexII manufactured by Rigaku Corporation”, an X-ray diffraction pattern was obtained using a CuKα ray filled with a carbonaceous material powder in a sample holder and monochromated by a Ni filter as a radiation source. The peak position of the diffraction pattern is obtained by the barycentric method (a method of obtaining the barycentric position of the diffraction line and obtaining the peak position by the corresponding 2θ value), and using the diffraction peak on the (111) plane of the high-purity silicon powder for standard materials. Corrected. The wavelength λ of the CuKα ray was 0.15418 nm, and d 002 was calculated according to the Bragg formula (formula (IV)) described below.

Figure 2017084707
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(元素分析)
株式会社堀場製作所製、酸素・窒素・水素分析装置EMGA−930を用いて元素分析を行った。
当該装置の検出方法は、酸素:不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法(NDIR)、窒素:不活性ガス融解−熱伝導度法(TCD)、水素:不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法(NDIR)であり、校正は、(酸素・窒素)Niカプセル、TiH(H標準試料)、SS−3(N、O標準試料)で行い、前処理として250℃、約10分で水分量を測定した試料20mgをNiカプセルに量り取り、上記分析装置内で30秒脱ガスした後に測定した。試験は3検体で分析し、平均値を分析値とした。
(Elemental analysis)
Elemental analysis was performed using an oxygen / nitrogen / hydrogen analyzer EMGA-930 manufactured by HORIBA, Ltd.
The detection method of the apparatus is as follows: oxygen: inert gas melting-non-dispersive infrared absorption method (NDIR), nitrogen: inert gas melting-thermal conductivity method (TCD), hydrogen: inert gas melting-non-dispersing infrared ray It is an absorption method (NDIR), and calibration is carried out with (oxygen / nitrogen) Ni capsules, TiH 2 (H standard sample), SS-3 (N, O standard sample). A sample of 20 mg whose moisture content was measured was weighed into a Ni capsule and measured after degassing in the analyzer for 30 seconds. In the test, three samples were analyzed, and the average value was used as the analysis value.

(残炭率の測定)
残炭率は、試料を不活性ガス中で強熱した後の強熱残分の炭素量を定量することにより測定した。強熱は、揮発性有機物およそ1g(この正確な質量をW(g)とする)を坩堝にいれ、1分間に20リットルの窒素を流しながら坩堝を電気炉にて、10℃/分の昇温速度で常温から800℃まで昇温、その後800℃で1時間強熱した。このときの残存物を強熱残分とし、その質量をW(g)とした。
(Measurement of residual coal rate)
The residual carbon ratio was measured by quantifying the carbon content of the ignition residue after the sample was ignited in an inert gas. The strong heat is obtained by putting about 1 g of volatile organic substances (this exact mass is W 1 (g)) into the crucible and flowing the crucible in an electric furnace at 10 ° C./min while flowing 20 liters of nitrogen per minute. The temperature was raised from room temperature to 800 ° C. at a rate of temperature rise, and then ignited at 800 ° C. for 1 hour. The remnants of this time and Tsuyonetsu residue was its mass W 2 and (g).

次いで上記強熱残分について、JIS M8819に定められた方法に準拠して元素分析を行い、炭素の質量割合P(%)を測定した。残炭率P(質量%)は、上記式(I)により算出した。 Next, the ignition residue was subjected to elemental analysis in accordance with the method defined in JIS M8819, and the carbon mass ratio P 1 (%) was measured. The residual carbon ratio P 2 (mass%) was calculated by the above formula (I).

(ブタノール法による真密度測定)
真密度ρBtは、JIS R 7212に定められた方法に従い、ブタノール法により測定した。内容積約40mLの側管付比重びんの質量(m)を正確に量った。次に、その底部に試料を約10mmの厚さになるように平らに入れた後、その質量(m)を正確に量った。これに1−ブタノールを静かに加えて、底から20mm程度の深さにした。次に比重びんに軽い振動を加えて、大きな気泡の発生がなくなったのを確かめた後、真空デシケーター中に入れ、徐々に排気して2.0〜2.7kPaとした。その圧力に20分間以上保ち、気泡の発生が止まった後に、比重びんを取り出し、さらに1−ブタノールを満たし、栓をして恒温水槽(30±0.03℃に調節してあるもの)に15分間以上浸し、1−ブタノールの液面を標線に合わせた。次に、これを取り出して外部をよくぬぐって室温まで冷却した後質量(m)を正確に量った。次に、同じ比重びんに1−ブタノールだけを満たし、前記と同じようにして恒温水槽に浸し、標線を合わせた後質量(m)を量った。また使用直前に沸騰させて溶解した気体を除いた蒸留水を比重びんにとり、前記と同様に恒温水槽に浸し、標線を合わせた後質量(m)を量った。真密度ρBtは下記の式(V)により計算した。このとき、dは水の30℃における比重(0.9946)である。
(Measurement of true density by butanol method)
The true density ρ Bt was measured by the butanol method according to the method defined in JIS R 7212. The mass (m 1 ) of a specific gravity bottle with a side tube having an internal volume of about 40 mL was accurately measured. Next, the sample was put flat on the bottom so as to have a thickness of about 10 mm, and the mass (m 2 ) was accurately measured. To this, 1-butanol was gently added to a depth of about 20 mm from the bottom. Next, light vibration was applied to the specific gravity bottle, and it was confirmed that large bubbles were not generated. Then, the bottle was placed in a vacuum desiccator and gradually evacuated to 2.0 to 2.7 kPa. After maintaining the pressure for 20 minutes or more and removing bubbles, remove the specific gravity bottle, fill with 1-butanol, plug it, and put it in a constant temperature water bath (adjusted to 30 ± 0.03 ° C.) 15 Immerse it for more than one minute and adjust the 1-butanol liquid level to the marked line. Next, this was taken out, wiped out well, cooled to room temperature, and then the mass (m 4 ) was accurately measured. Next, the same specific gravity bottle was filled with only 1-butanol, immersed in a constant temperature water bath in the same manner as described above, and the mass (m 3 ) was measured after aligning the marked lines. Moreover, distilled water excluding the gas which had been boiled and dissolved immediately before use was taken in a specific gravity bottle, immersed in a constant temperature water bath in the same manner as described above, and the mass (m 5 ) was measured after aligning the marked lines. The true density ρ Bt was calculated by the following formula (V). At this time, d is the specific gravity of water at 30 ° C. (0.9946).

Figure 2017084707
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(レーザー散乱法による平均粒子径測定)
植物由来のチャーおよび炭素質材料の平均粒子径(粒度分布)は、以下の方法により測定した。試料を界面活性剤(和光純薬工業(株)製「ToritonX100」)が0.3質量%含まれた水溶液に投入し、超音波洗浄器で10分以上処理し、水溶液中に分散させた。この分散液を用いて粒度分布を測定した。粒度分布測定は、粒子径・粒度分布測定器(日機装(株)製「マイクロトラックM T3000」)を用いて行った。D50は、累積体積が50%となる粒子径であり、この値を平均粒子径として用いた。
(Average particle size measurement by laser scattering method)
The average particle size (particle size distribution) of plant-derived char and carbonaceous material was measured by the following method. The sample was put into an aqueous solution containing 0.3% by mass of a surfactant (“Toriton X100” manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), treated with an ultrasonic cleaner for 10 minutes or more, and dispersed in the aqueous solution. The particle size distribution was measured using this dispersion. The particle size distribution measurement was performed using a particle size / particle size distribution measuring instrument (“Microtrack MT3000” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). D50 is the particle diameter at which the cumulative volume is 50%, and this value was used as the average particle diameter.

(金属含量測定)
カリウム元素含量および鉄元素含量の測定方法は、以下の方法により測定した。予め所定のカリウム元素および鉄元素を含有する炭素試料を調製し、蛍光X線分析装置を用いて、カリウムKα線の強度とカリウム元素含量との関係、および鉄Kα線の強度と鉄元素含量との関係に関する検量線を作成した。ついで試料について蛍光X線分析におけるカリウムKα線および鉄Kα線の強度を測定し、先に作成した検量線よりカリウム元素含量および鉄元素含量を求めた。蛍光X線分析は、(株)島津製作所製LAB CENTER XRF−1700を用いて、以下の条件で行った。上部照射方式用ホルダーを用い、試料測定面積を直径20mmの円周内とした。被測定試料の設置は、内径25mmのポリエチレン製容器の中に被測定試料を0.5g入れ、裏をプランクトンネットで押さえ、測定表面をポリプロピレン製フィルムで覆い測定を行った。X線源は40kV、60mAに設定した。カリウムについては、分光結晶にLiF(200)、検出器にガスフロー型比例係数管を使用し、2θが90〜140°の範囲を、走査速度8°/分で測定した。鉄については、分光結晶にLiF(200)、検出器にシンチレーションカウンターを使用し、2θが56〜60°の範囲を、走査速度8°/分で測定した。
(Metal content measurement)
The measuring method of potassium element content and iron element content was measured by the following method. A carbon sample containing a predetermined potassium element and iron element is prepared in advance, and using a fluorescent X-ray analyzer, the relationship between the intensity of potassium Kα ray and the potassium element content, and the intensity of iron Kα ray and iron element content A calibration curve for the relationship was created. Next, the intensity of potassium Kα ray and iron Kα ray in the fluorescent X-ray analysis was measured for the sample, and the potassium element content and the iron element content were determined from the calibration curve prepared previously. The fluorescent X-ray analysis was performed using LAB CENTER XRF-1700 manufactured by Shimadzu Corporation under the following conditions. Using the upper irradiation system holder, the sample measurement area was within the circumference of 20 mm in diameter. The sample to be measured was placed by placing 0.5 g of the sample to be measured in a polyethylene container having an inner diameter of 25 mm, pressing the back with a plankton net, and covering the measurement surface with a polypropylene film for measurement. The X-ray source was set to 40 kV and 60 mA. For potassium, LiF (200) was used for the spectroscopic crystal and a gas flow proportional coefficient tube was used for the detector, and 2θ was measured in the range of 90 to 140 ° at a scanning speed of 8 ° / min. For iron, LiF (200) was used for the spectroscopic crystal, and a scintillation counter was used for the detector, and 2θ was measured in the range of 56 to 60 ° at a scanning speed of 8 ° / min.

(吸湿量測定)
試料10gをサンプル管に入れ、133Paの減圧下、120℃にて2時間事前乾燥し、直径50mmのガラス製シャーレに移し、25℃、湿度50%の恒温恒湿槽にて、所定時間暴露した。その後、試料1gを量り取り、カールフィッシャー(三菱化学アナリテック社製)にて、250℃に加熱し、窒素気流下に吸湿量を測定した。
(Measurement of moisture absorption)
10 g of the sample was put in a sample tube, pre-dried at 120 ° C. under reduced pressure of 133 Pa for 2 hours, transferred to a glass petri dish having a diameter of 50 mm, and exposed to a constant temperature and humidity chamber at 25 ° C. and a humidity of 50% for a predetermined time. . Thereafter, 1 g of the sample was weighed and heated to 250 ° C. by Karl Fischer (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.), and the moisture absorption was measured under a nitrogen stream.

(調製例1)
椰子殻を破砕し、500℃で乾留して、粒子径2.360〜0.850mmの椰子殻チャー(粒子径2.360〜0.850mmの粒子を98質量%含有)を得た。この椰子殻チャー100gに対して、塩化水素ガスを1体積%含む窒素ガスを10L/分の流量で供給しながら900℃で50分間気相脱灰処理を実施した。その後、塩化水素ガスの供給のみを停止し、窒素ガスを10L/分の流量で供給しながら、さらに900℃で30分間気相脱酸処理を実施し、炭素前駆体を得た。
得られた炭素前駆体を、乾式ボールミル(アシザワ・ファインテック製SDA5)を用いて、ビーズ径3mmφ、ビーズ充填率75%、原料フィード量を1.63kg/Hrの条件にて粉砕し、平均粒子径5.5μmおよび比表面積467m/gを有する炭素前駆体(1)を得た。
(Preparation Example 1)
The coconut shell was crushed and dry-distilled at 500 ° C. to obtain coconut shell char having a particle size of 2.360 to 0.850 mm (containing 98% by mass of particles having a particle size of 2.360 to 0.850 mm). A vapor phase deashing process was performed for 50 minutes at 900 ° C. while supplying nitrogen gas containing 1% by volume of hydrogen chloride gas at a flow rate of 10 L / min to 100 g of this coconut shell char. Thereafter, only the supply of hydrogen chloride gas was stopped, and while supplying nitrogen gas at a flow rate of 10 L / min, vapor phase deoxidation treatment was further performed at 900 ° C. for 30 minutes to obtain a carbon precursor.
The obtained carbon precursor was pulverized by using a dry ball mill (SDA5 manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.) under the conditions of a bead diameter of 3 mmφ, a bead filling rate of 75%, and a raw material feed amount of 1.63 kg / Hr. A carbon precursor (1) having a diameter of 5.5 μm and a specific surface area of 467 m 2 / g was obtained.

(調製例2)
ビーズ径3mmφ、ビーズ充填率75%、原料フィード量を1kg/Hrの条件にて粉砕した以外は、調製例1と同様にして、平均粒子径2.5μmおよび比表面積467m/gを有する炭素前駆体(2)を得た。
(Preparation Example 2)
Carbon having an average particle diameter of 2.5 μm and a specific surface area of 467 m 2 / g in the same manner as in Preparation Example 1 except that the bead diameter is 3 mmφ, the bead filling rate is 75%, and the raw material feed amount is crushed under the conditions of 1 kg / Hr. A precursor (2) was obtained.

(実施例1)
調製例1で調製した炭素前駆体(1)9.1gと、ポリスチレン0.9g(積水化成品工業株式会社製、平均粒子径400μm、残炭率1.2質量%)とを混合した。この混合物10gを黒鉛製鞘(縦100mm、横100mm、高さ50mm)に入れ、株式会社モトヤマ製高速昇温炉中、毎分5Lの窒素流量下、毎分60℃の昇温速度で1290℃まで昇温した後、23分間保持し、その後自然冷却した。炉内温度が100℃以下に低下したことを確認し、炉内から炭素質材料を取り出した。回収された炭素質材料の質量は8.1gであり、炭素前駆体に対する回収率は81%であった。
Example 1
9.1 g of the carbon precursor (1) prepared in Preparation Example 1 and 0.9 g of polystyrene (manufactured by Sekisui Chemicals Co., Ltd., average particle diameter of 400 μm, residual carbon ratio of 1.2% by mass) were mixed. 10 g of this mixture was placed in a graphite sheath (length 100 mm, width 100 mm, height 50 mm), and 1290 ° C. at a heating rate of 60 ° C. per minute under a 5 L / min nitrogen flow rate in a high-speed heating furnace manufactured by Motoyama Co., Ltd. Then, the temperature was maintained for 23 minutes, and then naturally cooled. After confirming that the furnace temperature had dropped to 100 ° C. or less, the carbonaceous material was taken out of the furnace. The mass of the recovered carbonaceous material was 8.1 g, and the recovery rate relative to the carbon precursor was 81%.

得られた炭素質材料を、乾式ボールミル(フリッチュ社製P−6)を用いて、5mmのビーズ径を有するジルコニア製ビーズを充填した80mLのジルコニア製容器に入れて回転数400rpmで5分間回転後に1分間停止させる工程を15回繰り返すことで粉砕し、平均粒子径2.9μmの炭素質材料(1)を得た。得られた炭素質材料(1)の物性を表1に示す。   The obtained carbonaceous material was put into an 80 mL zirconia container filled with zirconia beads having a bead diameter of 5 mm using a dry ball mill (Fritsch P-6), and rotated at 400 rpm for 5 minutes. The process of stopping for 1 minute was repeated 15 times to obtain a carbonaceous material (1) having an average particle size of 2.9 μm. Table 1 shows the physical properties of the obtained carbonaceous material (1).

(実施例2)
調製例1で調製した炭素前駆体(1)10gを黒鉛製鞘(縦100mm、横100mm、高さ50mm)に入れ、株式会社モトヤマ製高速昇温炉中、毎分5Lの窒素流量下、毎分60℃の昇温速度で1290℃まで昇温した後、23分間保持し、その後自然冷却した。炉内温度が100℃以下に低下したことを確認し、炉内から炭素質材料を取り出した。回収された炭素質材料の質量は9.1gであり、炭素前駆体に対する回収率は91%であった。
(Example 2)
10 g of the carbon precursor (1) prepared in Preparation Example 1 was placed in a graphite sheath (length 100 mm, width 100 mm, height 50 mm), and in a high-speed heating furnace manufactured by Motoyama Co., Ltd. under a nitrogen flow rate of 5 L / min. The temperature was raised to 1290 ° C. at a rate of 60 ° C. per minute, then held for 23 minutes, and then naturally cooled. After confirming that the furnace temperature had dropped to 100 ° C. or less, the carbonaceous material was taken out of the furnace. The mass of the recovered carbonaceous material was 9.1 g, and the recovery rate relative to the carbon precursor was 91%.

得られた炭素質材料を、ボールミル(フリッチュ社製P−6)を用いて、5mmのビーズ径を有するジルコニア製ビーズを充填した80mLのジルコニア製容器に入れて回転数400rpmで5分間回転後に1分間停止させる工程を15回繰り返すことで粉砕し、炭素質材料(2)を得た。得られた炭素質材料(2)の物性を表1に示す。   The obtained carbonaceous material was placed in an 80 mL zirconia container filled with zirconia beads having a bead diameter of 5 mm using a ball mill (P-6 manufactured by Fritsch) and rotated for 1 minute after rotating at 400 rpm. The carbonaceous material (2) was obtained by pulverizing by repeating the process of stopping for 15 minutes 15 times. Table 1 shows the physical properties of the obtained carbonaceous material (2).

(比較例1)
調製例1で調製した炭素前駆体(1)を焼成後粉砕しなかった以外は、実施例1と同様にして、炭素質材料(3)を得た。得られた炭素質材料(3)の物性を表1に示す。
(Comparative Example 1)
A carbonaceous material (3) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the carbon precursor (1) prepared in Preparation Example 1 was not pulverized after firing. Table 1 shows the physical properties of the carbonaceous material (3) obtained.

(比較例2)
乾式ボールミルで5分間回転後に1分間停止させる工程の繰り返し回数を20回に変更した以外は、実施例1と同様にして、炭素質材料(4)を得た。得られた炭素質材料(4)の物性を表1に示す。
(Comparative Example 2)
A carbonaceous material (4) was obtained in the same manner as in Example 1, except that the number of repetitions of the process of stopping for 1 minute after rotating for 5 minutes with a dry ball mill was changed to 20. Table 1 shows the physical properties of the obtained carbonaceous material (4).

(比較例3)
調製例1で調製した炭素前駆体(1)を焼成後粉砕しなかった以外は、実施例2と同様にして、炭素質材料(5)を得た。得られた炭素質材料(5)の物性を表1に示す。
(Comparative Example 3)
A carbonaceous material (5) was obtained in the same manner as in Example 2 except that the carbon precursor (1) prepared in Preparation Example 1 was not pulverized after firing. Table 1 shows the physical properties of the carbonaceous material (5) obtained.

(比較例4)
炭素前駆体(1)に代えて、調製例2で調製した炭素前駆体(2)を用いた以外は、実施例2と同様にして、炭素質材料(6)を得た。得られた炭素質材料(6)の物性を表1に示す。
(Comparative Example 4)
A carbonaceous material (6) was obtained in the same manner as in Example 2 except that the carbon precursor (2) prepared in Preparation Example 2 was used instead of the carbon precursor (1). Table 1 shows the physical properties of the carbonaceous material (6) obtained.

Figure 2017084707
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(電極の作製)
実施例1〜2および比較例1〜4で得られた炭素質材料(1)〜(6)をそれぞれ用いて、以下の手順に従って電極(負極)の作製を行った。
(Production of electrodes)
Using the carbonaceous materials (1) to (6) obtained in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 4, electrodes (negative electrodes) were produced according to the following procedure.

調製した炭素質材料92質量部、アセチレンブラック2質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)6質量部およびNMP(N−メチルピロリドン)90質量部を混合し、スラリーを得た。厚さ14μmの銅箔に、得られたスラリーを塗布し、乾燥後プレスして、厚さ60μmの電極(1)〜(6)をそれぞれ得た。得られた電極(1)〜(6)の密度は、0.9〜1.1g/cmであった。 92 parts by mass of the prepared carbonaceous material, 2 parts by mass of acetylene black, 6 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride) and 90 parts by mass of NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to a copper foil having a thickness of 14 μm, dried and pressed to obtain electrodes (1) to (6) having a thickness of 60 μm. The density of the obtained electrodes (1) to (6) was 0.9 to 1.1 g / cm 3 .

(リチウムイオン二次電池の作製)
上記で作製した電極(1)〜(6)それぞれを作用極とし、金属リチウムを対極および参照極として使用した。溶媒として、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとの混合物(体積比3:7)を用いた。この溶媒に、LiPFを1mol/L溶解し、電解質として用いた。セパレータにはガラス繊維不織布を使用した。アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルをそれぞれ作製した。
(Production of lithium ion secondary battery)
Each of the electrodes (1) to (6) produced above was used as a working electrode, and metallic lithium was used as a counter electrode and a reference electrode. As a solvent, a mixture of ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate (volume ratio 3: 7) was used. In this solvent, 1 mol / L of LiPF 6 was dissolved and used as an electrolyte. A glass fiber nonwoven fabric was used for the separator. Each coin cell was produced in a glove box under an argon atmosphere.

(充電容量、放電容量、充放電効率および初期直流抵抗の測定)
上記構成のリチウムイオン二次電池について、充放電試験装置(東洋システム株式会社製、「TOSCAT」)を用いて充放電試験を行った。初期直流抵抗は、0.5mAを3秒間流したときに発生する抵抗値とした。リチウムのドーピングは、活物質質量に対し70mA/gの速度で行い、リチウム電位に対して1mVになるまでドーピングした。さらにリチウム電位に対して1mVの定電圧を8時間印加して、ドーピングを終了した。このときの容量(mAh/g)を充電容量とした。次いで、活物質質量に対し70mA/gの速度で、リチウム電位に対して2.5Vになるまで脱ドーピングを行い、このとき放電した容量を放電容量とした。放電容量/充電容量の百分率を充放電効率(充放電効率)とし、電池内におけるリチウムイオンの利用効率の指標とした。得られた電池性能を表2に示す。
(Measurement of charge capacity, discharge capacity, charge / discharge efficiency and initial DC resistance)
About the lithium ion secondary battery of the said structure, the charge / discharge test was done using the charge / discharge test apparatus (the Toyo System Co., Ltd. make, "TOSCAT"). The initial DC resistance was a resistance value generated when 0.5 mA was passed for 3 seconds. Lithium was doped at a rate of 70 mA / g with respect to the mass of the active material, and was doped until 1 mV with respect to the lithium potential. Further, a constant voltage of 1 mV with respect to the lithium potential was applied for 8 hours to complete the doping. The capacity (mAh / g) at this time was defined as the charge capacity. Next, dedoping was performed at a rate of 70 mA / g with respect to the mass of the active material until 2.5 V with respect to the lithium potential, and the capacity discharged at this time was defined as the discharge capacity. The percentage of discharge capacity / charge capacity was defined as charge / discharge efficiency (charge / discharge efficiency), which was used as an index of the utilization efficiency of lithium ions in the battery. The obtained battery performance is shown in Table 2.

Figure 2017084707
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実施例1および2で得た炭素質材料を用いて作製したリチウムイオン二次電池では、高い充電容量および放電容量を同時に得られ、また充放電効率に優れ、さらに初期直流抵抗が低くなる結果となった。一方、焼成工程後に粉砕を行わない比較例1および3では、充電容量および充放電効率が低く、また初期直流抵抗が高くなった。炭素質材料の比表面積を80m/gに粉砕する後粉砕工程を含む比較例2では、充放電効率が低くなった。さらに、比表面積が42m/gであるが、焼成工程後に粉砕を行わない比較例4では、初期直流抵抗が高い結果となった。
以上より、本発明の製造方法により、良好な充放電容量とともに、低い抵抗を示し、酸化劣化に対する良好な耐性を有する、非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)の負極に用いる炭素質材料(非水電解質二次電池用炭素質材料)を提供できることが明らかである。
In the lithium ion secondary battery produced using the carbonaceous material obtained in Examples 1 and 2, a high charge capacity and discharge capacity can be obtained at the same time, the charge / discharge efficiency is excellent, and the initial DC resistance is low. became. On the other hand, in Comparative Examples 1 and 3 in which pulverization was not performed after the firing step, the charge capacity and charge / discharge efficiency were low, and the initial DC resistance was high. In Comparative Example 2 including a post-grinding step in which the specific surface area of the carbonaceous material was ground to 80 m 2 / g, the charge / discharge efficiency was low. Furthermore, although the specific surface area was 42 m 2 / g, Comparative Example 4 in which pulverization was not performed after the firing step resulted in a high initial DC resistance.
As described above, the carbon used for the negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery) that exhibits a low resistance as well as a good resistance to oxidative degradation along with a good charge / discharge capacity by the production method of the present invention. It is clear that a porous material (a carbonaceous material for a non-aqueous electrolyte secondary battery) can be provided.

Claims (7)

炭素前駆体または該炭素前駆体と揮発性有機物との混合物を800〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成して炭素質材料を得る焼成工程、および
粉砕および/または分級により、窒素吸着BET3点法により求めた前記炭素質材料の比表面積を20〜75m/gに調整する後粉砕工程および/または後分級工程
を含む、非水電解質二次電池用炭素質材料を製造する方法。
A carbon precursor or a mixture of the carbon precursor and a volatile organic substance is calcined in an inert gas atmosphere at 800 to 1400 ° C. to obtain a carbonaceous material, and pulverized and / or classified to give 3 points of nitrogen adsorption BET A method for producing a carbonaceous material for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising a post-grinding step and / or a post-classifying step of adjusting the specific surface area of the carbonaceous material obtained by the method to 20 to 75 m 2 / g.
粉砕および/または分級により、窒素吸着BET3点法により求めた前記炭素前駆体の比表面積を100〜800m/gに調整する前粉砕工程および/または前分級工程を含む、請求項1に記載の方法。 2. The method according to claim 1, comprising a pre-grinding step and / or a pre-classifying step of adjusting the specific surface area of the carbon precursor determined by the nitrogen adsorption BET three-point method to 100 to 800 m 2 / g by pulverization and / or classification. Method. 前記炭素前駆体は植物由来である、請求項1または2に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the carbon precursor is derived from a plant. 前記揮発性有機物は、常温で固体状態であり、残炭率が5質量%未満である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the volatile organic substance is in a solid state at room temperature and has a residual carbon ratio of less than 5 mass%. 前記炭素質材料は、広角X線回折法によるBragg式を用いて算出される(002)面の平均面間隔d002が0.36〜0.42nmの範囲にあり、窒素元素含量が0.5質量%以下、および酸素元素含量が2.5質量%以下であり、レーザー散乱法による平均粒子径が1〜4μmである、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。 The carbonaceous material has an average interplanar spacing d 002 of (002) plane calculated using the Bragg equation by wide-angle X-ray diffraction method in the range of 0.36 to 0.42 nm and a nitrogen element content of 0.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the content is not more than mass%, the oxygen element content is not more than 2.5 mass%, and the average particle size by laser scattering method is 1 to 4 µm. 前記炭素質材料は、カリウム元素含量が0.1質量%以下、および鉄元素含量が0.02質量%以下である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。   The said carbonaceous material is a method of any one of Claims 1-5 whose potassium element content is 0.1 mass% or less and whose iron element content is 0.02 mass% or less. 前記炭素質材料は、ブタノール法により求めた真密度が1.4〜1.7g/cmである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の方法。 The said carbonaceous material is the method of any one of Claims 1-6 whose true density calculated | required by the butanol method is 1.4-1.7 g / cm < 3 >.
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