JP2018163755A - Active material-carbon material composite, negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery, nonaqueous electrolyte secondary battery and carbon material - Google Patents

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増田 浩樹
Hiroki Masuda
浩樹 増田
中壽賀 章
Akira Nakasuga
章 中壽賀
藤原 昭彦
Akihiko Fujiwara
昭彦 藤原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an active material-carbon material composite which enables the enhancement of rate and cycle characteristics when used for a negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery.SOLUTION: An active material-carbon material composite comprises: a negative electrode active material; and a first carbon material having a graphite structure with graphite partially exfoliated, wherein the average potential of lithium ion desorption and entry in the negative electrode active material is 0.5 V or more and 2.0 V or less vs. Li/Li (a titanium-containing complex oxide including titanium and an element other than titanium when the negative electrode active material is a titanium oxide).SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、活物質と炭素材料との複合体である活物質−炭素材料複合体、上記活物質−炭素材料複合体を用いた非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池、並びに上記活物質−炭素材料複合体に用いられる炭素材料に関する。   The present invention includes an active material-carbon material composite that is a composite of an active material and a carbon material, a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery and a non-aqueous electrolyte secondary battery using the active material-carbon material composite, The present invention also relates to a carbon material used in the active material-carbon material composite.

近年、携帯機器、ハイブリッド自動車、電気自動車、家庭用蓄電用途等に向けて、非水電解質二次電池の研究開発が盛んに行われている。これらの分野に用いられる非水電解質二次電池においては、さらなる長寿命化、大電流での充放電性能が求められている。   In recent years, research and development of non-aqueous electrolyte secondary batteries have been actively conducted for portable devices, hybrid vehicles, electric vehicles, household power storage applications, and the like. Non-aqueous electrolyte secondary batteries used in these fields are required to have a longer life and charge / discharge performance at a large current.

この要望に対応すべく、非水電解質二次電池の負極に用いられる負極活物質としては、非特許文献1に開示されているチタン含有酸化物が研究されている。   In order to meet this demand, a titanium-containing oxide disclosed in Non-Patent Document 1 has been studied as a negative electrode active material used for a negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery.

また、特許文献1では、炭素材料を含む第1の層と、チタン酸リチウム及び導電材を含む第2の層からなる負極活物質が開示されている。非特許文献2では、負極活物質として、チタン含有酸化物とカーボン材料との複合体が開示されている。   Patent Document 1 discloses a negative electrode active material including a first layer containing a carbon material and a second layer containing lithium titanate and a conductive material. Non-Patent Document 2 discloses a composite of a titanium-containing oxide and a carbon material as a negative electrode active material.

国際公開第2013/014830号International Publication No. 2013/014830

Journal of the Electrochemical Society,Volume142,Issue5,pp.1431(1995)Journal of the Electrochemical Society, Volume 142, Issue 5, pp. 1431 (1995) GS Yuasa Technical Reort,第4巻,第2号,pp.36(2007)GS Yuasa Technical Reart, Vol. 4, No. 2, pp. 36 (2007)

しかしながら、非特許文献1の負極活物質は、材料自身の電子伝導性が極めて低く、また、サイクル運転時にガスが発生するという問題点があった。   However, the negative electrode active material of Non-Patent Document 1 has a problem that the material itself has extremely low electronic conductivity and gas is generated during cycle operation.

また、特許文献1の負極活物質を用いた場合も、負極活物質表面で進行する副反応に対して根本的な解決にはなっておらず、ガスの発生を十分に抑制することができなかった。同様に、非特許文献2の負極活物質においても、導電性を付与することができるものの、ガスの発生を十分に抑制することができなかった。そのため、サイクル特性を十分に高めることができなかった。   Further, even when the negative electrode active material of Patent Document 1 is used, it is not a fundamental solution to the side reaction that proceeds on the surface of the negative electrode active material, and gas generation cannot be sufficiently suppressed. It was. Similarly, in the negative electrode active material of Non-Patent Document 2, although it was possible to impart conductivity, it was not possible to sufficiently suppress gas generation. Therefore, the cycle characteristics could not be sufficiently improved.

本発明の目的は、非水電解質二次電池の負極に用いたときに、レート特性及びサイクル特性を高めることを可能とする、活物質−炭素材料複合体、並びに該活物質−炭素材料複合体を用いた非水電解質二次電池用負極及び非水電解質二次電池を提供することにある。   An object of the present invention is to provide an active material-carbon material composite and an active material-carbon material composite capable of enhancing rate characteristics and cycle characteristics when used in a negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery. It is providing the negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries and the nonaqueous electrolyte secondary battery using this.

本発明に係る活物質−炭素材料複合体は、負極活物質と、炭素材料とを含み、前記炭素材料は、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている、第1の炭素材料を含み、前記負極活物質におけるリチウムイオンの脱離及び挿入の平均電位が、Li/Liに対して、0.5V以上、2.0V以下である(但し、前記負極活物質がチタン酸化物の場合は、チタンとチタン以外の元素とを含むチタン含有複合酸化物である)。 The active material-carbon material composite according to the present invention includes a negative electrode active material and a carbon material, and the carbon material has a graphite structure and is partially exfoliated with graphite. The average potential of lithium ion desorption and insertion in the negative electrode active material is 0.5 V or more and 2.0 V or less with respect to Li + / Li (provided that the negative electrode active material is titanium oxide) Is a titanium-containing composite oxide containing titanium and an element other than titanium).

本発明に係る活物質−炭素材料複合体のある特定の局面では、前記第1の炭素材料が、樹脂を含む。   On the specific situation with the active material-carbon material composite_body | complex which concerns on this invention, a said 1st carbon material contains resin.

本発明に係る活物質−炭素材料複合体の別の特定の局面では、10mg/L濃度のメチレンブルーのメタノール溶液の吸光度と、該メチレンブルーのメタノール溶液に前記第1の炭素材料を投入し、遠心分離により得られた上澄み液の吸光度との差に基づき測定された前記第1の炭素材料1gあたりのメチレンブルー吸着量(μモル/g)をy、前記第1の炭素材料のBET比表面積(m/g)をxとした場合、比y/xが0.15以上である。 In another specific aspect of the active material-carbon material composite according to the present invention, the absorbance of a 10 mg / L concentration methylene blue methanol solution and the first carbon material are added to the methylene blue methanol solution, followed by centrifugation. The amount of methylene blue adsorbed per 1 g of the first carbon material (μmol / g) measured based on the difference from the absorbance of the supernatant obtained in step 1 is y, and the BET specific surface area (m 2 of the first carbon material) / G) is x, the ratio y / x is 0.15 or more.

本発明に係る活物質−炭素材料複合体の他の特定の局面では、前記第1の炭素材料のラマンスペクトルにおけるDバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比としたとき、前記D/G比が、0.05以上、0.8以下の範囲内にある。   In another specific aspect of the active material-carbon material composite according to the present invention, when the peak intensity ratio between the D band and the G band in the Raman spectrum of the first carbon material is a D / G ratio, The D / G ratio is in the range of 0.05 to 0.8.

本発明に係る活物質−炭素材料複合体のさらに他の特定の局面では、前記負極活物質100重量部に対して、前記炭素材料を0.2重量部以上、10.0重量部以下の割合で含有する。   In still another specific aspect of the active material-carbon material composite according to the present invention, a ratio of 0.2 parts by weight or more and 10.0 parts by weight or less of the carbon material with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. Contains.

本発明に係る活物質−炭素材料複合体のさらに他の特定の局面では、前記負極活物質が、チタン含有複合酸化物である。   In still another specific aspect of the active material-carbon material composite according to the present invention, the negative electrode active material is a titanium-containing composite oxide.

本発明に係る活物質−炭素材料複合体のさらに他の特定の局面では、前記炭素材料が、前記第1の炭素材料とは異なる第2の炭素材料をさらに含み、前記第1の炭素材料の重量をAとし、前記第2の炭素材料の重量をBとしたとき、0.01≦A/B≦100である。   In still another specific aspect of the active material-carbon material composite according to the present invention, the carbon material further includes a second carbon material different from the first carbon material, When the weight is A and the weight of the second carbon material is B, 0.01 ≦ A / B ≦ 100.

本発明に係る非水電解質二次電池用負極は、本発明に従って構成される、活物質−炭素材料複合体を含む。   The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes an active material-carbon material composite configured according to the present invention.

本発明に係る非水電解質二次電池は、本発明に従って構成される、非水電解質二次電池用負極を備える。   The nonaqueous electrolyte secondary battery according to the present invention includes a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery configured according to the present invention.

本発明に係る炭素材料は、負極活物質との複合体に用いられ、前記負極活物質におけるリチウムイオンの脱離及び挿入の平均電位が、Li/Liに対して、0.5V以上、2.0V以下である、炭素材料であって、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている(但し、前記負極活物質がチタン酸化物の場合は、チタンとチタン以外の元素とを含むチタン含有複合酸化物である)。 The carbon material according to the present invention is used in a composite with a negative electrode active material, and the average potential of lithium ion desorption and insertion in the negative electrode active material is 0.5 V or more with respect to Li + / Li, 2 0.0 V or less, a carbon material having a graphite structure and partially exfoliated graphite (however, in the case where the negative electrode active material is titanium oxide, titanium and an element other than titanium are added). Including titanium-containing composite oxide).

本発明の活物質−炭素材料複合体によれば、非水電解質二次電池の負極に用いたときに、ガスの発生を抑制することができ、サイクル特性を高めることができる。また、本発明の活物質−炭素材料複合体は、レート特性を高めることもできる。   According to the active material-carbon material composite of the present invention, when used in the negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, gas generation can be suppressed and cycle characteristics can be improved. Moreover, the active material-carbon material composite of the present invention can also enhance rate characteristics.

以下、本発明の詳細を説明する。   Details of the present invention will be described below.

本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図されている。   The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

[活物質−炭素材料複合体]
本発明に係る活物質−炭素材料複合体は、負極活物質と、炭素材料とを含む。上記負極活物質は、リチウムイオンの脱離及び挿入の平均電位が、Li/Liに対して、0.5V以上、2.0V以下の化合物である。上記炭素材料は、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている構造を有する、第1の炭素材料を含む。
[Active material-carbon material composite]
The active material-carbon material composite according to the present invention includes a negative electrode active material and a carbon material. The negative electrode active material is a compound having an average potential of lithium ion desorption and insertion of 0.5 V or more and 2.0 V or less with respect to Li + / Li. The carbon material includes a first carbon material having a graphite structure and a structure in which graphite is partially exfoliated.

本発明に係る活物質−炭素材料複合体は、上記の負極活物質及び炭素材料を含んでいるので、非水電解質二次電池の負極に用いたときに、レート特性及びサイクル特性を高めることができる。   Since the active material-carbon material composite according to the present invention contains the above-described negative electrode active material and carbon material, when used in the negative electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery, the rate characteristics and cycle characteristics can be improved. it can.

(負極活物質)
本発明で用いる負極活物質は、Li/Liに対して、0.5V以上、2.0V以下でリチウムイオンの脱離及び挿入が進行する。なお、以下、Li/Liに対する平均電位をvs.Li/Liと表記する場合があるものとする。
(Negative electrode active material)
In the negative electrode active material used in the present invention, desorption and insertion of lithium ions proceed at 0.5 V or more and 2.0 V or less with respect to Li + / Li. Hereinafter, the average potential with respect to Li + / Li is represented by vs. It may be expressed as Li + / Li.

リチウムイオンの挿入反応が0.5V(vs.Li/Li)以上、2.0V(vs.Li/Li)以下で進行するとは、負極活物質へのリチウムイオン挿入が2.0V(vs.Li/Li)以下で開始し、0.5V(vs.Li/Li)以上で終了することである。一方、リチウムイオンの脱離反応が、0.5V(vs.Li/Li)以上、2.0V(vs.Li/Li)以下で進行するとは、負極活物質からのリチウムイオン脱離が0.5V(vs.Li/Li)以上で開始し、2.0V(vs.Li/Li)以下で終了することである。 When the insertion reaction of lithium ions proceeds at 0.5 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less, the insertion of lithium ions into the negative electrode active material is 2.0 V (vs. .Li + / Li) or less and end at 0.5 V (vs. Li + / Li) or more. On the other hand, when the desorption reaction of lithium ions proceeds at 0.5 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less, lithium ion desorption from the negative electrode active material occurs. It starts at 0.5 V (vs. Li + / Li) or higher and ends at 2.0 V (vs. Li + / Li) or lower.

リチウムイオンの脱離及び挿入反応の電圧値(vs.Li/Li)は、例えば、負極活物質を用いた動作極とし、リチウム金属を対極とした半電池の充放電特性を測定し、プラトー開始時及び終了時の電圧値を読み取ることによって求めることができる。プラトーが、2箇所以上ある場合は、最も低い電圧値のプラトーが0.5V(vs.Li/Li)以上であればよく、最も高い電圧値のプラトーが2.0V(vs.Li/Li)以下であればよい。上記半電池に用いる動作極、電解液、セパレータは後述のものと同様のものを用いることができる。 The voltage value (vs. Li + / Li) of the lithium ion desorption and insertion reaction is, for example, an operating electrode using a negative electrode active material, a charge / discharge characteristic of a half cell using lithium metal as a counter electrode, and a plateau It can be obtained by reading the voltage values at the start and end. Plateau, if more than two places, as long plateau of the lowest voltage value 0.5V (vs.Li + / Li) or more, the plateau of the highest voltage value 2.0V (vs.Li + / Li) It may be the following. The working electrode, electrolytic solution, and separator used in the half battery can be the same as those described later.

リチウムイオンの脱離及び挿入反応が、0.5V(vs.Li/Li)以上、2.0V(vs.Li/Li)以下で進行する負極活物質がチタン酸化物の場合は、チタンとチタン以外の元素とを含むチタン含有複合酸化物である。すなわち、チタン酸化物の場合は、チタン以外の元素を含まないチタン酸化物以外のチタン含有複合酸化物である。 When the negative electrode active material in which the lithium ion desorption and insertion reactions proceed at 0.5 V (vs. Li + / Li) or more and 2.0 V (vs. Li + / Li) or less is titanium oxide, titanium And a titanium-containing composite oxide containing elements other than titanium. That is, in the case of titanium oxide, it is a titanium-containing composite oxide other than titanium oxide that does not contain elements other than titanium.

また、チタン含有複合酸化物以外の上記負極活物質としては、例えば、酸化タングステン、五酸化ニオブ又は二酸化モリブデンなどの金属酸化物が挙げられる。   Examples of the negative electrode active material other than the titanium-containing composite oxide include metal oxides such as tungsten oxide, niobium pentoxide, and molybdenum dioxide.

これらの負極活物質のなかでも、負極活物質の安定性をより一層高める観点から、チタン含有複合酸化物がより好ましい。チタン以外の元素を含まないチタン酸化物は、リチウムイオンの脱離及び挿入反応の反応性が低いことから、チタン酸化物の場合は上記反応性向上のため、さらにチタン以外の元素が含まれる。   Among these negative electrode active materials, a titanium-containing composite oxide is more preferable from the viewpoint of further improving the stability of the negative electrode active material. Titanium oxides that do not contain elements other than titanium have low reactivity of lithium ion desorption and insertion reactions. Therefore, in the case of titanium oxide, elements other than titanium are further included to improve the reactivity.

なかでも、製造がより一層容易であることから、チタン含有複合酸化物としては、チタン酸リチウム、チタン以外の元素を含む二酸化チタン、又はHTi1225が好ましい。 Among them, since the production is much easier, as the titanium-containing composite oxide, lithium titanate, titanium dioxide containing an element other than titanium, or H 2 Ti 12 O 25 is preferable.

チタン以外の元素を含む二酸化チタンにおけるチタン以外の元素としては、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、ホウ素(B)、ジルコニア(Zr)、又はバナジウム(V)が例示される。これらの元素は、単独で用いてもよいし、2種類以上を併用してもよい。これらの元素が含まれることにより、リチウムイオンの脱離及び挿入反応の反応性がより一層向上する。   Examples of elements other than titanium in titanium dioxide containing elements other than titanium include tungsten (W), niobium (Nb), boron (B), zirconia (Zr), and vanadium (V). These elements may be used alone or in combination of two or more. By including these elements, the reactivity of lithium ion desorption and insertion reaction is further improved.

チタン酸リチウム又はHTi1225には、導電性又は安定性をより一層向上させる観点から、例えば、タングステン(W)、ニオブ(Nb)、ホウ素(B)、ジルコニア(Zr)、又はバナジウム(V)などのリチウム及びチタン以外の元素がさらに微量含まれていてもよい。また、上記負極活物質は1種類を用いてもよいし、2種類以上を用いてもよい。 For example, tungsten (W), niobium (Nb), boron (B), zirconia (Zr), or vanadium is used for lithium titanate or H 2 Ti 12 O 25 from the viewpoint of further improving conductivity or stability. An element other than lithium and titanium such as (V) may further be contained. Moreover, the said negative electrode active material may use 1 type, and may use 2 or more types.

上記チタン酸リチウムは、スピネル構造又はラムズデライト型であることが好ましい。リチウムイオンの脱離及び挿入の反応における負極活物質の膨張収縮がより一層小さいことから、より好ましくはスピネル構造であり、分子式としてLiTi12で表される。 The lithium titanate preferably has a spinel structure or a ramsdellite type. Since the expansion and contraction of the negative electrode active material in the reaction of desorption and insertion of lithium ions is much smaller, a spinel structure is more preferable, and the molecular formula is represented by Li 4 Ti 5 O 12 .

上記チタン以外の元素を含む二酸化チタンは、アナタース型、又はB型であることが好ましい。   Titanium dioxide containing an element other than titanium is preferably anatase type or B type.

本発明で用いる負極活物質の粒子径は、0.1μm以上、50μm以下であることが好ましい。取り扱い性をより一層高める観点から、1μm以上、30μm以下であることがより好ましい。粒子径は、SEM又はTEM像から各粒子の大きさを測定し、平均粒子径を算出した値である。なお、上記粒子径は、単結晶の大きさでもよいし、あるいは単結晶の造粒体の大きさでもよい。   The particle diameter of the negative electrode active material used in the present invention is preferably 0.1 μm or more and 50 μm or less. From the viewpoint of further improving the handleability, it is more preferably 1 μm or more and 30 μm or less. The particle diameter is a value obtained by measuring the size of each particle from the SEM or TEM image and calculating the average particle diameter. The particle diameter may be a single crystal size or a single crystal granule size.

本発明で用いる負極活物質の比表面積は、所望の出力密度を得やすいことから、0.1m/g以上、50m/g以下であることが好ましい。上記比表面積は、水銀ポロシメータや、BET法での測定により算出するのがよい。 The specific surface area of the negative electrode active material used in the present invention is preferably 0.1 m 2 / g or more and 50 m 2 / g or less because a desired output density can be easily obtained. The specific surface area is preferably calculated by measurement using a mercury porosimeter or the BET method.

(炭素材料)
本発明において、炭素材料は、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている構造を有する第1の炭素材料のみによって構成されていてもよく、さらに後述の第2の炭素材料を含んでいてもよい。以下、この「炭素材料」の説明の欄では、第1の炭素材料を、炭素材料と称するものとする。もっとも、第2の炭素材料と区別するために、第1の炭素材料と称する場合もあるものとする。
(Carbon material)
In the present invention, the carbon material may have a graphite structure, and may be constituted only by the first carbon material having a structure in which the graphite is partially exfoliated, and further includes a second carbon material described later. You may go out. Hereinafter, in the column of the description of “carbon material”, the first carbon material is referred to as a carbon material. However, in order to distinguish from the second carbon material, it may be referred to as the first carbon material.

本発明に用いる炭素材料は、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている構造を有する。より具体的に、「部分的にグラファイトが剥離されている」とは、グラフェンの積層体において、端縁からある程度内側までグラフェン層間が開いており、すなわち端縁にてグラファイトの一部が剥離しており、中央側の部分ではグラファイト層が元の黒鉛又は一次薄片化黒鉛と同様に積層していることをいうものとする。従って、端縁にてグラファイトの一部が剥離している部分は、中央側の部分に連なっている。さらに、上記炭素材料には、端縁のグラファイトが剥離され薄片化したものが含まれていてもよい。   The carbon material used in the present invention has a graphite structure and a structure in which graphite is partially exfoliated. More specifically, “partially exfoliated graphite” means that in the graphene laminate, the graphene layer is open from the edge to some extent inside, that is, a part of the graphite is exfoliated at the edge. In the central part, the graphite layer is laminated in the same manner as the original graphite or primary exfoliated graphite. Therefore, the part where the graphite is partially peeled off at the edge is continuous with the central part. Further, the carbon material may include a material obtained by exfoliating and flaking graphite at the edge.

上記のように、本発明の炭素材料は、中央側の部分において、グラファイト層が元の黒鉛又は一次薄片化黒鉛と同様に積層している。そのため、従来の酸化グラフェンやカーボンブラックより黒鉛化度が高く、導電性に優れている。また、部分的にグラファイトが剥離されている構造を有することから、比表面積が大きい。そのため、負極活物質と接触する部分の面積を大きくすることができる。従って、このような炭素材料を含む活物質−炭素材料複合体は、非水電解質二次電池の電極に用いたときに、電極内の電流分布を均一にすることができるので、電池の抵抗を小さくするだけでなく、副反応を抑制することができる。その結果、レート特性の向上だけでなく、ガスの発生を抑制することができ、ひいてはサイクル特性も向上させることができる。   As described above, in the carbon material of the present invention, the graphite layer is laminated in the same way as the original graphite or primary exfoliated graphite in the central portion. Therefore, the degree of graphitization is higher than that of conventional graphene oxide and carbon black, and the conductivity is excellent. Moreover, since it has a structure in which graphite is partially peeled off, the specific surface area is large. Therefore, the area of the part that contacts the negative electrode active material can be increased. Therefore, when the active material-carbon material composite containing such a carbon material is used for an electrode of a nonaqueous electrolyte secondary battery, the current distribution in the electrode can be made uniform, so that the resistance of the battery is reduced. In addition to reducing the size, side reactions can be suppressed. As a result, not only the rate characteristics can be improved, but also the generation of gas can be suppressed, and the cycle characteristics can also be improved.

このような炭素材料は、黒鉛もしくは一次薄片化黒鉛と、樹脂とを含み、樹脂が黒鉛又は一次薄片化黒鉛にグラフト又は吸着により固定されている組成物を用意し、熱分解することにより得ることができる。なお、上記組成物中に含まれている樹脂は、除去されていることが望ましいが、樹脂の一部が残存していてもよい。   Such a carbon material is obtained by preparing a composition containing graphite or primary exfoliated graphite and a resin, in which the resin is fixed to the graphite or primary exfoliated graphite by grafting or adsorption, and pyrolyzing. Can do. The resin contained in the composition is preferably removed, but a part of the resin may remain.

上記熱分解により、黒鉛又は一次薄片化黒鉛におけるグラフェン層間の距離が拡げられる。より具体的に、黒鉛又は一次薄片化黒鉛などのグラフェンの積層体において、端縁からある程度内側までグラフェン層間が拡げられる。すなわち、グラファイトの一部が剥離しており、中央側の部分ではグラファイト層が元の黒鉛又は一次薄片化黒鉛と同様に積層している構造を得ることができる。   By the thermal decomposition, the distance between the graphene layers in the graphite or primary exfoliated graphite is increased. More specifically, in a graphene laminate such as graphite or primary exfoliated graphite, the graphene layer is expanded from the edge to some extent inside. That is, it is possible to obtain a structure in which a part of the graphite is exfoliated and the graphite layer is laminated in the central part in the same manner as the original graphite or primary exfoliated graphite.

上記黒鉛とは、複数のグラフェンの積層体である。黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛、膨張黒鉛などを用いることができる。膨張黒鉛は、通常の黒鉛よりもグラフェン層の層間が大きい。従って、容易に剥離することができる。そのため、膨張黒鉛を用いた場合、本発明の炭素材料をより一層容易に得ることができる。   The graphite is a stack of a plurality of graphenes. As graphite, natural graphite, artificial graphite, expanded graphite and the like can be used. Expanded graphite has a larger graphene layer than normal graphite. Therefore, it can peel easily. Therefore, when expanded graphite is used, the carbon material of the present invention can be obtained more easily.

なお、上記黒鉛は、グラフェン積層数が10万層以上〜100万層程度であり、BETによる比表面積(BET比表面積)で25m/gよりも小さい値を有するものである。また、上記一次薄片化黒鉛は、黒鉛を剥離することにより得られるものであるため、その比表面積は、黒鉛よりも大きいものであればよい。 The graphite has a graphene lamination number of about 100,000 to about 1,000,000, and has a specific surface area (BET specific surface area) by BET of less than 25 m 2 / g. Moreover, since the said primary exfoliated graphite is obtained by exfoliating graphite, the specific surface area should just be larger than graphite.

本発明では、上記炭素材料において部分的にグラファイトが剥離されている部分のグラフェン積層数が、5層以上、3000層以下であることが好ましく、5層以上、1000層以下であることがより好ましく、5層以上、500層以下であることがさらに好ましい。   In the present invention, the number of graphene layers in the carbon material where the graphite is partially peeled is preferably 5 or more and 3000 or less, and more preferably 5 or more and 1000 or less. More preferably, it is 5 layers or more and 500 layers or less.

グラフェン積層数が上記下限未満の場合は、部分的にグラファイトが剥離されている部分におけるグラフェン積層数が少ないため、後述する非水電解質二次電池用負極内の各々の負極活物質間をつなげることができない場合がある。その結果、負極内の電子伝導経路が断絶され、レート特性及びサイクル特性が低下することがあるだけでなく、副反応が進行しやすくなり、その結果、ガスが発生しやすくなることがある。   When the number of graphene stacks is less than the above lower limit, the number of graphene stacks in the part where the graphite is partially peeled is small, so that each negative electrode active material in the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery described later must be connected. May not be possible. As a result, the electron conduction path in the negative electrode is interrupted, the rate characteristic and the cycle characteristic may be deteriorated, and side reactions are likely to proceed, and as a result, gas may be easily generated.

グラフェン積層数が上記上限より多い場合は、炭素材料1つの大きさが極端に大きくなり、負極内の炭素材料の分布に偏りが生じる場合がある。そのため、負極内の電子伝導経路が未発達となり、レート特性及びサイクル特性が低下することがあるだけでなく、副反応が進行しやすくなり、その結果、ガスが発生しやすくなることがある。   When the number of graphene stacks is larger than the above upper limit, the size of one carbon material becomes extremely large, and the distribution of the carbon material in the negative electrode may be biased. Therefore, the electron conduction path in the negative electrode becomes undeveloped and not only the rate characteristic and the cycle characteristic may be deteriorated, but also a side reaction is likely to proceed, and as a result, gas is likely to be generated.

グラフェン積層数の算出方法は、特に限定されないが、TEM等で目視観察することによって算出することができる。   The calculation method of the number of graphene layers is not particularly limited, but can be calculated by visual observation with a TEM or the like.

本発明に用いる炭素材料は、ラマン分光法によって得られるラマンスペクトルにおいて、Dバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比としたときに、D/G比が、0.8以下であることが好ましく、0.7以下であることがより好ましい。D/G比がこの範囲の場合、上記炭素材料そのものの導電性をより一層高めることができ、しかもガス発生量をより一層低減することができる。また、D/G比は、0.05以上であることが好ましい。この場合、炭素材料上での電解液分解反応が抑制され、その結果、ガス発生がより一層抑制されるとともに、サイクル特性をより一層向上させることができる。   The carbon material used in the present invention has a D / G ratio of 0.8 or less when the peak intensity ratio between the D band and the G band is a D / G ratio in a Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy. It is preferable that it is 0.7 or less. When the D / G ratio is within this range, the conductivity of the carbon material itself can be further increased, and the amount of gas generated can be further reduced. Moreover, it is preferable that D / G ratio is 0.05 or more. In this case, the electrolytic solution decomposition reaction on the carbon material is suppressed, and as a result, gas generation is further suppressed and the cycle characteristics can be further improved.

本発明に用いる炭素材料のBET比表面積は、負極活物質との接触点をより一層十分に確保できることから、25m/g以上が好ましい。負極活物質との接触点をさらに一層十分に確保できることから、炭素材料のBET比表面積は、35m/g以上であることがより好ましく、45m/g以上であることがさらに好ましい。また、負極作製時の取り扱い易さをより一層高める観点から、炭素材料のBET比表面積は、2500m/g以下であることが好ましい。 The BET specific surface area of the carbon material used in the present invention is preferably 25 m 2 / g or more because the contact point with the negative electrode active material can be more sufficiently secured. The BET specific surface area of the carbon material is more preferably 35 m 2 / g or more, and even more preferably 45 m 2 / g or more, because the contact point with the negative electrode active material can be more sufficiently secured. Moreover, it is preferable that the BET specific surface area of a carbon material is 2500 m < 2 > / g or less from a viewpoint of improving the ease of handling at the time of negative electrode preparation further.

本発明で用いる炭素材料は、炭素材料1gあたりのメチレンブルー吸着量(μモル/g)をyとし、炭素材料のBET比表面積(m/g)をxとしたときに、比y/xが、0.15以上であることが好ましく、0.15以上、1.0以下であることがより好ましい。また、後述のスラリー調製時において負極活物質と炭素材料との吸着がより一層進行しやすいことから、0.2以上、0.9以下であることがさらに好ましい。 The carbon material used in the present invention has a ratio y / x where y represents the methylene blue adsorption amount (μmol / g) per 1 g of the carbon material and x represents the BET specific surface area (m 2 / g) of the carbon material. 0.15 or more, more preferably 0.15 or more and 1.0 or less. Moreover, since adsorption | suction with a negative electrode active material and a carbon material advances further easily at the time of the below-mentioned slurry preparation, it is still more preferable that it is 0.2 or more and 0.9 or less.

メチレンブルー吸着量(μモル/g)は、次のようにして測定される。最初に、10mg/L濃度のメチレンブルーのメタノール溶液の吸光度(ブランク)を測定する。次に、メチレンブルーのメタノール溶液に測定対象物(炭素材料)を投入し、遠心分離により得られた上澄み液の吸光度(サンプル)を測定する。最後に、吸光度(ブランク)と吸光度(サンプル)との差から1g当たりのメチレンブルー吸着量(μモル/g)を算出する。   The methylene blue adsorption amount (μmol / g) is measured as follows. First, the absorbance (blank) of a 10 mg / L concentration methylene blue methanol solution is measured. Next, a measurement object (carbon material) is put into a methanol solution of methylene blue, and the absorbance (sample) of the supernatant obtained by centrifugation is measured. Finally, the amount of methylene blue adsorbed per gram (μmol / g) is calculated from the difference between the absorbance (blank) and the absorbance (sample).

なお、上記メチレンブルー吸着量と、炭素材料のBETにより求められた比表面積とには相関が存在する。従来から知られている球状の黒鉛粒子では、BET比表面積(m/g)をx、上記メチレンブルー吸着量(μモル/g)をyとしたとき、y≒0.13xの関係にあった。これは、BET比表面積が大きい程、メチレンブルー吸着量が多くなることを示している。従って、メチレンブルー吸着量は、BET比表面積の代わりの指標となり得るものである。 There is a correlation between the amount of methylene blue adsorbed and the specific surface area determined by BET of the carbon material. Conventionally known spherical graphite particles have a relationship of y≈0.13x, where x is the BET specific surface area (m 2 / g) and y is the methylene blue adsorption amount (μmol / g). . This indicates that the larger the BET specific surface area, the larger the methylene blue adsorption amount. Therefore, the amount of methylene blue adsorption can be used as an index instead of the BET specific surface area.

本発明では、上述のとおり、上記炭素材料の比y/xが、0.15以上であることが好ましい。これに対して、従来の球状の黒鉛粒子では、比y/xが0.13である。従って、比y/xが0.15以上である場合、従来の球状の黒鉛とは、同じBET比表面積でありながら、メチレンブルー吸着量が多くなる。すなわち、この場合、乾燥状態では幾分凝縮するものの、メタノール中などの湿式状態では、グラフェン層間又はグラファイト層間を乾燥状態に比べより一層拡げることができる。   In the present invention, as described above, the carbon material ratio y / x is preferably 0.15 or more. On the other hand, in the conventional spherical graphite particles, the ratio y / x is 0.13. Therefore, when the ratio y / x is 0.15 or more, the adsorbed amount of methylene blue is increased while the conventional spherical graphite has the same BET specific surface area. That is, in this case, although it is somewhat condensed in the dry state, in the wet state such as in methanol, the graphene layer or the graphite layer can be further expanded compared to the dry state.

本発明で用いる炭素材料は、最初に、黒鉛又は一次薄片化黒鉛にグラフト又は吸着により樹脂を固定した組成物を作製する工程を経て、次に、組成物を熱処理する工程を経て得ることができる。なお、上記組成物中に含まれている樹脂は除去されていてもよく、樹脂の一部が残存していてもよい。   The carbon material used in the present invention can be obtained through a step of first producing a composition in which a resin is fixed to graphite or primary exfoliated graphite by grafting or adsorption, and then a step of heat-treating the composition. . Note that the resin contained in the composition may be removed, or a part of the resin may remain.

炭素材料に樹脂が残存している場合の樹脂量は、樹脂分を除く炭素材料100重量部に対し、1重量部以上、350重量部以下であることが好ましく、5重量部以上、50量部以下であることがより好ましく、5重量部以上、30重量部以下であることがさらに好ましい。残存樹脂量が上記下限未満では、BET比表面積を確保できない場合がある。また、残存樹脂量が上記上限より多い場合は、製造コストが増大する場合がある。   When the resin remains in the carbon material, the resin amount is preferably 1 part by weight or more and 350 parts by weight or less, preferably 5 parts by weight or more and 50 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the carbon material excluding the resin. The content is more preferably 5 parts by weight or more and 30 parts by weight or less. If the residual resin amount is less than the above lower limit, the BET specific surface area may not be ensured. Moreover, when there are more residual resin amounts than the said upper limit, manufacturing cost may increase.

なお、炭素材料に残存している樹脂量は、例えば熱重量分析(以下、TG)によって加熱温度に伴う重量変化を測定し、算出することができる。   The amount of resin remaining in the carbon material can be calculated by measuring a change in weight accompanying the heating temperature by, for example, thermogravimetric analysis (hereinafter referred to as TG).

本発明で用いる炭素材料は、負極活物質との複合体を作製した後に、樹脂を除去してもよい。樹脂を除去する方法としては、樹脂の分解温度以上、負極活物質の分解温度未満で加熱処理する方法が好ましい。この加熱処理は、大気中、不活性ガス雰囲気下、低酸素雰囲気下、あるいは真空下のいずれで行ってもよい。   The carbon material used in the present invention may be removed from the resin after producing a composite with the negative electrode active material. As a method for removing the resin, a method of heat treatment at a temperature equal to or higher than the decomposition temperature of the resin and lower than the decomposition temperature of the negative electrode active material is preferable. This heat treatment may be performed in the air, in an inert gas atmosphere, in a low oxygen atmosphere, or in a vacuum.

黒鉛あるいは一次薄片化黒鉛に、グラフトあるいは吸着により樹脂を固定した組成物の作製に用いる樹脂は、特に限定されないが、ラジカル重合性モノマーの重合体であることが好ましい。ラジカル重合性モノマーは、複数種類のラジカル重合性モノマーの共重合体であってもよいし、1種類のラジカル重合性モノマーの単独重合体であってもよい。   The resin used for preparing the composition in which the resin is fixed to graphite or primary exfoliated graphite by grafting or adsorption is not particularly limited, but is preferably a polymer of a radical polymerizable monomer. The radical polymerizable monomer may be a copolymer of a plurality of types of radical polymerizable monomers, or may be a homopolymer of one type of radical polymerizable monomer.

このような樹脂の例としては、ポリプロピレングリコール、ポリグリシジルメタクリレート、ポリ酢酸ビニル、ポリブチラール、ポリアクリル酸又はポリエチレングリコールが挙げられる。   Examples of such resins include polypropylene glycol, polyglycidyl methacrylate, polyvinyl acetate, polybutyral, polyacrylic acid or polyethylene glycol.

上記炭素材料の製造方法としては、例えば、国際公開第2014/034156号に記載の製造方法が挙げられる。すなわち、例えば、黒鉛または一次薄片化黒鉛と、樹脂とを含む組成物を作製する工程と、作製した組成物を(開放系にて)熱分解する工程とを経ることにより、本発明に用いる炭素材料が製造される。製造された炭素材料は、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている構造を有している。   As a manufacturing method of the said carbon material, the manufacturing method as described in international publication 2014/034156 is mentioned, for example. That is, for example, the carbon used in the present invention is obtained by passing through a step of producing a composition containing graphite or primary exfoliated graphite and a resin, and a step of thermally decomposing the produced composition (in an open system). The material is manufactured. The produced carbon material has a graphite structure and a structure in which graphite is partially exfoliated.

上記製造方法では、酸化工程を経ていないので、得られた炭素材料は、従来の酸化グラフェン及び該酸化グラフェンを還元して得られるグラフェンと比較して導電性に優れている。従来の酸化グラフェンや酸化還元グラフェンでは、sp構造を十分に担保できないためであると考えられる。従来の酸化グラフェンや酸化還元グラフェンと比較して導電性に優れているため、上記炭素材料を用いた活物質−炭素材料複合体は、非水電解質二次電池の電極に用いたときに、電池の抵抗を小さくすることができ、レート特性及びサイクル特性を高めることができる。また、得られた炭素材料は、表面に活性点が少ないことから、酸化グラフェンと比べて電解液が分解しにくいため、得られた炭素材料を用いた場合、ガスの発生を抑制することができる。 In the above manufacturing method, since the oxidation process is not performed, the obtained carbon material is superior in conductivity as compared with conventional graphene oxide and graphene obtained by reducing the graphene oxide. This is probably because conventional graphene oxide or redox graphene cannot sufficiently secure the sp 2 structure. Since it is superior in conductivity compared to conventional graphene oxide and redox graphene, the active material-carbon material composite using the carbon material is a battery when used for an electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery. Resistance can be reduced, and rate characteristics and cycle characteristics can be improved. In addition, since the obtained carbon material has less active sites on the surface, the electrolytic solution is less likely to be decomposed than graphene oxide. Therefore, when the obtained carbon material is used, generation of gas can be suppressed. .

なお、上記製造方法で得られた炭素材料が、電解液を分解しにくい理由としては、以下のように説明することができる。   The reason why the carbon material obtained by the above production method is difficult to decompose the electrolytic solution can be explained as follows.

一般に、酸化グラフェンや、酸化グラフェン経由のグラフェンは、酸化又は還元処理が施されているので、表面に何らかの官能基(酸性:水酸基又はカルボキシル基、アルカリ性:アミノ基)が多数存在する。これらの官能基はそのものが酸性又はアルカリ性であるため、電解液と反応しやすいという性質を有する。また、電解液の分子が吸着しやすくなるため、電極表面との接触機会が増え、この点からも電解液と反応しやすくなる。   In general, graphene oxide and graphene via graphene oxide are subjected to oxidation or reduction treatment, and thus have a large number of functional groups (acidic: hydroxyl group or carboxyl group, alkaline: amino group) on the surface. Since these functional groups themselves are acidic or alkaline, they have a property of easily reacting with the electrolytic solution. In addition, since the molecules of the electrolytic solution are easily adsorbed, the chance of contact with the electrode surface is increased, and from this point, the reaction with the electrolytic solution is facilitated.

また、カーボンブラックでは、上記の官能基に加え、完全に黒鉛化されていないため、結晶構造に欠陥がある。この欠陥には電子が過剰に存在しているか不足しており、この過不足を解消する方向に働くので、周囲の分子を巻き込んで電解液との反応が進行しやすくなる。   Carbon black has defects in the crystal structure because it is not completely graphitized in addition to the above functional groups. This defect has an excess or deficiency of electrons, and works in a direction to eliminate this excess or deficiency, so that surrounding molecules are involved and the reaction with the electrolytic solution easily proceeds.

これに対し、上記の製造方法で得られた炭素材料は、黒鉛化度が高く、しかも酸化工程を経ていないので表面に活性点が少ない。そのため、上記の製造方法で得られた炭素材料は電解液を分解しにくく、ガスの発生を抑制することができる。   On the other hand, the carbon material obtained by the above production method has a high degree of graphitization and has no active sites on the surface because it has not undergone an oxidation step. Therefore, the carbon material obtained by the above manufacturing method is difficult to decompose the electrolytic solution, and the generation of gas can be suppressed.

上述したように、本発明においては、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている上述の炭素材料を第1の炭素材料としたときに、該第1の炭素材料以外の第2の炭素材料が含まれていてもよい。上記第2の炭素材料は、上記第1の炭素材料とは異なる炭素材料であり、部分的にグラファイトが剥離されている構造を有さない。上記第2の炭素材料としては、特に限定されず、グラフェン、粒状黒鉛化合物、繊維状黒鉛化合物、又はカーボンブラックなどが例示される。   As described above, in the present invention, when the above-described carbon material having a graphite structure and partially exfoliated graphite is used as the first carbon material, the second carbon material other than the first carbon material is used. The carbon material may be included. The second carbon material is a carbon material different from the first carbon material, and does not have a structure in which graphite is partially exfoliated. It does not specifically limit as said 2nd carbon material, A graphene, a granular graphite compound, a fibrous graphite compound, or carbon black etc. are illustrated.

上記グラフェンは、酸化グラフェンであってもよいし、酸化グラフェンを還元したものであってもよい。   The graphene may be graphene oxide or may be graphene oxide reduced.

上記粒状黒鉛化合物としては、特に限定されず、天然黒鉛、人造黒鉛、又は膨張黒鉛などが例示される。   The granular graphite compound is not particularly limited, and examples thereof include natural graphite, artificial graphite, and expanded graphite.

上記繊維状黒鉛化合物としては、特に限定されず、カーボンナノホーン、カーボンナノチューブ、又はカーボンファイバーなどが例示される。   The fibrous graphite compound is not particularly limited, and examples thereof include carbon nanohorn, carbon nanotube, or carbon fiber.

上記カーボンブラックとしては、特に限定されず、ファーネスブラック、ケッチェンブラック、又はアセチレンブラックなどが例示される。   The carbon black is not particularly limited, and examples thereof include furnace black, ketjen black, and acetylene black.

二次電池の電解液保持性をより一層高める観点から、上記第2の炭素材料のBET比表面積は、5m/g以上であることが好ましい。二次電池の電解液保持性をさらに一層高める観点から、第2の炭素材料のBET比表面積は、10m/g以上であることがより好ましく、25m/g以上であることがさらに好ましい。また、負極作製時の取り扱い易さをより一層高める観点から、第2の炭素材料のBET比表面積は、2500m/g以下であることが好ましい。 From the viewpoint of further enhancing the electrolyte solution retention of the secondary battery, the BET specific surface area of the second carbon material is preferably 5 m 2 / g or more. From the viewpoint of further enhancing the electrolyte solution retention of the secondary battery, the BET specific surface area of the second carbon material is more preferably 10 m 2 / g or more, and further preferably 25 m 2 / g or more. Further, from the viewpoint of further enhancing the ease of handling during the production of the negative electrode, the BET specific surface area of the second carbon material is preferably 2500 m 2 / g or less.

グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている構造を有する上記第1の炭素材料と、部分的にグラファイトが剥離されている構造を有さない上記第2の炭素材料とは、例えば、SEMやTEMなどで区別することができる。   The first carbon material having a graphite structure and a structure in which graphite is partially exfoliated and the second carbon material not having a structure in which graphite is partially exfoliated include, for example, , SEM, TEM, etc.

上記第1の炭素材料と第2の炭素材料とを含むとは、例えば、後述の複合体や負極に、上記第1の炭素材料と第2の炭素材料とが存在していることを意味する。上記第1の炭素材料と第2の炭素材料とを存在させる方法は、特に限定されないが、後述の複合体や負極の作製時に混合してもよいし、どちらか一方の炭素材料で後述の複合体を作製した後に、他方の炭素材料を添加する方法でもよい。   The inclusion of the first carbon material and the second carbon material means that, for example, the first carbon material and the second carbon material are present in a composite body and a negative electrode described later. . The method for causing the first carbon material and the second carbon material to exist is not particularly limited, but may be mixed at the time of producing a composite body or a negative electrode described later, or a composite material described later with either one of the carbon materials. After the body is manufactured, the other carbon material may be added.

第2の炭素材料の表面には、官能基が存在していてもよい。この場合、後述の複合体や負極がより一層作製しやすくなる。   A functional group may be present on the surface of the second carbon material. In this case, it becomes easier to produce the composite body and negative electrode described later.

本発明においては、上記第1の炭素材料の重量をAとし、上記第2の炭素材料の重量をBとしたときに、比A/Bが、0.01以上、100以下の範囲内にあることが好ましい。比A/Bが上記範囲内にある場合、二次電池における電極の抵抗をより一層小さくすることができる。そのため、二次電池に用いたときに、大電流での充放電時における発熱をより一層抑制することをできる。   In the present invention, when the weight of the first carbon material is A and the weight of the second carbon material is B, the ratio A / B is in the range of 0.01 to 100. It is preferable. When the ratio A / B is within the above range, the resistance of the electrode in the secondary battery can be further reduced. Therefore, when used in a secondary battery, heat generation during charging / discharging with a large current can be further suppressed.

二次電池における電極の抵抗をさらに一層小さくする観点から、比A/Bは、好ましくは0.05以上、より好ましくは0.1以上、好ましくは20以下、より好ましくは10以下である。   From the viewpoint of further reducing the resistance of the electrode in the secondary battery, the ratio A / B is preferably 0.05 or more, more preferably 0.1 or more, preferably 20 or less, more preferably 10 or less.

(活物質−炭素材料複合体)
本発明の活物質−炭素材料複合体は、例えば、次のような手順で作製される。
(Active material-carbon material composite)
The active material-carbon material composite of the present invention is produced, for example, by the following procedure.

最初に、上述したグラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている、第1の炭素材料を含む炭素材料を、溶媒に分散させた分散液(以下、炭素材料の分散液)を作製する。続いて、上記分散液とは別に、負極活物質を溶媒に分散させた負極活物質の分散液(以下、負極活物質の分散液)を作製する。次に、炭素材料の分散液と、負極活物質の分散液とを混合する。最後に、上記炭素材料及び上記負極活物質が含まれる分散液の溶媒を除去することによって、本発明の負極に用いられる負極活物質と炭素材料との複合体(活物質−炭素材料複合体)が作製される。   First, a dispersion liquid (hereinafter, a dispersion liquid of a carbon material) in which a carbon material including the first carbon material having the above-described graphite structure and partially exfoliated graphite is dispersed in a solvent is prepared. To do. Subsequently, separately from the above dispersion liquid, a negative electrode active material dispersion liquid (hereinafter, negative electrode active material dispersion liquid) in which the negative electrode active material is dispersed in a solvent is prepared. Next, the carbon material dispersion and the negative electrode active material dispersion are mixed. Finally, the composite of the negative electrode active material and the carbon material used in the negative electrode of the present invention (active material-carbon material composite) is removed by removing the solvent of the dispersion containing the carbon material and the negative electrode active material. Is produced.

また、上述の作製方法以外にも、炭素材料の分散液に負極活物質を加え、炭素材料及び負極活物質が含まれる分散液を作製した後に、溶媒を除去する方法でもよいし、炭素材料と、負極活物質と、溶媒との混合物を、ミキサーで混合する方法でもよい。後述の負極のスラリーの作製と、複合体の作製とを兼ねていてもよい。   In addition to the above-described manufacturing method, a method may be used in which a negative electrode active material is added to a dispersion of a carbon material, a dispersion containing the carbon material and the negative electrode active material is prepared, and then the solvent is removed. Alternatively, a method of mixing a mixture of a negative electrode active material and a solvent with a mixer may be used. You may serve as preparation of the below-mentioned negative electrode slurry, and composite preparation.

負極活物質又は炭素材料を分散させる溶媒は、水系、非水系、水系と非水系との混合溶媒、あるいは異なる非水系溶媒の混合溶媒のいずれでもよい。また、炭素材料の分散に用いる溶媒と、負極活物質を分散させる溶媒は同じでもよいし、異なっていてもよい。異なっている場合は、互いの溶媒に相溶性があることが好ましい。   The solvent in which the negative electrode active material or the carbon material is dispersed may be any of aqueous, non-aqueous, a mixed solvent of aqueous and non-aqueous, or a mixed solvent of different non-aqueous solvents. The solvent used for dispersing the carbon material and the solvent for dispersing the negative electrode active material may be the same or different. If they are different, it is preferable that the solvents are compatible with each other.

非水系溶媒としては、特に限定されないが、例えば分散のしやすさから、メタノール、エタノール、プロパノールに代表されるアルコール系、テトラヒドロフラン又はN−メチル−2−ピロリドンなどの溶媒を用いることができる。また、分散性をより一層向上させるため、上記溶媒に、界面活性剤などの分散剤が含まれてもよい。   Although it does not specifically limit as a non-aqueous solvent, For example, solvents, such as alcohol system represented by methanol, ethanol, and propanol, tetrahydrofuran, or N-methyl-2-pyrrolidone, can be used from the ease of dispersion | distribution. In order to further improve dispersibility, the solvent may contain a dispersant such as a surfactant.

分散方法は、特に限定されないが、超音波による分散、ミキサーによる分散、ジェットミルによる分散、又は攪拌子による分散が挙げられる。   The dispersion method is not particularly limited, and examples thereof include dispersion by ultrasonic waves, dispersion by a mixer, dispersion by a jet mill, and dispersion by a stirrer.

炭素材料の分散液の固形分濃度は、特に限定されないが、炭素材料の重量を1とした場合に、溶媒の重量が1以上、1000以下であることが好ましい。取り扱い性をより一層高める観点から、炭素材料の重量を1とした場合に、溶媒の重量が5以上、750以下であることがより好ましい。また、分散性をより一層高める観点から、炭素材料の重量を1とした場合に、溶媒の重量が5以上、500以下であることがさらに好ましい。   The solid content concentration of the carbon material dispersion is not particularly limited, but when the weight of the carbon material is 1, the weight of the solvent is preferably 1 or more and 1000 or less. From the viewpoint of further improving the handleability, when the weight of the carbon material is 1, the weight of the solvent is more preferably 5 or more and 750 or less. Further, from the viewpoint of further improving dispersibility, when the weight of the carbon material is 1, the weight of the solvent is more preferably 5 or more and 500 or less.

溶媒の重量が上記下限未満の場合は、炭素材料を所望の分散状態まで分散させることができない場合がある。一方、溶媒の重量が上記上限より大きい場合は、製造費用が増大する場合がある。   When the weight of the solvent is less than the above lower limit, the carbon material may not be dispersed to a desired dispersion state. On the other hand, when the weight of the solvent is larger than the above upper limit, the production cost may increase.

負極活物質の分散液の固形分濃度は、特に限定されないが、負極活物質の重量を1とした場合に、溶媒の重量が0.5以上、100以下であることが好ましい。取り扱い性をより一層高める観点から、溶媒の重量は、1以上、75以下であることがより好ましい。また、分散性をより一層高める観点から、溶媒の重量は、5以上、50以下であることがさらに好ましい。なお、溶媒の重量が上記下限未満の場合は、負極活物質を所望の分散状態まで分散させることができない場合がある。一方、溶媒の重量が上記上限より大きい場合は、製造費用が増大する場合がある。   The solid content concentration of the dispersion of the negative electrode active material is not particularly limited, but when the weight of the negative electrode active material is 1, the weight of the solvent is preferably 0.5 or more and 100 or less. From the viewpoint of further improving the handleability, the weight of the solvent is more preferably 1 or more and 75 or less. Further, from the viewpoint of further improving dispersibility, the weight of the solvent is more preferably 5 or more and 50 or less. In addition, when the weight of a solvent is less than the said minimum, a negative electrode active material may be unable to be disperse | distributed to a desired dispersion state. On the other hand, when the weight of the solvent is larger than the above upper limit, the production cost may increase.

負極活物質の分散液と、炭素材料の分散液とを混合する方法は、特に限定されないが、互いの分散液を一度に混合する方法や、一方の分散液を他方の分散液に複数回に分けて加える方法が挙げられる。   A method of mixing the dispersion of the negative electrode active material and the dispersion of the carbon material is not particularly limited, but a method of mixing each other's dispersion at a time or one dispersion into the other dispersion multiple times. A method of adding them separately is mentioned.

一方の分散液を他方の分散液に複数回に分けて加える方法としては、例えば、スポイドなどの滴下の器具を用いて滴下する方法や、ポンプを用いる方法、あるいはディスペンサーを用いる方法が挙げられる。   Examples of the method of adding one dispersion to the other dispersion in a plurality of times include a method of dropping using a dropping device such as a spoid, a method of using a pump, or a method of using a dispenser.

炭素材料、負極活物質及び溶媒の混合物から、溶媒を除去する方法としては、特に限定されないが、ろ過により溶媒を除去した後に、オーブン等で乾燥させる方法が挙げられる。上記ろ過は、生産性をより一層高める観点から、吸引ろ過であることが好ましい。また、乾燥方法としては、送風オーブンで乾燥させた後に、真空で乾燥させた場合、細孔に残存している溶媒を除去できることから好ましい。   A method for removing the solvent from the mixture of the carbon material, the negative electrode active material and the solvent is not particularly limited, and examples thereof include a method of removing the solvent by filtration and then drying it in an oven or the like. The filtration is preferably suction filtration from the viewpoint of further improving productivity. Moreover, as a drying method, when drying in a vacuum oven and then drying in a vacuum, it is preferable because the solvent remaining in the pores can be removed.

本発明の活物質−炭素材料複合体における、負極活物質と炭素材料との比率は、負極活物質の重量を100とした場合に、炭素材料の重量が、0.2以上、10.0以下であることが好ましい。レート特性をより一層向上させる観点からは、炭素材料の重量が、0.3以上、8.0以下であることがより好ましい。また、サイクル特性をより一層向上させる観点からは、炭素材料の重量が、0.5以上、7.0以下であることがさらに好ましい。   In the active material-carbon material composite of the present invention, the ratio of the negative electrode active material to the carbon material is such that the weight of the carbon material is 0.2 or more and 10.0 or less when the weight of the negative electrode active material is 100. It is preferable that From the viewpoint of further improving the rate characteristics, the weight of the carbon material is more preferably 0.3 or more and 8.0 or less. Further, from the viewpoint of further improving the cycle characteristics, the weight of the carbon material is more preferably 0.5 or more and 7.0 or less.

[非水電解質二次電池用負極]
本発明の非水電解質二次電池用負極は、上述の活物質−炭素材料複合体を含む。本発明の非水電解質二次電池用負極は、上記活物質−炭素材料複合体のみで形成されてもよいが、負極をより一層容易に形成する観点から、バインダーが含まれていてもよい。
[Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery]
The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes the above-described active material-carbon material composite. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be formed only from the active material-carbon material composite, but a binder may be included from the viewpoint of forming the negative electrode more easily.

上記バインダーとしては、特に限定されないが、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)、スチレン−ブタジエンゴム、ポリイミド、及びそれらの誘導体からなる群から選ばれる少なくとも1種の樹脂を用いることができる。   The binder is not particularly limited, but for example, at least one resin selected from the group consisting of polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber, polyimide, and derivatives thereof. Can be used.

上記バインダーは、非水電解質二次電池用負極をより一層容易に作製する観点から、非水溶媒又は水に溶解または分散されていることが好ましい。   The binder is preferably dissolved or dispersed in a non-aqueous solvent or water from the viewpoint of more easily producing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

非水溶媒は、特に限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、酢酸メチル、酢酸エチル又はテトラヒドロフランなどを挙げることができる。これらに、分散剤や、増粘剤を加えてもよい。   The non-aqueous solvent is not particularly limited, and examples thereof include N-methyl-2-pyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, methyl acetate, ethyl acetate, and tetrahydrofuran. You may add a dispersing agent and a thickener to these.

本発明の非水電解質二次電池用負極に含まれるバインダーの量は、負極活物質100重量部に対して、好ましくは0.3重量部以上、30重量部以下であり、より好ましくは0.5重量部以上、15重量部以下である。バインダーの量が上記範囲内にある場合、負極活物質と炭素材料との接着性を維持することができ、集電体との接着性をより一層高めることができる。   The amount of the binder contained in the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably 0.3 parts by weight or more and 30 parts by weight or less, more preferably 0.00 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. 5 parts by weight or more and 15 parts by weight or less. When the amount of the binder is within the above range, the adhesion between the negative electrode active material and the carbon material can be maintained, and the adhesion with the current collector can be further enhanced.

本発明の非水電解質二次電池用負極の作製方法としては、例えば、活物質−炭素材料複合体及びバインダーの混合物を、集電体上に形成させることによって作製する方法が挙げられる。   Examples of the method for producing the negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention include a method of producing a mixture of an active material-carbon material composite and a binder on a current collector.

非水電解質二次電池用負極をより一層容易に作製する観点から、以下のようにして作製することが好ましい。まず、上記活物質−炭素材料複合体にバインダー溶液又は分散液を加えて混合することによりスラリーを作製する。次に、作製したスラリーを集電体上に塗布し、最後に溶媒を除去することによって非水電解質二次電池用負極を作製する。   From the viewpoint of more easily producing the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, it is preferably produced as follows. First, a slurry is prepared by adding and mixing a binder solution or a dispersion to the active material-carbon material composite. Next, the prepared slurry is applied on a current collector, and finally the solvent is removed to prepare a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery.

上記スラリーの作製方法としては、例えば、活物質−炭素材料複合体にバインダー溶液を加え、ミキサー等を用いて混合する方法が挙げられる。混合に用いられるミキサーとしては、特に限定されないが、プラネタリミキサー、ディスパー、薄膜旋回型ミキサー、ジェットミキサー、又は自公回転型ミキサー等が挙げられる。   Examples of the method for preparing the slurry include a method in which a binder solution is added to the active material-carbon material composite and mixed using a mixer or the like. Although it does not specifically limit as a mixer used for mixing, A planetary mixer, a disper, a thin film swirl-type mixer, a jet mixer, or a self-rotation type mixer etc. are mentioned.

上記スラリーの固形分濃度は、後述の塗工をより一層容易に行う観点から、30重量%以上、95重量%以下が好ましい。貯蔵安定性をより一層高める観点から、上記スラリーの固形分濃度は、35重量%以上、90重量%以下であることがより好ましい。また、より一層製造費用を抑制する観点から、上記スラリーの固形分濃度は、40重量%以上、85重量%以下であることがさらに好ましい。   The solid content concentration of the slurry is preferably 30% by weight or more and 95% by weight or less from the viewpoint of further easily performing the coating described later. From the viewpoint of further improving the storage stability, the solid content concentration of the slurry is more preferably 35% by weight or more and 90% by weight or less. Further, from the viewpoint of further reducing the production cost, the solid content concentration of the slurry is more preferably 40% by weight or more and 85% by weight or less.

なお、上記固形分濃度は、希釈溶媒によって制御することができる。希釈溶媒としては、バインダー溶液、あるいは分散液と同じ種類の溶媒を用いることが好ましい。また、溶媒の相溶性があれば、他の溶媒を用いてもよい。   The solid content concentration can be controlled by a dilution solvent. As the diluting solvent, it is preferable to use the same type of solvent as the binder solution or dispersion. Further, other solvents may be used as long as the solvents are compatible.

本発明の非水電解質二次電池用負極に用いる集電体は、銅、SUS、ニッケル、チタン、アルミニウム又はこれらの金属を含む合金が好ましい。なお、集電体は、金属材料(銅、SUS、ニッケル、チタン又はこれらの金属を含む合金)の表面に負極の電位で反応しない金属を被覆したものを用いることもできる。   The current collector used for the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably copper, SUS, nickel, titanium, aluminum, or an alloy containing these metals. As the current collector, a metal material (copper, SUS, nickel, titanium, or an alloy containing these metals) coated with a metal that does not react with the potential of the negative electrode can be used.

集電体の厚みは、特に限定されないが、10μm以上、100μm以下であることが好ましい。集電体の厚みが10μm未満の場合、作製の観点から取り扱いが困難となることがある。一方、集電体の厚みが100μmより厚い場合は、経済的観点から不利になることがある。   The thickness of the current collector is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more and 100 μm or less. When the thickness of the current collector is less than 10 μm, handling may be difficult from the viewpoint of production. On the other hand, when the thickness of the current collector is thicker than 100 μm, it may be disadvantageous from an economic viewpoint.

上記スラリーを集電体に塗布する方法としては、特に限定されないが、例えば、前記スラリーをドクターブレード、ダイコータ又はコンマコータ等により塗布した後に溶剤を除去する方法や、スプレーにより塗布した後に溶剤を除去する方法、あるいはスクリーン印刷によって塗布した後に溶媒を除去する方法等が挙げられる。   The method of applying the slurry to the current collector is not particularly limited. For example, the method of removing the solvent after applying the slurry with a doctor blade, die coater or comma coater, or removing the solvent after applying with a spray. And a method of removing the solvent after coating by screen printing.

上記溶媒を除去する方法は、より一層簡便であることから、送風オーブンや真空オーブンを用いた乾燥が好ましい。溶媒を除去する雰囲気としては、空気雰囲気、不活性ガス雰囲気、又は真空状態などが挙げられる。また、溶媒を除去する温度は、特に限定されないが、60℃以上、250℃以下であることが好ましい。溶媒を除去する温度が60℃未満では、溶媒の除去に時間を要する場合がある。一方、溶媒を除去する温度が250℃より高いと、バインダーが劣化する場合がある。   Since the method for removing the solvent is much simpler, drying using a blower oven or a vacuum oven is preferable. Examples of the atmosphere for removing the solvent include an air atmosphere, an inert gas atmosphere, and a vacuum state. The temperature for removing the solvent is not particularly limited, but is preferably 60 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. If the temperature at which the solvent is removed is less than 60 ° C., it may take time to remove the solvent. On the other hand, if the temperature for removing the solvent is higher than 250 ° C., the binder may deteriorate.

本発明の非水電解質二次電池用負極は、所望の厚み、密度まで圧縮させてもよい。圧縮は、特に限定されないが、例えば、ロールプレスや、油圧プレス等を用いて行うことができる。   The negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be compressed to a desired thickness and density. Although compression is not specifically limited, For example, it can carry out using a roll press, a hydraulic press, etc.

圧縮後における本発明の非水電解質二次電池用負極の厚みは、特に限定されないが、10μm以上、1000μm以下であることが好ましい。厚みが10μm未満では、所望の容量を得ることが難しい場合がある。一方、厚みが1000μmより厚い場合は、所望の出力密度を得ることが難しい場合がある。   The thickness of the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention after compression is not particularly limited, but is preferably 10 μm or more and 1000 μm or less. If the thickness is less than 10 μm, it may be difficult to obtain a desired capacity. On the other hand, when the thickness is thicker than 1000 μm, it may be difficult to obtain a desired output density.

本発明の非水電解質二次電池用負極の密度は、1.0g/cm以上、4.0g/cm以下であることが好ましい。密度が1.0g/cm未満であると、負極活物質及び炭素材料の接触が不十分となり電子伝導性が低下する場合がある。一方、密度が4.0g/cmより大きいと、後述の電解液が負極内に浸透しにくくなり、リチウム伝導性が低下する場合がある。 The density of the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably 1.0 g / cm 3 or more and 4.0 g / cm 3 or less. When the density is less than 1.0 g / cm 3 , the contact between the negative electrode active material and the carbon material becomes insufficient, and the electronic conductivity may be lowered. On the other hand, when the density is larger than 4.0 g / cm 3 , an electrolyte solution described later hardly penetrates into the negative electrode, and lithium conductivity may be lowered.

本発明の非水電解質二次電池用負極は、負極1cm当たりの電気容量が、0.5mAh以上、10.0mAh以下であることが好ましい。電気容量が0.5mAh未満である場合は、所望する容量の電池の大きさが大きくなる場合がある。一方、電気容量が10.0mAhより大きい場合は、所望の出力密度を得ることが難しくなる場合がある。なお、負極1cm当たりの電気容量の算出は、非水電解質二次電池用負極作製後、リチウム金属を対極とした半電池を作製し、充放電特性を測定することによって算出してもよい。 In the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the electric capacity per 1 cm 2 of the negative electrode is preferably 0.5 mAh or more and 10.0 mAh or less. When the electric capacity is less than 0.5 mAh, the size of the battery having a desired capacity may increase. On the other hand, when the electric capacity is greater than 10.0 mAh, it may be difficult to obtain a desired output density. In addition, calculation of the electric capacity per 1 cm < 2 > of negative electrodes may be calculated by preparing a half battery using a lithium metal as a counter electrode after preparing a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and measuring charge / discharge characteristics.

非水電解質二次電池用負極の負極1cm当たりの電気容量は、特に限定されないが、集電体単位面積あたりに形成させる負極の重量で制御することができる。例えば、前述のスラリー塗工時の塗工厚みで制御することができる。 The electric capacity per 1 cm 2 of the negative electrode of the negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery is not particularly limited, but can be controlled by the weight of the negative electrode formed per current collector unit area. For example, it can control by the coating thickness at the time of the above-mentioned slurry coating.

[非水電解質二次電池]
本発明の非水電解質二次電池の正極及び負極は、集電体の両面に同じ電極を形成させた形態であってもよく、集電体の片面に正極、他方の面に負極を形成させた形態、すなわち、バイポーラ電極であってもよい。
[Nonaqueous electrolyte secondary battery]
The positive electrode and the negative electrode of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may have a form in which the same electrode is formed on both surfaces of the current collector, and the positive electrode is formed on one surface of the current collector and the negative electrode is formed on the other surface. Alternatively, it may be a bipolar electrode.

本発明の非水電解質二次電池は、正極側と負極側との間にセパレータを配置したものを倦回したものであってもよいし、積層したものであってもよい。正極、負極及びセパレータには、リチウムイオン伝導を担う非水電解質が含まれている。従って、非水電解質二次電池としては、例えば、リチウムイオン二次電池が挙げられる。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be one obtained by winding or laminating a separator disposed between the positive electrode side and the negative electrode side. The positive electrode, the negative electrode, and the separator contain a non-aqueous electrolyte that is responsible for lithium ion conduction. Accordingly, examples of the nonaqueous electrolyte secondary battery include a lithium ion secondary battery.

本発明の非水電解質二次電池は、上記積層体を倦回、あるいは複数積層した後にラミネートフィルムで外装してもよいし、角形、楕円形、円筒形、コイン形、ボタン形、シート形の金属缶で外装してもよい。外装には発生したガスを放出するための機構が備わっていてもよい。積層体の積層数は、特に限定されず、所望の電圧値、電池容量を発現するまで積層させることができる。   The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be wound or laminated with a laminate film after the laminate is wound, or may be rectangular, elliptical, cylindrical, coin-shaped, button-shaped, or sheet-shaped. It may be packaged with a metal can. The exterior may be provided with a mechanism for releasing the generated gas. The number of stacked layers is not particularly limited, and the stacked body can be stacked until a desired voltage value and battery capacity are developed.

本発明の非水電解質二次電池は、所望の大きさ、容量、電圧によって、適宜直列、並列に接続した組電池とすることができる。上記組電池においては、各電池の充電状態の確認、安全性向上のため、組電池に制御回路が付属されていることが好ましい。   The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention can be an assembled battery that is connected in series or in parallel as appropriate depending on the desired size, capacity, and voltage. In the assembled battery, it is preferable that a control circuit is attached to the assembled battery in order to confirm the state of charge of each battery and improve safety.

(正極)
本発明の非水電解質二次電池に用いる正極は、特に限定されないが、負極活物質よりも、リチウムイオンの脱離及び挿入の平均電位が高い化合物、すなわち正極活物質が含まれていればよい。例えば、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムに代表される層状岩塩型構造の化合物、マンガン酸リチウムに代表されるスピネル型構造の化合物、オリビン酸鉄リチウムに代表されるオリビン型構造の化合物、又はそれらの混合物が挙げられる。
(Positive electrode)
The positive electrode used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may contain a compound having a higher average potential for lithium ion desorption and insertion than the negative electrode active material, that is, a positive electrode active material. . For example, a layered rock salt type compound represented by lithium cobaltate and lithium nickelate, a spinel type compound represented by lithium manganate, an olivine type compound represented by lithium iron olivine, or their A mixture is mentioned.

(負極)
本発明の非水電解質二次電池は、負極として、上記本発明に従って構成される非水電解質二次電池用負極を備える。上記非水電解質二次電池用負極は、本発明に従って構成される活物質−炭素材料複合体を含む。従って、本発明の非水電解質二次電池は、レート特性及びサイクル特性に優れている。
(Negative electrode)
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery configured according to the present invention as a negative electrode. The negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery includes an active material-carbon material composite configured according to the present invention. Therefore, the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is excellent in rate characteristics and cycle characteristics.

(セパレータ)
本発明の非水電解質二次電池に用いるセパレータは、前述の正極と負極との間に設置され、絶縁性かつ後述の非水電解質を含むことができる構造であればよい。セパレータの材料としては、例えば、ナイロン、セルロース、ポリスルホン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリブテン、ポリアクリロニトリル、ポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート、又はそれらを2種類以上複合したものの織布、不織布、若しくは微多孔膜などが挙げられる。
(Separator)
The separator used for the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention may be any structure as long as it is installed between the positive electrode and the negative electrode described above and can contain an insulating nonaqueous electrolyte described later. Examples of the material for the separator include nylon, cellulose, polysulfone, polyethylene, polypropylene, polybutene, polyacrylonitrile, polyimide, polyamide, polyethylene terephthalate, or a composite of two or more of these, a woven fabric, a nonwoven fabric, or a microporous membrane. Can be mentioned.

セパレータには、各種可塑剤、酸化防止剤、又は難燃剤が含まれてもよいし、金属酸化物等が被覆されていてもよい。   The separator may contain various plasticizers, antioxidants, or flame retardants, and may be coated with a metal oxide or the like.

セパレータの厚みは、特に限定されないが、5μm以上、100μm以下であることが好ましい。セパレータの厚みが5μm未満の場合、正極と負極とが接触する場合がある。セパレータの厚みが100μmより厚い場合は、電池の抵抗が高くなる場合がある。経済性や、取り扱い性をより一層高める観点から、セパレータの厚みは、10μm以上、50μm以下であることがより好ましい。   Although the thickness of a separator is not specifically limited, It is preferable that they are 5 micrometers or more and 100 micrometers or less. When the thickness of the separator is less than 5 μm, the positive electrode and the negative electrode may contact each other. When the thickness of the separator is greater than 100 μm, the resistance of the battery may increase. From the viewpoint of further improving economy and handleability, the thickness of the separator is more preferably 10 μm or more and 50 μm or less.

(非水電解質)
本発明の非水電解質二次電池に用いる非水電解質は、特に限定されないが、非水溶媒に溶質を溶解させた電解液を高分子に含浸させたゲル電解質、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシドなどの高分子固体電解質、又はサルファイドガラス、オキシナイトライドなどの無機固体電解質を用いることができる。
(Nonaqueous electrolyte)
The non-aqueous electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, but high electrolytes such as gel electrolyte, polyethylene oxide, and polypropylene oxide impregnated in a polymer with an electrolyte solution in which a solute is dissolved in a non-aqueous solvent are used. Molecular solid electrolytes or inorganic solid electrolytes such as sulfide glass and oxynitride can be used.

非水溶媒としては、後述の溶質をより一層溶解させやすいことから、環状の非プロトン性溶媒及び/又は鎖状の非プロトン性溶媒を含むことが好ましい。環状の非プロトン性溶媒としては、環状カーボネート、環状エステル、環状スルホン又は環状エーテルなどが例示される。鎖状の非プロトン性溶媒としては、鎖状カーボネート、鎖状カルボン酸エステル又は鎖状エーテルなどが例示される。また、上記に加え、アセトニトリルなどの一般的に非水電解質の溶媒として用いられる溶媒を用いてもよい。より具体的には、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ−ブチルラクトン、1,2−ジメトキシエタン、スルホラン、ジオキソラン、又はプロピオン酸メチルなどを用いることができる。これら溶媒は、単独で用いてもよいし、2種類以上を混合しても用いてもよい。もっとも、後述の溶質をより一層容易に溶解させ、リチウムイオンの伝導性をより一層高める観点から、2種類以上混合した溶媒を用いることが好ましい。   As the non-aqueous solvent, it is preferable to include a cyclic aprotic solvent and / or a chain aprotic solvent because the solute described later is more easily dissolved. Examples of the cyclic aprotic solvent include cyclic carbonates, cyclic esters, cyclic sulfones, and cyclic ethers. Examples of the chain aprotic solvent include chain carbonate, chain carboxylic acid ester, chain ether and the like. In addition to the above, a solvent generally used as a solvent for nonaqueous electrolytes such as acetonitrile may be used. More specifically, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dimethyl carbonate, dipropyl carbonate, methyl propyl carbonate, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, γ-butyl lactone, 1,2-dimethoxyethane, sulfolane, dioxolane, or For example, methyl propionate can be used. These solvents may be used alone or in combination of two or more. However, it is preferable to use a solvent in which two or more kinds are mixed from the viewpoint of further easily dissolving a solute described later and further enhancing the conductivity of lithium ions.

溶質としては、特に限定されないが、例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiAsF、LiCFSO、LiBOB(Lithium Bis (Oxalato) Borate)、又はLiN(SOCFなどが好ましい。この場合、溶媒により一層容易に溶解させることができる。 The solute is not particularly limited, for example, LiClO 4, LiBF 4, LiPF 6, LiAsF 6, LiCF 3 SO 3, LiBOB (Lithium Bis (Oxalato) Borate), or LiN (SO 2 CF 3) 2 and the like are preferable . In this case, it can be dissolved more easily by a solvent.

電解液に含まれる溶質の濃度は、0.5mol/L以上、2.0mol/L以下であることが好ましい。溶質の濃度が0.5mol/L未満では、所望のリチウムイオン伝導性が発現しない場合がある。一方、溶質の濃度が2.0mol/Lより高いと、溶質がそれ以上溶解しない場合がある。なお、非水電解質には、難燃剤、安定化剤などの添加剤が微量含まれてもよい。   The concentration of the solute contained in the electrolytic solution is preferably 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less. If the concentration of the solute is less than 0.5 mol / L, desired lithium ion conductivity may not be exhibited. On the other hand, if the concentration of the solute is higher than 2.0 mol / L, the solute may not dissolve further. The nonaqueous electrolyte may contain a trace amount of additives such as a flame retardant and a stabilizer.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更可能である。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further more concretely, this invention is not limited at all by these Examples, In the range which does not change the summary, it can change suitably.

負極活物質の製造例;
負極活物質のLiTi12は、文献(J.Electrochem.Soc.,Volume 142,Issue 5,pp.1431(1995))に記載されている方法で作製した。
Production example of negative electrode active material;
The negative electrode active material Li 4 Ti 5 O 12 was produced by the method described in the literature (J. Electrochem. Soc., Volume 142, Issue 5, pp. 1431 (1995)).

すなわち、まず、二酸化チタンと水酸化リチウムとを、チタンとリチウムとのモル比が5:4となるように混合し混合物を得た。次に、この混合物を、窒素雰囲気下において800℃で12時間加熱することによって、負極活物質としてのチタン酸リチウムを作製した。   That is, first, titanium dioxide and lithium hydroxide were mixed so that the molar ratio of titanium to lithium was 5: 4 to obtain a mixture. Next, this mixture was heated at 800 ° C. for 12 hours in a nitrogen atmosphere to prepare lithium titanate as a negative electrode active material.

炭素材料の製造例1;
最初に、膨張化黒鉛(東洋炭素社製、商品名「PFパウダー8F」、BET比表面積=22m/g)10gと、熱分解性発泡剤(ADCA、永和化成工業社製、商品名「ビニホール AC#R−K3」、熱分解温度210℃)20gと、ポリプロピレングリコール(三洋化成工業社製、商品名「サンニックスGP−3000」、平均分子量=3000)200gと、テトラヒドロフラン200gとを混合し、原料組成物を用意した。上記原料組成物に、超音波処理装置(本多電子社製)で、100W、発振周波数:28kHzで5時間超音波を照射することによって、ポリプロピレングリコール(PPG)を膨張化黒鉛に吸着させた。このようにして、ポリプロピレングリコールが膨張化黒鉛に吸着されている組成物を用意した。
Carbon material production example 1;
First, expanded graphite (made by Toyo Tanso Co., Ltd., trade name “PF powder 8F”, BET specific surface area = 22 m 2 / g) and thermal decomposable foaming agent (ADCA, made by Eiwa Kasei Kogyo Co., Ltd., trade name “Binihol” 20 g of AC # R-K3 ”, thermal decomposition temperature 210 ° C., 200 g of polypropylene glycol (manufactured by Sanyo Chemical Industries, trade name“ Sanix GP-3000 ”, average molecular weight = 3000) and 200 g of tetrahydrofuran are mixed, A raw material composition was prepared. Polypropylene glycol (PPG) was adsorbed on the expanded graphite by irradiating the raw material composition with ultrasonic waves at 100 W and an oscillation frequency of 28 kHz for 5 hours with an ultrasonic treatment apparatus (manufactured by Honda Electronics Co., Ltd.). In this way, a composition in which polypropylene glycol was adsorbed on expanded graphite was prepared.

次に、ポリプロピレングリコールが膨張化黒鉛に吸着されている組成物を溶液流延法により成形した後、80℃で2時間、110℃で1時間、150℃で1時間の順に加熱することによってテトラヒドロフラン(以下、THF)を除去した。その後、THFを除去した組成物を110℃で1時間加熱処理させた後、さらに230℃で2時間加熱処理することによって、上記組成物を発泡させた。   Next, after a composition in which polypropylene glycol is adsorbed on expanded graphite is formed by a solution casting method, tetrahydrofuran is heated in this order for 2 hours at 80 ° C., 1 hour at 110 ° C., and 1 hour at 150 ° C. (Hereinafter THF) was removed. Thereafter, the composition from which THF was removed was heat-treated at 110 ° C. for 1 hour, and further heat-treated at 230 ° C. for 2 hours to foam the composition.

さらに、発泡させた組成物を450℃の温度で0.75時間加熱処理することよって、ポリプロピレングリコール(樹脂)の一部が残存している炭素材料(グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている、第1の炭素材料)を作製した。   Furthermore, the foamed composition is heat-treated at a temperature of 450 ° C. for 0.75 hour, thereby producing a carbon material in which a part of the polypropylene glycol (resin) remains (having a graphite structure, and the graphite is partially A first carbon material that has been peeled off was produced.

得られた炭素材料においては、全重量に対して15重量%樹脂が含まれていた。なお、樹脂量は、TG(日立ハイテクサイエンス社製、品番「STA7300」)を用いて、350℃〜600℃の範囲で重量減少した分を樹脂量として算出した。   The obtained carbon material contained 15% by weight of resin with respect to the total weight. The resin amount was calculated as the amount of resin using TG (manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., product number “STA7300”) as the amount of resin weight decreased in the range of 350 ° C. to 600 ° C.

得られた炭素材料のラマンスペクトルのDバンドと、Gバンドとのピーク強度比であるD/G比を測定した結果、0.6であった。なお、炭素材料のラマンスペクトルは、ラマン分光装置(Thermo Scientific社製、商品名「Nicolet Almega XR」)を用いて測定した。   It was 0.6 as a result of measuring D / G ratio which is a peak intensity ratio of D band of the Raman spectrum of the obtained carbon material, and G band. The Raman spectrum of the carbon material was measured using a Raman spectroscope (trade name “Nicolet Almega XR” manufactured by Thermo Scientific).

また、D/G比は、得られたラマンスペクトルの1300cm−1〜1400cm−1の範囲の最大ピーク強度をDバンドのピーク強度とし、また、1500cm−1〜1600cm−1の最大ピーク強度をGバンドのピーク強度とすることにより求めた。 Further, D / G ratio is a maximum peak intensity in the range of 1300cm -1 ~1400cm -1 of the obtained Raman spectrum and the peak intensity of D-band, also the maximum peak intensity of 1500cm -1 ~1600cm -1 G It was determined by taking the peak intensity of the band.

得られた炭素材料のBET比表面積を、比表面積測定装置(島津製作所社製、品番「ASAP−2000」、窒素ガス)を用いて測定した結果、120m/gであった。 It was 120 m < 2 > / g as a result of measuring the BET specific surface area of the obtained carbon material using the specific surface area measuring apparatus (Shimadzu Corporation make, product number "ASAP-2000", nitrogen gas).

また、得られた炭素材料のメチレンブルー吸着量は、下記手順にて測定した結果、61.0μモル/gであった。また、前述のBET比表面積をxとし、メチレンブルー吸着量をyとしたとき、比y/xは、0.508であった。   Moreover, the methylene blue adsorption amount of the obtained carbon material was 61.0 μmol / g as a result of measurement by the following procedure. Further, when the BET specific surface area was x and the methylene blue adsorption amount was y, the ratio y / x was 0.508.

メチレンブルー吸着量の測定は、次の通りに実施した。最初に、メスフラスコに、10.0mg/L、5.0mg/L、2.5mg/L、1.25mg/Lの濃度のメチレンブルー(関東化学社製、特級試薬)のメタノール溶液を調製し、各々の吸光度を紫外可視分光光度計(島津製作所社製、品番「UV−1600」)で測定し、検量線を作成した。次に、10mg/Lのメチレンブルーを調製し、100mLのナスフラスコに測定対象の炭素材料(0.005〜0.05g、試料のBET値によって変更)、メチレンブルー溶液(10mg/L、50mL)、及びスターラーバーを加え、15分間超音波洗浄機(AS ONE社製)で処理した後に、冷却バス(25℃)中で60分撹拌した。さらに、吸着平衡に達した後、遠心分離により炭素質材料と上澄み液とを分離し、ブランクの10mg/Lのメチレンブルー溶液、及び上記上澄み液の吸光度を紫外可視分光光度計で測定し、ブランクと上澄み液との吸光度の差を算出した。   The measurement of the amount of methylene blue adsorption was performed as follows. First, a methanol solution of methylene blue (manufactured by Kanto Chemical Co., Ltd., special grade reagent) having concentrations of 10.0 mg / L, 5.0 mg / L, 2.5 mg / L, and 1.25 mg / L is prepared in a volumetric flask. Each absorbance was measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer (manufactured by Shimadzu Corporation, product number “UV-1600”) to prepare a calibration curve. Next, 10 mg / L of methylene blue was prepared, and a carbon material to be measured (0.005 to 0.05 g, changed depending on the BET value of the sample), a methylene blue solution (10 mg / L, 50 mL), and a 100 mL eggplant flask, and After adding a stirrer bar and treating with an ultrasonic cleaner (manufactured by AS ONE) for 15 minutes, the mixture was stirred for 60 minutes in a cooling bath (25 ° C.). Further, after reaching adsorption equilibrium, the carbonaceous material and the supernatant are separated by centrifugation, and the absorbance of the blank 10 mg / L methylene blue solution and the supernatant is measured with an ultraviolet-visible spectrophotometer. The difference in absorbance with the supernatant was calculated.

最後に、上記吸光度の差と上記検量線からメチレンブルー溶液の濃度の減少量を算出し、下記式により、測定対象の炭素材料表面のメチレンブルー吸着量を算出した。   Finally, the amount of decrease in the concentration of the methylene blue solution was calculated from the difference in absorbance and the calibration curve, and the amount of methylene blue adsorbed on the surface of the carbon material to be measured was calculated from the following formula.

吸着量(mol/g)={メチレンブルー溶液の濃度の減少量(g/L)×測定溶媒の体積(L)}/{メチレンブルーの分子量(g/mol)×測定に用いた炭素材料の質量(g)}…式   Adsorption amount (mol / g) = {Amount of decrease in concentration of methylene blue solution (g / L) × Volume of measurement solvent (L)} / {Molecular blue molecular weight (g / mol) × Mass of carbon material used for measurement ( g)} ... Formula

炭素材料の製造例2;
最初に、膨張化黒鉛(東洋炭素社製、商品名「PFパウダー8F」、BET比表面積=22m/g)16gと、カルボキシメチルセルロース(アルドリッチ社製、平均分子量=250,000)0.48gと、水530gとの混合物に、超音波処理装置(SMT.CO.,LTD社製、品番「UH−600SR」)で5時間超音波を照射した後に、ポリエチレングリコール(三洋化成工業社製、品番「PG600」)80gを加え、ホモミクサー(TOKUSHU KIKA社製、T.K.HOMOMIXER MARKII)で30分間混合することによって、原料組成物を作製した。
Carbon Material Production Example 2;
First, expanded graphite (product name “PF powder 8F”, manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd., BET specific surface area = 22 m 2 / g), carboxymethylcellulose (manufactured by Aldrich, average molecular weight = 250,000), 0.48 g The mixture with 530 g of water was irradiated with ultrasonic waves for 5 hours with an ultrasonic treatment device (manufactured by SMT.CO., LTD, product number “UH-600SR”), and then polyethylene glycol (manufactured by Sanyo Chemical Industries, product number “ PG600 ") was added, and a raw material composition was prepared by mixing for 30 minutes with a homomixer (manufactured by TOKUSHU KIKA, TK HOMOMIXER MARKII).

次に、作製した原料組成物を150℃で加熱処理することによって、水を除去した。その後、水を除去した組成物を、400℃の温度で、1.5時間加熱処理することによって、ポリエチレングリコール(樹脂)の一部が残存している炭素材料(グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている、第1の炭素材料)を作製した。   Next, water was removed by heat-processing the produced raw material composition at 150 degreeC. Thereafter, the composition from which water has been removed is heat-treated at a temperature of 400 ° C. for 1.5 hours, so that a carbon material (having a graphite structure, partially containing polyethylene glycol (resin) remains partially. A first carbon material from which graphite is peeled is prepared.

得られた炭素材料においては、全重量に対して12重量%樹脂が含まれていた。なお、樹脂量は、TG(日立ハイテクサイエンス社製、品番「STA7300」)を用いて、200℃〜600℃の範囲で重量減少した分を樹脂量として算出した。   The obtained carbon material contained 12% by weight of resin with respect to the total weight. The amount of resin was calculated as the amount of resin using TG (manufactured by Hitachi High-Tech Science Co., Ltd., product number “STA7300”) as the amount of weight reduction in the range of 200 ° C. to 600 ° C.

なお、炭素材料の製造例2で得られた炭素材料のラマンスペクトルのDバンドと、Gバンドとのピーク強度比であるD/G比を測定した結果、0.234であった。   The D / G ratio, which is the peak intensity ratio between the D band and the G band of the Raman spectrum of the carbon material obtained in Production Example 2 of the carbon material, was 0.234.

炭素材料の製造例2で得られた炭素材料のBET比表面積を、比表面積測定装置(島津製作所社製、品番「ASAP−2000」、窒素ガス)を用いて測定した結果、95m/gであった。 As a result of measuring the BET specific surface area of the carbon material obtained in Production Example 2 of the carbon material using a specific surface area measuring device (manufactured by Shimadzu Corporation, product number “ASAP-2000”, nitrogen gas), it is 95 m 2 / g. there were.

また、炭素材料の製造例2で得られた炭素材料のメチレンブルー吸着量は、上記手順にて測定した結果、69.7μmol/gであった。また、前述のBET比表面積をx、メチレンブルー吸着量をyとしたとき、比y/xは、0.733であった。   Moreover, the methylene blue adsorption amount of the carbon material obtained in Production Example 2 of the carbon material was 69.7 μmol / g as a result of measurement by the above procedure. Further, when the BET specific surface area was x and the methylene blue adsorption amount was y, the ratio y / x was 0.733.

(実施例1)
活物質−炭素材料複合体;
前述の製造例で作製した負極活物質と製造例1の炭素材料との複合体は、次の手順で作製した。
Example 1
Active material-carbon material composite;
The composite of the negative electrode active material produced in the above production example and the carbon material of production example 1 was produced by the following procedure.

最初に、製造例1で作製した炭素材料0.13gに、エタノール5gを加え、5時間超音波洗浄機(AS ONE社製)で処理し、製造例1で作製した炭素材料の分散液(以下、実施例1の炭素材料の分散液)を調製した。   First, 5 g of ethanol was added to 0.13 g of the carbon material produced in Production Example 1, and the mixture was treated with an ultrasonic cleaner (manufactured by AS ONE) for 5 hours. A dispersion of the carbon material of Example 1 was prepared.

次に、エタノール9gに製造例で作製した負極活物質(LiTi12)3gを加え、マグネチックスターラーにて600rpmで10分攪拌することによって、実施例1の負極活物質の分散液を調製した。 Next, 3 g of the negative electrode active material (Li 4 Ti 5 O 12 ) prepared in the production example was added to 9 g of ethanol, and the mixture was stirred for 10 minutes at 600 rpm with a magnetic stirrer, thereby dispersing the negative electrode active material of Example 1 Was prepared.

さらに、実施例1の炭素材料の分散液に、実施例1の負極活物質の分散液をスポイトで滴下した。なお、滴下時は、実施例1の炭素材料の分散液は、超音波洗浄機(AS ONE社製)で処理し続けた。その後、実施例1の炭素材料及び実施例1の負極活物質の分散液の混合液を、マグネチックスターラーで3時間攪拌した。   Further, the negative electrode active material dispersion of Example 1 was dropped into the carbon material dispersion of Example 1 with a dropper. In addition, at the time of dripping, the dispersion liquid of the carbon material of Example 1 continued processing with the ultrasonic cleaning machine (made by ASONE). Then, the liquid mixture of the carbon material of Example 1 and the dispersion liquid of the negative electrode active material of Example 1 was stirred for 3 hours with a magnetic stirrer.

最後に、分散液の混合液を吸引ろ過した後に、110℃で1時間真空乾燥することによって、実施例1の負極活物質と炭素材料との複合体(活物質−炭素材料複合体)を作製した。なお、負極の作製に必要な量は、上記の工程を繰り返すことによって作製した。   Finally, the mixed liquid of the dispersion liquid is subjected to suction filtration, and then vacuum-dried at 110 ° C. for 1 hour to produce a composite of the negative electrode active material and the carbon material of Example 1 (active material-carbon material composite). did. Note that the amount necessary for the production of the negative electrode was produced by repeating the above steps.

負極;
実施例1の負極は次の通りに作製した。
Negative electrode;
The negative electrode of Example 1 was produced as follows.

最初に、上記複合体100重量部に、バインダー(PVdF、固形分濃度12重量%、NMP溶液)を固形分が5重量部となるように混合し、スラリーを作製した。次に、このスラリーをアルミニウム箔(20μm)に塗工した後に、送風オーブンにて120℃で1時間加熱し、溶媒を除去した後、120℃で12時間真空乾燥した。最後に、ロールプレス機にて、プレスし、電極密度が1.8g・cc−1の負極(片面塗工)を作製した。なお、電極密度は、単位面積当たりの電極重量及び厚みから算出した。 First, 100 parts by weight of the composite was mixed with a binder (PVdF, solid content concentration: 12% by weight, NMP solution) so that the solid content was 5 parts by weight to prepare a slurry. Next, this slurry was applied to an aluminum foil (20 μm), then heated in a blast oven at 120 ° C. for 1 hour to remove the solvent, and then vacuum-dried at 120 ° C. for 12 hours. Finally, it was pressed with a roll press to produce a negative electrode (single-sided coating) having an electrode density of 1.8 g · cc −1 . The electrode density was calculated from the electrode weight and thickness per unit area.

負極の容量は、次の充放電試験で測定した。   The capacity of the negative electrode was measured by the following charge / discharge test.

最初に、上述の電極を14mmΦに打ち抜き動作極とし、Li金属を16mmΦに打ち抜き対極とした。次に、動作極(片面塗工)/セパレータ(ポリオレフィン系多孔質膜、厚み25μm)/Li金属の順に試験セル(HSセル、宝泉社製)内に積層し、非水電解質(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=1/2体積%、LiPF 1mol/L)を0.15mL入れ、半電池を作製した。さらに、半電池を25℃で12時間放置した後、充放電試験装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。最後に上記半電池を25℃、1.2mAで定電流放電(終止電圧:1.0V)及び定電流充電(終止電圧:2.0V)を5回繰り返し、5回目の結果を負極の容量とした。その結果、負極の容量は、3.3mAh/cmであった。 First, the above-mentioned electrode was punched to 14 mmΦ, and Li metal was punched to 16 mmΦ as a counter electrode. Next, the working electrode (single-sided coating) / separator (polyolefin porous membrane, thickness 25 μm) / Li metal was laminated in this order in a test cell (HS cell, manufactured by Hosen Co., Ltd.), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate / 0.15 mL of dimethyl carbonate (1/2 vol%, LiPF 6 1 mol / L) was added to prepare a half-cell. Further, the half-cell was left at 25 ° C. for 12 hours, and then connected to a charge / discharge test apparatus (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). Finally, the above half-cell was repeatedly subjected to constant current discharge (end voltage: 1.0 V) and constant current charge (end voltage: 2.0 V) at 25 ° C. and 1.2 mA five times. did. As a result, the capacity of the negative electrode was 3.3 mAh / cm 2 .

正極;
最初に、本実施例で使用する正極活物質としてのLi1.1Al0.1Mn1.8は、文献(Electrochemical and Solid−State Letters,9(12),A557(2006))に記載されている方法で作製した。
Positive electrode;
First, Li 1.1 Al 0.1 Mn 1.8 O 4 as a positive electrode active material used in this example is described in the literature (Electrochemical and Solid-State Letters, 9 (12), A557 (2006)). Prepared by the method described.

すなわち、二酸化マンガン、炭酸リチウム、水酸化アルミニウム及びホウ酸の水分散液を調製し、スプレードライ法で混合粉末を作製した。このとき、二酸化マンガン、炭酸リチウム及び水酸化アルミニウムの量は、リチウム、アルミニウム及びマンガンのモル比が1.1:0.1:1.8となるように調製した。次に、この混合粉末を空気雰囲気下において900℃で12時間加熱した後、再度650℃で24時間加熱した。最後に、加熱後の混合粉末を95℃の水で洗浄後、乾燥させることによって正極活物質を作製した。   That is, an aqueous dispersion of manganese dioxide, lithium carbonate, aluminum hydroxide and boric acid was prepared, and a mixed powder was prepared by a spray drying method. At this time, the amounts of manganese dioxide, lithium carbonate and aluminum hydroxide were adjusted so that the molar ratio of lithium, aluminum and manganese was 1.1: 0.1: 1.8. Next, this mixed powder was heated at 900 ° C. for 12 hours in an air atmosphere, and then again heated at 650 ° C. for 24 hours. Finally, the mixed powder after heating was washed with 95 ° C. water and dried to prepare a positive electrode active material.

次に、作製した正極活物質と、アセチレンブラックとを重量比で95:5の割合で混合した後に、バインダー(PVdF、固形分濃度12重量%、NMP溶液)を固形分が5重量部となるように添加及び混合し、スラリーを作製した。さらに、作製したスラリーをアルミニウム箔(20μm)に塗工した後に、送風オーブンにて120℃で1時間加熱して溶媒を除去した後に、120℃で12時間真空乾燥した。最後に、ロールプレス機にて、プレスし、電極密度が3.0g・cc−1の正極(片面塗工)を作製した。なお、電極密度は、単位面積当たりの電極重量及び厚みから算出した。 Next, after mixing the prepared positive electrode active material and acetylene black in a weight ratio of 95: 5, the solid content of the binder (PVdF, solid content concentration 12% by weight, NMP solution) is 5 parts by weight. The slurry was prepared by adding and mixing as described above. Furthermore, after apply | coating the produced slurry to aluminum foil (20 micrometers), it heated at 120 degreeC in the ventilation oven for 1 hour, and removed the solvent, Then, it vacuum-dried at 120 degreeC for 12 hours. Finally, it pressed with the roll press machine and produced the positive electrode (single-sided coating) whose electrode density is 3.0 g * cc- 1 . The electrode density was calculated from the electrode weight and thickness per unit area.

正極の容量は次の充放電試験で測定した。   The capacity of the positive electrode was measured by the following charge / discharge test.

最初に、上述の電極を14mmΦに打ち抜き動作極とし、Li金属を16mmΦに打ち抜き対極とした。次に、動作極(片面塗工)/セパレータ(ポリオレフィン系多孔質膜、厚み25μm)/Li金属の順に試験セル(HSセル、宝泉社製)内に積層し、非水電解質(エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート=1/2体積%、LiPF 1mol/L)を0.15mL入れ、半電池を作製した。さらに、半電池を25℃で12時間放置した後、充放電試験装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。最後に、半電池を25℃、1.2mAで定電流定電圧充電(充電終止電圧:4.25V、定電圧充電電圧:4.25V、定電圧充電終止条件:3時間経過、あるいは電流値0.12mA)及び定電流放電(終止電圧:2.5V)を5回繰り返し、5回目の結果を正極の容量とした。その結果、正極の容量は、3.0mAh/cmであった。 First, the above-mentioned electrode was punched to 14 mmΦ, and Li metal was punched to 16 mmΦ as a counter electrode. Next, the working electrode (single-sided coating) / separator (polyolefin porous membrane, thickness 25 μm) / Li metal was laminated in this order in a test cell (HS cell, manufactured by Hosen Co., Ltd.), and a non-aqueous electrolyte (ethylene carbonate / 0.15 mL of dimethyl carbonate (1/2 vol%, LiPF 6 1 mol / L) was added to prepare a half-cell. Further, the half-cell was left at 25 ° C. for 12 hours, and then connected to a charge / discharge test apparatus (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). Finally, the half-cell is charged with constant current and constant voltage at 25 ° C. and 1.2 mA (charge end voltage: 4.25 V, constant voltage charge voltage: 4.25 V, constant voltage charge end condition: 3 hours have elapsed, or the current value is 0 .12 mA) and constant current discharge (end voltage: 2.5 V) were repeated five times, and the fifth result was defined as the capacity of the positive electrode. As a result, the capacity of the positive electrode was 3.0 mAh / cm 2 .

非水電解質二次電池の製造;
最初に、作製した正極(電極部分:50mm×50mm)、負極(電極部分:55mm×55mm)及びセパレータ(ポリオレフィン系の微多孔膜、25μm、60mm×60mm)を、正極/セパレータ/負極の順に積層した。次に、両端の正極及び負極にそれぞれアルミニウムタブ及びニッケルめっき銅タブを振動溶着させた後に、袋状のアルミラミネートシートに入れ、三方を熱溶着させ、電解液封入前の非水電解質二次電池を作製した。さらに、上記電解液封入前の非水電解質二次電池を60℃で3時間真空乾燥した後に、非水電解質(プロピレンカーボネート/メチルエチルカーボネート=3/7体積%、LiPF 1mol/L)を1mL入れ、減圧しながら封止することによって非水電解質二次電池を作製した。なお、ここまでの工程は、露点が−40℃以下の雰囲気(ドライボックス)で実施した。最後に、非水電解質二次電池を、2.7Vまで充電させた後に、45℃で100時間放置し、2.0Vまで放電させた。このときに発生したガスを抜いた後に、再度減圧しながら封止することによって実施例1の非水電解質二次電池を作製した。
Production of non-aqueous electrolyte secondary batteries;
First, the prepared positive electrode (electrode part: 50 mm × 50 mm), negative electrode (electrode part: 55 mm × 55 mm) and separator (polyolefin-based microporous film, 25 μm, 60 mm × 60 mm) are laminated in the order of positive electrode / separator / negative electrode. did. Next, after vibration-welding aluminum tabs and nickel-plated copper tabs to the positive electrode and negative electrode at both ends, respectively, they are put into a bag-like aluminum laminate sheet and thermally welded on three sides, and the non-aqueous electrolyte secondary battery before enclosing the electrolyte solution Was made. Furthermore, after vacuum-drying the non-aqueous electrolyte secondary battery before enclosing the electrolytic solution at 60 ° C. for 3 hours, 1 mL of non-aqueous electrolyte (propylene carbonate / methyl ethyl carbonate = 3/7 vol%, LiPF 6 1 mol / L) The nonaqueous electrolyte secondary battery was manufactured by putting in and sealing under reduced pressure. In addition, the process so far was implemented by the atmosphere (dry box) whose dew point is -40 degrees C or less. Finally, the nonaqueous electrolyte secondary battery was charged to 2.7 V, then left at 45 ° C. for 100 hours, and discharged to 2.0 V. After removing the gas generated at this time, the nonaqueous electrolyte secondary battery of Example 1 was produced by sealing again while reducing the pressure.

(実施例2)
製造例1の炭素材料の代わりに、炭素材料の製造例2で製造した炭素材料を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。
(Example 2)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1, except that the carbon material produced in Production Example 2 for carbon material was used instead of the carbon material in Production Example 1.

(実施例3)
実施例1の活物質−炭素材料複合体の代わりに、下記の活物質−炭素材料複合体を用いたこと以外は、実施例1と同様にして、非水電解質二次電池を作製した。
(Example 3)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the following active material-carbon material composite was used instead of the active material-carbon material composite in Example 1.

活物質−炭素材料複合体;
上記製造例の負極活物質と、第1の炭素材料としての製造例1の炭素材料と、第2の炭素材料との複合体は、次の手順で作製した。
Active material-carbon material composite;
The composite body of the negative electrode active material of the said manufacture example, the carbon material of the manufacture example 1 as a 1st carbon material, and the 2nd carbon material was produced in the following procedure.

最初に、第2の炭素材料として、アセチレンブラック0.03gにエタノール1gを加え、5時間超音波洗浄機(AS ONE社製)で処理し、第2の炭素材料の分散液を調製した。   First, 1 g of ethanol was added to 0.03 g of acetylene black as a second carbon material, and the mixture was treated with an ultrasonic cleaning machine (manufactured by AS ONE) for 5 hours to prepare a dispersion of the second carbon material.

次に、第1の炭素材料としての製造例1の炭素材料0.10gに、エタノール5gを加え、5時間超音波洗浄機(AS ONE社製)で処理し、第1の炭素材料の分散液を調製した。   Next, 5 g of ethanol was added to 0.10 g of the carbon material of Production Example 1 as the first carbon material, and the mixture was treated with an ultrasonic cleaning machine (manufactured by AS ONE) for 5 hours to obtain a dispersion of the first carbon material. Was prepared.

次に、エタノール9gに上記製造例で作製した負極活物質(LiTi12)3gを加え、マグネチックスターラーにて600rpmで10分攪拌することによって、負極活物質の分散液を調製した。 Next, 3 g of the negative electrode active material (Li 4 Ti 5 O 12 ) prepared in the above production example was added to 9 g of ethanol, and the mixture was stirred for 10 minutes at 600 rpm with a magnetic stirrer to prepare a dispersion of the negative electrode active material. .

さらに、第2の炭素材料の分散液に、負極活物質の分散液をスポイトで滴下した。なお、滴下時は、第2の炭素材料の分散液は、超音波洗浄機(AS ONE社製)で処理し続けた。その後、第1の炭素材料の分散液を同様に滴下し、分散液の混合液をマグネチックスターラーで3時間攪拌した。   Furthermore, the dispersion liquid of the negative electrode active material was dropped into the dispersion liquid of the second carbon material with a dropper. In addition, at the time of dripping, the dispersion liquid of the 2nd carbon material continued to process with the ultrasonic cleaner (made by ASONE). Then, the dispersion liquid of the 1st carbon material was dripped similarly, and the liquid mixture of the dispersion liquid was stirred with the magnetic stirrer for 3 hours.

最後に、分散液の混合液を吸引ろ過した後に、110℃で1時間真空乾燥することによって、実施例3の負極活物質と第1の炭素材料と第2の炭素材料との複合体(活物質−炭素材料複合体)を作製した。負極の作製に必要な量は、上記の工程を繰り返すことによって作製した。   Finally, the mixed liquid of the dispersion is subjected to suction filtration, and then vacuum-dried at 110 ° C. for 1 hour, whereby a composite of the negative electrode active material, the first carbon material, and the second carbon material of Example 3 (active Material-carbon material composite) was produced. The amount necessary for production of the negative electrode was produced by repeating the above steps.

(実施例4)
第1の炭素材料として、製造例1の炭素材料の代わりに製造例2の炭素材料を用いたこと以外は、実施例3と同様に製造した。
Example 4
The first carbon material was produced in the same manner as in Example 3 except that the carbon material of Production Example 2 was used instead of the carbon material of Production Example 1.

(比較例1)
製造例1の炭素材料の代わりに、アセチレンブラック(デンカ株式会社製、製品名:デンカブラック)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that acetylene black (manufactured by Denka Co., Ltd., product name: Denka Black) was used instead of the carbon material of Production Example 1.

なお、アセチレンブラックのBET比表面積は、65m/gであった。 The acetylene black had a BET specific surface area of 65 m 2 / g.

また、アセチレンブラックのBET比表面積をxとし、メチレンブルー吸着量をyとしたときの比y/xは0.12であり、D/G比は0.95であった。   Further, when the BET specific surface area of acetylene black was x and the methylene blue adsorption amount was y, the ratio y / x was 0.12, and the D / G ratio was 0.95.

(比較例2)
実施例1の活物質−炭素材料複合体を用いずに、下記手順、材料で負極を作製したこと以外は、実施例1と同様にして非水電解質二次電池を作製した。
(Comparative Example 2)
A nonaqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode was produced using the following procedure and materials without using the active material-carbon material composite of Example 1.

比較例2の負極は次の通りに作製した。最初に、上記製造例の負極活物質と、アセチレンブラックとを重量比で95:5の割合で混合した。次に、バインダー(PVdF、固形分濃度12重量%、NMP溶液)を固形分が5重量部となるように混合し、スラリーを作製した。さらに、上記スラリーをアルミニウム箔(20μm)に塗工した後に、送風オーブンにて120℃で1時間加熱して溶媒を除去した後に、120℃で12時間真空乾燥した。最後に、ロールプレス機にて、プレスし、電極密度が1.8g・cc−1の負極(片面塗工)を作製した。なお、電極密度は、単位面積当たりの電極重量及び厚みから算出した。 The negative electrode of Comparative Example 2 was produced as follows. First, the negative electrode active material of the above production example and acetylene black were mixed at a weight ratio of 95: 5. Next, a binder (PVdF, solid content concentration of 12% by weight, NMP solution) was mixed so that the solid content was 5 parts by weight to prepare a slurry. Furthermore, after the slurry was applied to an aluminum foil (20 μm), the solvent was removed by heating in a blowing oven at 120 ° C. for 1 hour, and then vacuum dried at 120 ° C. for 12 hours. Finally, it was pressed with a roll press to produce a negative electrode (single-sided coating) having an electrode density of 1.8 g · cc −1 . The electrode density was calculated from the electrode weight and thickness per unit area.

(非水電解質二次電池のレート特性評価)
レート特性の評価は、次の方法で行った。最初に、実施例1〜4及び比較例1,2の非水電解質二次電池を、25℃の恒温槽に入れ、充放電装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。次に、非水電解質二次電池を、定電流定電圧充電(電流値:15mA、充電終止電圧:2.7V、定電圧充電電圧:2.7V、定電圧充電終止条件:3時間経過、あるいは電流値1.5mA)した。さらに、充電後、1分間休止し、15mA(小電流)、あるいは150mA(大電流)で2.0Vまで放電し、各電流値での容量を算出した。最後に、大電流での放電容量を小電流での放電容量で除することによってレート特性を評価した。
(Rate characteristic evaluation of non-aqueous electrolyte secondary battery)
The rate characteristics were evaluated by the following method. First, the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were placed in a thermostatic bath at 25 ° C. and connected to a charge / discharge device (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). Next, the non-aqueous electrolyte secondary battery was charged with constant current and constant voltage (current value: 15 mA, charge end voltage: 2.7 V, constant voltage charge voltage: 2.7 V, constant voltage charge end condition: 3 hours elapsed, or Current value 1.5 mA). Further, after charging, the battery was paused for 1 minute, discharged to 2.0 V at 15 mA (small current) or 150 mA (large current), and the capacity at each current value was calculated. Finally, the rate characteristics were evaluated by dividing the discharge capacity at a large current by the discharge capacity at a small current.

(非水電解質二次電池のサイクル特性評価)
サイクル特性の評価は次の方法で行った。最初に、実施例1〜4及び比較例1,2の非水電解質二次電池を、60℃の恒温槽に入れ、充放電装置(HJ1005SD8、北斗電工社製)に接続した。次に、定電流定電圧充電(電流値:75mA、充電終止電圧:2.7V、定電圧充電電圧:2.7V、定電圧充電終止条件:3時間経過、あるいは電流値1.5mA)、75mA定電流放電(放電終止電圧:2.0V)を500回繰り返すサイクル運転を行った。最後に、1回目の放電容量を100としたときの、500回目の放電容量の割合を算出することによって放電容量の維持率(サイクル特性)とした。
(Evaluation of cycle characteristics of non-aqueous electrolyte secondary batteries)
The cycle characteristics were evaluated by the following method. First, the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 and 2 were placed in a constant temperature bath at 60 ° C. and connected to a charge / discharge device (HJ1005SD8, manufactured by Hokuto Denko). Next, constant current constant voltage charge (current value: 75 mA, charge end voltage: 2.7 V, constant voltage charge voltage: 2.7 V, constant voltage charge end condition: 3 hours elapse or current value 1.5 mA), 75 mA A cycle operation in which constant current discharge (discharge end voltage: 2.0 V) was repeated 500 times was performed. Finally, the discharge capacity retention rate (cycle characteristics) was calculated by calculating the ratio of the 500th discharge capacity when the first discharge capacity was 100.

また、ガス発生量は、サイクル運転前後の非水電解質二次電池の体積を、アルキメデス法で測定することによって算出した。アルミメデス法による非水電解質二次電池の体積測定は、次の通りにおこなった。最初に、非水電解質二次電池の大気雰囲気下での重量を電子天秤で測定した。次に、比重計(アルファミラージュ株式会社製、品番「MDS−3000」)を用いて水中での重量を測定した。さらに、大気雰囲気下での重量と水中での重量との差をとることによって浮力を算出し、この浮力を水の密度(1.0g/cm)で除することによって、非水電解質二次電池の体積を算出した。最後に、サイクル運転前後の非水電解質二次電池の体積を比較することによって、ガス発生量を算出した。 The amount of gas generated was calculated by measuring the volume of the non-aqueous electrolyte secondary battery before and after cycle operation by the Archimedes method. The volume measurement of the nonaqueous electrolyte secondary battery by the aluminum medes method was performed as follows. First, the weight of the nonaqueous electrolyte secondary battery in an air atmosphere was measured with an electronic balance. Next, the weight in water was measured using a hydrometer (manufactured by Alpha Mirage Co., Ltd., product number “MDS-3000”). Furthermore, by calculating the buoyancy by taking the difference between the weight in the air atmosphere and the weight in water, and dividing this buoyancy by the density of water (1.0 g / cm 3 ), the non-aqueous electrolyte secondary The volume of the battery was calculated. Finally, the gas generation amount was calculated by comparing the volumes of the nonaqueous electrolyte secondary batteries before and after the cycle operation.

レート特性、サイクル特性及びガス発生量の結果を表1にまとめた。なお、表1における合否の判定は以下の基準で行った。   The results of rate characteristics, cycle characteristics and gas generation amount are summarized in Table 1. In addition, the pass / fail judgment in Table 1 was performed according to the following criteria.

○…レート特性及びサイクル特性がそれぞれ80%以上、且つガス発生量が0.2mL未満
×…レート特性若しくはサイクル特性が80%未満又はガス発生量が0.2mL以上
○: Rate characteristics and cycle characteristics are each 80% or more and gas generation amount is less than 0.2 mL. × ... Rate characteristics or cycle characteristics are less than 80% or gas generation amount is 0.2 mL or more.

この結果から明らかな通り、本発明の実施例1〜4の非水電解質二次電池は、比較例1,2の非水電解質二次電池よりもレート特性、サイクル特性及びガス発生量が全て良好であることが確認できた。   As is apparent from the results, the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Examples 1 to 4 of the present invention are all better in rate characteristics, cycle characteristics and gas generation than the nonaqueous electrolyte secondary batteries of Comparative Examples 1 and 2. It was confirmed that.

Figure 2018163755
Figure 2018163755

Claims (10)

負極活物質と、炭素材料とを含み、
前記炭素材料は、グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている、第1の炭素材料を含み、
前記負極活物質におけるリチウムイオンの脱離及び挿入の平均電位が、Li/Liに対して、0.5V以上、2.0V以下である(但し、前記負極活物質がチタン酸化物の場合は、チタンとチタン以外の元素とを含むチタン含有複合酸化物である)、活物質−炭素材料複合体。
Including a negative electrode active material and a carbon material,
The carbon material includes a first carbon material having a graphite structure and partially exfoliated graphite;
The average potential of lithium ion desorption and insertion in the negative electrode active material is 0.5 V or more and 2.0 V or less with respect to Li + / Li (provided that the negative electrode active material is titanium oxide) , A titanium-containing composite oxide containing titanium and an element other than titanium), and an active material-carbon material composite.
前記第1の炭素材料が、樹脂を含む、請求項1に記載の活物質−炭素材料複合体。   The active material-carbon material composite according to claim 1, wherein the first carbon material includes a resin. 10mg/L濃度のメチレンブルーのメタノール溶液の吸光度と、該メチレンブルーのメタノール溶液に前記第1の炭素材料を投入し、遠心分離により得られた上澄み液の吸光度との差に基づき測定された前記第1の炭素材料1gあたりのメチレンブルー吸着量(μモル/g)をy、前記第1の炭素材料のBET比表面積(m/g)をxとした場合、比y/xが0.15以上である、請求項1又は2に記載の活物質−炭素材料複合体。 The first measurement was based on the difference between the absorbance of a 10 mg / L concentration methylene blue methanol solution and the absorbance of the supernatant obtained by centrifuging the first carbon material into the methylene blue methanol solution. When the amount of methylene blue adsorbed per gram of carbon material (μmol / g) is y and the BET specific surface area (m 2 / g) of the first carbon material is x, the ratio y / x is 0.15 or more. The active material-carbon material composite according to claim 1 or 2. 前記第1の炭素材料のラマンスペクトルにおけるDバンドと、Gバンドとのピーク強度比をD/G比としたとき、前記D/G比が、0.05以上、0.8以下の範囲内にある、請求項1〜3のいずれか1項に記載の活物質−炭素材料複合体。   When the peak intensity ratio between the D band and the G band in the Raman spectrum of the first carbon material is defined as a D / G ratio, the D / G ratio is within a range of 0.05 or more and 0.8 or less. The active material-carbon material composite according to any one of claims 1 to 3. 前記負極活物質100重量部に対して、前記炭素材料を0.2重量部以上、10.0重量部以下の割合で含有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の活物質−炭素材料複合体。   The active material according to any one of claims 1 to 4, comprising the carbon material in a proportion of 0.2 parts by weight or more and 10.0 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode active material. Carbon material composite. 前記負極活物質が、チタン含有複合酸化物である、請求項1〜5のいずれか1項に記載の活物質−炭素材料複合体。   The active material-carbon material composite according to any one of claims 1 to 5, wherein the negative electrode active material is a titanium-containing composite oxide. 前記炭素材料が、前記第1の炭素材料とは異なる第2の炭素材料をさらに含み、
前記第1の炭素材料の重量をAとし、前記第2の炭素材料の重量をBとしたとき、0.01≦A/B≦100である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の活物質−炭素材料複合体。
The carbon material further includes a second carbon material different from the first carbon material;
The weight of the first carbon material is A, and the weight of the second carbon material is B, 0.01 ≦ A / B ≦ 100. Active material-carbon material composite.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の活物質−炭素材料複合体を含む、非水電解質二次電池用負極。   The negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries containing the active material-carbon material composite of any one of Claims 1-7. 請求項8に記載の非水電解質二次電池用負極を備える、非水電解質二次電池。   A nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery according to claim 8. 負極活物質との複合体に用いられ、前記負極活物質におけるリチウムイオンの脱離及び挿入の平均電位が、Li/Liに対して、0.5V以上、2.0V以下である、炭素材料であって、
グラファイト構造を有し、部分的にグラファイトが剥離されている(但し、前記負極活物質がチタン酸化物の場合は、チタンとチタン以外の元素とを含むチタン含有複合酸化物である)、炭素材料。
A carbon material used in a composite with a negative electrode active material, wherein the average potential of desorption and insertion of lithium ions in the negative electrode active material is 0.5 V or more and 2.0 V or less with respect to Li + / Li Because
Carbon material having a graphite structure and partially exfoliated (however, when the negative electrode active material is titanium oxide, it is a titanium-containing composite oxide containing titanium and an element other than titanium). .
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