JP2018041669A - Electrode material, composite electrode material, negative electrode, and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide: an electrode material which can suppress the decomposition of a nonaqueous electrolyte in a secondary battery; a composite electrode material; a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery which includes any of them; and a nonaqueous electrolyte secondary battery.SOLUTION: An embodiment of the present invention is an electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, which comprises a carbon material of 40 Å or less in average pore diameter. Another embodiment of the invention is a composite electrode material for a nonaqueous electrolyte secondary battery, which comprises the electrode material. Another embodiment of the invention is a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery, which comprises the electrode material or the composite electrode material. Another embodiment of the invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery, which comprises the negative electrode.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、電極材料、複合電極材料、負極、及び非水電解質二次電池に関する。   The present invention relates to an electrode material, a composite electrode material, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte secondary battery.

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は、エネルギー密度の高さから、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車等に多用されている。上記非水電解質二次電池は、一般的には、セパレータで電気的に隔離された一対の電極と、この電極間に介在する非水電解質とを有し、両電極間でイオンの受け渡しを行うことで充放電するよう構成される。また、非水電解質は、通常、非水溶媒、この非水溶媒に溶解している電解質塩、及び必要に応じて添加されるその他の任意成分を含むものである。   Nonaqueous electrolyte secondary batteries typified by lithium ion secondary batteries are widely used in electronic devices such as personal computers and communication terminals, automobiles and the like because of their high energy density. The nonaqueous electrolyte secondary battery generally has a pair of electrodes electrically isolated by a separator and a nonaqueous electrolyte interposed between the electrodes, and transfers ions between the electrodes. It is comprised so that it may charge / discharge. The non-aqueous electrolyte usually contains a non-aqueous solvent, an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent, and other optional components added as necessary.

非水電解質二次電池の電極材料には、負極活物質としての黒鉛、難黒鉛化性炭素等や、導電助剤としてのアセチレンブラック、ケッチェンブラック等、種々の炭素材料が用いられている。その他、電極材料として、炭素と金属との複合材料等も開発されている。例えば特許文献1においては、充放電サイクル特性に優れた非水電解液電池用負極を提供することを目的として、多孔質炭素材料と、この多孔質炭素材料の表面に配された金属材料とを有する金属炭素複合材料を用いた非水電解液電池用負極が提案されている。この特許文献1の実施例においては、金属炭素複合材料を得るために、平均細孔径が4.1nm(41Å)の多孔質炭素材料が製造されている。   As the electrode material of the nonaqueous electrolyte secondary battery, various carbon materials such as graphite and non-graphitizable carbon as a negative electrode active material, acetylene black and ketjen black as a conductive auxiliary agent are used. In addition, composite materials of carbon and metal have been developed as electrode materials. For example, in Patent Document 1, a porous carbon material and a metal material disposed on the surface of the porous carbon material are provided for the purpose of providing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte battery excellent in charge / discharge cycle characteristics. A negative electrode for a non-aqueous electrolyte battery using a metal-carbon composite material is proposed. In the example of Patent Document 1, a porous carbon material having an average pore diameter of 4.1 nm (41 cm) is manufactured in order to obtain a metal carbon composite material.

特開2010−277989号公報JP 2010-277899 A

これらのような従来の非水電解質二次電池においては、高い初期クーロン効率と高い初期放電容量との双方を両立させることが困難である。この原因は、二次電池の使用時や保存時等における非水電解質(通常、非水溶媒)の分解が挙げられる。しかし、従来の炭素材料を有する電極が用いられている場合、非水電解質の分解を十分に抑えることができない。   In such conventional nonaqueous electrolyte secondary batteries, it is difficult to achieve both high initial coulomb efficiency and high initial discharge capacity. This may be caused by decomposition of a non-aqueous electrolyte (usually a non-aqueous solvent) during use or storage of the secondary battery. However, when the electrode which has the conventional carbon material is used, decomposition | disassembly of a nonaqueous electrolyte cannot fully be suppressed.

本発明は、以上のような事情に基づいてなされたものであり、その目的は、二次電池中の非水電解質の分解を抑制することができる電極材料及び複合電極材料、これらを含む非水電解質二次電池用の負極及び非水電解質二次電池を提供することである。   The present invention has been made based on the circumstances as described above, and an object of the present invention is to provide an electrode material and a composite electrode material that can suppress the decomposition of the nonaqueous electrolyte in the secondary battery, and a nonaqueous solution containing these. To provide a negative electrode for an electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery.

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、平均細孔径が40Å以下の炭素材料からなる非水電解質二次電池用の電極材料である。   One embodiment of the present invention made to solve the above problems is an electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery made of a carbon material having an average pore diameter of 40 mm or less.

本発明の他の一態様は、当該電極材料を含む非水電解質二次電池用の複合電極材料である。   Another embodiment of the present invention is a composite electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery including the electrode material.

本発明の他の一態様は、当該電極材料又は当該複合電極材料を含む負極活物質層を備える非水電解質二次電池用の負極である。   Another embodiment of the present invention is a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode active material layer containing the electrode material or the composite electrode material.

本発明の他の一態様は、当該負極を備える非水電解質二次電池である。   Another embodiment of the present invention is a nonaqueous electrolyte secondary battery including the negative electrode.

本発明によれば、二次電池中の非水電解質の分解を抑制することができる電極材料及び複合電極材料、これらを含む非水電解質二次電池用の負極及び非水電解質二次電池を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the electrode material and composite electrode material which can suppress decomposition | disassembly of the nonaqueous electrolyte in a secondary battery, the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing these, and a nonaqueous electrolyte secondary battery are provided. can do.

図1は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を示す外観斜視図である。FIG. 1 is an external perspective view showing a nonaqueous electrolyte secondary battery according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池を複数個集合して構成した蓄電装置を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram showing a power storage device configured by assembling a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries according to an embodiment of the present invention.

本発明の一態様に係る電極材料は、平均細孔径が40Å以下の炭素材料からなる非水電解質二次電池用の電極材料である。   The electrode material which concerns on 1 aspect of this invention is an electrode material for non-aqueous electrolyte secondary batteries which consists of a carbon material whose average pore diameter is 40 mm or less.

当該電極材料を非水電解質二次電池の電極に用いることで、この二次電池中の非水電解質の分解を抑制することができる。この理由は定かでは無いが、以下のことが推測される。従来の細孔径が比較的大きい多孔質の炭素材料を電極に用いた場合、細孔内に非水電解質が浸透するため、炭素材料表面と非水電解質との接触面積は大きい。このため、炭素材料表面での非水電解質の分解反応が進行しやすい。これに対し、当該電極材料においては、炭素材料の平均細孔径を40Å以下としており、このような微細な孔内に非水電解質が浸透し難くなる。このため、当該電極材料を非水電解質二次電池の電極に用いた場合、炭素材料表面と非水電解質との接触面積が小さくなり、炭素材料表面での非水電解質の分解反応が抑制されているものと推測される。   By using the electrode material for the electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery, decomposition of the non-aqueous electrolyte in the secondary battery can be suppressed. The reason for this is not clear, but the following is presumed. When a conventional porous carbon material having a relatively large pore diameter is used for the electrode, the non-aqueous electrolyte penetrates into the pores, so that the contact area between the carbon material surface and the non-aqueous electrolyte is large. For this reason, the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte on the surface of the carbon material is likely to proceed. On the other hand, in the electrode material, the average pore diameter of the carbon material is 40 mm or less, and it is difficult for the nonaqueous electrolyte to penetrate into such fine pores. For this reason, when the electrode material is used for an electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery, the contact area between the carbon material surface and the nonaqueous electrolyte is reduced, and the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte on the carbon material surface is suppressed. Presumed to be.

なお、「平均細孔径」及び後述する「BET比表面積」は、以下の方法により測定された値である。まず、窒素吸着法を用いた細孔径分布測定を行う。この測定は、Quantachrome社製「autosorb iQ」により行うことができる。得られる吸着等温線のP/P0=0.06〜0.3の領域から5点を抽出してBETプロットを行い、その直線のy切片と傾きからBET比表面積を算出する。また、細孔径分布測定における総吸着ガス量から、BJH法を用いて細孔体積を算出する。細孔が円筒形であると仮定した場合、細孔の体積Vと細孔の表面積Aは、次のようにして表される。
V=π×(d/2)×H
A=π×d×H
d:細孔径、H:細孔の深さ(円筒の高さに相当)
なお、表面積の計算において、円筒の底面に相当する面の面積は無視することができる。上記2つの式から、d=4V/Aが導かれる。従って、平均細孔径dは、BET比表面積Aと細孔体積Vの値を用いて、d=4V/Aの式から算出することができる。
“Average pore diameter” and “BET specific surface area” described later are values measured by the following methods. First, pore diameter distribution measurement using a nitrogen adsorption method is performed. This measurement can be performed by “autosorb iQ” manufactured by Quantachrome. Five points are extracted from the region of P / P0 = 0.06 to 0.3 of the obtained adsorption isotherm, a BET plot is performed, and the BET specific surface area is calculated from the y-intercept and slope of the straight line. Further, the pore volume is calculated from the total adsorbed gas amount in the pore size distribution measurement using the BJH method. Assuming that the pores are cylindrical, the pore volume V and the pore surface area A are expressed as follows.
V = π × (d / 2) 2 × H
A = π × d × H
d: pore diameter, H: depth of the pore (equivalent to the height of the cylinder)
In the calculation of the surface area, the area of the surface corresponding to the bottom surface of the cylinder can be ignored. From the above two equations, d = 4 V / A is derived. Therefore, the average pore diameter d can be calculated from the equation d = 4 V / A using the values of the BET specific surface area A and the pore volume V.

当該電極材料のBET比表面積が100m/g以上3,000m/g以下であることが好ましい。これにより、充放電に十分な表面積を確保しつつ、非水電解質の分解反応をより抑制することなどができる。 It is preferable that the electrode material has a BET specific surface area of 100 m 2 / g or more and 3,000 m 2 / g or less. Thereby, the decomposition reaction of the nonaqueous electrolyte can be further suppressed while ensuring a sufficient surface area for charging and discharging.

本発明の他の一態様に係る複合電極材料は、当該電極材料を含む非水電解質二次電池用の複合電極材料である。   A composite electrode material according to another embodiment of the present invention is a composite electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery including the electrode material.

当該複合電極材料は、平均細孔径が40Å以下の炭素材料を含むため、上述の当該電極材料と同様、非水電解質二次電池の電極に用いることで、この二次電池中の非水電解質の分解を抑制することができる。   Since the composite electrode material contains a carbon material having an average pore diameter of 40 mm or less, the composite electrode material can be used for an electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery as in the case of the electrode material described above, so that the non-aqueous electrolyte in the secondary battery Decomposition can be suppressed.

本発明の他の一態様に係る負極は、当該電極材料又は当該複合電極材料を含む負極活物質層を備える非水電解質二次電池用の負極である。   A negative electrode according to another embodiment of the present invention is a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery including a negative electrode active material layer containing the electrode material or the composite electrode material.

当該負極は、当該電極材料又は当該複合電極材料を含む負極活物質層を備えるため、非水電解質二次電池に用いることで、この二次電池中の非水電解質の分解を抑制することができる。   Since the negative electrode includes a negative electrode active material layer containing the electrode material or the composite electrode material, the use of the negative electrode in a non-aqueous electrolyte secondary battery can suppress decomposition of the non-aqueous electrolyte in the secondary battery. .

上記負極活物質層に含まれる上記炭素材料の割合が30質量%以上40質量%以下であることが好ましい。上記炭素材料の含有割合を上記範囲とすることで、非水電解質の還元分解を十分に抑制しつつ、他の負極活物質の孤立化を抑制できることなどにより、充放電における不可逆容量を低減させることもできる。   The proportion of the carbon material contained in the negative electrode active material layer is preferably 30% by mass or more and 40% by mass or less. By making the content ratio of the carbon material within the above range, the irreversible capacity in charge / discharge can be reduced by sufficiently suppressing the reductive decomposition of the non-aqueous electrolyte and suppressing the isolation of other negative electrode active materials. You can also.

本発明の他の一態様に係る非水電解質二次電池は、当該負極を備える非水電解質二次電池(以下、単に「二次電池」ともいう。)である。当該二次電池は、当該電極材料又は複合材料が負極に用いられているため、非水電解質の分解を抑制することができる。従って、当該二次電池によれば、高い初期クーロン効率と高い初期放電容量との双方を両立することが可能となる。   A non-aqueous electrolyte secondary battery according to another embodiment of the present invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “secondary battery”) including the negative electrode. In the secondary battery, since the electrode material or the composite material is used for the negative electrode, decomposition of the nonaqueous electrolyte can be suppressed. Therefore, according to the secondary battery, it is possible to achieve both high initial coulomb efficiency and high initial discharge capacity.

以下、本発明の一実施形態に係る電極材料、複合電極材料、負極、及び二次電池について、順に詳説する。   Hereinafter, an electrode material, a composite electrode material, a negative electrode, and a secondary battery according to an embodiment of the present invention will be described in detail.

<電極材料>
本発明の一実施形態に係る電極材料は、平均細孔径が40Å以下の炭素材料からなる非水電解質二次電池用の電極材料である。
<Electrode material>
An electrode material according to an embodiment of the present invention is an electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery made of a carbon material having an average pore diameter of 40 mm or less.

上記炭素材料の平均細孔径の上限は、37Åが好ましく、30Åがより好ましい。上記平均細孔径を上記上限以下とすることで、非水電解質の炭素材料の細孔内への進入がより抑制され、非水電解質の分解をより抑制することができる。   The upper limit of the average pore diameter of the carbon material is preferably 37 mm, and more preferably 30 mm. By making the said average pore diameter below the said upper limit, the penetration | invasion into the pore of the carbon material of a nonaqueous electrolyte is suppressed more, and decomposition | disassembly of a nonaqueous electrolyte can be suppressed more.

一方、上記炭素材料の平均細孔径の下限としては、特に限定されず例えば1Åであってもよいが、10Åが好ましく、20Åがより好ましく、25Å超がさらに好ましく、28Åがよりさらに好ましい。細孔径を上記下限以上とすることで、例えば当該電極材料が活物質として機能する際、リチウムイオン等のイオンの吸蔵放出に好適な表面積が確保され、充放電特性を高めることなどができる。   On the other hand, the lower limit of the average pore diameter of the carbon material is not particularly limited, and may be, for example, 1 Å, but is preferably 10 、, more preferably 20 、, even more preferably more than 25 、, and even more preferably 28 Å. By setting the pore diameter to the above lower limit or more, for example, when the electrode material functions as an active material, a surface area suitable for occlusion / release of ions such as lithium ions is secured, and charge / discharge characteristics can be improved.

上記炭素材料のBET比表面積の上限としては、3,000m/gが好ましく、1,500m/gがより好ましく、1,000m/gがさらに好ましく、500m/gがよりさらに好ましく、250m/gがよりさらに好ましい。上記炭素材料のBET比表面積を上記上限以下とすることで、炭素材料表面での非水電解質の分解をより抑制することができる。 The upper limit of the BET specific surface area of the carbon material is preferably 3,000 m 2 / g, more preferably 1,500 m 2 / g, more preferably 1,000m 2 / g, 500m 2 / g and more preferably more, 250 m 2 / g is even more preferable. By making the BET specific surface area of the said carbon material below the said upper limit, decomposition | disassembly of the nonaqueous electrolyte on a carbon material surface can be suppressed more.

一方、上記炭素材料のBET比表面積の下限としては、100m/gが好ましく、200m/gがより好ましい。上記炭素材料のBET比表面積を上記下限以上とすることで、例えば当該電極材料が活物質として機能する際、リチウムイオン等のイオンの吸蔵放出に好適な表面積が確保され、充放電特性を高めることなどができる。また、BET比表面積を上記下限以上とすることで、例えば当該電極材料が導電剤として機能する際、導電剤と活物質との接触面積が増大することにより、活物質の電子伝導性が確保され、活物質の利用率や容量維持率を高めることなどができる。 On the other hand, the lower limit of the BET specific surface area of the carbon material, 100 m 2 / g is preferable, 200 meters 2 / g is more preferable. By setting the BET specific surface area of the carbon material to be equal to or higher than the lower limit, for example, when the electrode material functions as an active material, a surface area suitable for occlusion / release of ions such as lithium ions is secured, and charge / discharge characteristics are improved Etc. Further, by setting the BET specific surface area to be equal to or more than the above lower limit, for example, when the electrode material functions as a conductive agent, the contact area between the conductive agent and the active material is increased, thereby ensuring the electronic conductivity of the active material. In addition, the utilization rate and capacity maintenance rate of the active material can be increased.

当該電極材料の形状としては特に限定されないが、通常、粉末状である。また、当該電極材料は、実質的に上記炭素材料のみから構成される。但し、上記炭素材料と他の成分との混合物については、後述する複合電極材料として、当該電極材料と同様な効果を発揮することができる。   Although it does not specifically limit as a shape of the said electrode material, Usually, it is a powder form. Moreover, the said electrode material is comprised only from the said carbon material substantially. However, about the mixture of the said carbon material and another component, the effect similar to the said electrode material can be exhibited as a composite electrode material mentioned later.

当該電極材料は、リチウムイオン等を吸蔵放出する負極活物質として機能することもできる。また、当該電極材料は、他の負極活物質又は正極活物質と共に用い、導電助剤として機能させることもできる。さらに、電極の中間層における導電助剤として当該電極材料を用いることもできる。   The electrode material can also function as a negative electrode active material that occludes and releases lithium ions and the like. In addition, the electrode material can be used together with another negative electrode active material or a positive electrode active material to function as a conductive additive. Furthermore, the said electrode material can also be used as a conductive support agent in the intermediate | middle layer of an electrode.

当該電極材料の製造方法としては特に限定されないが、例えば前駆体ポリマーを含む有機系材料を焼成することにより得ることができる。より具体的には、例えば、上記前駆体ポリマー、溶媒及びその他の添加剤を混合して上記有機系材料を得て、この有機系材料を乾燥及び焼成することによって得ることができる。   Although it does not specifically limit as a manufacturing method of the said electrode material, For example, it can obtain by baking the organic type material containing a precursor polymer. More specifically, it can be obtained, for example, by mixing the precursor polymer, solvent and other additives to obtain the organic material, and drying and baking the organic material.

上記前駆体ポリマーとしては、スチレン、ビニルフェノール等の芳香族ビニルモノマーの重合体や、アクリル酸、メタクリル酸又はこれらのエステルの重合体などを挙げることができる。上記前駆体ポリマーとしては、水酸基又はカルボキシ基を有するモノマーの重合体が好ましく、中でもポリビニルフェノール及びポリアクリル酸が好ましい。このような重合体は、乾燥及び焼成の際に、極性基同士の相互作用による凝集などにより、微細な孔を有する炭素材料が効果的に得られるものと考えられる。   Examples of the precursor polymer include polymers of aromatic vinyl monomers such as styrene and vinylphenol, and polymers of acrylic acid, methacrylic acid, or esters thereof. As said precursor polymer, the polymer of the monomer which has a hydroxyl group or a carboxy group is preferable, and polyvinyl phenol and polyacrylic acid are especially preferable. In such a polymer, it is considered that a carbon material having fine pores can be effectively obtained due to aggregation due to interaction between polar groups during drying and firing.

上記溶媒としては、上記前駆体ポリマーを溶解可能なものであれば特に限定されない。上記溶媒としては、例えばN−メチル−2−ピロリドン(NMP)、キシレン、トルエン、シクロヘキサン、エタノール等の有機溶媒を挙げることができ、NMPが好ましい。   The solvent is not particularly limited as long as it can dissolve the precursor polymer. Examples of the solvent include organic solvents such as N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), xylene, toluene, cyclohexane, and ethanol, and NMP is preferable.

上記その他の添加剤としては、界面活性剤を挙げることができる。界面活性剤を添加することで、前駆体ポリマーの有機系材料中での分散性が高まり、より効果的に細孔径の小さい当該電極材料を得ることができる。   Examples of the other additives include surfactants. By adding the surfactant, the dispersibility of the precursor polymer in the organic material is increased, and the electrode material having a small pore diameter can be obtained more effectively.

上記界面活性剤としては、アニオン系界面活性剤、カチオン系界面活性剤、非イオン系界面活性剤等を挙げることができるが、これらの中でも非イオン系界面活性剤が好ましく、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレン共重合体等のポリオール構造を有する非イオン系界面活性剤がより好ましい。このような界面活性剤は上記前駆体ポリマーの分散性をより高めることができると共に、上述した乾燥及び焼成の際の前駆体ポリマーの凝集作用がより効果的に奏されることなどにより、当該電極材料を効率的に得ることができる。   Examples of the surfactant include anionic surfactants, cationic surfactants, and nonionic surfactants. Among these, nonionic surfactants are preferred, and polyoxyethylene polyoxy Nonionic surfactants having a polyol structure such as a propylene copolymer are more preferred. Such a surfactant can further enhance the dispersibility of the precursor polymer, and more effectively exhibits the aggregation action of the precursor polymer during the drying and firing described above. The material can be obtained efficiently.

上記界面活性剤の物質量(配合量)の下限としては、上記前駆体ポリマーの構造単位の物質量(前駆体ポリマーの質量/構造単位の分子量)の0.1mol%が好ましく、0.5molがより好ましい。一方、この上限としては、5mol%が好ましく、2mol%がより好ましい。このような範囲の配合量で界面活性剤を用いることで、より効果的に微細な孔を有する炭素材料を得ることができる。   The lower limit of the substance amount (blending amount) of the surfactant is preferably 0.1 mol% of the substance amount of the precursor polymer structural unit (mass of precursor polymer / molecular weight of the structural unit), and 0.5 mol is preferable. More preferred. On the other hand, as this upper limit, 5 mol% is preferable and 2 mol% is more preferable. By using the surfactant in such a blending amount, a carbon material having fine pores can be obtained more effectively.

上記有機系材料の固形分中の有機化合物の含有量の下限としては、90質量%が好ましく、99質量%がより好ましく、99.9質量%がさらに好ましい。この有機系材料の固形分中の有機化合物の含有量又はその上限は、100質量%であってよい。このように、有機化合物の含有量の高い有機系材料を用いることで、得られる炭素材料(電極材料)の細孔径を小さくすることができる。なお、「固形分」とは、溶媒以外の成分をいう。また、「有機化合物」とは、炭素原子を含む化合物をいう。   As a minimum of content of an organic compound in solid content of the above-mentioned organic system material, 90 mass% is preferred, 99 mass% is more preferred, and 99.9 mass% is still more preferred. The content of the organic compound in the solid content of the organic material or the upper limit thereof may be 100% by mass. Thus, the pore diameter of the carbon material (electrode material) obtained can be reduced by using an organic material having a high organic compound content. The “solid content” refers to components other than the solvent. The “organic compound” refers to a compound containing a carbon atom.

上記乾燥は、溶媒が十分に揮発される温度及び時間で行うことができる。なお、乾燥と焼成とは一体的又は連続的に行われるものであってもよい。   The drying can be performed at a temperature and time at which the solvent is sufficiently volatilized. In addition, drying and baking may be performed integrally or continuously.

上記焼成は、例えば窒素ガス等の不活性ガス雰囲気下で行うことが好ましい。また、焼成温度の下限としては、600℃が好ましく、700℃がより好ましく、800℃がさらに好ましい。一方、焼成温度の上限としては、例えば1,200℃であり、1,000℃が好ましい。焼成時間としては、例えば1時間以上10時間以下とすることができる。なお、焼成の前に、例えば200℃以上500℃以下の温度範囲で1時間以上5時間以下程度の予備加熱を行ってもよい。   The firing is preferably performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen gas. Moreover, as a minimum of baking temperature, 600 degreeC is preferable, 700 degreeC is more preferable, and 800 degreeC is further more preferable. On the other hand, the upper limit of the firing temperature is, for example, 1,200 ° C., preferably 1,000 ° C. The firing time can be, for example, 1 hour or more and 10 hours or less. In addition, you may perform preheating for about 1 hour or more and 5 hours or less, for example in the temperature range of 200 degreeC or more and 500 degrees C or less, before baking.

<複合電極材料>
本発明の一実施形態に係る複合電極材料は、当該電極材料を含む非水電解質二次電池用の複合電極材料である。
<Composite electrode material>
The composite electrode material which concerns on one Embodiment of this invention is a composite electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing the said electrode material.

当該複合電極材料において、当該電極材料(平均細孔径が40Å以下の炭素材料)以外に含まれる成分としては、金属材料、他の炭素材料等を挙げることができるが、金属材料が好ましい。   In the composite electrode material, examples of the component other than the electrode material (carbon material having an average pore diameter of 40 mm or less) include metal materials and other carbon materials, but metal materials are preferable.

上記金属材料としては、ケイ素、ゲルマニウム、スズ、インジウム、アンチモン、亜鉛等を挙げることができる。当該複合電極材料としては、粒子状の当該電極材料(平均細孔径が40Å以下の炭素材料)を上記金属材料が被覆した粒子状のものであってもよいし、粒子状の当該電極材料と、粒子状の上記金属材料との混合物であってもよい。このような、当該電極材料と金属材料とを含む複合電極材料は、非水電解質二次電池における負極活物質として好適に用いることができる。   Examples of the metal material include silicon, germanium, tin, indium, antimony, and zinc. The composite electrode material may be a particulate material in which the metallic material is coated with the particulate electrode material (carbon material having an average pore diameter of 40 mm or less), and the particulate electrode material, It may be a mixture with the particulate metal material. Such a composite electrode material containing the electrode material and the metal material can be suitably used as a negative electrode active material in a non-aqueous electrolyte secondary battery.

また、当該電極材料(平均細孔径が40Å以下の炭素材料)を含む正極合材又は負極合材も本発明の複合電極材料の一態様である。   Further, a positive electrode mixture or a negative electrode mixture containing the electrode material (a carbon material having an average pore diameter of 40 mm or less) is also an embodiment of the composite electrode material of the present invention.

当該複合電極材料における当該電極材料(平均細孔径が40Å以下の炭素材料)の含有量としては特に限定されず、下限としては、1質量%であってよく、10質量%であってよく、20質量%であってよく、40質量%であってよい。また、この上限としては、99質量%であってよく、90質量%であってよく、80質量%であってよく、50質量%であってよい。特に負極活物質としてケイ素を用いる場合、ケイ素と当該電極材料との和に対する当該電極材料の含有量は、30質量%以上40質量%以下が好ましい。この範囲であれば、ケイ素の利用率を高めるとともに、ケイ素の孤立化を抑制しつつ、非水電解質の還元分解を抑制することができる。   The content of the electrode material (carbon material having an average pore diameter of 40 mm or less) in the composite electrode material is not particularly limited, and the lower limit may be 1% by mass, 10% by mass, or 20%. The mass may be 40% by mass. Moreover, as this upper limit, it may be 99 mass%, may be 90 mass%, may be 80 mass%, and may be 50 mass%. In particular, when silicon is used as the negative electrode active material, the content of the electrode material with respect to the sum of silicon and the electrode material is preferably 30% by mass or more and 40% by mass or less. Within this range, the utilization rate of silicon can be increased, and reductive decomposition of the nonaqueous electrolyte can be suppressed while suppressing the isolation of silicon.

<負極>
本発明の一実施形態に係る負極は、当該電極材料又は当該複合電極材料を含む非水電解質二次電池用の負極である。当該負極は、負極基材、及びこの負極基材に直接又は中間層を介して配される負極活物質層を有する。当該負極は、通常、上記層構造のシート状である。当該電極材料又は当該複合電極材料は、上記負極活物質層中の負極活物質として用いられてもよいし、導電助剤として用いられてもよい。
<Negative electrode>
The negative electrode which concerns on one Embodiment of this invention is a negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing the said electrode material or the said composite electrode material. The negative electrode includes a negative electrode base material and a negative electrode active material layer disposed on the negative electrode base material directly or via an intermediate layer. The negative electrode is usually a sheet having the above layer structure. The electrode material or the composite electrode material may be used as a negative electrode active material in the negative electrode active material layer or may be used as a conductive additive.

上記負極基材は、導電性を有する。負極基材の材質としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼、アルミニウム等の金属又はそれらの合金が用いられ、銅又は銅合金が好ましい。また、負極基材の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、負極基材としては銅箔が好ましい。銅箔としては、圧延銅箔、電解銅箔等が例示される。   The negative electrode substrate has conductivity. As a material of the negative electrode base material, a metal such as copper, nickel, stainless steel, nickel-plated steel, aluminum, or an alloy thereof is used, and copper or a copper alloy is preferable. Moreover, foil, a vapor deposition film, etc. are mentioned as a formation form of a negative electrode base material, and foil is preferable from the surface of cost. That is, copper foil is preferable as the negative electrode substrate. Examples of the copper foil include rolled copper foil and electrolytic copper foil.

上記中間層は、負極基材の表面の被覆層であり、炭素粒子等の導電性粒子を含むことで負極基材と負極活物質層との接触抵抗を低減する。なお、この導電性粒子に、当該電極材料又は当該複合電極材料を用いることもできる。中間層の構成は特に限定されず、例えば樹脂バインダー及び導電性粒子を含有する組成物により形成できる。なお、「導電性」を有するとは、JIS−H−0505(1975年)に準拠して測定される体積抵抗率が10Ω・cm以下であることを意味し、「非導電性」とは、上記体積抵抗率が10Ω・cm超であることを意味する。 The said intermediate | middle layer is a coating layer of the surface of a negative electrode base material, and reduces the contact resistance of a negative electrode base material and a negative electrode active material layer by including electroconductive particles, such as carbon particle. Note that the electrode material or the composite electrode material can also be used for the conductive particles. The structure of an intermediate | middle layer is not specifically limited, For example, it can form with the composition containing a resin binder and electroconductive particle. “Conductive” means that the volume resistivity measured in accordance with JIS-H-0505 (1975) is 10 7 Ω · cm or less, and “nonconductive” Means that the volume resistivity is more than 10 7 Ω · cm.

上記負極活物質層は、負極活物質を含むいわゆる負極合材から形成される。また、負極活物質層を形成する負極合材は、必要に応じて導電助剤、バインダー(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。   The negative electrode active material layer is formed from a so-called negative electrode mixture containing a negative electrode active material. Moreover, the negative electrode composite material which forms a negative electrode active material layer contains arbitrary components, such as a conductive support agent, a binder (binder), a thickener, and a filler as needed.

上記負極活物質として、上述した当該電極材料又は当該複合電極材料を用いることができる。上記負極活物質層における負極活物質(当該電極材料又は当該複合電極材料)の含有量としては、例えば50質量%以上95質量%以下とすることができる。この含有量の下限は60質量%であってよく、この含有量の上限は90質量%又は85質量%であってもよい。なお、当該電極材料又は当該複合電極材料を負極活物質として用いる場合、上記導電助剤としては、公知の導電性材料を用いることができる。   As the negative electrode active material, the electrode material or the composite electrode material described above can be used. As content of the negative electrode active material (the said electrode material or the said composite electrode material) in the said negative electrode active material layer, it can be 50 mass% or more and 95 mass% or less, for example. The lower limit of this content may be 60% by mass, and the upper limit of this content may be 90% by mass or 85% by mass. In addition, when using the said electrode material or the said composite electrode material as a negative electrode active material, a well-known electroconductive material can be used as said conductive support agent.

また、上記導電助剤として、当該電極材料又は当該複合電極材料を用いることができる。この場合、負極活物質としては、Si、Sn等の金属又は半金属;Si酸化物、Sn酸化物等の金属酸化物又は半金属酸化物;ポリリン酸化合物;黒鉛;非晶質炭素(易黒鉛化性炭素又は難黒鉛化性炭素)等、公知の負極活物質を用いることができる。上記負極活物質層における導電助剤の含有量としては、例えば10質量%以上50質量%以下とすることができる。   Moreover, the said electrode material or the said composite electrode material can be used as said conductive support agent. In this case, as the negative electrode active material, a metal or a semimetal such as Si or Sn; a metal oxide or a semimetal oxide such as Si oxide or Sn oxide; a polyphosphate compound; graphite; Known negative electrode active materials such as carbonizable carbon or non-graphitizable carbon) can be used. As content of the conductive support agent in the said negative electrode active material layer, it can be 10 mass% or more and 50 mass% or less, for example.

上記負極活物質層における平均細孔径が40Å以下の炭素材料(当該電極材料)の含有量の下限としては、例えば10質量%とすることができ、30質量%が好ましい。一方、この炭素材料含有量の上限としては、50質量%とすることができ、40質量%が好ましい。なお、負極活物質層に含有される負極活物質としては、ケイ素(Si)を用いることが好ましい。上記負極活物質層におけるケイ素の含有量の下限としては、20質量%とすることができるが、40質量%が好ましい。また、このケイ素含有量の上限としては、70質量%とすることができるが、50質量%が好ましい。さらに、上記負極活物質層における上記平均細孔径が40Å以下の炭素材料とケイ素との合計含有量に対する上記炭素材料の含有量の下限としては、20質量%が好ましく、35質量%がより好ましい。一方、この炭素材料含有量の上限としては、70質量%とすることができ、50質量%が好ましい。負極活物質層において、当該電極材料とケイ素とをこのような含有量で含有させることで、ケイ素の利用率を高めるとともに、ケイ素の孤立化を抑制しつつ、非水電解質の還元分解を抑制することができる。また、この結果、充放電における不可逆容量を低減させることができる。   The lower limit of the content of the carbon material (the electrode material) having an average pore diameter of 40 mm or less in the negative electrode active material layer can be, for example, 10% by mass, and preferably 30% by mass. On the other hand, the upper limit of the carbon material content can be 50% by mass, and preferably 40% by mass. Note that silicon (Si) is preferably used as the negative electrode active material contained in the negative electrode active material layer. The lower limit of the silicon content in the negative electrode active material layer can be 20% by mass, but 40% by mass is preferable. Moreover, as an upper limit of this silicon content, although it can be 70 mass%, 50 mass% is preferable. Furthermore, as a minimum of content of the said carbon material with respect to the total content of the carbon material whose said average pore diameter in the said negative electrode active material layer is 40 or less, and silicon, 20 mass% is preferable and 35 mass% is more preferable. On the other hand, as an upper limit of this carbon material content, it can be 70 mass%, and 50 mass% is preferable. By including the electrode material and silicon in such a content in the negative electrode active material layer, the utilization rate of silicon is increased, and reductive decomposition of the nonaqueous electrolyte is suppressed while suppressing isolation of silicon. be able to. As a result, the irreversible capacity in charge / discharge can be reduced.

上記バインダー(結着剤)としては、フッ素樹脂(ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)等)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリイミド等の熱可塑性樹脂;エチレン−プロピレン−ジエンゴム(EPDM)、スルホン化EPDM、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フッ素ゴム等のエラストマー;多糖類高分子などが挙げられる。上記負極活物質層におけるバインダーの含有量としては、例えば10質量%以上30質量%以下とすることができる。   Examples of the binder (binder) include fluororesins (polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), etc.), thermoplastic resins such as polyethylene, polypropylene, polyimide; ethylene-propylene-diene rubber (EPDM), Examples thereof include elastomers such as sulfonated EPDM, styrene butadiene rubber (SBR) and fluororubber; polysaccharide polymers. As content of the binder in the said negative electrode active material layer, it can be 10 mass% or more and 30 mass% or less, for example.

上記増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース等の多糖類高分子が挙げられる。また、増粘剤がリチウムと反応する官能基を有する場合、予めメチル化等によりこの官能基を失活させておくことが好ましい。   Examples of the thickener include polysaccharide polymers such as carboxymethylcellulose (CMC) and methylcellulose. When the thickener has a functional group that reacts with lithium, it is preferable to deactivate this functional group in advance by methylation or the like.

上記フィラーとしては、電池性能に悪影響を与えないものであれば特に限定されない。フィラーの主成分としては、ポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィン、シリカ、アルミナ、ゼオライト、ガラスなどが挙げられる。   The filler is not particularly limited as long as it does not adversely affect battery performance. Examples of the main component of the filler include polyolefins such as polypropylene and polyethylene, silica, alumina, zeolite, and glass.

<非水電解質二次電池>
本発明の一実施形態に係る二次電池は、正極、負極及び非水電解質を備え、上記負極として、上述した本発明の一実施形態に係る負極が用いられる。
<Nonaqueous electrolyte secondary battery>
A secondary battery according to an embodiment of the present invention includes a positive electrode, a negative electrode, and a nonaqueous electrolyte, and the negative electrode according to an embodiment of the present invention described above is used as the negative electrode.

当該二次電池における正極及び負極は、通常、セパレータを介して積層又は巻回により交互に重畳された発電要素を形成する。この発電要素はケースに収納され、このケース内に非水電解質が充填される。上記非水電解質は、正極と負極との間に介在する。また、上記ケースとしては、非水電解質二次電池のケースとして通常用いられる公知のアルミニウムケース、樹脂ケース等を用いることができる。   The positive electrode and the negative electrode in the secondary battery usually form power generation elements that are alternately superimposed by stacking or winding via a separator. This power generation element is housed in a case, and the case is filled with a nonaqueous electrolyte. The non-aqueous electrolyte is interposed between the positive electrode and the negative electrode. Moreover, as said case, the well-known aluminum case, resin case, etc. which are normally used as a case of a nonaqueous electrolyte secondary battery can be used.

上記正極は、正極基材、及びこの正極基材に直接又は中間層を介して配される正極活物質層を有する。上記正極は、通常、上記層構造のシート状を有する。上記中間層は、上述した負極の中間層と同様の構成とすることができる。   The positive electrode has a positive electrode base material and a positive electrode active material layer disposed on the positive electrode base material directly or via an intermediate layer. The positive electrode usually has a sheet shape with the above layer structure. The intermediate layer can have the same configuration as the above-described negative electrode intermediate layer.

上記正極基材は、導電性を有する。基材の材質としては、アルミニウム、チタン、タンタル、ステンレス鋼等の金属又はそれらの合金が用いられる。これらの中でも、耐電位性、導電性の高さ及びコストのバランスからアルミニウム及びアルミニウム合金が好ましい。また、正極基材の形成形態としては、箔、蒸着膜等が挙げられ、コストの面から箔が好ましい。つまり、正極基材としてはアルミニウム箔が好ましい。なお、アルミニウム又はアルミニウム合金としては、JIS−H−4000(2014年)に規定されるA1085P、A3003P等が例示できる。   The positive electrode base material has conductivity. As the material of the substrate, metals such as aluminum, titanium, tantalum, stainless steel, or alloys thereof are used. Among these, aluminum and aluminum alloys are preferable from the balance of potential resistance, high conductivity and cost. Moreover, foil, a vapor deposition film, etc. are mentioned as a formation form of a positive electrode base material, and foil is preferable from the surface of cost. That is, an aluminum foil is preferable as the positive electrode base material. Examples of aluminum or aluminum alloy include A1085P and A3003P defined in JIS-H-4000 (2014).

上記正極活物質層は、正極活物質を含むいわゆる正極合材から形成される。また、正極活物質層を形成する正極合材は、必要に応じて導電助剤、バインダー(結着剤)、増粘剤、フィラー等の任意成分を含む。これらの任意成分は、上述した負極活物質層と同様のものを用いることができる。   The positive electrode active material layer is formed from a so-called positive electrode mixture containing a positive electrode active material. Moreover, the positive electrode mixture for forming the positive electrode active material layer includes optional components such as a conductive additive, a binder (binder), a thickener, and a filler as necessary. As these optional components, those similar to the negative electrode active material layer described above can be used.

上記正極活物質としては、非水電解二次電池の正極活物質として従来公知のものが用いられる。具体的な正極活物質としては、例えばLiMO(Mは、Mo以外の少なくとも一種の遷移金属を表す)で表される複合酸化物(層状のα―NaFeO型結晶構造を有するLiCoO,LiNiO,LiMnO,LiNiαCo(1−α),LiNiαMnβCo(1−α−β)等、スピネル型結晶構造を有するLiMn,LiNiαMn(2−α)等)、LiM’(XO(M’は、Mo以外の少なくとも一種の遷移金属を表し、Xは例えばP、Si、B、V等を表す)で表されるポリアニオン化合物(LiFePO,LiMnPO,LiNiPO,LiCoPO,Li(PO,LiMnSiO,LiCoPOF等)が挙げられる。 As said positive electrode active material, a conventionally well-known thing is used as a positive electrode active material of a nonaqueous electrolysis secondary battery. As a specific positive electrode active material, for example, a composite oxide (Li x having a layered α-NaFeO 2 type crystal structure) represented by Li x MO y (M represents at least one transition metal other than Mo) is used. CoO 2, Li x NiO 2, Li x MnO 3, Li x Ni α Co (1-α) O 2, Li x Ni α Mn β Co (1-α-β) O 2 or the like, having a spinel type crystal structure Li x Mn 2 O 4 , Li x Ni α Mn (2-α) O 4, etc.), Li w M ′ x (XO y ) z (M ′ represents at least one transition metal other than Mo, and X represents For example, polyanion compounds (LiFePO 4 , LiMnPO 4 , LiNiPO 4 , LiCoPO 4 , Li 3 V 2 (PO 4 ) 3 , Li 2 MnSiO 4 , Li 2 CoP) represented by P, Si, B, V, etc. O 4 F etc.).

上記負極は、上述したように、本発明の一実施形態に係る上記負極が用いられる。当該負極の詳細は上述した通りである。   As described above, the negative electrode according to an embodiment of the present invention is used for the negative electrode. The details of the negative electrode are as described above.

上記セパレータの材質としては、例えば織布、不織布、多孔質樹脂フィルム等が用いられる。これらの中でも多孔質樹脂フィルムが好ましい。多孔質樹脂フィルムの主成分としては、強度の観点から例えばポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンが好ましい。また、これらの樹脂とアラミドやポリイミド等の樹脂とを複合した多孔質樹脂フィルムを用いてもよい。また、多孔質樹脂フィルムに多孔質の無機層が積層された複合フィルムを用いることもできる。   As the material of the separator, for example, a woven fabric, a nonwoven fabric, a porous resin film, or the like is used. Among these, a porous resin film is preferable. The main component of the porous resin film is preferably a polyolefin such as polyethylene or polypropylene from the viewpoint of strength. Moreover, you may use the porous resin film which compounded these resins and resin, such as an aramid and a polyimide. A composite film in which a porous inorganic layer is laminated on a porous resin film can also be used.

上記非水電解質としては、非水電解質二次電池に通常用いられる公知の非水電解質が使用できる。上記非水電解質は、非水溶媒と、この非水溶媒に溶解されている電解質塩を含む。   As the non-aqueous electrolyte, a known non-aqueous electrolyte usually used for a non-aqueous electrolyte secondary battery can be used. The non-aqueous electrolyte includes a non-aqueous solvent and an electrolyte salt dissolved in the non-aqueous solvent.

上記非水溶媒としては、一般的な二次電池用非水電解質の非水溶媒として通常用いられる公知の非水溶媒を用いることができる。上記非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、エステル、エーテル、アミド、スルホン、ラクトン、ニトリル等を挙げることができる。これらの中でも、環状カーボネート又は鎖状カーボネートを少なくとも用いることが好ましく、環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用することがより好ましい。   As said non-aqueous solvent, the well-known non-aqueous solvent normally used as a non-aqueous solvent of the general non-aqueous electrolyte for secondary batteries can be used. Examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonate, chain carbonate, ester, ether, amide, sulfone, lactone, and nitrile. Among these, it is preferable to use at least cyclic carbonate or chain carbonate, and it is more preferable to use cyclic carbonate and chain carbonate in combination.

環状カーボネートと鎖状カーボネートとを併用する場合、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの体積比(環状カーボネート:鎖状カーボネート)としては、特に限定されないが、例えば5:95以上50:50以下とすることが好ましく、20:80以上40:60以下とすることがより好ましい。このような混合比の非水溶媒を用いることで、粘性等が好適化することなどにより、平均細孔径が40Å以下の炭素材料からなる当該電極材料への浸透がより抑制され、非水溶媒(非水電解質)の分解がより抑制される。   When the cyclic carbonate and the chain carbonate are used in combination, the volume ratio of the cyclic carbonate to the chain carbonate (cyclic carbonate: chain carbonate) is not particularly limited, but is, for example, 5:95 or more and 50:50 or less. Is more preferable, and 20:80 or more and 40:60 or less is more preferable. By using a non-aqueous solvent having such a mixing ratio, the viscosity and the like are optimized, so that the penetration into the electrode material made of a carbon material having an average pore diameter of 40 mm or less is further suppressed, and a non-aqueous solvent ( Decomposition of the nonaqueous electrolyte is further suppressed.

上記環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)、ビニルエチレンカーボネート(VEC)、クロロエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート(FEC)、ジフルオロエチレンカーボネート(DFEC)、スチレンカーボネート、カテコールカーボネート、1−フェニルビニレンカーボネート、1,2−ジフェニルビニレンカーボネート等を挙げることができ、これらの中でもECが好ましい。   Examples of the cyclic carbonate include ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), butylene carbonate (BC), vinylene carbonate (VC), vinyl ethylene carbonate (VEC), chloroethylene carbonate, fluoroethylene carbonate (FEC), and difluoroethylene. Examples include carbonate (DFEC), styrene carbonate, catechol carbonate, 1-phenyl vinylene carbonate, 1,2-diphenyl vinylene carbonate, and among these, EC is preferable.

上記鎖状カーボネートとしては、ジエチルカーボネート(DEC)、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジフェニルカーボネート等を挙げることができ、これらの中でもDMC及びEMCが好ましい。   Examples of the chain carbonate include diethyl carbonate (DEC), dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), and diphenyl carbonate. Among these, DMC and EMC are preferable.

電解質塩としては、リチウム塩、ナトリウム塩、カリウム塩、マグネシウム塩、オニウム塩等を挙げることができるが、リチウム塩が好ましい。上記リチウム塩としては、LiPF、LiPO、LiBF、LiClO、LiN(SOF)等の無機リチウム塩、LiSOCF、LiN(SOCF、LiN(SO、LiN(SOCF)(SO)、LiC(SOCF、LiC(SO等のフッ化炭化水素基を有するリチウム塩などを挙げることができる。 Examples of the electrolyte salt include lithium salt, sodium salt, potassium salt, magnesium salt, onium salt, and the like, but lithium salt is preferable. Examples of the lithium salt include inorganic lithium salts such as LiPF 6 , LiPO 2 F 2 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiN (SO 2 F) 2 , LiSO 3 CF 3 , LiN (SO 2 CF 3 ) 2 , LiN (SO Fluorohydrocarbon groups such as 2 C 2 F 5 ) 2 , LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiC (SO 2 C 2 F 5 ) 3 A lithium salt having

上記非水電解質には、その他の添加剤が添加されていてもよい。また、上記非水電解質として、常温溶融塩、イオン液体、ポリマー固体電解質などを用いることもできる。   Other additives may be added to the non-aqueous electrolyte. Moreover, room temperature molten salt, ionic liquid, polymer solid electrolyte, etc. can also be used as the non-aqueous electrolyte.

当該二次電池の製造方法は特に限定されないが、例えば、正極及び負極を含む電極体を作製する工程、上記電極体をケースに収容する工程、及び上記ケースに非水電解質を注入する工程を備える。上記各工程は、公知の方法により行うことができる。注入後、注入口を封止することにより非水電解質二次電池を得ることができる。   Although the manufacturing method of the secondary battery is not particularly limited, for example, it includes a step of producing an electrode body including a positive electrode and a negative electrode, a step of housing the electrode body in a case, and a step of injecting a nonaqueous electrolyte into the case. . Each said process can be performed by a well-known method. After the injection, the non-aqueous electrolyte secondary battery can be obtained by sealing the injection port.

<その他の実施形態>
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、上記態様の他、種々の変更、改良を施した態様で実施することができる。
<Other embodiments>
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be implemented in a mode in which various changes and improvements are made in addition to the above-described mode.

図1に、当該非水電解質二次電池の一実施形態である矩形状の非水電解質二次電池1の概略図を示す。なお、同図は、容器内部を透視した図としている。図1に示す非水電解質二次電池1は、電極体2が電池容器3(ケース)に収納されている。電極体2は、正極活物質を備える正極と、負極活物質を備える負極とが、セパレータを介して捲回されることにより形成されている。正極は、正極リード4’を介して正極端子4と電気的に接続され、負極は、負極リード5’を介して負極端子5と電気的に接続されている。   In FIG. 1, the schematic of the rectangular nonaqueous electrolyte secondary battery 1 which is one Embodiment of the said nonaqueous electrolyte secondary battery is shown. In the figure, the inside of the container is seen through. In the nonaqueous electrolyte secondary battery 1 shown in FIG. 1, an electrode body 2 is housed in a battery container 3 (case). The electrode body 2 is formed by winding a positive electrode including a positive electrode active material and a negative electrode including a negative electrode active material via a separator. The positive electrode is electrically connected to the positive electrode terminal 4 via the positive electrode lead 4 ′, and the negative electrode is electrically connected to the negative electrode terminal 5 via the negative electrode lead 5 ′.

当該非水電解質二次電池の構成については特に限定されるものではなく、円筒型電池、角型電池(矩形状の電池)、扁平型電池等が一例として挙げられる。本発明は、上記の非水電解質二次電池を複数備える蓄電装置としても実現することができる。蓄電装置の一実施形態を図2に示す。図2において、蓄電装置30は、複数の蓄電ユニット20を備えている。それぞれの蓄電ユニット20は、複数の非水電解質二次電池1を備えている。前記蓄電装置30は、電気自動車(EV)、ハイブリッド自動車(HEV)、プラグインハイブリッド自動車(PHEV)等の自動車用電源として搭載することができる。   The configuration of the non-aqueous electrolyte secondary battery is not particularly limited, and examples thereof include a cylindrical battery, a square battery (rectangular battery), a flat battery, and the like. The present invention can also be realized as a power storage device including a plurality of the above non-aqueous electrolyte secondary batteries. One embodiment of a power storage device is shown in FIG. In FIG. 2, the power storage device 30 includes a plurality of power storage units 20. Each power storage unit 20 includes a plurality of nonaqueous electrolyte secondary batteries 1. The power storage device 30 can be mounted as a power source for vehicles such as an electric vehicle (EV), a hybrid vehicle (HEV), and a plug-in hybrid vehicle (PHEV).

以下、実施例によって本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
NMPに、前駆体ポリマーであるポリビニルフェノール(PVP)と界面活性剤であるポリオキシエチレンポリオキシプロピレン共重合体(シグマアルドリッチ社の「プルロニックF−127」:重量平均分子量12,600)とを溶解させ、有機系材料を得た。なお、界面活性剤は、その物質量が前駆体ポリマーの構造単位の物質量(前駆体ポリマーの質量/構造単位の分子量)の1mol%となる配合比で用いた。この有機系材料を120℃で乾燥させ、粉末とした。得られた粉末を、窒素ガス雰囲気下で400℃にて3時間保持した後に、700℃にて3時間焼成することによって、炭素材料である実施例1の電極材料を得た。
[Example 1]
In NMP, a precursor polymer, polyvinylphenol (PVP), and a surfactant, polyoxyethylene polyoxypropylene copolymer ("Pluronic F-127" from Sigma-Aldrich, weight average molecular weight 12,600) are dissolved. To obtain an organic material. The surfactant was used at a blending ratio such that the amount of the substance was 1 mol% of the amount of the precursor polymer structural unit (the mass of the precursor polymer / the molecular weight of the structural unit). This organic material was dried at 120 ° C. to obtain a powder. The obtained powder was held at 400 ° C. for 3 hours under a nitrogen gas atmosphere, and then calcined at 700 ° C. for 3 hours to obtain an electrode material of Example 1 as a carbon material.

[実施例2]
前駆体ポリマーをポリアクリル酸(PAA)とし、焼成温度を900℃としたこと以外は実施例1と同様にして、実施例2の電極材料を得た。
[Example 2]
An electrode material of Example 2 was obtained in the same manner as Example 1 except that the precursor polymer was polyacrylic acid (PAA) and the firing temperature was 900 ° C.

[比較例1]
NMPに、前駆体ポリマーであるPVPと、界面活性剤であるポリオキシエチレンポリオキシプロピレン共重合体(シグマアルドリッチ社の「プルロニックF−127」:重量平均分子量12,600)と、MgO鋳型である酢酸マグネシウムとを溶解又は分散させ、有機系材料を得た。なお、界面活性剤は、その物質量が前駆体ポリマーの構造単位の物質量(前駆体ポリマーの質量/構造単位の分子量)の1mol%となる配合比で用いた。また、酢酸マグネシウムの配合量は、前駆体ポリマー100質量部に対して20質量部とした。この有機系材料を120℃で乾燥させ、粉末とした。得られた粉末を、窒素ガス雰囲気下で400℃にて3時間保持した後に、700℃にて3時間焼成した。焼成後の粉末を1Mの硫酸水溶液に一晩分散させた後、ろ過し、一晩100℃で乾燥させることによって鋳型であるMgOを除去し、炭素材料である比較例1の電極材料を得た。
[Comparative Example 1]
NMP includes precursor polymer PVP, surfactant polyoxyethylene polyoxypropylene copolymer ("Pluronic F-127" of Sigma-Aldrich): weight average molecular weight 12,600, and MgO template. Magnesium acetate was dissolved or dispersed to obtain an organic material. The surfactant was used at a blending ratio such that the amount of the substance was 1 mol% of the amount of the precursor polymer structural unit (the mass of the precursor polymer / the molecular weight of the structural unit). Moreover, the compounding quantity of magnesium acetate was 20 mass parts with respect to 100 mass parts of precursor polymers. This organic material was dried at 120 ° C. to obtain a powder. The obtained powder was held at 400 ° C. for 3 hours under a nitrogen gas atmosphere and then calcined at 700 ° C. for 3 hours. The fired powder was dispersed in a 1M sulfuric acid aqueous solution overnight, then filtered, and dried overnight at 100 ° C. to remove MgO as a mold to obtain an electrode material of Comparative Example 1 as a carbon material. .

[比較例2]
酢酸マグネシウムの配合量を、前駆体ポリマー100質量部に対して35質量部としたこと以外は比較例1と同様にして、比較例2の電極材料を得た。
[Comparative Example 2]
An electrode material of Comparative Example 2 was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the amount of magnesium acetate was 35 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the precursor polymer.

[比較例3]
市販のアセチレンブラックを比較例3の電極材料とした。
[Comparative Example 3]
Commercially available acetylene black was used as the electrode material of Comparative Example 3.

[測定]
上記実施例及び比較例の各電極材料(炭素材料)について、上述した方法にて、平均細孔径及びBET比表面積を測定した。測定結果を表1に示す。
[Measurement]
About each electrode material (carbon material) of the said Example and comparative example, the average pore diameter and the BET specific surface area were measured by the method mentioned above. The measurement results are shown in Table 1.

[評価]
上記各電極材料とポリアクリル酸バインダーとを80:20の質量比で混合した電極合材を調製した。この電極合材を、円盤形状(直径12mm)のニッケル製メッシュ状基材に塗布し、作用極(負極)を作製した。一方、円盤形状(直径16mm、厚さ300μm)の金属リチウムを対極(正極)とした。また、ECとEMCとDMCとを30:35:35の体積比で混合した非水溶媒に、1Mの濃度でLiPFを溶解させ、非水電解質を調製した。得られた作用極、対極及び非水電解質(80μl)を用いて、非水電解質二次電池としての評価セルを作製した。
[Evaluation]
An electrode mixture was prepared by mixing each of the above electrode materials and a polyacrylic acid binder at a mass ratio of 80:20. This electrode mixture was applied to a disk-shaped (diameter 12 mm) nickel mesh substrate to prepare a working electrode (negative electrode). On the other hand, metallic lithium having a disk shape (diameter 16 mm, thickness 300 μm) was used as a counter electrode (positive electrode). Further, LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1M in a non-aqueous solvent in which EC, EMC, and DMC were mixed at a volume ratio of 30:35:35 to prepare a non-aqueous electrolyte. An evaluation cell as a nonaqueous electrolyte secondary battery was produced using the obtained working electrode, counter electrode and nonaqueous electrolyte (80 μl).

得られた評価セルについて、0.1C、カットオフ電圧0.02V(vs.Li/Li)での定電流定電圧(CCCV)充電(Lithiation)を行った。なお、1Cは、グラファイトの理論容量372mAhg−1を基準とした。作用極の電位を0.02V(vs.Li/Li)に保持したまま、10日間放置し、10日間で流れた電気量を測定した。この電気量について、電極材料の単位質量あたりの電気量に換算した値を表1に示す。 The obtained evaluation cell was subjected to constant current and constant voltage (CCCV) charging at 0.1 C and a cutoff voltage of 0.02 V (vs. Li / Li + ). 1C was based on a theoretical capacity of 372 mAhg −1 of graphite. While maintaining the potential of the working electrode at 0.02 V (vs. Li / Li + ), the electrode was allowed to stand for 10 days, and the amount of electricity that flowed in 10 days was measured. Table 1 shows values obtained by converting the amount of electricity into the amount of electricity per unit mass of the electrode material.

Figure 2018041669
Figure 2018041669

表1に示されるように、実施例1、2においては、10日間で流れた電気量(電気量の電極材料単位質量あたりの値)が小さい。この電気量は、非水溶媒等の非水電解質の分解によって生じるものであり、実施例1、2においては、非水電解質の分解が十分に抑制されていることがわかる。実施例1、2は、平均細孔径が40Å以下と非常に小さく、これにより孔内への非水電解質の浸透が抑制され、分解が生じ難くなっているものと推測される。なお、比表面積が大きい方が、炭素材料表面での分解反応は生じやすくなると考えられるところ、実施例1、2の比表面積は、比較例1〜3の比表面積より大きい。そのため、非水電解質の分解が抑制されるとの上記効果は、平均細孔径を40Å以下とすることによって奏される特異な効果であると考えられる。   As shown in Table 1, in Examples 1 and 2, the amount of electricity that flowed in 10 days (value of the amount of electricity per unit mass of electrode material) is small. This amount of electricity is generated by decomposition of a nonaqueous electrolyte such as a nonaqueous solvent. In Examples 1 and 2, it can be seen that decomposition of the nonaqueous electrolyte is sufficiently suppressed. In Examples 1 and 2, the average pore diameter is as very small as 40 mm or less, so that it is presumed that the penetration of the nonaqueous electrolyte into the pores is suppressed and decomposition is hardly caused. The specific surface area of Examples 1 and 2 is larger than the specific surface areas of Comparative Examples 1 to 3 because the larger the specific surface area is, the easier the decomposition reaction on the carbon material surface occurs. Therefore, it is considered that the above-described effect that the decomposition of the nonaqueous electrolyte is suppressed is a unique effect that is exhibited by setting the average pore diameter to 40 mm or less.

[実施例3]
金属シリコン粉末、実施例1で得られた電極材料及びポリアクリル酸バインダーを、質量比70:10:20の割合で含み、NMPを分散媒とする負極合材を作製した。この負極合材を用いたこと以外は上記[評価]と同様にして、実施例3の評価セルを作製した。
[Example 3]
A negative electrode mixture in which the metal silicon powder, the electrode material obtained in Example 1 and the polyacrylic acid binder were contained at a mass ratio of 70:10:20 and NMP was used as a dispersion medium was produced. An evaluation cell of Example 3 was produced in the same manner as in the above [Evaluation] except that this negative electrode mixture was used.

[実施例4]
金属シリコン粉末、実施例1で得られた電極材料及びポリアクリル酸バインダーの質量比を60:20:20にしたこと以外は実施例3と同様にして、実施例4の評価セルを作製した。
[Example 4]
An evaluation cell of Example 4 was produced in the same manner as in Example 3 except that the mass ratio of the metal silicon powder, the electrode material obtained in Example 1 and the polyacrylic acid binder was 60:20:20.

[実施例5]
金属シリコン粉末、実施例1で得られた電極材料及びポリアクリル酸バインダーの質量比を50:30:20にしたこと以外は実施例3と同様にして、実施例5の評価セルを作製した。
[Example 5]
An evaluation cell of Example 5 was produced in the same manner as in Example 3 except that the mass ratio of the metal silicon powder, the electrode material obtained in Example 1 and the polyacrylic acid binder was 50:30:20.

[実施例6]
金属シリコン粉末、実施例1で得られた電極材料及びポリアクリル酸バインダーの質量比を40:40:20にしたこと以外は実施例3と同様にして、実施例6の評価セルを作製した。
[Example 6]
An evaluation cell of Example 6 was produced in the same manner as in Example 3 except that the mass ratio of the metal silicon powder, the electrode material obtained in Example 1 and the polyacrylic acid binder was 40:40:20.

[比較例4]
金属シリコン粉末、アセチレンブラック及びポリアクリル酸バインダーの質量比を67:13:20にしたこと以外は実施例3と同様にして、比較例4の評価セルを作製した。
[Comparative Example 4]
An evaluation cell of Comparative Example 4 was produced in the same manner as in Example 3 except that the mass ratio of the metal silicon powder, acetylene black, and polyacrylic acid binder was 67:13:20.

[比較例5]
金属シリコン粉末、アセチレンブラック及びポリアクリル酸バインダーの質量比を53:27:20にしたこと以外は実施例3と同様にして、比較例5の評価セルを作製した。
[Comparative Example 5]
An evaluation cell of Comparative Example 5 was produced in the same manner as in Example 3 except that the mass ratio of the metal silicon powder, acetylene black and polyacrylic acid binder was 53:27:20.

[比較例6]
金属シリコン粉末、アセチレンブラック及びポリアクリル酸バインダーの質量比を40:40:20にしたこと以外は実施例3と同様にして、比較例6の評価セルを作製した。
[Comparative Example 6]
An evaluation cell of Comparative Example 6 was produced in the same manner as in Example 3 except that the mass ratio of the metal silicon powder, acetylene black, and polyacrylic acid binder was 40:40:20.

得られた評価セルについて、25℃に設定した恒温槽内で充放電試験を行った。充電は定電流定電圧(CCCV)充電とし、充電下限電位は0.02V(vs.Li/Li)、総充電時間を20時間とした。放電は定電流(CC)放電とし、放電終止電位は1.2V(vs.Li/Li)とした。充電及び放電の定電流値は、金属シリコンの理論容量である4200mAh/gを1Cとして、0.1Cで行った。各サイクルにおいて、充電後及び放電後に10分間の休止時間を設定した。このサイクルを10サイクル実施した。各評価セルについて、以下のようにして、シリコンの初回利用率、SEI(Solid Electrolyte Interphase)形成に由来する累積不可逆容量、シリコンの孤立に由来する累積不可逆容量を算出した。これらの値を表2に示す。 About the obtained evaluation cell, the charging / discharging test was done in the thermostat set to 25 degreeC. Charging was constant current constant voltage (CCCV) charging, the charging lower limit potential was 0.02 V (vs. Li / Li + ), and the total charging time was 20 hours. The discharge was a constant current (CC) discharge, and the discharge end potential was 1.2 V (vs. Li / Li + ). The constant current values for charging and discharging were set at 0.1 C, assuming that 4200 mAh / g, which is the theoretical capacity of metal silicon, was 1 C. In each cycle, a pause time of 10 minutes was set after charging and discharging. This cycle was carried out 10 times. For each evaluation cell, the initial utilization rate of silicon, the cumulative irreversible capacity derived from SEI (Solid Electrolyte Interphase) formation, and the cumulative irreversible capacity derived from silicon isolation were calculated as follows. These values are shown in Table 2.

シリコンの初回利用率は、1サイクル目の放電容量を金属シリコン粉末の質量で除したのちに、金属シリコンの理論容量である4200mAh/gで除することによって算出した。   The initial utilization rate of silicon was calculated by dividing the discharge capacity at the first cycle by the mass of the metal silicon powder and then dividing by the theoretical capacity of metal silicon, 4200 mAh / g.

2サイクル目の充電時におけるSEI形成に由来する不可逆容量は、2サイクル目の充電電気量から1サイクル目の放電容量を減ずることによって得られる。このようにして求めたnサイクル目(n≧2)のSEI形成に由来する不可逆容量を積算した値を、SEI形成に由来する累積不可逆容量として算出した。シリコンの充放電反応における不可逆容量は、SEI形成に由来する不可逆容量と、シリコンの孤立に由来する不可逆容量の和であると考えられるため、nサイクル目の放電時に生じるシリコンの孤立に由来する不可逆容量は、nサイクル目の不可逆容量から、nサイクル目のSEI形成に由来する不可逆容量を減じたものである。したがって、10サイクル目までの不可逆容量の累積値から、SEI形成に由来する累積不可逆容量を減ずることによって、シリコンの孤立に由来する累積不可逆容量を算出した。   The irreversible capacity resulting from the formation of SEI at the time of charging in the second cycle can be obtained by subtracting the discharge capacity in the first cycle from the amount of charged electricity in the second cycle. The value obtained by integrating the irreversible capacity derived from the SEI formation at the nth cycle (n ≧ 2) thus obtained was calculated as the cumulative irreversible capacity derived from the SEI formation. The irreversible capacity in the charge / discharge reaction of silicon is considered to be the sum of the irreversible capacity derived from the formation of SEI and the irreversible capacity derived from the isolation of silicon. The capacity is obtained by subtracting the irreversible capacity derived from the SEI formation at the nth cycle from the irreversible capacity at the nth cycle. Therefore, the cumulative irreversible capacity derived from the isolation of silicon was calculated by subtracting the cumulative irreversible capacity derived from SEI formation from the accumulated value of the irreversible capacity up to the 10th cycle.

Figure 2018041669
Figure 2018041669

表2に示されるように、実施例3〜6においては、比較例4〜6に比べて総不可逆容量が小さい。これは、SEI形成に由来する累積不可逆容量が小さいことによるものである。このことから、実施例3〜6では、非水電解質の分解が抑制されていることがわかる。実施例5、6においては、実施例3、4と比べて、不可逆容量が小さいことに加えて、シリコンの初回利用率が高くなっている。したがって、本実施形態に係る電極材料を、負極活物質、特にシリコンと混合して用いる場合には、当該電極材料を、負極活物質層の30質量%以上40質量%以下とすることが好ましい。   As shown in Table 2, in Examples 3 to 6, the total irreversible capacity is smaller than in Comparative Examples 4 to 6. This is due to the small cumulative irreversible capacity derived from SEI formation. From this, in Examples 3-6, it turns out that decomposition | disassembly of a nonaqueous electrolyte is suppressed. In Examples 5 and 6, compared to Examples 3 and 4, in addition to a small irreversible capacity, the initial utilization rate of silicon is high. Therefore, when the electrode material according to the present embodiment is used in a mixture with a negative electrode active material, particularly silicon, the electrode material is preferably 30% by mass or more and 40% by mass or less of the negative electrode active material layer.

本発明は、パーソナルコンピュータ、通信端末等の電子機器、自動車などの電源として使用される非水電解質二次電池、並びにこれに備わる負極及びこの材料などに用いることができる。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for electronic devices such as personal computers and communication terminals, nonaqueous electrolyte secondary batteries used as power sources for automobiles, the negative electrode provided therein, and materials thereof.

1 非水電解質二次電池
2 電極体
3 電池容器
4 正極端子
4’ 正極リード
5 負極端子
5’ 負極リード
20 蓄電ユニット
30 蓄電装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Nonaqueous electrolyte secondary battery 2 Electrode body 3 Battery container 4 Positive electrode terminal 4 'Positive electrode lead 5 Negative electrode terminal 5' Negative electrode lead 20 Power storage unit 30 Power storage device

Claims (6)

平均細孔径が40Å以下の炭素材料からなる非水電解質二次電池用の電極材料。   An electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising a carbon material having an average pore diameter of 40 mm or less. BET比表面積が100m/g以上3,000m/g以下である請求項1の電極材料。 2. The electrode material according to claim 1, wherein the BET specific surface area is 100 m 2 / g or more and 3,000 m 2 / g or less. 請求項1又は請求項2の電極材料を含む非水電解質二次電池用の複合電極材料。   The composite electrode material for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing the electrode material of Claim 1 or Claim 2. 請求項1若しくは請求項2の電極材料又は請求項3の複合電極材料を含む負極活物質層を備える非水電解質二次電池用の負極。   A negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode active material layer comprising the electrode material of claim 1 or claim 2 or the composite electrode material of claim 3. 上記負極活物質層に含まれる上記炭素材料の割合が30質量%以上40質量%以下である請求項4の非水電解質二次電池用の負極。   The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 4, wherein the proportion of the carbon material contained in the negative electrode active material layer is 30% by mass or more and 40% by mass or less. 請求項4又は請求項5の負極を備える非水電解質二次電池。   A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the negative electrode according to claim 4 or 5.
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