JP2018156931A - Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery - Google Patents

Negative electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a negative electrode for a lithium secondary battery which suppresses precipitation of Li and has excellent input/output characteristics and a lithium ion secondary battery using the same.SOLUTION: A negative electrode for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes a current collector 32 and a negative electrode active material layer 34 provided on the current collector 32, the negative electrode active material layer 34 contains carbon particles, the degree of graphitization of the carbon particles is 1.0 or more and 1.5 or less, the degree of orientation of the carbon particles is 50 or more and 150 or less, the degree of graphitization is a ratio (P101/P100) between the peak intensity P101 of the (101) plane and the peak intensity P100 of the (100) plane in an X-ray diffraction pattern, and the degree of orientation is a ratio (P002/P110) between the peak intensity P002 of the (002) plane and the peak intensity P110 of the (110) plane in the X-ray diffraction pattern.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode for a lithium ion secondary battery and a lithium ion secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、ニッケルカドミウム電池やニッケル水素電池等と比較して、軽量、高容量であり、携帯電子機器用の電源として広く用いられている。またリチウムイオン二次電池は、ハイブリッド自動車や電気自動車用の電源としても有力な候補となっている。携帯電子機器の小型化、高機能化及び自動車用電源の高容量化の要望は年々高まっており、リチウムイオン電池の更なる高容量化が期待されている。   Lithium ion secondary batteries are lighter and have a higher capacity than nickel cadmium batteries and nickel metal hydride batteries, and are widely used as power sources for portable electronic devices. Lithium ion secondary batteries are also promising candidates as power sources for hybrid vehicles and electric vehicles. The demand for miniaturization and high functionality of portable electronic devices and high capacity of power supplies for automobiles is increasing year by year, and further increase in capacity of lithium ion batteries is expected.

リチウムイオン二次電池の負極活物質には、一般に黒鉛が利用されている。しかし、黒鉛の理論容量は372mAh/gであり、実用化されている電池では、既に約350mAh/gの容量が利用されている。よって、将来の高機能携帯機器のエネルギー源として十分な容量を有する非水電解質二次電池を得るためには、さらなる高容量化を実現する必要がある。   In general, graphite is used as a negative electrode active material of a lithium ion secondary battery. However, the theoretical capacity of graphite is 372 mAh / g, and a battery of about 350 mAh / g has already been used in a battery that has been put into practical use. Therefore, in order to obtain a nonaqueous electrolyte secondary battery having a sufficient capacity as an energy source for future high-performance portable devices, it is necessary to further increase the capacity.

更に、近年ではより一層の高容量化に加え、利便性の向上のため急速充電特性や、電動工具やコードレス家電などリチウムイオン二次電池の新規な用途が開拓されたことによる急速充放電への要望も高まりつつある。   Furthermore, in recent years, in addition to higher capacities, rapid charging characteristics have been improved to improve convenience, and rapid charging / discharging due to the development of new uses for lithium-ion secondary batteries such as power tools and cordless home appliances. Requests are also increasing.

急速充電を行う場合には大きな電流が必要となり、Liイオンの移動速度が黒鉛のLiイオン受け入れ性能を上回るとLi金属が負極表面に析出し、リチウムイオン二次電池の性能や安全性を低下させる問題がある。   When fast charging is performed, a large current is required. When the Li ion moving speed exceeds the Li ion accepting performance of graphite, Li metal is deposited on the negative electrode surface, which deteriorates the performance and safety of the lithium ion secondary battery. There's a problem.

この問題を解決するために、例えば特許文献1では炭素粒子の細孔体積や黒鉛粒子の層間距離をコントロールすること、また、特許文献2では電極の密度や構造を規定することが提案されている。   In order to solve this problem, for example, Patent Document 1 proposes to control the pore volume of carbon particles and the interlayer distance of graphite particles, and Patent Document 2 proposes to define the density and structure of electrodes. .

特開2015−181116号公報Japanese Patent Laying-Open No. 2015-181116 特開2015−122340号公報JP2015-122340A

しかしながら、特許文献1、2に開示されている発明では十分な入出力特性が得られていない。   However, the inventions disclosed in Patent Documents 1 and 2 do not provide sufficient input / output characteristics.

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、Liの析出を抑制し、入出力特性に優れたリチウム二次電池用負極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a negative electrode for a lithium secondary battery that suppresses Li precipitation and has excellent input / output characteristics, and a lithium ion secondary battery using the same. To do.

上記課題を解決するため、以下の手段を提供する。
(1)本発明の一態様に係るリチウムイオン二次電池用負極は、集電体と、前記集電体上に設けられた負極活物質層と、を備え、前記負極活物質層は炭素粒子を含み、前記炭素粒子の黒鉛化度が1.0以上1.5以下であり、かつ、前記炭素粒子の配向度が50以上150以下である;ここで、前記黒鉛化度とは、X線回折パターンにおける(101)面のピーク強度P101と(100)面のピーク強度P100との比(P101/P100)であり、また、前記配向度とは、X線回折パターンにおける(002)面のピーク強度P002と(110)面のピーク強度P110との比(P002/P110)である。
In order to solve the above problems, the following means are provided.
(1) The negative electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with a collector and the negative electrode active material layer provided on the said collector, and the said negative electrode active material layer is carbon particle. And the degree of graphitization of the carbon particles is 1.0 or more and 1.5 or less, and the degree of orientation of the carbon particles is 50 or more and 150 or less; The ratio (P101 / P100) between the peak intensity P101 of the (101) plane and the peak intensity P100 of the (100) plane in the diffraction pattern, and the degree of orientation is the peak of the (002) plane in the X-ray diffraction pattern. This is the ratio (P002 / P110) between the intensity P002 and the peak intensity P110 of the (110) plane.

(2)上記態様において、前記炭素粒子のX線回折パターンにおけるC軸方向の結晶子サイズ(結晶子径)Lc004が300Å以上600Å以下であってもよい。 (2) In the above aspect, the crystallite size (crystallite diameter) Lc004 in the C-axis direction in the X-ray diffraction pattern of the carbon particles may be 300 to 600 mm.

(3)上記態様において、前記炭素粒子のR値が0.05以上1.0以下であってもよい。
ここで、R値は、ラマン分光スペクトルで測定される1300〜1400cm-1の範囲にあるピークの強度(ID)と1580〜1620cm-1の範囲にあるピークの強度(IG)の比(ID/IG)である。
(3) In the above aspect, the R value of the carbon particles may be 0.05 or more and 1.0 or less.
Here, R value, the ratio of the intensity of a peak in the range of the peak intensity (I D) and 1580~1620Cm -1 in the range of 1300~1400Cm -1 as measured by Raman spectroscopy spectra (I G) ( I D / I G ).

(4)上記態様において、前記負極活物質層は、水銀圧入法によって得られた細孔径分布曲線において、細孔径が0.1μm以上10μm以下の範囲に少なくとも一つのピークを有し、細孔径が0.1μm以上10μm以下の範囲における累積細孔容積が0.06cc/g以上であってもよい。 (4) In the above aspect, the negative electrode active material layer has at least one peak in a pore diameter range of 0.1 μm or more and 10 μm or less in a pore diameter distribution curve obtained by a mercury intrusion method, and the pore diameter is The cumulative pore volume in the range of 0.1 μm or more and 10 μm or less may be 0.06 cc / g or more.

(5)本発明の一態様に係るリチウムイオン二次電池は、上記態様に係るリチウムイオン二次電池用負極と、正極と、電解質とを備えている。 (5) The lithium ion secondary battery which concerns on 1 aspect of this invention is equipped with the negative electrode for lithium ion secondary batteries which concerns on the said aspect, a positive electrode, and electrolyte.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極は、Liの析出が抑制され、入出力特性に優れたリチウムイオン二次電池に用いることができる。
本発明のリチウムイオン二次電池は、Liの析出が抑制され、入出力特性に優れている。
The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention can be used for a lithium ion secondary battery in which the precipitation of Li is suppressed and the input / output characteristics are excellent.
The lithium ion secondary battery of the present invention is excellent in input / output characteristics because precipitation of Li is suppressed.

本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of the lithium ion secondary battery concerning this embodiment.

以下、本実施形態について、図を適宜参照しながら詳細に説明する。以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などは実際とは異なっていることがある。以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲で適宜変更して実施することが可能である。   Hereinafter, the present embodiment will be described in detail with appropriate reference to the drawings. In the drawings used in the following description, in order to make the characteristics of the present invention easier to understand, there are cases where the characteristic parts are enlarged for the sake of convenience, and the dimensional ratios of the respective components are different from actual ones. is there. The materials, dimensions, and the like exemplified in the following description are merely examples, and the present invention is not limited to these, and can be implemented with appropriate modifications within the scope of the effects of the present invention.

[リチウムイオン二次電池]
図1は、本実施形態にかかるリチウムイオン二次電池の断面模式図である。
図1に示すリチウムイオン二次電池100は、主として積層体40、積層体40を密閉した状態で収容するケース50、及び積層体40に接続された一対のリード60、62を備えている。また図示されていないが、積層体40とともに電解液が、ケース50内に収容されている。
[Lithium ion secondary battery]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a lithium ion secondary battery according to this embodiment.
A lithium ion secondary battery 100 shown in FIG. 1 mainly includes a laminated body 40, a case 50 that accommodates the laminated body 40 in a sealed state, and a pair of leads 60 and 62 connected to the laminated body 40. Although not shown, the electrolyte solution is housed in the case 50 together with the laminate 40.

積層体40は、正極20と負極30とが、セパレータ10を挟んで対向配置されたものである。正極20は、板状(膜状)の正極集電体22上に正極活物質層24が設けられたものである。負極30は、板状(膜状)の負極集電体32上に負極活物質層34が設けられたものである。   The stacked body 40 is configured such that the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are disposed to face each other with the separator 10 interposed therebetween. The positive electrode 20 is obtained by providing a positive electrode active material layer 24 on a plate-like (film-like) positive electrode current collector 22. The negative electrode 30 is obtained by providing a negative electrode active material layer 34 on a plate-like (film-like) negative electrode current collector 32.

正極活物質層24及び負極活物質層34は、セパレータ10の両側にそれぞれ接触している。正極集電体22及び負極集電体32の端部には、それぞれリード62、60が接続されており、リード60、62の端部はケース50の外部にまで延びている。図1では、ケース50内に積層体40が一つの場合を例示したが、複数積層されていてもよい。   The positive electrode active material layer 24 and the negative electrode active material layer 34 are in contact with both sides of the separator 10. Leads 62 and 60 are connected to the ends of the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32, respectively, and the ends of the leads 60 and 62 extend to the outside of the case 50. In FIG. 1, the case 50 has one laminated body 40 in the case 50, but a plurality of laminated bodies 40 may be laminated.

「負極」
負極30は、負極集電体32と、負極集電体32の上に設けられた負極活物質層34とを有する。
"Negative electrode"
The negative electrode 30 includes a negative electrode current collector 32 and a negative electrode active material layer 34 provided on the negative electrode current collector 32.

(負極集電体)
負極集電体32は、導電性の板材であればよく、例えば、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。負極集電体32は、リチウムと合金化しないことが好ましく、銅が特に好ましい。負極集電体32の厚みは6μm以上30μm以下とすることが好ましい。
(Negative electrode current collector)
The negative electrode current collector 32 may be a conductive plate material, and for example, a thin metal plate of copper or nickel foil can be used. The negative electrode current collector 32 is preferably not alloyed with lithium, and copper is particularly preferable. The thickness of the negative electrode current collector 32 is preferably 6 μm or more and 30 μm or less.

(負極活物質層)
負極活物質層34は、負極活物質と負極バインダーとを有し、必要に応じて導電材を有する。
(Negative electrode active material layer)
The negative electrode active material layer 34 has a negative electrode active material and a negative electrode binder, and has a conductive material as necessary.

(負極活物質)
負極活物質は炭素粒子からなり、この炭素粒子は黒鉛化度が1.0以上1.5以下であり、かつ、その配向度が50以上150以下である。ここで、本明細書において、黒鉛化度とは、X線回折パターンにおける(101)面のピーク強度P101と(100)面のピーク強度P100との比(P101/P100)であり、また、配向度とは、X線回折パターンにおける(002)面のピーク強度P002と(110)面のピーク強度P110との比(P002/P110)である。
かかる構成によれば、Liの析出を抑制することができ、優れた入出力特性を有するリチウムイオン二次電池用負極を得ることができる。
その理由は必ずしも明らかではないが、炭素粒子の適度な乱層構造と、Liイオンの挿入サイトが適度にランダムに存在していることの相互作用により、Liイオンの受け入れ性が向上したことによるものと考えられる。
なお、負極活物質は本発明の効果を奏する範囲で、当該炭素粒子以外の物質を含んでもよい。
(Negative electrode active material)
The negative electrode active material is made of carbon particles, and the carbon particles have a graphitization degree of 1.0 or more and 1.5 or less and an orientation degree of 50 or more and 150 or less. Here, in this specification, the graphitization degree is a ratio (P101 / P100) between the peak intensity P101 of the (101) plane and the peak intensity P100 of the (100) plane in the X-ray diffraction pattern, and the orientation The degree is a ratio (P002 / P110) between the peak intensity P002 on the (002) plane and the peak intensity P110 on the (110) plane in the X-ray diffraction pattern.
According to this configuration, it is possible to suppress the deposition of Li and obtain a negative electrode for a lithium ion secondary battery having excellent input / output characteristics.
The reason for this is not necessarily clear, but it is due to the improved acceptability of Li ions due to the interaction between the moderately turbulent structure of the carbon particles and the presence of moderately random insertion sites of Li ions. it is conceivable that.
The negative electrode active material may contain substances other than the carbon particles as long as the effects of the present invention are achieved.

黒鉛化度(P101/P100)は炭素の六方網平面の規則的配列の程度を表すものであり、この値が大きいほど乱層構造が少なく、炭素の六方網平面がより規則的に配列している。言い換えると、この値が大きいほど、炭素の六方網平面がc軸方向に平行に等間隔で配置している割合が大きいということである。
また、配向度(P002/P110)は、負極表面に対する黒鉛結晶の配向性を表し、この値が小さいほど、炭素の六方網平面は負極表面に対してあまり配向していない状態であり、大きいほど負極表面に対して平行方向に炭素の六方網平面が配向していることを示す。
ここで、ピーク強度P110は、黒鉛結晶のab軸方向に由来し、ピーク強度P002はc軸方向に由来するものである。
The degree of graphitization (P101 / P100) represents the degree of regular arrangement of the hexagonal network plane of carbon. The larger this value, the less the disordered layer structure, and the more regularly arranged the hexagonal network plane of carbon. Yes. In other words, the larger this value, the greater the proportion of carbon hexagonal network planes arranged at equal intervals parallel to the c-axis direction.
The degree of orientation (P002 / P110) represents the orientation of the graphite crystal with respect to the negative electrode surface. The smaller this value, the less the carbon hexagonal network plane is oriented with respect to the negative electrode surface. It shows that the hexagonal network plane of carbon is oriented in a direction parallel to the negative electrode surface.
Here, the peak intensity P110 is derived from the ab axis direction of the graphite crystal, and the peak intensity P002 is derived from the c axis direction.

また、炭素粒子のX線回折パターンにおけるc軸方向の結晶子サイズLc004は300Å以上600Å以下であることが好ましい。
かかる構成によれば、入出力特性がより向上する。これはかかる構成によりLiイオンの受け入れサイトが増加するためと推察される。
The crystallite size Lc004 in the c-axis direction in the X-ray diffraction pattern of the carbon particles is preferably from 300 to 600 mm.
With this configuration, the input / output characteristics are further improved. This is presumed to be because the number of Li ion receiving sites increases due to this configuration.

また、炭素粒子のR値が0.05以上1.0以下であることが好ましい。
ここで、R値とは、ラマン分光スペクトルで測定される1300〜1400cm-1の範囲にあるピークの強度(ID)と1580〜1620cm-1の範囲にあるピークの強度(IG)の比(ID/IG)である。IGのピークはグラファイト構造における炭素原子の六角格子内振動に起因するピークであり、IDのピークはアモルファスカーボン等のダングリングボンドを有する炭素原子に起因するピークである。
かかる構成によれば、入出力特性がより向上する。これはかかる構成により非晶質部分と黒鉛質部分とのバランスが適度になったためと推察される。
The R value of the carbon particles is preferably 0.05 or more and 1.0 or less.
Here, the R value, the ratio of the intensity of a peak in the range of the peak intensity (I D) and 1580~1620Cm -1 in the range of 1300~1400Cm -1 as measured by Raman spectroscopy spectra (I G) (I D / I G ). Peak of I G is a peak attributed to a hexagonal lattice in the vibration of carbon atoms in the graphite structure, the peak of the I D is a peak due to carbon atoms with dangling bonds, such as amorphous carbon.
With this configuration, the input / output characteristics are further improved. This is presumably because the balance between the amorphous portion and the graphite portion is moderated by such a configuration.

(負極導電材)
導電材としては、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。これらの中でも、アセチレンブラックやエチレンブラック等のカーボン粉末が特に好ましい。負極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、リチウムイオン二次電池100は導電材を含んでいなくてもよい。
(Negative electrode conductive material)
Examples of the conductive material include carbon powder such as carbon black, carbon nanotube, carbon material, fine metal powder such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon material and fine metal powder, and conductive oxide such as ITO. It is done. Among these, carbon powders such as acetylene black and ethylene black are particularly preferable. In the case where sufficient conductivity can be ensured with only the negative electrode active material, the lithium ion secondary battery 100 may not include a conductive material.

(負極バインダー)
バインダーは、活物質同士を結合すると共に、活物質と負極集電体32とを結合する。バインダーは、上述の結合が可能なものであればよく、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、ポリフッ化ビニル(PVF)等のフッ素樹脂が挙げられる。
(Negative electrode binder)
The binder bonds the active materials to each other and bonds the active material to the negative electrode current collector 32. The binder is not particularly limited as long as the above-described bonding is possible. For example, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene- Perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polychlorotrifluoroethylene (PCTFE), ethylene-chlorotrifluoroethylene copolymer (ECTFE), polyvinyl fluoride (PVF) ) And the like.

また、上記の他に、バインダーとして、例えば、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−HFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−HFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン系フッ素ゴム(VDF−PFP系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−ペンタフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFP−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−PFMVE−TFE系フッ素ゴム)、ビニリデンフルオライド−クロロトリフルオロエチレン系フッ素ゴム(VDF−CTFE系フッ素ゴム)等のビニリデンフルオライド系フッ素ゴムを用いてもよい。   In addition to the above, as the binder, for example, vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-based fluororubber (VDF-HFP-based fluororubber), vinylidene fluoride-hexafluoropropylene-tetrafluoroethylene-based fluororubber (VDF-HFP-) TFE fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene fluorine rubber (VDF-PFP fluorine rubber), vinylidene fluoride-pentafluoropropylene-tetrafluoroethylene fluorine rubber (VDF-PFP-TFE fluorine rubber), Vinylidene fluoride-perfluoromethyl vinyl ether-tetrafluoroethylene fluoro rubber (VDF-PFMVE-TFE fluoro rubber), vinylidene fluoride-chlorotrifluoroethylene fluoro rubber The containing rubbers (VDF-CTFE-based fluorine rubber) vinylidene fluoride-based fluorine rubbers such as may be used.

また、バインダーとして電子伝導性の導電性高分子やイオン伝導性の導電性高分子を用いてもよい。電子伝導性の導電性高分子としては、例えば、ポリアセチレン等が挙げられる。この場合は、バインダーが導電材の機能も発揮するので導電材を添加しなくてもよい。イオン伝導性の導電性高分子としては、例えば、リチウムイオン等のイオンの伝導性を有するものを使用することができ、例えば、高分子化合物(ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物、ポリフォスファゼン等)のモノマーと、LiClO、LiBF、LiPF等のリチウム塩又はリチウムを主体とするアルカリ金属塩と、を複合化させたもの等が挙げられる。複合化に使用する重合開始剤としては、例えば、上記のモノマーに適合する光重合開始剤または熱重合開始剤が挙げられる。 Alternatively, an electron conductive conductive polymer or an ion conductive conductive polymer may be used as the binder. Examples of the electron conductive conductive polymer include polyacetylene. In this case, since the binder also functions as a conductive material, it is not necessary to add a conductive material. As the ion-conductive conductive polymer, for example, those having ion conductivity such as lithium ion can be used. For example, polymer compounds (polyether-based polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide) , Polyphosphazene, etc.) and a lithium salt such as LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , or an alkali metal salt mainly composed of lithium, and the like. Examples of the polymerization initiator used for the combination include a photopolymerization initiator or a thermal polymerization initiator that is compatible with the above-described monomer.

またこの他に、バインダーとして、例えば、セルロース、スチレン・ブタジエンゴム、エチレン・プロピレンゴム、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、アクリル樹脂等を用いてもよい。   In addition, for example, cellulose, styrene / butadiene rubber, ethylene / propylene rubber, polyimide resin, polyamideimide resin, acrylic resin, or the like may be used as the binder.

負極活物質層は、水銀圧入法によって得られた細孔径分布曲線において、細孔径が0.1μm以上10μm以下の範囲に少なくとも一つのピークを有し、細孔径が0.1μm以上10μm以下の範囲における累積細孔容積が0.06cc/g以上であることが好ましい。また、細孔径が0.1μm以上10μm以下の範囲における累積細孔容積は0.15cc/g以下であることが好ましい。
ここで、累積細孔容積とは、横軸を細孔径(μm)、縦軸を細孔容積(cc/g)とする細孔径分布曲線あるいは細孔径分布グラフにおいて、所定の細孔径の範囲の細孔容積を積算した合計の細孔容積を意味する。
かかる構成によれば、入出力特性がより向上する。これはかかる構成により負極内にLiイオンが拡散する細孔が増加し、Liイオンの受け入れ性が向上したためと推察される。
The negative electrode active material layer has at least one peak in the pore diameter range of 0.1 μm to 10 μm in the pore diameter distribution curve obtained by mercury porosimetry, and the pore diameter is in the range of 0.1 μm to 10 μm. The cumulative pore volume in is preferably 0.06 cc / g or more. Further, the cumulative pore volume in the range where the pore diameter is 0.1 μm or more and 10 μm or less is preferably 0.15 cc / g or less.
Here, the cumulative pore volume is a pore diameter distribution curve or a pore diameter distribution graph in which a horizontal axis is a pore diameter (μm) and a vertical axis is a pore volume (cc / g). It means the total pore volume obtained by integrating the pore volume.
With this configuration, the input / output characteristics are further improved. This is presumably because this structure increased the number of pores through which Li ions diffused in the negative electrode and improved the acceptability of Li ions.

負極活物質層34中の負極活物質、導電材及びバインダーの含有量は特に限定されない。負極活物質層34における負極活物質の構成比率は、質量比で80%以上99%以下であることが好ましく、90%以上98%以下であることがより好ましい。また負極活物質層34における導電材の構成比率は、質量比で0%以上20%以下であることが好ましく、負極活物質層34におけるバインダーの構成比率は、質量比で1%以上10%以下であることが好ましい。   The contents of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder in the negative electrode active material layer 34 are not particularly limited. The constituent ratio of the negative electrode active material in the negative electrode active material layer 34 is preferably 80% or more and 99% or less, and more preferably 90% or more and 98% or less by mass ratio. The constituent ratio of the conductive material in the negative electrode active material layer 34 is preferably 0% or more and 20% or less by mass ratio, and the constituent ratio of the binder in the negative electrode active material layer 34 is 1% or more and 10% or less by mass ratio. It is preferable that

負極活物質とバインダーの含有量を上記範囲とすることにより、バインダーの量が少なすぎて強固な負極活物質層を形成できなくなることを防ぐことができる。また、電気容量に寄与しないバインダーの量が多くなり、十分な体積エネルギー密度を得ることが困難となる傾向も抑制できる。   By making content of a negative electrode active material and a binder into the said range, it can prevent that the quantity of a binder is too small and it becomes impossible to form a strong negative electrode active material layer. In addition, the amount of the binder that does not contribute to the electric capacity increases, and the tendency that it is difficult to obtain a sufficient volume energy density can be suppressed.

「正極」
正極20は、正極集電体22と、正極集電体22の上に設けられた正極活物質層24とを有する。
"Positive electrode"
The positive electrode 20 includes a positive electrode current collector 22 and a positive electrode active material layer 24 provided on the positive electrode current collector 22.

(正極集電体)
正極集電体22は、導電性の板材であればよく、例えば、アルミニウム、銅、ニッケル箔の金属薄板を用いることができる。
(Positive electrode current collector)
The positive electrode current collector 22 may be a conductive plate material, and for example, a thin metal plate of aluminum, copper, or nickel foil can be used.

(正極活物質層)
正極活物質層24に用いる正極活物質は、リチウムイオンの吸蔵及び放出、リチウムイオンの脱離及び挿入(インターカレーション)、又は、リチウムイオンとリチウムイオンのカウンターアニオン(例えば、PF6−)とのドープ及び脱ドープを可逆的に進行させることが可能な電極活物質を用いることができる。
(Positive electrode active material layer)
The positive electrode active material used for the positive electrode active material layer 24 includes lithium ion occlusion and release, lithium ion desorption and insertion (intercalation), or counter ions (for example, PF 6− ) of lithium ions and lithium ions. An electrode active material capable of reversibly proceeding doping and dedoping can be used.

例えば、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、リチウムマンガンスピネル(LiMn)、及び、一般式:LiNiCoMna2(x+y+z+a=1、0≦x<1、0≦y<1、0≦z<1、0≦a<1、MはAl、Mg、Nb、Ti、Cu、Zn、Crより選ばれる1種類以上の元素)で表される複合金属酸化物、リチウムバナジウム化合物(LiV)、オリビン型LiMPO(ただし、Mは、Co、Ni、Mn、Fe、Mg、Nb、Ti、Al、Zrより選ばれる1種類以上の元素又はVOを示す)、チタン酸リチウム(LiTi12)、LiNiCoAl(0.9<x+y+z<1.1)等の複合金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセンなどが挙げられる。 For example, lithium cobalt oxide (LiCoO 2), lithium nickelate (LiNiO 2), lithium manganate (LiMnO 2), lithium manganese spinel (LiMn 2 O 4), and the general formula: LiNi x Co y Mn z M a2 ( x + y + z + a = 1, 0 ≦ x <1, 0 ≦ y <1, 0 ≦ z <1, 0 ≦ a <1, M is one or more selected from Al, Mg, Nb, Ti, Cu, Zn, and Cr Element)), lithium vanadium compound (LiV 2 O 5 ), olivine-type LiMPO 4 (where M is selected from Co, Ni, Mn, Fe, Mg, Nb, Ti, Al, Zr) are shown one or more elements or VO), lithium titanate (Li 4 Ti 5 O 12) , LiNi x Co y Al z O 2 (0.9 <x + y + z <1 1) a composite metal oxide such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, and the like polyacene.

(正極導電材)
導電材は、例えば、カーボンブラック類等のカーボン粉末、カーボンナノチューブ、炭素材料、銅、ニッケル、ステンレス、鉄等の金属微粉、炭素材料及び金属微粉の混合物、ITO等の導電性酸化物が挙げられる。これらの中でも、カーボンブラック等の炭素材料が好ましい。正極活物質のみで十分な導電性を確保できる場合は、リチウムイオン二次電池100は導電材を含んでいなくてもよい。
(Positive electrode conductive material)
Examples of the conductive material include carbon powder such as carbon black, carbon nanotube, carbon material, fine metal powder such as copper, nickel, stainless steel and iron, a mixture of carbon material and fine metal powder, and conductive oxide such as ITO. . Among these, carbon materials such as carbon black are preferable. In the case where sufficient conductivity can be ensured only by the positive electrode active material, the lithium ion secondary battery 100 may not include a conductive material.

(正極バインダー)
正極に用いるバインダーは負極と同様のものを使用できる。
(Positive electrode binder)
The binder used for the positive electrode can be the same as that for the negative electrode.

正極活物質層24における正極活物質の構成比率は、質量比で80%以上90%以下であることが好ましい。また正極活物質層24における導電材の構成比率は、質量比で0.5%以上10%以下であることが好ましく、正極活物質層24におけるバインダーの構成比率は、質量比で0.5%以上10%以下であることが好ましい。   The constituent ratio of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer 24 is preferably 80% or more and 90% or less by mass ratio. The constituent ratio of the conductive material in the positive electrode active material layer 24 is preferably 0.5% or more and 10% or less by mass ratio, and the constituent ratio of the binder in the positive electrode active material layer 24 is 0.5% by mass ratio. It is preferable that it is 10% or less.

「セパレータ」
セパレータ10は、電気絶縁性の多孔質構造から形成されていればよく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン又はポリオレフィンからなるフィルムの単層体、積層体や上記樹脂の混合物の延伸膜、或いはセルロース、ポリエステル及びポリプロピレンからなる群より選択される少なくとも1種の構成材料からなる繊維不織布が挙げられる。
"Separator"
The separator 10 only needs to be formed of an electrically insulating porous structure, for example, a single layer of a film made of polyethylene, polypropylene, or polyolefin, a stretched film of a laminate or a mixture of the above resins, or cellulose, polyester, and Examples thereof include a fiber nonwoven fabric made of at least one constituent material selected from the group consisting of polypropylene.

「電解液」
電解液には、リチウム塩を含む電解質溶液(電解質水溶液、有機溶媒を使用する電解質溶液)を使用することができる。ただし、電解質水溶液は電気化学的に分解電圧が低いため、充電時の耐用電圧が低く制限される。そのため、有機溶媒を使用する電解質溶液(非水電解質溶液)であることが好ましい。
"Electrolyte"
As the electrolytic solution, an electrolyte solution containing lithium salt (electrolyte aqueous solution, electrolyte solution using an organic solvent) can be used. However, since the electrolytic aqueous solution has a low decomposition voltage electrochemically, the withstand voltage during charging is limited to be low. Therefore, an electrolyte solution (nonaqueous electrolyte solution) using an organic solvent is preferable.

非水電解液は、非水溶媒に電解質が溶解されており、非水溶媒として環状カーボネートと、鎖状カーボネートと、を含有してもよい。   The nonaqueous electrolytic solution has an electrolyte dissolved in a nonaqueous solvent, and may contain a cyclic carbonate and a chain carbonate as a nonaqueous solvent.

環状カーボネートとしては、電解質を溶媒和することができるものを用いることができる。例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート及びブチレンカーボネートなどを用いることができる。   As cyclic carbonate, what can solvate electrolyte can be used. For example, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like can be used.

鎖状カーボネートは、環状カーボネートの粘性を低下させることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが挙げられる。その他、酢酸メチル、酢酸エチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、γ−ブチロラクトン、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタンなどを混合して使用してもよい。   The chain carbonate can reduce the viscosity of the cyclic carbonate. Examples thereof include diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. In addition, methyl acetate, ethyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, γ-butyrolactone, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, and the like may be mixed and used.

非水溶媒中の環状カーボネートと鎖状カーボネートの割合は体積にして1:9〜1:1にすることが好ましい。   The ratio of the cyclic carbonate and the chain carbonate in the non-aqueous solvent is preferably 1: 9 to 1: 1 by volume.

電解質としては、例えば、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、LiCFCFSO、LiC(CFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiN(CFCFCO)、LiBOB等のリチウム塩が使用できる。なお、これらのリチウム塩は1種を単独で使用してもよく、2種以上を併用してもよい。特に、電離度の観点から、LiPFを含むことが好ましい。 Examples of the electrolyte include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CF 2 SO 3 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2) 2, LiN ( CF 3 SO 2) (C 4 F 9 SO 2), LiN (CF 3 CF 2 CO) 2, lithium salts such as LiBOB can be used. In addition, these lithium salts may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. In particular, LiPF 6 is preferably included from the viewpoint of the degree of ionization.

LiPFを非水溶媒に溶解する際は、非水電解液中の電解質の濃度を、0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましい。電解質の濃度が0.5mol/L以上であると、非水電解液のリチウムイオン濃度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすい。また、電解質の濃度が2.0mol/L以内に抑えることで、非水電解液の粘度上昇を抑え、リチウムイオンの移動度を充分に確保することができ、充放電時に十分な容量が得られやすくなる。 When LiPF 6 is dissolved in a non-aqueous solvent, the concentration of the electrolyte in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L. When the concentration of the electrolyte is 0.5 mol / L or more, the lithium ion concentration of the nonaqueous electrolytic solution can be sufficiently secured, and a sufficient capacity can be easily obtained during charging and discharging. Moreover, by suppressing the electrolyte concentration to within 2.0 mol / L, it is possible to suppress an increase in the viscosity of the non-aqueous electrolyte, to sufficiently secure the mobility of lithium ions, and to obtain a sufficient capacity during charging and discharging. It becomes easy.

LiPFをその他の電解質と混合する場合にも、非水電解液中のリチウムイオン濃度が0.5〜2.0mol/Lに調整することが好ましく、LiPFからのリチウムイオン濃度がその50mol%以上含まれることがさらに好ましい。 Even when LiPF 6 is mixed with another electrolyte, the lithium ion concentration in the non-aqueous electrolyte is preferably adjusted to 0.5 to 2.0 mol / L, and the lithium ion concentration from LiPF 6 is 50 mol%. More preferably, it is contained.

「ケース」
ケース50は、その内部に積層体40及び電解液を密封するものである。ケース50は、電解液の外部への漏出や、外部からのリチウムイオン二次電池100内部への水分等の侵入等を抑止できる物であれば特に限定されない。
"Case"
The case 50 seals the laminated body 40 and the electrolytic solution therein. The case 50 is not particularly limited as long as it can suppress leakage of the electrolytic solution to the outside and entry of moisture and the like into the lithium ion secondary battery 100 from the outside.

例えば、ケース50として、図1に示すように、金属箔52を高分子膜54で両側からコーティングした金属ラミネートフィルムを利用できる。金属箔52としては例えばアルミ箔を、高分子膜54としてはポリプロピレン等の膜を利用できる。例えば、外側の高分子膜54の材料としては融点の高い高分子、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリアミド等が好ましく、内側の高分子膜54の材料としてはポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)等が好ましい。   For example, as the case 50, as shown in FIG. 1, a metal laminate film in which a metal foil 52 is coated with a polymer film 54 from both sides can be used. For example, an aluminum foil can be used as the metal foil 52 and a film such as polypropylene can be used as the polymer film 54. For example, the material of the outer polymer film 54 is preferably a polymer having a high melting point, such as polyethylene terephthalate (PET) or polyamide, and the material of the inner polymer film 54 is polyethylene (PE) or polypropylene (PP). Etc. are preferred.

「リード」
リード60、62は、アルミ等の導電材料から形成されている。そして、公知の方法により、リード60、62を正極集電体22、負極集電体32にそれぞれ溶接し、正極20の正極活物質層24と負極30の負極活物質層34との間にセパレータ10を挟んだ状態で、電解液と共にケース50内に挿入し、ケース50の入り口をシールする。
"Lead"
The leads 60 and 62 are made of a conductive material such as aluminum. Then, the leads 60 and 62 are respectively welded to the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32 by a known method, and a separator is provided between the positive electrode active material layer 24 of the positive electrode 20 and the negative electrode active material layer 34 of the negative electrode 30. 10 is inserted into the case 50 together with the electrolyte, and the entrance of the case 50 is sealed.

「負極の製造方法」
本発明の負極の製造方法は、結晶歪み付与工程と、再黒鉛化工程と、配向度調整工程を有する。さらに、R値調整工程や累積細孔容積調整工程を行ってもよい。本発明の効果を奏する負極を製造できる限り、他の工程を有してもよい。
結晶歪み付与工程は、天然黒鉛又は人造黒鉛を粉砕・分級した後に、メカノケミカル処理等を施すことによって、粉砕された黒鉛粒子の結晶構造に歪みや乱層を導入する工程である。
また、再黒鉛化工程は、結晶歪み付与工程を実施後の粒子を、2400℃〜3200℃の温度範囲で、アニールして再黒鉛化することによって、黒鉛化度を調整する工程である。すなわち、黒鉛化度の調整は、結晶歪み付与工程と再黒鉛化工程との2つの工程の条件を調整することによってなされる。結晶歪み付与工程と再黒鉛化工程とを併せて、黒鉛化度調整工程ということがある。
また、配向度調整工程は、結晶歪み付与工程及び再黒鉛化工程において黒鉛化度が調整された炭素粒子を含む負極活物質層を集電体に形成後、加圧等することによって、負極活物質層内の黒鉛結晶の配向の程度を調整する。
"Production method of negative electrode"
The manufacturing method of the negative electrode of this invention has a crystal distortion provision process, a regraphitization process, and an orientation degree adjustment process. Further, an R value adjustment step and a cumulative pore volume adjustment step may be performed. As long as the negative electrode which has the effect of this invention can be manufactured, you may have another process.
The crystal strain imparting step is a step of introducing strain or a disordered layer into the crystal structure of the pulverized graphite particles by pulverizing and classifying natural graphite or artificial graphite and then performing a mechanochemical treatment or the like.
The regraphitization step is a step of adjusting the degree of graphitization by annealing and regraphitizing the particles after the crystal strain imparting step in a temperature range of 2400 ° C to 3200 ° C. That is, the degree of graphitization is adjusted by adjusting the conditions of the two steps of the crystal strain imparting step and the regraphitization step. The crystal strain imparting step and the regraphitization step may be collectively referred to as a graphitization degree adjusting step.
In the orientation degree adjusting step, a negative electrode active material layer containing carbon particles whose degree of graphitization is adjusted in the crystal strain imparting step and the regraphitization step is formed on the current collector, and then subjected to pressurization or the like. The degree of orientation of graphite crystals in the material layer is adjusted.

黒鉛化度調整のメカニズムは以下のように考えている。
結晶歪み付与工程で結晶歪みや乱層が導入された粒子対して、再黒鉛化工程において、その粒子を2400℃〜3200℃でアニールして再黒鉛化するが、このとき、一般に、粒子表面の結晶子の方が粒子内部の結晶子よりも速く黒鉛化が進行する。そうすると、粒子表面に配列した結晶子は、より粒子内部の結晶子の成長に対して空間的な制限を付与することになる。結晶子は自由に成長すれば、炭素の六方網平面はc軸方向に平行に等間隔で配置するが、空間的な制限があれば、その分、炭素の六方網平面の積み重なりの規則性は乱れることになる。こうして、その乱れの程度すなわち、黒鉛化度は、結晶歪み付与工程の条件、及び、再黒鉛化工程の条件に依存する。すなわち、結晶歪み付与工程の条件、及び、再黒鉛化工程の条件の組み合わせにより、黒鉛化度を調整することができる。本明細書において、黒鉛化度調整工程の条件を調整するという場合、結晶歪み付与工程の条件及び再黒鉛化工程の条件の組み合わせを調整することを意味する。
The mechanism for adjusting the degree of graphitization is considered as follows.
In the re-graphitization step, the particles are annealed at 2400 ° C. to 3200 ° C. to re-graphitize the particles into which crystal strain or a disordered layer has been introduced in the crystal strain imparting step. Crystallization proceeds more rapidly in the crystallite than in the crystal inside the particle. As a result, the crystallites arranged on the particle surface impose a spatial restriction on the growth of crystallites inside the particles. If the crystallites grow freely, the hexagonal planes of carbon are arranged at equal intervals parallel to the c-axis direction. However, if there is a spatial limitation, the regularity of stacking of the hexagonal planes of carbon is It will be disturbed. Thus, the degree of the disorder, that is, the degree of graphitization, depends on the conditions of the crystal strain imparting step and the re-graphitization step. That is, the degree of graphitization can be adjusted by a combination of the conditions for the crystal strain imparting step and the regraphitization step. In this specification, adjusting the conditions of the graphitization degree adjusting process means adjusting a combination of the conditions of the crystal distortion imparting process and the regraphitizing process.

(粉砕工程)
粉砕工程では、天然黒鉛又は人造黒鉛を粉砕する。
粉砕工程は、黒鉛を微細化し、結晶子径のコントロールするため、行うことが好ましい。
粉砕工程は、通常用いられる粉砕装置を使用することができ、例えば、振動ボールミル、ウルトラファインミル、ジェットミルなどが使用可能である。粉砕工程は、黒鉛化の後に行っても、前に行ってもよい。
(Crushing process)
In the pulverization step, natural graphite or artificial graphite is pulverized.
The pulverization step is preferably performed in order to refine graphite and control the crystallite diameter.
For the pulverization step, a commonly used pulverization apparatus can be used. For example, a vibration ball mill, an ultra fine mill, a jet mill, or the like can be used. The pulverization step may be performed after graphitization or before.

(分級工程)
粉砕後の粒子を分級する。分級は、気流分級機等を用いて行うことができる。または、篩に通して分級してもよい。
(Classification process)
The particles after pulverization are classified. Classification can be performed using an air classifier or the like. Alternatively, classification may be performed through a sieve.

(結晶歪み付与工程)
結晶歪み付与工程では、メカノケミカル処理等を施すことによって、粉砕された黒鉛粒子の結晶構造に歪みや乱層を導入する。メカノケミカル処理は、粒子に圧縮応力や剪断応力、圧縮応力と剪断応力のほか、衝突、摩擦、ずり応力等を付与する。これらの応力が与える機械的エネルギーによって、メカノケミカル現象と称される効果が発現する。粒子にメカノケミカル現象を起こさせるためには、剪断、圧縮、衝突等の応力を同時にかけることができる装置を用いればよく、特に装置の構造及び原理に制限はない。たとえば、回転式のボールミルなどのボール型混練機、メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製)、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)などがある。
結晶歪み付与工程は例えば、メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製)を用いて行うことができ、回転ロータにかかる負荷(kW)とその処理時間(h)との積で表される仕事量(kW・h)によって、結晶歪みの付与を調整する。発明者は鋭意研究の結果、その仕事量と黒鉛化度とが相関するという知見を得た。この知見に基づき、結晶歪み付与工程及び再黒鉛化工程によって、黒鉛化度を調整できることを見出した。
ここで、メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製)は、円筒形のチャンバー内に回転ロータとプレスヘッドが付いており、回転ロータが高速で回転する構成である。チャンバーの内に設置されたプレスヘッドとロータの間に粉体材料が押し付けられてせん断力が働き、粉砕、造粒、表面改質などが行われる。処理の条件として、回転ロータの回転数、回転ロータにかかる負荷、処理時間、粉体の充填量などがあり、これらの条件を変えることにより、処理結果を変えることができる。本発明者は鋭意研究の結果、主に回転ロータにかかる負荷及びその処理時間によって、粉体材料に作用しているエネルギーを変えて、それにより乱層や結晶歪みの程度を変え、黒鉛化度を調整し得ることを見出した。以下では、回転ロータにかかる負荷(kW)とその処理時間(h)との積で表される仕事量(kW・h)を粉体処理条件ということがある。粉体処理条件が大きくなると、黒鉛化度は下がる方向に行く。なお、回転ロータにかかる負荷は、回転ロータの回転数や黒鉛原料の充填率等によって調整することができる。
(Crystal strain application process)
In the crystal strain imparting step, strain or a turbulent layer is introduced into the crystal structure of the pulverized graphite particles by performing a mechanochemical treatment or the like. The mechanochemical treatment imparts impact, friction, shear stress and the like to the particles in addition to compressive stress, shear stress, compressive stress and shear stress. The mechanical energy given by these stresses produces an effect called a mechanochemical phenomenon. In order to cause a mechanochemical phenomenon in the particles, an apparatus capable of simultaneously applying stress such as shearing, compression, and collision may be used, and the structure and principle of the apparatus are not particularly limited. For example, there are ball type kneaders such as a rotary ball mill, mechanofusion (manufactured by Hosokawa Micron), nobilta (manufactured by Hosokawa Micron), and the like.
The crystal strain imparting step can be performed using, for example, mechanofusion (manufactured by Hosokawa Micron), and the work amount (kW · h) represented by the product of the load (kW) applied to the rotating rotor and the processing time (h). ) To adjust the crystal distortion. As a result of intensive studies, the inventor has found that the work amount and the degree of graphitization are correlated. Based on this knowledge, it discovered that a graphitization degree could be adjusted with a crystal distortion provision process and a regraphitization process.
Here, the mechano-fusion (manufactured by Hosokawa Micron) has a configuration in which a rotating rotor and a press head are attached in a cylindrical chamber, and the rotating rotor rotates at high speed. A powder material is pressed between a press head and a rotor installed in the chamber to cause a shearing force, and pulverization, granulation, surface modification, and the like are performed. The processing conditions include the rotational speed of the rotary rotor, the load applied to the rotary rotor, the processing time, the amount of powder filling, and the like. By changing these conditions, the processing result can be changed. As a result of diligent research, the present inventor has changed the energy acting on the powder material mainly by the load applied to the rotating rotor and its processing time, thereby changing the degree of turbulence and crystal distortion, and the degree of graphitization. Found that it can be adjusted. Hereinafter, the work amount (kW · h) represented by the product of the load (kW) applied to the rotating rotor and the processing time (h) may be referred to as powder processing conditions. As the powder processing conditions increase, the degree of graphitization decreases. The load applied to the rotary rotor can be adjusted by the rotational speed of the rotary rotor, the filling rate of the graphite raw material, and the like.

(再黒鉛化工程)
結晶歪み付与工程において、再黒鉛化工程に用いる原料は黒鉛化度調整のための前処理が行われている。そのため、再黒鉛化工程では、その黒鉛化原料を用いて通常の黒鉛化工程のアニール温度条件の調整を行うだけで、黒鉛化度が調整された炭素粒子が得られる。ここで、「黒鉛化度が調整された炭素粒子」とは、黒鉛化度が高い場合には黒鉛粒子に近いものであり、本明細書では、黒鉛化度が高くない場合も含めて、このように称する。
再黒鉛化工程におけるアニールは、粉砕や粉体処理により乱れた結晶構造を再び黒鉛構造に近づけてやる処理と言える。アニール温度が上がると黒鉛化度は上がる方向に行く。なお、アニール時間は黒鉛化度に与える影響は少ないと考えられる。3000℃近い温度になると昇温と冷却に非常に時間がかかるため、時間が与える影響よりは温度自体の影響が非常に大きいからである。
(Re-graphitization process)
In the crystal strain imparting step, the raw material used in the regraphitization step is pretreated for adjusting the degree of graphitization. Therefore, in the re-graphitization process, carbon particles with an adjusted graphitization degree can be obtained simply by adjusting the annealing temperature condition of the normal graphitization process using the graphitization raw material. Here, the “carbon particles whose degree of graphitization is adjusted” is close to the graphite particles when the degree of graphitization is high, and in this specification, including the case where the degree of graphitization is not high. It calls it as follows.
Annealing in the re-graphitization step can be said to be a treatment in which the disordered crystal structure caused by pulverization or powder treatment is brought closer to the graphite structure again. As the annealing temperature increases, the degree of graphitization increases. It is considered that the annealing time has little effect on the degree of graphitization. This is because when the temperature is close to 3000 ° C., it takes a very long time to raise and cool, and therefore the influence of the temperature itself is much greater than the influence of time.

(R値調整工程)
炭素粒子のR値は表面の処理を行うことによって調整することができる。これは、R値は黒鉛材料表面の結晶の発達状態を示す指標と考えられるからである。一般に、R値が大きいほど結晶が未発達であることを表す。従って、R値調整工程として、例えば、炭素粒子の表面に有機化合物層を形成し、その有機化合物層を熱処理する工程を行い、この工程の条件(主に有機化合物の量及び熱処理温度)によってR値を調整する。炭素粒子の表面に有機化合物層を形成するには、例えば、スプレードライ等の方法により吹きかけることによってできる。
有機化合物としては、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、フラン樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂及び有機酸化合物からなる群から選ばれる少なくとも一つ以上を用いることができる。
また、有機化合物の熱処理温度は、200℃以上2000℃以下であることが好ましく、400℃以上1500℃以下であることがより好ましく、500℃以上1200℃以下であることがさらに好ましい。熱処理温度が低すぎると有機化合物の炭素化が十分に終了せずに、水素や酸素が残留する場合がある。負極活物質に残留した水素や酸素は、電池特性に悪影響を及ぼすことがある。一方で、熱処理温度が高すぎると結晶化が進みすぎ、黒鉛化度が所定の範囲内に収まらない。表面処理した部位の結晶化が進むと、充電特性が低下する恐れがある。
(R value adjustment process)
The R value of the carbon particles can be adjusted by performing a surface treatment. This is because the R value is considered as an index indicating the crystal growth state on the surface of the graphite material. In general, the larger the R value, the less developed the crystal. Therefore, as the R value adjusting step, for example, an organic compound layer is formed on the surface of the carbon particles, and the organic compound layer is subjected to a heat treatment step. The R value is adjusted depending on the conditions of this step (mainly the amount of the organic compound and the heat treatment temperature). Adjust the value. In order to form the organic compound layer on the surface of the carbon particles, for example, spraying can be performed by a method such as spray drying.
As the organic compound, at least one selected from the group consisting of petroleum pitch, coal pitch, phenol resin, polyvinyl alcohol resin, furan resin, cellulose resin, polystyrene resin, polyimide resin, epoxy resin, and organic acid compound is used. be able to.
The heat treatment temperature of the organic compound is preferably 200 ° C. or higher and 2000 ° C. or lower, more preferably 400 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower, and further preferably 500 ° C. or higher and 1200 ° C. or lower. If the heat treatment temperature is too low, carbonization of the organic compound may not be sufficiently completed, and hydrogen and oxygen may remain. Hydrogen or oxygen remaining in the negative electrode active material may adversely affect battery characteristics. On the other hand, if the heat treatment temperature is too high, crystallization proceeds too much and the degree of graphitization does not fall within a predetermined range. If the crystallization of the surface-treated portion proceeds, the charging characteristics may be deteriorated.

(配向度調整工程)
リチウムイオン二次電池の負極は容量密度を上げるために、集電体上に塗布した活物質をプレスすることで高密度化するが、配向度調整工程においては、このプレス圧によって、黒鉛粒子を変形させて集電体に平行な方向に黒鉛粒子内の結晶子が配向するように調整する。
(Orientation degree adjustment process)
In order to increase the capacity density, the negative electrode of the lithium ion secondary battery is densified by pressing the active material coated on the current collector. Deformation is adjusted so that the crystallites in the graphite particles are oriented in a direction parallel to the current collector.

(累積細孔容積調整工程)
累積細孔容積調整工程として例えば、炭素粒子の粒度分布調整を行うことができる。
粒度分布調整としては例えば、気流式分級機用いて行い、微粉や粗粒を任意の範囲でカットし、粒度分布を調整することができる。例えば微粉や粗粒をあまりカットしなければ粒度分布はブロードになり、微粉や粗粒を多くカットすれば粒度分布はシャープになる。粒度分布がブロードになると負極活物質層の累積細孔径容積は小さくなる傾向があり、粒度分布がシャープだと、負極活物質層の累積細孔径容積は大きくなる傾向がある。
(Cumulative pore volume adjustment process)
As the cumulative pore volume adjusting step, for example, the particle size distribution of the carbon particles can be adjusted.
The particle size distribution can be adjusted using, for example, an airflow classifier, and fine particles and coarse particles can be cut in an arbitrary range to adjust the particle size distribution. For example, if the fine powder and coarse particles are not cut so much, the particle size distribution becomes broad, and if much fine powder and coarse particles are cut, the particle size distribution becomes sharp. When the particle size distribution is broad, the cumulative pore size volume of the negative electrode active material layer tends to decrease, and when the particle size distribution is sharp, the cumulative pore size volume of the negative electrode active material layer tends to increase.

(黒鉛化度、C軸方向の結晶子サイズ(結晶子径)の測定)
黒鉛化度調整工程によって黒鉛化度を調整した炭素粒子の黒鉛化度は、X線回折法を用いて、X線回折パターンにおける(101)面のピーク強度P101と(100)面のピーク強度P100との比(P101/P100)として得ることができる。
また、C軸方向の結晶子サイズLc004は、X線回折法を用いて、X線回折パターンにおける(004)面のピークの半値幅に基づいて算出することができる。
黒鉛化度は、負極集電体上に負極活物質層を形成後にX線回折を行い、炭素粒子の(101)面に帰属されるピーク強度P101及び(100)面に帰属されるピーク強度P100を得て、その比をとることで得ることもできる。また、C軸方向の結晶子サイズLc004についても、負極集電体上に負極活物質層を形成後にX線回折を行い、炭素粒子の(004)面に帰属されるピークに基づいて算出することもできる。
(Measurement of graphitization degree and crystallite size (crystallite diameter) in the C-axis direction)
The graphitization degree of the carbon particles whose degree of graphitization is adjusted by the graphitization degree adjustment step is determined by the X-ray diffraction method using the peak intensity P101 of the (101) plane and the peak intensity P100 of the (100) plane in the X-ray diffraction pattern. (P101 / P100).
The crystallite size Lc004 in the C-axis direction can be calculated based on the half-value width of the peak on the (004) plane in the X-ray diffraction pattern using the X-ray diffraction method.
The graphitization degree was determined by performing X-ray diffraction after forming a negative electrode active material layer on the negative electrode current collector, and peak intensity P101 attributed to the (101) plane of carbon particles and peak intensity P100 attributed to the (100) plane. Can also be obtained by taking the ratio. Also, the crystallite size Lc004 in the C-axis direction is calculated based on the peak attributed to the (004) plane of the carbon particles by performing X-ray diffraction after forming the negative electrode active material layer on the negative electrode current collector. You can also.

(R値の測定)
R値は、例えば市販のラマン分光装置を用いて測定したDバンドピーク強度(ID)及びGバンドピーク強度(IG)から得ることができる。
(Measurement of R value)
The R value can be obtained from, for example, a D band peak intensity (I D ) and a G band peak intensity (I G ) measured using a commercially available Raman spectrometer.

(配向度の測定)
配向度調整工程によって配向度を調整した炭素粒子の配向度は、X線回折法を用いて、X線回折パターンにおける(101)面のピーク強度P101と(100)面のピーク強度P100との比(P101/P100)として得ることができる。
配向度は、負極集電体上に負極活物質層を形成後にX線回折を行って得る。
(Measurement of orientation)
The degree of orientation of the carbon particles whose degree of orientation has been adjusted in the degree of orientation adjustment step is determined by the ratio between the peak intensity P101 of the (101) plane and the peak intensity P100 of the (100) plane in the X-ray diffraction pattern. (P101 / P100).
The degree of orientation is obtained by performing X-ray diffraction after forming the negative electrode active material layer on the negative electrode current collector.

[リチウムイオン二次電池の製造方法]
次いで、リチウムイオン二次電池100を製造する方法について、黒鉛化度調整工程を実施して得られた負極活物質(黒鉛化度が調整された炭素粒子)を用いて負極を作製する段階から、具体的に説明する。
[Method for producing lithium ion secondary battery]
Next, with respect to the method of manufacturing the lithium ion secondary battery 100, from the step of producing a negative electrode using a negative electrode active material (carbon particles having a adjusted graphitization degree) obtained by performing a graphitization degree adjustment step, This will be specifically described.

得られた負極活物質、バインダー及び溶媒を混合して塗料を作製する。必要に応じ導電材を更に加えても良い。溶媒としては例えば、水、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等を用いることができる。負極活物質、導電材、バインダーの構成比率は、質量比で80wt%〜90wt%:0.1wt%〜10wt%:0.1wt%〜10wt%%であることが好ましい。これらの質量比は、全体で100wt%となるように調整される。   The obtained negative electrode active material, binder and solvent are mixed to prepare a coating material. A conductive material may be further added as necessary. As the solvent, for example, water, N-methyl-2-pyrrolidone, N, N-dimethylformamide or the like can be used. The constituent ratio of the negative electrode active material, the conductive material, and the binder is preferably 80 wt% to 90 wt%: 0.1 wt% to 10 wt%: 0.1 wt% to 10 wt% by mass ratio. These mass ratios are adjusted so as to be 100 wt% as a whole.

塗料を構成するこれらの成分の混合方法は特に制限されず、混合順序もまた特に制限されない。上記塗料を、負極集電体32に塗布する。塗布方法としては、特に制限はなく、通常電極を作製する場合に採用される方法を用いることができる。例えば、スリットダイコート法、ドクターブレード法が挙げられる。正極についても、同様に正極集電体22上に正極用の塗料を塗布する。   The mixing method of these components constituting the paint is not particularly limited, and the mixing order is not particularly limited. The paint is applied to the negative electrode current collector 32. There is no restriction | limiting in particular as an application | coating method, The method employ | adopted when producing an electrode normally can be used. Examples thereof include a slit die coating method and a doctor blade method. Similarly, the positive electrode paint is applied on the positive electrode current collector 22 for the positive electrode.

続いて、正極集電体22及び負極集電体32上に塗布された塗料中の溶媒を除去する。除去方法は特に限定されない。例えば、塗料が塗布された正極集電体22及び負極集電体32を、80℃〜150℃の雰囲気下で乾燥させればよい。   Subsequently, the solvent in the paint applied on the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32 is removed. The removal method is not particularly limited. For example, the positive electrode current collector 22 and the negative electrode current collector 32 to which the paint is applied may be dried in an atmosphere of 80 ° C. to 150 ° C.

そして、このようにして正極集電体22上に正極活物質層24が形成された状態でロールプレス装置等によりプレス処理を行うことによって正極を作製する。
一方、負極集電体32上に負極活物質層34が形成された状態で、配向度が50〜150になるようにプレス処理を行うことによって負極を作製する。
Then, a positive electrode is manufactured by performing a press treatment with a roll press device or the like in a state where the positive electrode active material layer 24 is formed on the positive electrode current collector 22 in this way.
On the other hand, in a state where the negative electrode active material layer 34 is formed on the negative electrode current collector 32, a negative electrode is produced by performing a press treatment so that the degree of orientation is 50 to 150.

次いで、正極活物質層24を有する正極20と、負極活物質層34を有する負極30と、正極と負極との間に介在するセパレータ10と、電解液と、をケース50内に封入する。   Next, the positive electrode 20 having the positive electrode active material layer 24, the negative electrode 30 having the negative electrode active material layer 34, the separator 10 interposed between the positive electrode and the negative electrode, and the electrolytic solution are sealed in a case 50.

例えば、正極20と、負極30と、セパレータ10とを積層し、正極20及び負極30を、積層方向に対して垂直な方向から、プレス器具で加熱加圧し、正極20、セパレータ10、及び負極30を密着させる。そして、例えば、予め作製した袋状のケース50に、積層体40を入れる。   For example, the positive electrode 20, the negative electrode 30, and the separator 10 are stacked, and the positive electrode 20 and the negative electrode 30 are heated and pressed with a press tool from a direction perpendicular to the stacking direction, and the positive electrode 20, the separator 10, and the negative electrode 30. Adhere. For example, the laminated body 40 is put into a bag-like case 50 prepared in advance.

最後に電解液をケース50内に注入することにより、リチウムイオン二次電池が作製される。なお、ケースに電解液を注入するのではなく、積層体40を電解液に含浸させてもよい。   Finally, the lithium ion secondary battery is manufactured by injecting the electrolytic solution into the case 50. Instead of injecting the electrolytic solution into the case, the laminate 40 may be impregnated with the electrolytic solution.

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、各実施形態における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。   The embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the configurations and combinations of the embodiments in the embodiments are examples, and the addition and the omission of the configurations are within the scope not departing from the gist of the present invention. , Substitutions, and other changes are possible.

「実施例1」
市販の人造黒鉛を原料として用い、遊星ボールミル(レッチェ(Retsch)社製PM200)を用いて、遊星ボールミルの回転数500rpmにて粉砕を行った。その後、気流分級機を用いて粒度分布を調整して、D10、D50及びD90をそれぞれ順に、2μm、18μm、42μmとした。なお、D10、D50及びD90はそれぞれ、横軸が粒子径、縦軸が累積%の粒度分布曲線において、累積が10%のときの粒子径(粒子直径)、50%のときの粒子径、90%のときの粒子径である。
次に、メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製)を用いて、得られた粉砕原料に対してメカノケミカル処理を行った。すなわち、圧縮応力・せん断応力・衝撃の3つの力を作用させた。このとき、回転ロータにかかる負荷を3kW、その処理時間を1時間(h)、その仕事量(粉体処理条件)を3kW・hとした。
次に、メカノフュージョンを用いて前処理された原料を黒鉛製のルツボに充填し、アチソン炉を用いてアニール温度2400℃で加熱して黒鉛化して、「黒鉛化度が調整された炭素粒子」を作製した。
"Example 1"
Commercially available artificial graphite was used as a raw material, and pulverization was performed using a planetary ball mill (PM200 manufactured by Retsch) at a rotational speed of the planetary ball mill of 500 rpm. Thereafter, the particle size distribution was adjusted using an airflow classifier, and D10, D50, and D90 were set to 2 μm, 18 μm, and 42 μm, respectively. D10, D50, and D90 are respectively the particle diameter when the horizontal axis is the particle diameter and the vertical axis is the cumulative percentage particle size distribution curve, the particle diameter when the cumulative is 10% (particle diameter), the particle diameter when the cumulative ratio is 50%, 90 % Is the particle diameter.
Next, mechanochemical treatment was performed on the obtained pulverized raw material using mechanofusion (manufactured by Hosokawa Micron Corporation). That is, three forces of compressive stress, shear stress, and impact were applied. At this time, the load applied to the rotating rotor was 3 kW, the processing time was 1 hour (h), and the work amount (powder processing conditions) was 3 kW · h.
Next, the raw material pretreated using mechanofusion is filled into a graphite crucible, and is graphitized by heating at an annealing temperature of 2400 ° C. using an Atchison furnace. “Carbon particles with adjusted degree of graphitization” Was made.

そして、得られた負極活物質と、導電材として用意したアセチレンブラックと、バインダーとして用意したポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを混合し負極合剤とした。負極活物質と、導電材と、バインダーは質量比で94:2:4とした。この負極合剤を、N−メチル−2−ピロリドンに分散させて負極合剤塗料を作製した。そして、厚さ10μmの電界銅箔の一面に、塗布量が6.1mg/cmとなるように塗布した。塗布後に、100℃で乾燥させ、溶媒を除去して負極活物質層を形成した。その後、負極活物質層をカレンダープレス装置により、カレンダ線圧を300kg/cmとして配向度を調整して、実施例1に係る負極を作製した。 The obtained negative electrode active material, acetylene black prepared as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) prepared as a binder were mixed to obtain a negative electrode mixture. The negative electrode active material, the conductive material, and the binder were in a mass ratio of 94: 2: 4. This negative electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a negative electrode mixture paint. And it apply | coated so that the application quantity might be set to 6.1 mg / cm < 2 > on one surface of the electrolytic copper foil of thickness 10 micrometers. After coating, the film was dried at 100 ° C., and the solvent was removed to form a negative electrode active material layer. Thereafter, the negative electrode active material layer was adjusted by a calender press apparatus with a calendar linear pressure of 300 kg / cm, and the degree of orientation was adjusted to produce a negative electrode according to Example 1.

(評価用リチウムイオン二次電池の作製 ハーフセル)
作製した負極とLi箔を張り付けた銅箔(以下、Li極という)とを、厚さ16μmのポリプロピレン製のセパレータを介して交互に対向させ、積層体を作製した。さらに、積層体の負極における負極活物質層を設けていない側の銅箔の突起端部に、ニッケル製の負極リードを取り付けた。積層体のLi極では、Li箔を設けていない銅箔の突起端部にニッケル製のLi極リードを超音波溶接機によって取り付けた。
(Production of evaluation lithium-ion secondary battery half-cell)
The produced negative electrode and a copper foil (hereinafter referred to as Li electrode) on which a Li foil was attached were alternately opposed to each other through a polypropylene separator having a thickness of 16 μm to produce a laminate. Furthermore, the negative electrode lead made from nickel was attached to the protrusion edge part of the copper foil in the side which does not provide the negative electrode active material layer in the negative electrode of a laminated body. In the Li electrode of the laminate, a nickel Li electrode lead was attached to the protruding end portion of the copper foil not provided with the Li foil by an ultrasonic welding machine.

そしてこの積層体を、アルミラミネートフィルムの外装体内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成した。外装体内には、ECとEMCとDECとが体積比3:5:2の割合で配合された溶媒と、リチウム塩として1.5M(mol/L)のLiPFが添加された非水電解液と、を注入した。そして、残りの1箇所を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封し、実施例1に係るリチウムイオン二次電池(ハーフセル)を作製した。 And this closed body was inserted in the exterior body of an aluminum laminated film, and the sealing part was formed by heat-sealing except for the surrounding 1 place. A nonaqueous electrolyte solution in which EC, EMC, and DEC are mixed in a volume ratio of 3: 5: 2 and 1.5 M (mol / L) LiPF 6 as a lithium salt is added to the exterior body. And injected. And the remaining 1 place was sealed by heat sealing, reducing pressure with a vacuum sealing machine, and the lithium ion secondary battery (half cell) which concerns on Example 1 was produced.

(評価用リチウムイオン二次電池の作製 フルセル)
まず、負極活物質容量の測定に従って算出した負極活物質容量と単位面積当たりの重量の積と、正極活物質容量と単位面積当たりの重量の積と、の比が以下の関係式(2)を満たすように、正極の単位面積当たりの重量を算出し、電池設計を行った。
(負極活物質容量×単位面積当たりの重量)/(正極活物質容量×単位面積当たりの重量)=1.1 ・・・(2)
(Production of lithium ion secondary battery for evaluation full cell)
First, the ratio of the product of the negative electrode active material capacity and the weight per unit area calculated according to the measurement of the negative electrode active material capacity to the product of the positive electrode active material capacity and the weight per unit area is expressed by the following relational expression (2). The battery was designed by calculating the weight per unit area of the positive electrode so as to satisfy.
(Negative electrode active material capacity × weight per unit area) / (positive electrode active material capacity × weight per unit area) = 1.1 (2)

正極活物質として用意したLiCoOと、導電材として用意したアセチレンブラックと、バインダーとして用意したポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを混合し、正極合剤とした。正極活物質と、導電材と、バインダーは質量比で90:5:5とした。この正極合剤を、N−メチル−2−ピロリドンに分散させて正極合剤塗料を作製した。そして、厚さ20μmのアルミニウム箔の一面に、算出した正極の単位面積当たりの重量となるように塗布した。塗布後に、100℃で乾燥させ、溶媒を除去して正極活物質層を形成した。その後、正極活物質層をロールプレスにより加圧成形し、実施例1に係る正極を作製した。 LiCoO 2 prepared as a positive electrode active material, acetylene black prepared as a conductive material, and polyvinylidene fluoride (PVdF) prepared as a binder were mixed to obtain a positive electrode mixture. The positive electrode active material, the conductive material, and the binder were 90: 5: 5 by mass ratio. This positive electrode mixture was dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a positive electrode mixture paint. And it apply | coated so that it might become the calculated weight per unit area of the positive electrode on one surface of the 20-micrometer-thick aluminum foil. After application, the film was dried at 100 ° C., and the solvent was removed to form a positive electrode active material layer. Thereafter, the positive electrode active material layer was pressure-formed by a roll press to produce a positive electrode according to Example 1.

作製した負極と正極とを、厚さ16μmのポリプロピレン製のセパレータを介して交互に積層し、負極3枚と正極2枚とを積層することで積層体を作製した。さらに、積層体の負極において、負極活物質層を設けていない銅箔の突起端部にニッケル製の負極リードを取り付けた。また積層体の正極においては、正極活物質層を設けていないアルミニウム箔の突起端部にアルミニウム製の正極リードを超音波溶接機によって取り付けた。   The produced negative electrode and positive electrode were alternately laminated through a polypropylene separator having a thickness of 16 μm, and a laminate was produced by laminating three negative electrodes and two positive electrodes. Furthermore, in the negative electrode of the laminate, a negative electrode lead made of nickel was attached to the protruding end portion of the copper foil not provided with the negative electrode active material layer. Moreover, in the positive electrode of the laminated body, an aluminum positive electrode lead was attached by an ultrasonic welding machine to the protruding end portion of the aluminum foil not provided with the positive electrode active material layer.

そしてこの積層体を、アルミラミネートフィルムの外装体内に挿入して周囲の1箇所を除いてヒートシールすることにより閉口部を形成した。外装体内には、ECとEMCとDECとが体積比3:5:2の割合で配合された溶媒と、リチウム塩として1.5M(mol/L)のLiPFが添加された非水電解液と、を注入した。そして、残りの1箇所を真空シール機によって減圧しながらヒートシールで密封し、実施例1に係るリチウムイオン二次電池(フルセル)を作製した。 And this closed body was inserted in the exterior body of an aluminum laminated film, and the sealing part was formed by heat-sealing except for the surrounding 1 place. A nonaqueous electrolyte solution in which EC, EMC, and DEC are mixed in a volume ratio of 3: 5: 2 and 1.5 M (mol / L) LiPF 6 as a lithium salt is added to the exterior body. And injected. And the remaining 1 place was sealed by heat sealing, reducing pressure with a vacuum sealing machine, and the lithium ion secondary battery (full cell) which concerns on Example 1 was produced.

「実施例2〜9及び比較例1〜5」
粉砕工程における遊星ボールミル(BM)の回転数、結晶歪み付与工程における回転ロータにかかる負荷、その処理時間及びその仕事量(粉体処理条件)、再黒鉛化工程におけるアニール温度、配向度調整工程におけるカレンダ線圧、及び、粒度分布(D10、D50及びD90の粒子径)を表1及び表2に示す通りに変更し、実施例2〜9および比較例1〜5の負極を得た。得られた負極を用いて実施例1と同様にしてリチウムイオン二次電池を得た。
"Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 5"
The rotational speed of the planetary ball mill (BM) in the pulverization process, the load applied to the rotating rotor in the crystal distortion imparting process, its processing time and its work (powder processing conditions), the annealing temperature in the regraphitization process, and the orientation adjustment process The calendar linear pressure and the particle size distribution (D10, D50, and D90 particle sizes) were changed as shown in Tables 1 and 2, and negative electrodes of Examples 2 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 were obtained. A lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as Example 1 using the obtained negative electrode.

実施例1〜9及び比較例1〜5で作製されたリチウムイオン二次電池(フルセル)の急速充放電特性の測定を行うと共に、実施例1〜9及び比較例1〜5で作製されたリチウムイオン二次電池(ハーフセル)の負極上のLi析出の有無を評価した。その結果を表1及び表2に示す。   While measuring the quick charge / discharge characteristic of the lithium ion secondary battery (full cell) produced in Examples 1-9 and Comparative Examples 1-5, lithium produced in Examples 1-9 and Comparative Examples 1-5 The presence or absence of Li deposition on the negative electrode of the ion secondary battery (half cell) was evaluated. The results are shown in Tables 1 and 2.

「実施例10〜17」
実施例10は、実施例9と同じ条件で得た炭素粒子に対して、0.1%カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC)溶液を付着量が炭素粒子の重量に対して4%となるように噴霧した。次いで、CMCが付着された炭素粒子を、不活性雰囲気中、1000℃で熱処理して得た炭素粒子(表面処理済み炭素粒子)を用いた点が実施例9と異なるだけであり、その他は実施例9と同じ条件で負極を得た。
実施例11〜17は、0.1%CMC溶液の炭素粒子の重量に対する付着量が異なる点だけが実施例10と異なる。
"Examples 10 to 17"
In Example 10, a 0.1% sodium carboxymethylcellulose (CMC) solution was sprayed on the carbon particles obtained under the same conditions as in Example 9 so that the amount of adhesion was 4% with respect to the weight of the carbon particles. . Subsequently, the carbon particles obtained by heat-treating the carbon particles with CMC attached thereto at 1000 ° C. in an inert atmosphere were used, except that carbon particles (surface-treated carbon particles) were used. A negative electrode was obtained under the same conditions as in Example 9.
Examples 11 to 17 differ from Example 10 only in that the adhesion amount with respect to the weight of the carbon particles of the 0.1% CMC solution is different.

「実施例18〜20」
実施例18は、実施例9と同じ条件で得た炭素粒子に対して、気流式分級機を用いて、粒度分布(D10、D50及びD90の粒子径)を、D10、D50及びD90の粒子径がそれぞれ、4μm、17μm、32μmに調整したものである。
実施例19及び20は、実施例18に対して粒度分布の調整が異なるだけである。
"Examples 18 to 20"
Example 18 uses a gas stream classifier for the carbon particles obtained under the same conditions as in Example 9, and the particle size distribution (D10, D50 and D90 particle diameters) is D10, D50 and D90 particle diameters. Are adjusted to 4 μm, 17 μm, and 32 μm, respectively.
Examples 19 and 20 differ from Example 18 only in the adjustment of the particle size distribution.

「実施例21〜24」
実施例21〜24は、実施例4で用いた炭素粒子の条件の遊星BM粉砕条件を変えて、結晶子径の調整を行った。黒鉛化度及び配向度のパラメータを固定して、結晶子径を動かした実施例である。
"Examples 21 to 24"
In Examples 21 to 24, the crystallite diameter was adjusted by changing the planetary BM grinding conditions of the carbon particle conditions used in Example 4. This is an example in which the parameters of the degree of graphitization and the degree of orientation were fixed and the crystallite diameter was moved.

実施例25は、実施例6で得た炭素粒子に対して、0.1%カルボキシメチルセルロースナトリウム(CMC)溶液を付着量が炭素粒子の重量に対して8%となるように噴霧した。次いで、CMCが付着された炭素粒子を、不活性雰囲気中、1000℃で熱処理して得た炭素粒子(表面処理済み炭素粒子)を得ると共に、分級処理を行った点が実施例6と異なるものであり、その他は実施例6と同じ条件で負極を得た。   In Example 25, a 0.1% sodium carboxymethyl cellulose (CMC) solution was sprayed on the carbon particles obtained in Example 6 so that the amount of adhesion was 8% with respect to the weight of the carbon particles. Next, carbon particles to which CMC was attached were heat-treated at 1000 ° C. in an inert atmosphere to obtain carbon particles (surface-treated carbon particles), and different from Example 6 in that classification treatment was performed. Other than that, a negative electrode was obtained under the same conditions as in Example 6.

(負極活物質容量の測定)
負極活物質容量は、二次電池充放電試験装置を用いて測定した。電圧範囲を5mVから1.5Vまでとし、負極活物質重量当たり1C=340mAh/gとし、0.1C充電にて定電流−定電圧充電を行った。その後、0.1C放電にて定電流放電を行った。実施例1〜9及び比較例1〜5で作製されたリチウムイオン二次電池(ハーフセル)は、上記の条件によって重量当たりの負極活物質容量(mAh/g)を測定した。
なお、1Cとは公称容量値の容量を有する電池セルを定電流充電、または定電流放電して、ちょうど1時間で充放電が終了となる電流値のことである。
(Measurement of negative electrode active material capacity)
The negative electrode active material capacity was measured using a secondary battery charge / discharge test apparatus. The voltage range was 5 mV to 1.5 V, the negative electrode active material weight was 1 C = 340 mAh / g, and constant current-constant voltage charging was performed with 0.1 C charging. Then, constant current discharge was performed with 0.1 C discharge. The lithium ion secondary batteries (half cells) produced in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 measured the negative electrode active material capacity (mAh / g) per weight under the above conditions.
Note that 1C is a current value at which charging / discharging is completed in just one hour after constant current charging or constant current discharging of a battery cell having a nominal capacity value.

(急速充電特性の測定)
作製したリチウムイオン二次電池(フルセル)の急速充電特性を、二次電池充放電試験装置を用いて測定した。電圧範囲を3.0Vから4.2Vまでとし、フルセル設計容量当たり1C=355mAhとし、3C容量維持率(%)として評価した。ここで、3C容量維持率は、0.2C充電時の定電流−定電圧充電容量を基準とし、0.2C充電量に対する3C定電流充電時における充電容量の割合であり以下の式(1)で表される。
3C容量維持率(%)=(3C定電流充電時おける充電容量)/(0.2C充電時の定電流−定電圧充電容量)×100 ・・・(1)
(Measurement of quick charge characteristics)
The quick charge characteristics of the produced lithium ion secondary battery (full cell) were measured using a secondary battery charge / discharge test apparatus. The voltage range was 3.0V to 4.2V, and 1C = 355 mAh per full cell design capacity, and the 3C capacity maintenance rate (%) was evaluated. Here, the 3C capacity maintenance rate is a ratio of the charging capacity at the time of 3C constant current charging with respect to the 0.2C charging amount based on the constant current-constant voltage charging capacity at the time of 0.2C charging. It is represented by
3C capacity maintenance rate (%) = (charging capacity at the time of 3C constant current charging) / (constant current at the time of 0.2C charging−constant voltage charging capacity) × 100 (1)

この容量維持率が高いほど、急速充電特性が良好であることを意味する。実施例1〜9及び比較例1〜5で作製されたリチウムイオン二次電池(フルセル)は、上記の条件によって急速充電試験を実施し、急速充電特性を評価した。   The higher the capacity retention rate, the better the quick charge characteristics. The lithium ion secondary batteries (full cells) produced in Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 5 were subjected to a quick charge test under the above conditions, and the quick charge characteristics were evaluated.

(負極上のリチウム析出の評価)
作製したリチウムイオン二次電池(ハーフセル)について、1.5Cの充電レートで充電を行った。その後、5℃の環境下で分解して、リチウム析出の有無を目視で確認した。
(Evaluation of lithium deposition on the negative electrode)
About the produced lithium ion secondary battery (half cell), it charged with the charge rate of 1.5C. Then, it decomposed | disassembled in 5 degreeC environment and the presence or absence of lithium precipitation was confirmed visually.

(黒鉛化度、配向度及びC軸方向の結晶子サイズの測定)
黒鉛化度、配向度及び結晶子は、X線回折装置(RIGAKU社製Ultima IV、X線源:CuKα)を用いて得たX線回折パターンから得られる。すなわち、黒鉛化度は、X線回折パターンにおける(101)面のピーク強度P101と(100)面のピーク強度P100との比(P101/P100)として得られ、配向度は、X線回折パターンにおける(002)面のピーク強度P002と(110)面のピーク強度P110との比(P002/P110)として得られ、C軸方向の結晶子サイズLc004は、X線回折パターンにおける(004)面のピークの半値幅に基づいて算出される。
なお、配向度の評価に際しては、(002)面のピーク強度ではなく、(004)面のピーク強度を用いる場合もあるが、(004)面のピーク強度は(002)面のピーク強度に比べて弱いために、結果にばらつきが出てしまう。本発明者は、(004)面のピーク強度ではなく、(002)面のピーク強度を用いることによって本発明を完成することができたのである。
(Measurement of graphitization degree, orientation degree, and crystallite size in the C-axis direction)
The degree of graphitization, the degree of orientation, and the crystallite are obtained from an X-ray diffraction pattern obtained using an X-ray diffractometer (Ultima IV manufactured by RIGAKU, X-ray source: CuKα). That is, the degree of graphitization is obtained as the ratio (P101 / P100) of the peak intensity P101 of the (101) plane and the peak intensity P100 of the (100) plane in the X-ray diffraction pattern, and the degree of orientation is the ratio in the X-ray diffraction pattern. Obtained as a ratio (P002 / P110) between the peak intensity P002 of the (002) plane and the peak intensity P110 of the (110) plane, the crystallite size Lc004 in the C-axis direction is the peak of the (004) plane in the X-ray diffraction pattern. It is calculated based on the half width of.
When evaluating the degree of orientation, the peak intensity of the (004) plane may be used instead of the peak intensity of the (002) plane, but the peak intensity of the (004) plane is compared with the peak intensity of the (002) plane. Results in variations. The present inventor was able to complete the present invention by using the peak intensity of the (002) plane instead of the peak intensity of the (004) plane.

(R値の測定)
ラマン分光は日本分光社製NRS−7100を使用し、波長532nmのアルゴンレーザーを用い、減光器を用いて1mW以下の照射強度になるように調整し、励起波長532nmにおけるラマン散乱スペクトルを測定し、R値を得た。
(Measurement of R value)
Raman spectroscopy uses NRS-7100 manufactured by JASCO Corporation, uses an argon laser with a wavelength of 532 nm, adjusts to an irradiation intensity of 1 mW or less using a dimmer, and measures a Raman scattering spectrum at an excitation wavelength of 532 nm. R values were obtained.

(累積細孔容積の測定)
作製した負極活物質層の細孔分布を、水銀ポロシメータを用いて水銀圧入法により測定し、横軸を細孔径(μm)、縦軸を細孔容積(cc/g)とする細孔径分布曲線を得た。得られた細孔径分布曲線から、細孔径が0.1μm以上10μm以下の範囲に少なくとも一つのピークを有することを確認すると共に、細孔径が0.1μm以上10μm以下の範囲における累積細孔容積を得た。
(Measurement of cumulative pore volume)
The pore distribution of the prepared negative electrode active material layer was measured by mercury porosimetry using a mercury porosimeter, and the pore diameter distribution curve with the horizontal axis representing the pore diameter (μm) and the vertical axis representing the pore volume (cc / g). Got. From the obtained pore diameter distribution curve, it is confirmed that the pore diameter has at least one peak in the range of 0.1 μm or more and 10 μm or less, and the cumulative pore volume in the range of the pore diameter of 0.1 μm or more and 10 μm or less is calculated. Obtained.

Figure 2018156931
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Figure 2018156931
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表1及び表2から、実施例1−9及び比較例1−5の全データにおいて、カレンダ線圧が300kg/cmのときは、配向度は40〜50程度(実施例1、比較例1)であり、それより大きくなるにつれて配向度は高くなり、700kg/cmのときは、配向度は150程度(実施例9)、900kg/cmのときは、配向度は160程度(比較例4)であることがわかる。また、実施例4と比較例4と比較すると、回転ロータにかかる負荷及びその処理時間が同じであり、それを反映して黒鉛化度も同じ値が得られているが、カレンダ線圧は実施例4が400kg/cmで、比較例4が900kg/cmであることを反映して、配向度は実施例4は72であるのに対して、比較例4では162である。以上の通り、配向度は、カレンダ線圧の調整によって調整できる。
本実施例の製造条件の場合、炭素粒子の配向度を50〜150の範囲にするためには、カレンダ線圧を300〜700程度の範囲で調整すればよい。
From Table 1 and Table 2, in all data of Example 1-9 and Comparative Example 1-5, when the calender linear pressure is 300 kg / cm, the degree of orientation is about 40-50 (Example 1, Comparative Example 1). The degree of orientation becomes higher as it becomes larger. At 700 kg / cm, the degree of orientation is about 150 (Example 9). At 900 kg / cm, the degree of orientation is about 160 (Comparative Example 4). I know that there is. Moreover, when compared with Example 4 and Comparative Example 4, the load applied to the rotary rotor and the processing time thereof are the same, and the same graphitization degree is obtained reflecting this, but the calendar linear pressure is implemented. Reflecting that Example 4 is 400 kg / cm and Comparative Example 4 is 900 kg / cm, the degree of orientation is 72 in Example 4 and 162 in Comparative Example 4. As described above, the degree of orientation can be adjusted by adjusting the calender linear pressure.
In the case of the production conditions of the present embodiment, the calender linear pressure may be adjusted in the range of about 300 to 700 in order to bring the degree of orientation of the carbon particles into the range of 50 to 150.

また、表1及び表2から、遊星ボールミルの回転数が500rpmのときは、結晶子径(結晶子サイズ)は230〜301(実施例1−3、比較例1,4)であり、それより小さくなると結晶子径は大きくなり、回転数が400rpmのときは、結晶子径は432〜492(実施例4−5)であり、回転数が300rpmのときは、結晶子径は527〜612(実施例6−8、比較例5)であり、回転数が250rpmのときは、結晶子径は629〜665(実施例9、比較例2−3)であることがわかる。以上の通り、結晶子径は遊星ボールミルの回転数によって調整できる。
本実施例の製造条件の場合、炭素粒子の結晶子径(結晶子サイズ)を300〜600の範囲にするためには、遊星ボールミルの回転数を250〜500rpm程度の範囲で調整すればよい。
Moreover, from Table 1 and Table 2, when the rotational speed of the planetary ball mill is 500 rpm, the crystallite diameter (crystallite size) is 230 to 301 (Examples 1-3 and Comparative Examples 1 and 4). When the rotation speed is 400 rpm, the crystallite diameter is 432 to 492 (Example 4-5), and when the rotation speed is 300 rpm, the crystallite diameter is 527 to 612 ( Example 6-8, Comparative Example 5) When the rotational speed is 250 rpm, it can be seen that the crystallite diameter is 629 to 665 (Example 9, Comparative Example 2-3). As described above, the crystallite diameter can be adjusted by the rotational speed of the planetary ball mill.
In the case of the production conditions of this example, in order to make the crystallite diameter (crystallite size) of the carbon particles in the range of 300 to 600, the rotational speed of the planetary ball mill may be adjusted in the range of about 250 to 500 rpm.

また、表1及び表2において、実施例1〜9に基づくと、回転ロータにかかる負荷(kW)とその処理時間(h)との積で表される仕事量(粉体処理条件)が3kW・hから0.3kW・hに低減するにつれて、黒鉛化度は1.01から1.49へと単純に増加していることがわかる。この際、粉体処理条件を3kW・hから0.3kW・hに低減するにつれて、アニール温度を2400℃から3200℃まで上げている。実施例1〜9に基づくと、粉体処理条件を0.3〜3kW・hの範囲として、アニール温度を2400℃〜3200℃の範囲で調整することにより、黒鉛化度を1.0〜1.5の範囲にすることができる。ここで、粉体処理条件を0.3〜3kW・hの範囲にするために、回転ロータにかかる負荷を1.2〜3kWの範囲とし、その処理時間を0.25時間〜1時間とすることができる。
一方、比較例1に基づくと、粉体処理条件が3.5kW・hのときは、アニール温度を2800℃にしても、黒鉛化度が0.9にまでしか上がらず、1.0〜1.5の範囲にすることはできない。また、比較例2、3及び5に基づくと、粉体処理条件が0.2kW・hあるいは0.25kW・hのときは、アニール温度を3300℃にしてしまうと、黒鉛化度が1.6以上になってしまい、1.0〜1.5の範囲にすることはできない。なお、比較例2及び5は、回転ロータにかかる負荷及びその処理時間は異なるが、それらの積である粉体処理条件は同じく0.25kW・hであり、それを反映して黒鉛化度は同じ1.6の値が得られたものと考えられる。
Moreover, in Table 1 and Table 2, based on Examples 1-9, the work amount (powder processing conditions) represented by the product of the load (kW) applied to the rotating rotor and the processing time (h) is 3 kW. It can be seen that the graphitization degree simply increases from 1.01 to 1.49 as h decreases to 0.3 kW · h. At this time, as the powder processing condition is reduced from 3 kW · h to 0.3 kW · h, the annealing temperature is increased from 2400 ° C. to 3200 ° C. Based on Examples 1-9, the degree of graphitization is 1.0-1 by adjusting the annealing temperature in the range of 2400 ° C.-3200 ° C. with the powder processing conditions in the range of 0.3-3 kW · h. .5 range. Here, in order to set the powder processing conditions in the range of 0.3 to 3 kW · h, the load applied to the rotating rotor is set in the range of 1.2 to 3 kW, and the processing time is set in the range of 0.25 hours to 1 hour. be able to.
On the other hand, based on Comparative Example 1, when the powder processing condition is 3.5 kW · h, even when the annealing temperature is 2800 ° C., the degree of graphitization only rises to 0.9, and 1.0-1 Cannot be in the range of .5. Further, based on Comparative Examples 2, 3 and 5, when the powder processing condition is 0.2 kW · h or 0.25 kW · h, if the annealing temperature is 3300 ° C., the degree of graphitization is 1.6. As a result, it cannot be in the range of 1.0 to 1.5. In Comparative Examples 2 and 5, although the load applied to the rotating rotor and the processing time thereof are different, the powder processing condition which is the product of them is also 0.25 kW · h, and the degree of graphitization reflects this. It is considered that the same value of 1.6 was obtained.

比較例1〜5では、3C容量維持率が73%以下であるのに対して、本発明に係る負極を用いた実施例1〜9では、3C容量維持率が82%以上であり、急速充電特性が良好であることがわかった。また、比較例1〜5では、負極上にリチウムの析出が見られたのに対して、実施例1〜9では、負極上にリチウムの析出が見られなかった。
実施例1〜9のうち、実施例3〜8は3C容量維持率が90%以上である。黒鉛化度を1.1〜1.35とし、配向度を64〜122とすることにより、負極上にリチウムの析出がなく、かつ、3C容量維持率を90%以上にすることができる。
In Comparative Examples 1 to 5, the 3C capacity maintenance rate is 73% or less, whereas in Examples 1 to 9 using the negative electrode according to the present invention, the 3C capacity maintenance rate is 82% or more and rapid charging is performed. It was found that the characteristics were good. Further, in Comparative Examples 1 to 5, lithium deposition was observed on the negative electrode, whereas in Examples 1 to 9, lithium deposition was not observed on the negative electrode.
Among Examples 1 to 9, Examples 3 to 8 have a 3C capacity maintenance rate of 90% or more. By setting the degree of graphitization to 1.1 to 1.35 and the degree of orientation to 64 to 122, there is no lithium deposition on the negative electrode, and the 3C capacity retention rate can be 90% or more.

実施例9と、実施例10〜17とを比較すると、黒鉛化度が1.49、配向度が149、結晶子径Lc004が600Åを超えていても、R値を0.05以上1.0以下にすると、放電レート特性は90%以上にすることができることがわかる。
また、実施例9と、実施例18〜20とを比較すると、黒鉛化度が1.49、配向度が149、結晶子径Lc004が600Åを超え、R値が0.05であっても、累積細孔容積を0.06cc/g以上にすると、放電レート特性は90%以上にすることができることがわかる。
実施例4と、実施例21〜24とを比較すると、黒鉛化度が1.15、配向度が72、R値が0.02、累積細孔容積が0.05cc/gを共通のまま、結晶子径Lc004だけを調整することで、放電レート特性を81%〜93%まで調整できることがわかる。
実施例25は、実施例の中で最高の放電特性レート95%が得られている。
表1及び表2に示した結果に基づくと、黒鉛化度、配向度、結晶子径、R値、累積細孔容積の各パラメータは独立で調整可能であり、各パラメータの適切な範囲として組み合わせることで、Liの析出を抑制しつつ、入出力特性に優れたリチウム二次電池用負極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することができる。
When Example 9 is compared with Examples 10 to 17, even when the degree of graphitization is 1.49, the degree of orientation is 149, and the crystallite diameter Lc004 exceeds 600%, the R value is 0.05 or more and 1.0. It can be seen that the discharge rate characteristics can be set to 90% or more when set to the following.
Further, when Example 9 is compared with Examples 18 to 20, even when the degree of graphitization is 1.49, the degree of orientation is 149, the crystallite diameter Lc004 exceeds 600%, and the R value is 0.05, It can be seen that when the cumulative pore volume is 0.06 cc / g or more, the discharge rate characteristic can be 90% or more.
When Example 4 is compared with Examples 21 to 24, the degree of graphitization is 1.15, the degree of orientation is 72, the R value is 0.02, and the cumulative pore volume is 0.05 cc / g. It can be seen that the discharge rate characteristics can be adjusted from 81% to 93% by adjusting only the crystallite diameter Lc004.
In Example 25, the highest discharge characteristic rate of 95% was obtained.
Based on the results shown in Tables 1 and 2, the parameters of degree of graphitization, degree of orientation, crystallite diameter, R value, and cumulative pore volume can be adjusted independently and combined as an appropriate range for each parameter. Thus, it is possible to provide a negative electrode for a lithium secondary battery excellent in input / output characteristics and a lithium ion secondary battery using the same while suppressing the precipitation of Li.

10…セパレータ、20…正極、22…正極集電体、24…正極活物質層、30…負極、32…負極集電体、34…負極活物質層、36…負極活物質、40…積層体、50…ケース、60,62…リード、100…リチウムイオン二次電池
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Separator, 20 ... Positive electrode, 22 ... Positive electrode collector, 24 ... Positive electrode active material layer, 30 ... Negative electrode, 32 ... Negative electrode collector, 34 ... Negative electrode active material layer, 36 ... Negative electrode active material, 40 ... Laminate 50 ... Case, 60, 62 ... Lead, 100 ... Lithium ion secondary battery

Claims (5)

集電体と、前記集電体上に設けられた負極活物質層と、を備え、
前記負極活物質層は炭素粒子を含み、
前記炭素粒子の黒鉛化度が1.0以上1.5以下であり、かつ、
前記炭素粒子の配向度が50以上150以下である、リチウムイオン二次電池用負極;
ここで、前記黒鉛化度とは、X線回折パターンにおける(101)面のピーク強度P101と(100)面のピーク強度P100との比(P101/P100)であり、前記配向度とは、X線回折パターンにおける(002)面のピーク強度P002と(110)面のピーク強度P110との比(P002/P110)である。
A current collector, and a negative electrode active material layer provided on the current collector,
The negative electrode active material layer includes carbon particles,
The degree of graphitization of the carbon particles is 1.0 or more and 1.5 or less, and
A negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the orientation degree of the carbon particles is 50 or more and 150 or less;
Here, the graphitization degree is a ratio (P101 / P100) between the peak intensity P101 of the (101) plane and the peak intensity P100 of the (100) plane in the X-ray diffraction pattern, and the degree of orientation is X This is the ratio (P002 / P110) between the peak intensity P002 on the (002) plane and the peak intensity P110 on the (110) plane in the line diffraction pattern.
前記炭素粒子のX線回折パターンにおけるC軸方向の結晶子サイズLc004が300Å以上600Å以下である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極。   2. The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein a crystallite size Lc004 in the C-axis direction in the X-ray diffraction pattern of the carbon particles is 300 to 600 mm. 前記炭素粒子のR値が0.05以上1.0以下である、請求項1又は2のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用負極;
ここで、R値は、ラマン分光スペクトルで測定される1300〜1400cm-1の範囲にあるピークの強度(ID)と1580〜1620cm-1の範囲にあるピークの強度(IG)の比(ID/IG)である。
The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the R value of the carbon particles is 0.05 or more and 1.0 or less;
Here, R value, the ratio of the intensity of a peak in the range of the peak intensity (I D) and 1580~1620Cm -1 in the range of 1300~1400Cm -1 as measured by Raman spectroscopy spectra (I G) ( I D / I G ).
前記負極活物質層は、水銀圧入法によって得られた細孔径分布曲線において、細孔径が0.1μm以上10μm以下の範囲に少なくとも一つのピークを有し、
細孔径が0.1μm以上10μm以下の範囲における累積細孔容積が0.06cc/g以上である、請求項1〜3のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用負極。
The negative electrode active material layer has at least one peak in a pore diameter range of 0.1 μm or more and 10 μm or less in a pore diameter distribution curve obtained by a mercury intrusion method,
The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the cumulative pore volume in the range of the pore diameter of 0.1 µm or more and 10 µm or less is 0.06 cc / g or more.
請求項1〜4のいずれか一項に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、正極と、電解質とを備えたリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery provided with the negative electrode for lithium ion secondary batteries as described in any one of Claims 1-4, a positive electrode, and electrolyte.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114730860A (en) * 2020-06-23 2022-07-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 Secondary battery and device including the same

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09320593A (en) * 1996-05-27 1997-12-12 Toshiba Battery Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2004055139A (en) * 2002-07-16 2004-02-19 Hitachi Chem Co Ltd Negative electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP2009032682A (en) * 2007-06-28 2009-02-12 Hitachi Maxell Ltd Lithium-ion secondary battery
JP2009224322A (en) * 2008-02-21 2009-10-01 Nippon Steel Chem Co Ltd Lithium secondary battery negative electrode active material, and manufacturing method of lithium secondary battery negative electrode active material
JP2011082054A (en) * 2009-10-08 2011-04-21 Osaka Gas Chem Kk Coke for negative electrode carbon material, anode carbon material, and lithium ion battery
WO2011115247A1 (en) * 2010-03-18 2011-09-22 Necエナジーデバイス株式会社 Lithium ion secondary battery
JP2011243567A (en) * 2010-04-20 2011-12-01 Jfe Chemical Corp Negative electrode material for lithium ion secondary battery and method of manufacturing the same, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
WO2012017676A1 (en) * 2010-08-05 2012-02-09 昭和電工株式会社 Graphite active anode material for a lithium secondary battery
JP2013155110A (en) * 2011-10-21 2013-08-15 Showa Denko Kk Graphite material, carbon material for battery electrode, and battery
WO2014103281A1 (en) * 2012-12-26 2014-07-03 三洋電機株式会社 Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using same
JP2016091638A (en) * 2014-10-30 2016-05-23 日立化成株式会社 Negative electrode material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP2017050184A (en) * 2015-09-02 2017-03-09 三菱化学株式会社 Carbon material for nonaqueous secondary battery, and lithium ion secondary battery

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09320593A (en) * 1996-05-27 1997-12-12 Toshiba Battery Co Ltd Nonaqueous electrolyte secondary battery
JP2004055139A (en) * 2002-07-16 2004-02-19 Hitachi Chem Co Ltd Negative electrode for lithium secondary battery, and lithium secondary battery
JP2009032682A (en) * 2007-06-28 2009-02-12 Hitachi Maxell Ltd Lithium-ion secondary battery
JP2009224322A (en) * 2008-02-21 2009-10-01 Nippon Steel Chem Co Ltd Lithium secondary battery negative electrode active material, and manufacturing method of lithium secondary battery negative electrode active material
JP2011082054A (en) * 2009-10-08 2011-04-21 Osaka Gas Chem Kk Coke for negative electrode carbon material, anode carbon material, and lithium ion battery
WO2011115247A1 (en) * 2010-03-18 2011-09-22 Necエナジーデバイス株式会社 Lithium ion secondary battery
JP2011243567A (en) * 2010-04-20 2011-12-01 Jfe Chemical Corp Negative electrode material for lithium ion secondary battery and method of manufacturing the same, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
WO2012017676A1 (en) * 2010-08-05 2012-02-09 昭和電工株式会社 Graphite active anode material for a lithium secondary battery
JP2013155110A (en) * 2011-10-21 2013-08-15 Showa Denko Kk Graphite material, carbon material for battery electrode, and battery
WO2014103281A1 (en) * 2012-12-26 2014-07-03 三洋電機株式会社 Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery using same
JP2016091638A (en) * 2014-10-30 2016-05-23 日立化成株式会社 Negative electrode material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP2017050184A (en) * 2015-09-02 2017-03-09 三菱化学株式会社 Carbon material for nonaqueous secondary battery, and lithium ion secondary battery

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114730860A (en) * 2020-06-23 2022-07-08 宁德时代新能源科技股份有限公司 Secondary battery and device including the same
JP2022553455A (en) * 2020-06-23 2022-12-22 寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司 Secondary batteries and devices containing secondary batteries
JP7267509B2 (en) 2020-06-23 2023-05-01 寧徳時代新能源科技股▲分▼有限公司 Secondary batteries and devices containing secondary batteries
US11682788B2 (en) 2020-06-23 2023-06-20 Contemporary Amperex Technology Co., Limited Secondary battery and apparatus containing such secondary battery
CN114730860B (en) * 2020-06-23 2024-02-23 宁德时代新能源科技股份有限公司 Secondary battery and device comprising same

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