JP2018166100A - Manufacturing method of negative electrode active material for lithium ion secondary battery - Google Patents

Manufacturing method of negative electrode active material for lithium ion secondary battery Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method of a negative electrode active material that can adequately exhibit superior rate characteristics in a lithium ion secondary battery.SOLUTION: A manufacturing method of a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery in which many sodium titanate lithium compound oxide nanoparticles represented by a specific formula are arranged at a surface of a carbon tubular body having an average outer diameter being less than or equal to 50 nm comprises the steps of: (I) obtaining slurry (X) by dispersing cellulose nanofibers having an average fiber diameter being less than or equal to 50 nm into a solvent; (II) subjecting the slurry (X) and slurry (Y) prepared from a titanium compound to hydrothermal reaction to obtain a titanium oxide nanoparticle assembly (Z); and (III) burning after mixing a lithium compound and a sodium compound, or a lithium compound, sodium compound and a metal (M) compound with the obtained titanium oxide nanoparticle assembly (Z).SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery.

近年における電子機器の小型化や軽量化に伴い、高いエネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池は、極めて有用な材料として益々注目を浴びている。さらにリチウムイオン二次電池の超薄型化や超軽量化を実現するため、外装材としてその多くがアルミラミネートフィルムを採用してはいるものの、充放電によって電極の体積の膨張及び収縮が繰り返されるにつれ、電池の縒れや電極間距離の拡大が生じて電池抵抗が増大しやすくなるため、電池特性の低下を招く結果に至ってしまう。   In recent years, with the reduction in size and weight of electronic devices, lithium ion secondary batteries having high energy density have attracted more and more attention as extremely useful materials. Furthermore, in order to realize ultra-thin and ultra-lightweight lithium-ion secondary batteries, many of them employ aluminum laminate films as exterior materials, but the electrode volume is repeatedly expanded and contracted by charging and discharging. As a result, the battery is bent and the distance between the electrodes is increased, and the battery resistance is likely to increase. This leads to a decrease in battery characteristics.

こうしたなか、Li2Na2Ti614等の空間群Fmmmに属する結晶構造を有するチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物は、充放電に伴う体積変化がほとんどなく、その結果電極の体積変化が極めて小さい点で、有用性の高い負極材料として期待される。例えば特許文献1では、チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物相(Li(2+y)NaTi614)と酸化チタン相(TiO2)との混相であるリチウムイオン二次電池用負極活物質が開示されており、上記のような問題に対応するための試みがなされている。 Under these circumstances, the lithium lithium titanate composite oxide having a crystal structure belonging to the space group Fmmm such as Li 2 Na 2 Ti 6 O 14 has almost no volume change due to charge / discharge, and as a result, the volume change of the electrode is extremely small. In this respect, it is expected as a highly useful negative electrode material. For example, Patent Document 1 discloses a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery, which is a mixed phase of a sodium lithium titanate composite oxide phase (Li (2 + y) NaTi 6 O 14 ) and a titanium oxide phase (TiO 2 ). Attempts have been made to address the above problems.

ところで、一般にリチウムイオン二次電池を使用した場合、電解液/負極活物質界面において、負極活物質表面と電解液(LiPF6)の電気化学反応により、SEI(固体電解質相)と称されるリチウム、酸素、フッ素、又はリンを主成分とする被膜が形成される。こうしたSEIの存在により、電解液の分解が抑制されてリチウムイオンの挿入や脱離が円滑化され得るものの、SEIの厚みが増すにつれて負極活物質表面における抵抗が増大し、リチウムイオンの拡散が阻害されてしまうおそれもある。なかでもチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物は、その表面においてSEIが成長しやすいため、充放電を繰り返すにつれて導電パスが劣化し、それに伴ってサイクル特性が低下してしまう傾向にあることから、これを改善すべく種々の開発もなされている。 By the way, in general, when a lithium ion secondary battery is used, lithium called SEI (solid electrolyte phase) is formed by an electrochemical reaction between the surface of the negative electrode active material and the electrolytic solution (LiPF 6 ) at the electrolyte / negative electrode active material interface. A film mainly composed of oxygen, fluorine, or phosphorus is formed. Although the presence of such SEI can suppress the decomposition of the electrolyte and facilitate the insertion and removal of lithium ions, the resistance on the surface of the negative electrode active material increases as the thickness of the SEI increases, and the diffusion of lithium ions is inhibited. There is also a risk of being done. In particular, the lithium sodium titanate composite oxide is prone to SEI growth on its surface, and therefore the conductive path tends to deteriorate with repeated charge and discharge, and the cycle characteristics tend to decrease accordingly. Various developments have also been made for improvement.

例えば、特許文献2には、チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物粒子の表面の少なくとも一部をスクロース等由来の炭素又はチタン酸リチウムで被覆する方法が開示されており、また非特許文献1には、チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物の表面を銅/炭素複合相で被覆する方法が開示されており、いずれもサイクル特性の改善を試みている。   For example, Patent Document 2 discloses a method of coating at least a part of the surface of sodium lithium titanate composite oxide particles with carbon derived from sucrose or the like or lithium titanate, and Non-Patent Document 1 discloses A method for coating the surface of a lithium sodium titanate composite oxide with a copper / carbon composite phase is disclosed, and all attempts to improve cycle characteristics.

特開2016−171011号公報JP, 2006-171011, A 特開2016−171071号公報JP, 2006-171071, A

Journal of Power Sources 2591、2014年、p.177−182Journal of Power Sources 2591, 2014, p. 177-182

しかしながら、上記特許文献1に記載されるような、固相法による合成工程と粉砕工程とを組合せた製造方法では、結晶性が高い状態のままチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物の微細化を充分に図るのが困難であり、また上記特許文献2又は非特許文献1に記載の方法であっても、微細化が不充分なチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物を用いている上、かかるチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物への充分な導電パスの付与を考慮する上では、未だ不十分な検討に留まる。このように、いずれの文献に記載の技術においても、リチウムイオン二次電池において、導電パスを高めることを加味しつつ優れたレート特性を確保するには、さらなる改善を要する状況である。   However, the manufacturing method that combines the synthesis step by the solid phase method and the pulverization step as described in Patent Document 1 described above sufficiently reduces the size of the sodium lithium titanate composite oxide while maintaining high crystallinity. In addition to the use of a sodium lithium titanate composite oxide that is insufficiently miniaturized even in the method described in Patent Document 2 or Non-Patent Document 1, the sodium lithium titanate is difficult to achieve. In consideration of providing a sufficient conductive path to the composite oxide, the investigation is still insufficient. As described above, in any of the techniques described in any of the documents, in order to secure excellent rate characteristics while taking into account the enhancement of the conductive path in the lithium ion secondary battery, further improvement is required.

したがって、本発明の課題は、リチウムイオン二次電池において優れたレート特性を充分に発現し得る負極材料を得るべく、チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物を用いたリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery using a lithium sodium titanate composite oxide in order to obtain a negative electrode material that can sufficiently exhibit excellent rate characteristics in a lithium ion secondary battery. It is to provide a manufacturing method.

そこで本発明者らは、種々検討したところ、特定のセルロースナノファイバーを用いつつ、水熱反応により酸化チタンのナノ粒子集合体を得る製造方法により、炭素管状体の表面にチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物粒子ナノ粒子が多数配置してなる特異な形状を呈する負極活物質を得ることができ、これを負極材料として用いることによって、高いレート特性を発現するリチウムイオン二次電池が実現できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   Therefore, the present inventors have made various studies, and by using a production method for obtaining a nanoparticle aggregate of titanium oxide by a hydrothermal reaction while using specific cellulose nanofibers, the surface of the carbon tubular body is combined with sodium lithium titanate composite oxidation. A negative electrode active material having a unique shape formed by arranging a large number of particle nanoparticles can be obtained, and by using this as a negative electrode material, it has been found that a lithium ion secondary battery exhibiting high rate characteristics can be realized, The present invention has been completed.

すなわち、本発明は、平均外径が50nm以下の炭素管状体の表面に、下記式(1):
LiaNabcTide ・・・(1)
(式(1)中、MはK、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Sc、Si、P、S、Fe、Mn、Co、Ni、Zn、V、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Pb、Ga、Ge、Bi、Ta、Sn、Eu、La、Ce、Nd、W、Ru又はGdから選ばれる1種又は2種以上を示し、a、b、c、d及びeは、0<a≦4、0<b≦4、0≦c≦6、0<d≦6、13≦e≦15、a+b+c×(Mの価数)+4d=2eを満たす数を示す。)
で表されるチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子が多数配置してなるリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法であって、次の工程(I)〜(III):
(I)平均繊維径が50nm以下のセルロースナノファイバーを溶媒に分散させて、スラリー(X)を得る工程、
(II)得られたスラリー(X)及びチタン化合物から調製したスラリー(Y)を水熱反応に付して、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)を得る工程、
(III)得られた酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)に、リチウム化合物及びナトリウム化合物、或いはリチウム化合物、ナトリウム化合物及び金属(M)化合物を混合した後、焼成する工程
を備えるリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法を提供するものである。
That is, the present invention provides the following formula (1) on the surface of a carbon tubular body having an average outer diameter of 50 nm or less:
Li a Na b M c Ti d O e (1)
(In the formula (1), M is K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Sc, Si, P, S, Fe, Mn, Co, Ni, Zn, V, Cu, Y, Zr, Nb. , Mo, Pb, Ga, Ge, Bi, Ta, Sn, Eu, La, Ce, Nd, W, Ru, or Gd represents one or more, a, b, c, d, and e are 0 <a ≦ 4, 0 <b ≦ 4, 0 ≦ c ≦ 6, 0 <d ≦ 6, 13 ≦ e ≦ 15, and a number satisfying a + b + c × (valence of M) + 4d = 2e)
A method for producing a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery comprising a large number of sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles represented by the following steps (I) to (III):
(I) A step of obtaining slurry (X) by dispersing cellulose nanofibers having an average fiber diameter of 50 nm or less in a solvent,
(II) subjecting the obtained slurry (X) and the slurry (Y) prepared from the titanium compound to a hydrothermal reaction to obtain a nanoparticle aggregate (Z) of titanium oxide,
(III) Lithium ion secondary comprising a step of mixing the obtained titanium oxide nanoparticle aggregate (Z) with a lithium compound and a sodium compound, or a lithium compound, a sodium compound and a metal (M) compound, followed by firing. The manufacturing method of the negative electrode active material for batteries is provided.

本発明の製造方法によれば、特定のセルロースナノファイバーを用いつつ、さらに水熱反応を介して得られた酸化チタンのナノ粒子集合体をも用いることにより、炭素の管状体表面にチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物のナノ粒子を多数配置させて、特異な形状を付与することができ、これをリチウムイオン二次電池用負極活物質として用いることによって、導電パスを有効に高めつつ優れたレート特性を有するリチウムイオン二次電池を実現することができる。   According to the production method of the present invention, while using specific cellulose nanofibers and also using a titanium oxide nanoparticle aggregate obtained through a hydrothermal reaction, sodium titanate is formed on the surface of a carbon tubular body. A large number of lithium composite oxide nanoparticles can be arranged to give a unique shape, and by using this as a negative electrode active material for lithium ion secondary batteries, it has excellent rate characteristics while effectively increasing the conductive path A lithium ion secondary battery having the above can be realized.

実施例1で得られたリチウムイオン二次電池用負極活物質を示すSEM像である。2 is a SEM image showing a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery obtained in Example 1. FIG. 比較例1で得られたリチウムイオン二次電池用負極活物質を示すSEM像である。2 is a SEM image showing a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery obtained in Comparative Example 1.

以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の製造方法は、平均外径が50nm以下の炭素管状体の表面に、下記式(1):
LiaNabcTide ・・・(1)
(式(1)中、MはK、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Sc、Si、P、S、Fe、Mn、Co、Ni、Zn、V、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Pb、Ga、Ge、Bi、Ta、Sn、Eu、La、Ce、Nd、W、Ru又はGdから選ばれる1種又は2種以上を示し、a、b、c、d及びeは、0<a≦4、0<b≦4、0≦c≦6、0<d≦6、13≦e≦15、a+b+c×(Mの価数)+4d=2eを満たす数を示す。)
で表されるチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子が多数配置してなるリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法であって、次の工程(I)〜(III):
(I)平均繊維径が50nm以下のセルロースナノファイバーを溶媒に分散させて、スラリー(X)を得る工程、
(II)得られたスラリー(X)及びチタン化合物から調製したスラリー(Y)を水熱反応に付して、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)を得る工程、
(III)得られた酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)に、リチウム化合物及びナトリウム化合物、或いはリチウム化合物、ナトリウム化合物及び金属(M)化合物を混合した後、焼成する工程
を備える。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
In the production method of the present invention, on the surface of a carbon tubular body having an average outer diameter of 50 nm or less, the following formula (1):
Li a Na b M c Ti d O e (1)
(In the formula (1), M is K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Sc, Si, P, S, Fe, Mn, Co, Ni, Zn, V, Cu, Y, Zr, Nb. , Mo, Pb, Ga, Ge, Bi, Ta, Sn, Eu, La, Ce, Nd, W, Ru, or Gd represents one or more, a, b, c, d, and e are 0 <a ≦ 4, 0 <b ≦ 4, 0 ≦ c ≦ 6, 0 <d ≦ 6, 13 ≦ e ≦ 15, and a number satisfying a + b + c × (valence of M) + 4d = 2e)
A method for producing a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery comprising a large number of sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles represented by the following steps (I) to (III):
(I) A step of obtaining slurry (X) by dispersing cellulose nanofibers having an average fiber diameter of 50 nm or less in a solvent,
(II) subjecting the obtained slurry (X) and the slurry (Y) prepared from the titanium compound to a hydrothermal reaction to obtain a nanoparticle aggregate (Z) of titanium oxide,
(III) The obtained titanium oxide nanoparticle aggregate (Z) is mixed with a lithium compound and a sodium compound, or a lithium compound, a sodium compound and a metal (M) compound, and then fired.

本発明の製造方法は、平均外径が50nm以下の炭素管状体の表面に、下記式(1):
LiaNabcTide ・・・(1)
(式(1)中、MはK、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Sc、Si、P、S、Fe、Mn、Co、Ni、Zn、V、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Pb、Ga、Ge、Bi、Ta、Sn、Eu、La、Ce、Nd、W、Ru又はGdから選ばれる1種又は2種以上を示し、a、b、c、d及びeは、0<a≦4、0<b≦4、0≦c≦6、0<d≦6、13≦e≦15、a+b+c×(Mの価数)+4d=2eを満たす数を示す。)
で表されるチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子が多数配置してなるリチウムイオン二次電池用負極活物質を得るための製造方法である。
In the production method of the present invention, on the surface of a carbon tubular body having an average outer diameter of 50 nm or less, the following formula (1):
Li a Na b M c Ti d O e (1)
(In the formula (1), M is K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Sc, Si, P, S, Fe, Mn, Co, Ni, Zn, V, Cu, Y, Zr, Nb. , Mo, Pb, Ga, Ge, Bi, Ta, Sn, Eu, La, Ce, Nd, W, Ru, or Gd represents one or more, a, b, c, d, and e are 0 <a ≦ 4, 0 <b ≦ 4, 0 ≦ c ≦ 6, 0 <d ≦ 6, 13 ≦ e ≦ 15, and a number satisfying a + b + c × (valence of M) + 4d = 2e)
This is a production method for obtaining a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery in which a large number of sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles represented by the formula:

平均外径が50nm以下の炭素管状体(A)(以下、「C−CNF(A)」とも称する。)は、平均繊維径が50nm以下のセルロースナノファイバー(以下、「CNF」とも称する。)由来の炭素により構成されてなる、管状を呈する構造体である。本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質(以下、「活物質ナノアレイ」とも称する。)は、CNF由来の炭素により構成されてなる炭素管状体(A)の表面に、多数のチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)が配置してなる構造を有し、すなわち炭素管状体(A)が軸となりつつ、これを取り巻くように多数のチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)が連続して配置してなる構造を有し、外観的には、多数のチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)が直線的に連続して配置してなる、串団子様又はトウモロコシ様の形状を呈している。   The carbon tubular body (A) having an average outer diameter of 50 nm or less (hereinafter also referred to as “C-CNF (A)”) has a cellulose nanofiber having an average fiber diameter of 50 nm or less (hereinafter also referred to as “CNF”). It is a structure that has a tubular shape and is made of derived carbon. The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention (hereinafter also referred to as “active material nanoarray”) has a large number of sodium titanates on the surface of a carbon tubular body (A) composed of carbon derived from CNF. The lithium composite oxide nanoparticles (B) have a structure in which they are arranged, that is, a large number of lithium sodium titanate composite oxide nanoparticles (B) so as to surround the carbon tubular body (A). Has a structure that is continuously arranged, and externally, a large number of sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles (B) are linearly continuously arranged, skewer-like or corn-like It has the shape of

ここで、一般にナノアレイとは、一方のナノスケールの構造体に、他方のナノスケールの構造体が配列化されてなる形状を意味するものであり、本発明により得られる活物質ナノアレイは、直径が50nm以下のC−CNF(A)、すなわち一方のナノスケールの構造体に、チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)、すなわち他方のナノスケールの構造体が配列化されてなる形状を呈している。   Here, in general, the nanoarray means a shape in which one nanoscale structure is arranged on the other nanoscale structure, and the active material nanoarray obtained by the present invention has a diameter. C-CNF (A) of 50 nm or less, that is, a shape in which one nanoscale structure is arrayed with sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles (B), that is, the other nanoscale structure is arranged. ing.

平均外径が50nm以下の炭素管状体であるC−CNF(A)は、本発明の製造方法によって、平均繊維径が50nm以下のCNFが炭化されることにより形成される構造体である。CNFは、全ての植物細胞壁の約5割を占める骨格成分であって、かかる細胞壁を構成する植物繊維をナノサイズまで解繊等することにより得ることができる軽量高強度繊維であることから、かかるCNF由来の炭素により形成されてなるC−CNF(A)は、CNFを構成していたセルロース分子鎖の周期的構造を保持した炭素管状体を呈する。そのため、C−CNF(A)の平均外径は、CNFの平均繊維径と一致することとなる。   C-CNF (A), which is a carbon tubular body having an average outer diameter of 50 nm or less, is a structure formed by carbonizing CNF having an average fiber diameter of 50 nm or less by the production method of the present invention. CNF is a skeletal component that occupies about 50% of all plant cell walls, and is a lightweight high-strength fiber that can be obtained by defibration of plant fibers constituting such cell walls to nano size. C-CNF (A) formed from carbon derived from CNF exhibits a carbon tubular body that retains the periodic structure of the cellulose molecular chain that constitutes CNF. Therefore, the average outer diameter of C-CNF (A) coincides with the average fiber diameter of CNF.

C−CNF(A)の平均外径は、50nm以下であって、好ましくは1nm〜50nmであり、より好ましくは1nm〜20nmであり、さらに好ましくは1nm〜10nmである。また、C−CNF(A)の平均長さもCNFの平均長さと一致することとなり、かかるC−CNF(A)の平均長さは、好ましくは100nm〜100μmであり、より好ましくは1μm〜100μmであり、さらに好ましくは5μm〜100μmである。   The average outer diameter of C-CNF (A) is 50 nm or less, preferably 1 nm to 50 nm, more preferably 1 nm to 20 nm, and still more preferably 1 nm to 10 nm. Moreover, the average length of C-CNF (A) will also correspond with the average length of CNF, and the average length of this C-CNF (A) is preferably 100 nm to 100 μm, more preferably 1 μm to 100 μm. And more preferably 5 μm to 100 μm.

C−CNF(A)の表面に多数配置してなるチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)は、上記式(1)で表される粒子であって、空間群Fmmmに属する結晶構造を有する斜方晶の酸化物であり、具体的な組成としては、例えば、Li2Na2Ti614、Li1.94Na2Al0.02Ti614、Li1.94Na2Mg0.03Ti614が挙げられる。 A large number of sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles (B) arranged on the surface of C-CNF (A) are particles represented by the above formula (1), and have a crystal structure belonging to the space group Fmmm. For example, Li 2 Na 2 Ti 6 O 14 , Li 1.94 Na 2 Al 0.02 Ti 6 O 14 , and Li 1.94 Na 2 Mg 0.03 Ti 6 O 14 are included in the orthorhombic oxide. Can be mentioned.

チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)もC−CNF(A)と同様、ナノスケールの構造体であり、具体的には、その平均粒径は、レート特性に優れたリチウムイオン二次電池を得る観点から、好ましくは5nm〜450nmであり、より好ましくは5nm〜250nmであり、さらに好ましくは5nm〜200nmである。
なお、チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)の平均粒径とは、SEM又はTEMの電子顕微鏡による観察において測定された、数十個のチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)の粒子径(長軸の長さ)の値の平均値を意味する。
Similarly to C-CNF (A), the sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles (B) are nanoscale structures, and specifically, the average particle size is a lithium ion secondary having excellent rate characteristics. From the viewpoint of obtaining a battery, the thickness is preferably 5 nm to 450 nm, more preferably 5 nm to 250 nm, and still more preferably 5 nm to 200 nm.
In addition, the average particle diameter of lithium sodium titanate composite oxide nanoparticles (B) refers to several tens of sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles (B) measured by observation with an SEM or TEM electron microscope. Mean value of particle diameter (length of major axis).

さらに、チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)に含まれるチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物相の結晶子径は、レート特性に優れたリチウムイオン二次電池を得る観点から、好ましくは5nm〜300nmであり、より好ましくは5nm〜250nmであり、さらに好ましくは5nm〜200nmであって、その結晶性も高いものである。ここで、チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物相の結晶子径は、Cu−kα線による回折角2θの範囲が10°〜80°のX線回折プロファイルについて、シェラーの式を適用して求めた値を意味する。   Furthermore, the crystallite size of the sodium lithium titanate composite oxide phase contained in the sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles (B) is preferably 5 nm to 5% from the viewpoint of obtaining a lithium ion secondary battery excellent in rate characteristics. It is 300 nm, more preferably 5 nm to 250 nm, still more preferably 5 nm to 200 nm, and its crystallinity is also high. Here, the crystallite diameter of the lithium sodium titanate composite oxide phase is a value obtained by applying Scherrer's formula for an X-ray diffraction profile having a diffraction angle 2θ range of 10 ° to 80 ° by Cu-kα rays. Means.

また、チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)のBET比表面積は、レート特性に優れたリチウムイオン二次電池を得る観点から、好ましくは3m2/g〜40m2/gであり、より好ましくは5m2/g〜35m2/gであり、さらに好ましくは7m2/g〜30m2/gである。BET比表面積が40m2/gよりも大きくなると、負極の体積エネルギー密度が低下するおそれがある。 Further, BET specific surface area of titanium sodium lithium composite oxide nanoparticles (B), from the viewpoint of obtaining a lithium ion secondary battery having excellent rate characteristics, preferably 3m 2 / g~40m 2 / g, more preferably 5m 2 / g~35m 2 / g, more preferably from 7m 2 / g~30m 2 / g. When the BET specific surface area is larger than 40 m 2 / g, the volume energy density of the negative electrode may be lowered.

本発明の製造方法により得られるリチウムイオン二次電池用負極活物質において、C−CNF(A)の含有量は、リチウムイオン二次電池用負極活物質全量100質量%中に、好ましくは0.5質量%〜10質量%であり、より好ましくは1質量%〜7質量%である。   In the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery obtained by the production method of the present invention, the content of C-CNF (A) is preferably 0.1% in a total amount of 100% by mass of the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery. It is 5-10 mass%, More preferably, it is 1-7 mass%.

本発明の製造方法は、上記リチウムイオン二次電池用負極活物質を得るための製造方法であり、かかる本発明の製造方法が備える工程(I)は、平均繊維径が50nm以下のセルロースナノファイバー(CNF)を溶媒に分散させて、スラリー(X)を得る工程である。   The manufacturing method of this invention is a manufacturing method for obtaining the said negative electrode active material for lithium ion secondary batteries, and the process (I) with which the manufacturing method of this invention is equipped with the cellulose nanofiber whose average fiber diameter is 50 nm or less In this step, slurry (X) is obtained by dispersing (CNF) in a solvent.

工程(I)で用いるCNFの平均繊維径は、50nm以下であって、好ましくは20nm以下であり、より好ましくは10nm以下である。下限値については特に制限はないが、通常1nm以上である。また、CNFの平均長さは、活物質ナノアレイを使用した電極の加工を効率的に行う観点から、好ましくは100nm〜100μmであり、より好ましくは1μm〜100μmであり、さらに好ましくは5μm〜100μmである。   The average fiber diameter of CNF used in step (I) is 50 nm or less, preferably 20 nm or less, more preferably 10 nm or less. Although there is no restriction | limiting in particular about a lower limit, Usually, it is 1 nm or more. Moreover, the average length of CNF is preferably 100 nm to 100 μm, more preferably 1 μm to 100 μm, and further preferably 5 μm to 100 μm, from the viewpoint of efficiently processing an electrode using an active material nanoarray. is there.

工程(I)で用いる溶媒としては、CNFが良好な分散性を示す観点、及び取扱い性の観点から、水であるのが好ましい。また溶媒として水を用いることにより、例えば、後述する工程(II)における水熱反応を経る際にも、化学修飾や分散剤の添加を要することなく、得られたスラリー(X)をそのまま利用して、工程(II)を経ることができる。   The solvent used in the step (I) is preferably water from the viewpoint of CNF exhibiting good dispersibility and handling. Further, by using water as a solvent, for example, when the hydrothermal reaction in the step (II) described later is performed, the obtained slurry (X) is used as it is without requiring chemical modification or addition of a dispersant. Step (II) can be passed through.

スラリー(X)中におけるCNFの含有量は、スラリー(X)中の溶媒100質量部に対し、炭素原子換算量で、好ましくは0.01質量部〜50質量部であり、より好ましくは0.05質量部〜40質量部である。
得られるスラリー(X)は、良好な分散状態を数日間保持するので、スラリー(X)を作り置きすることができる。適宜作り置きしたスラリー(X)を後述する工程(II)において用いる場合、CNFの含有量を高めた高濃度スラリー(X)(マスターバッチ)とするのがよく、かかる高濃度スラリー(X)中におけるセルロースナノファイバーの含有量は、スラリー(X)中の溶媒100質量部に対し、炭素原子換算量で、好ましくは5質量部〜50質量部であり、より好ましくは8質量部〜40質量部である。
なお、高濃度スラリー(X)を水で希釈してスラリー(X)とする場合、スラリー(X)を分散機(ホモジナイザー)で充分に撹拌してから用いればよい。かかる分散機としては、前記の離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等が有効に使用できる。
The content of CNF in the slurry (X) is preferably 0.01 to 50 parts by mass, more preferably 0. 0 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solvent in the slurry (X). 05 parts by mass to 40 parts by mass.
Since the obtained slurry (X) maintains a good dispersion state for several days, the slurry (X) can be prepared. When the slurry (X) prepared as appropriate is used in the step (II) to be described later, it is preferable to use a high-concentration slurry (X) (master batch) with an increased CNF content. The content of the cellulose nanofiber in is in terms of carbon atoms, preferably 5 to 50 parts by mass, more preferably 8 to 40 parts by mass, with respect to 100 parts by mass of the solvent in the slurry (X). It is.
In addition, when diluting the high concentration slurry (X) with water to form the slurry (X), the slurry (X) may be used after sufficiently stirring with a disperser (homogenizer). Examples of such a disperser include the above-described disaggregator, beater, low-pressure homogenizer, high-pressure homogenizer, grinder, cutter mill, ball mill, jet mill, short-axis extruder, twin-screw extruder, ultrasonic stirrer, household juicer mixer, and the like. Can be used effectively.

また、得られたスラリー(X)を、そのまま工程(II)において用いる場合、セルロースナノファイバーの含有量は、スラリー(X)中の溶媒100質量部に対し、炭素原子換算量で、好ましくは0.01質量部〜10質量部であり、より好ましくは0.05質量部〜8質量部である。   Moreover, when using the obtained slurry (X) as it is in process (II), content of a cellulose nanofiber is a carbon atom conversion amount with respect to 100 mass parts of solvent in slurry (X), Preferably it is 0. 0.01 parts by mass to 10 parts by mass, and more preferably 0.05 parts by mass to 8 parts by mass.

スラリー(X)は、工程(II)に移行する前に、予め水熱反応に付すのがよい。この際、水熱反応に付す前にスラリー(X)を撹拌するのが好ましく、かかる攪拌には分散機(ホモジナイザー)を用いることが好ましい。かかる分散機としては、例えば、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等が挙げられる。なかでも、CNFの分散効率の観点から、超音波攪拌機が好ましい。   The slurry (X) is preferably subjected to a hydrothermal reaction in advance before transferring to the step (II). At this time, it is preferable to stir the slurry (X) before subjecting to a hydrothermal reaction, and it is preferable to use a disperser (homogenizer) for the stirring. Examples of such a disperser include a disaggregator, a beater, a low-pressure homogenizer, a high-pressure homogenizer, a grinder, a cutter mill, a ball mill, a jet mill, a short-axis extruder, a twin-screw extruder, an ultrasonic stirrer, and a home juicer mixer. Can be mentioned. Among these, an ultrasonic stirrer is preferable from the viewpoint of CNF dispersion efficiency.

工程(I)においてスラリー(X)を水熱反応に付す場合、かかる水熱反応中の温度は、100℃以上であればよく、100℃〜160℃が好ましい。水熱反応は耐圧容器中で行うのが好ましく、100℃〜160℃で反応を行う場合、この時の圧力は0.1MPa〜0.7MPaであるのが好ましく、120〜160℃で反応を行う場合の圧力は0.2MPa〜0.6MPaであるのが好ましい。水熱反応時間は、0.1時間〜12時間が好ましく、さらに0.2時間〜6時間が好ましい。   When subjecting the slurry (X) to a hydrothermal reaction in the step (I), the temperature during the hydrothermal reaction may be 100 ° C. or higher, and preferably 100 ° C. to 160 ° C. The hydrothermal reaction is preferably performed in a pressure vessel. When the reaction is performed at 100 to 160 ° C, the pressure at this time is preferably 0.1 to 0.7 MPa, and the reaction is performed at 120 to 160 ° C. The pressure in this case is preferably 0.2 MPa to 0.6 MPa. The hydrothermal reaction time is preferably 0.1 hour to 12 hours, more preferably 0.2 hour to 6 hours.

得られたスラリー(X)は、単体のCNF(シングルセルロースナノファイバー)が良好に分散している。スラリー中におけるCNFの分散の程度は、例えば、UV・可視光分光装置を使用した光線透過率や、E型粘度計を使用した粘度で定量的に評価することができる。具体的には、例えば、CNFを溶媒に分散させて得られるスラリー(X)は、溶媒100質量部に対し、炭素原子換算量で2質量部のCNFを分散させた場合に、E型粘度計により測定した25℃における粘度が500mPa・s以上となる分散状態を保持している。   In the obtained slurry (X), single CNF (single cellulose nanofiber) is well dispersed. The degree of dispersion of CNF in the slurry can be quantitatively evaluated by, for example, light transmittance using a UV / visible light spectroscope or viscosity using an E-type viscometer. Specifically, for example, the slurry (X) obtained by dispersing CNF in a solvent has an E-type viscometer when 2 parts by mass of CNF is dispersed in terms of carbon atoms with respect to 100 parts by mass of the solvent. The dispersion state in which the viscosity at 25 ° C. measured by the above is 500 mPa · s or more is maintained.

本発明の製造方法が備える工程(II)は、工程(I)で得られたスラリー(X)及びチタン化合物から調製したスラリー(Y)を水熱反応に付して、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)を得る工程である。
工程(II)で得られる酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)は、平均繊維径が50nm以下のCNFに、酸化チタンのナノ粒子が直線的に連続して担持してなるナノ粒子集合体であって、本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質の前駆体として、次工程(III)でリチウム化合物及びナトリウム化合物と焼成されてリチウムイオン二次電池用負極活物質となる。
In the step (II) of the production method of the present invention, the slurry (X) obtained in the step (I) and the slurry (Y) prepared from the titanium compound are subjected to a hydrothermal reaction to collect nanoparticles of titanium oxide. This is a step of obtaining a body (Z).
The titanium oxide nanoparticle aggregate (Z) obtained in the step (II) is a nanoparticle aggregate in which titanium oxide nanoparticles are supported linearly and continuously on CNF having an average fiber diameter of 50 nm or less. Then, as a precursor of the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention, it is fired with a lithium compound and a sodium compound in the next step (III) to become a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery.

工程(II)で用いるチタン化合物としては、酸化チタン(アナターゼ型、ルチル型、ブルッカイト型)、チタン錯体(グリコール酸チタン錯体、クエン酸チタン錯体等)、チタンアルコキシド(チタンイソプロポキシド等)、チタン塩(酢酸チタン、硫酸チタン、硝酸チタン、硫酸チタニル等)、及びチタン塩化物(四塩化チタン等)等から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。なかでも、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)を得るための水熱反応を効率的に進行させる観点から、チタンアルコキシド、塩化チタン、酢酸チタン、硫酸チタン及び硫酸チタニルから選ばれる1種又は2種以上が好ましい。   The titanium compound used in the step (II) includes titanium oxide (anatase type, rutile type, brookite type), titanium complex (titanium glycolate complex, titanium citrate complex, etc.), titanium alkoxide (titanium isopropoxide, etc.), titanium One type or two or more types selected from salts (titanium acetate, titanium sulfate, titanium nitrate, titanyl sulfate, etc.), titanium chloride (titanium tetrachloride, etc.) and the like can be mentioned. Among them, from the viewpoint of efficiently proceeding a hydrothermal reaction for obtaining a nanoparticle aggregate (Z) of titanium oxide, one or two selected from titanium alkoxide, titanium chloride, titanium acetate, titanium sulfate, and titanyl sulfate. More than species are preferred.

スラリー(Y)は、スラリー(X)及びチタン化合物から調製したスラリーであり、スラリー(X)及びチタン化合物、或いはスラリー(X)、チタン化合物及び溶媒を混合して撹拌することにより、調製すればよい。用いる溶媒としては、工程(I)で用いる溶媒と同様、水が好ましい。得られるスラリー(Y)におけるチタン化合物の含有量は、スラリー(Y)中の溶媒100質量部に対し、好ましくは10質量部〜50質量部であり、より好ましくは15質量部〜30質量部であり、さらに好ましくは20質量部〜30質量部である。   The slurry (Y) is a slurry prepared from the slurry (X) and the titanium compound. If the slurry (X) and the titanium compound, or the slurry (X), the titanium compound and the solvent are mixed and stirred, the slurry (Y) is prepared. Good. As a solvent to be used, water is preferable like the solvent used in the step (I). The content of the titanium compound in the obtained slurry (Y) is preferably 10 to 50 parts by mass, more preferably 15 to 30 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solvent in the slurry (Y). Yes, and more preferably 20 to 30 parts by mass.

また、スラリー(Y)におけるCNFの含有量は、スラリー(Y)中の溶媒100質量部に対し、炭素原子換算量で、好ましくは0.01質量部〜10質量部であり、より好ましくは0.05質量部〜8質量部である。
スラリー(Y)中のチタン化合物及びCNFの含有量が、上記のような含有量となるように、スラリー(X)、チタン化合物及び溶媒の混合割合を適宜調整すればよい。
Moreover, content of CNF in slurry (Y) is a carbon atom conversion amount with respect to 100 mass parts of solvent in slurry (Y), Preferably it is 0.01 mass part-10 mass parts, More preferably, it is 0. 0.05 parts by mass to 8 parts by mass.
What is necessary is just to adjust suitably the mixing ratio of slurry (X), a titanium compound, and a solvent so that content of the titanium compound and CNF in slurry (Y) may become the above content.

上記スラリー(Y)は、水熱反応に付す前に、予め撹拌するのが好ましく、かかる攪拌には分散機(ホモジナイザー)を用いることが好ましい。かかる分散機としては、前記の離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等が有効に使用できる。   The slurry (Y) is preferably agitated in advance before being subjected to a hydrothermal reaction, and a disperser (homogenizer) is preferably used for the agitation. Examples of such a disperser include the above-described disaggregator, beater, low-pressure homogenizer, high-pressure homogenizer, grinder, cutter mill, ball mill, jet mill, short-axis extruder, twin-screw extruder, ultrasonic stirrer, household juicer mixer, and the like. Can be used effectively.

かかる工程(II)の水熱反応中の温度は、100℃以上であればよく、130℃〜180℃が好ましい。水熱反応は耐圧容器中で行うのが好ましく、130℃〜180℃で反応を行う場合、この時の圧力は0.3MPa〜0.9MPaであるのが好ましく、140℃〜160℃で反応を行う場合の圧力は0.3MPa〜0.6MPaであるのが好ましい。水熱反応時間は、0.5時間〜24時間が好ましく、さらに0.5時間〜15時間が好ましい。   The temperature during the hydrothermal reaction in the step (II) may be 100 ° C. or higher, and preferably 130 ° C. to 180 ° C. The hydrothermal reaction is preferably performed in a pressure vessel. When the reaction is performed at 130 ° C to 180 ° C, the pressure at this time is preferably 0.3 MPa to 0.9 MPa, and the reaction is performed at 140 ° C to 160 ° C. The pressure in carrying out is preferably 0.3 MPa to 0.6 MPa. The hydrothermal reaction time is preferably 0.5 hours to 24 hours, more preferably 0.5 hours to 15 hours.

後述する工程(III)では、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)を含むものとして、上記水熱反応後のスラリー(Y)をそのまま使用することもできるが、スラリー(Y)をろ過した後に洗浄して得た酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)を用いてもよい。かかる洗浄は、上記水熱反応後のスラリー(Y)をろ過した後に水で行う。洗浄の際に用いる水の量は、ろ過後の残渣1質量部に対し、5質量部〜100質量部であるのが好ましい。この場合、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)は、ケーキ(Y')として得られ、かかるケーキ(Y')は、水熱反応後のスラリーをそのまま使用する場合におけるスラリー(Y)と同様に、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)として用いることができる。   In the step (III) to be described later, the slurry (Y) after the hydrothermal reaction can be used as it is as the titanium oxide nanoparticle aggregate (Z), but after the slurry (Y) is filtered. A nanoparticle aggregate (Z) of titanium oxide obtained by washing may be used. Such washing is performed with water after filtering the slurry (Y) after the hydrothermal reaction. The amount of water used for the washing is preferably 5 to 100 parts by mass with respect to 1 part by mass of the residue after filtration. In this case, the nanoparticle aggregate (Z) of titanium oxide is obtained as a cake (Y ′), and the cake (Y ′) is the same as the slurry (Y) when the slurry after the hydrothermal reaction is used as it is. Further, it can be used as a nanoparticle aggregate (Z) of titanium oxide.

本発明の製造方法が備える工程(III)は、工程(II)で得られた酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)に、リチウム化合物及びナトリウム化合物、或いはリチウム化合物、ナトリウム化合物及び金属(M)化合物を混合した後、焼成する工程である。これらリチウム化合物、ナトリウム化合物及び金属(M)化合物の種類や使用の有無は、最終目的物である、炭素管状体の表面に配置してなるチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)の組成に応じて適宜決定すればよい。   In the step (III) of the production method of the present invention, the titanium oxide nanoparticle aggregate (Z) obtained in the step (II) is added to a lithium compound and a sodium compound, or a lithium compound, a sodium compound and a metal (M). In this step, the compounds are mixed and then baked. The type of these lithium compounds, sodium compounds and metal (M) compounds, and whether or not they are used are determined by the composition of sodium titanate lithium composite oxide nanoparticles (B) formed on the surface of the carbon tubular body, which is the final object. What is necessary is just to determine suitably according to.

工程(III)において用いるリチウム化合物としては、水酸化物、炭酸化物及び有機酸塩から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、酢酸リチウム、シュウ酸リチウム等が挙げられる。なかでも、焼成反応を効率的に進行させる観点から、酢酸リチウムがより好ましい。   Examples of the lithium compound used in step (III) include one or more selected from hydroxides, carbonates, and organic acid salts. More specifically, examples include lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium acetate, and lithium oxalate. Especially, lithium acetate is more preferable from a viewpoint of making a calcination reaction advance efficiently.

工程(III)において用いるナトリウム化合物としては、水酸化物、炭酸化物及び有機酸塩から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、炭酸ナトリウム、酢酸ナトリウム、シュウ酸ナトリウム等が挙げられる。なかでも、焼成反応を効率的に進行させる観点から、酢酸ナトリウムがより好ましい。   Examples of the sodium compound used in step (III) include one or more selected from hydroxides, carbonates and organic acid salts. More specifically, for example, sodium hydroxide, sodium bicarbonate, sodium carbonate, sodium acetate, sodium oxalate and the like can be mentioned. Especially, sodium acetate is more preferable from a viewpoint of making a calcination reaction advance efficiently.

これらリチウム化合物及びナトリウム化合物の平均粒径は、焼成反応を効率的に進行させ、活物質ナノアレイを効率的に得る観点から、400nm以下であり、より好ましくは300nm以下であり、さらに好ましくは250nm以下である。   The average particle diameters of these lithium compounds and sodium compounds are 400 nm or less, more preferably 300 nm or less, more preferably 250 nm or less, from the viewpoint of efficiently proceeding the firing reaction and efficiently obtaining the active material nanoarray. It is.

工程(III)におけるリチウム化合物の混合割合は、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)中のチタン量と、リチウム量とのモル比(Ti:Li)で、好ましくは3:0.95〜3:1.05であり、より好ましくは3:0.97〜3:1.03であり、さらに好ましくは3:0.99〜3:1.01である。
また、工程(III)におけるナトリウム化合物の混合割合は、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)中のチタン量と、ナトリウム量とのモル比(Ti:Na)で、好ましくは3:0.95〜3:1.05であり、より好ましくは3:0.97〜3:1.03であり、さらに好ましくは3:0.99〜3:1.01である。
The mixing ratio of the lithium compound in the step (III) is a molar ratio (Ti: Li) between the amount of titanium in the nanoparticle aggregate (Z) of titanium oxide and the amount of lithium, preferably 3: 0.95-3. : 1.05, more preferably 3: 0.97 to 3: 1.03, and still more preferably 3: 0.99 to 3: 1.01.
The mixing ratio of the sodium compound in the step (III) is a molar ratio (Ti: Na) between the amount of titanium and the amount of sodium in the nanoparticle aggregate (Z) of titanium oxide, preferably 3: 0.95. To 3: 1.05, more preferably 3: 0.97 to 3: 1.03, and even more preferably 3: 0.99 to 3: 1.01.

さらに工程(III)において、適宜必要に応じて、リチウム化合物、ナトリウム化合物、チタン化合物以外の化合物である、金属(M)化合物を用いてもよい。この金属(M)は、好ましくはK、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Sc、Si、P、S、Fe、Mn、Co、Ni、Zn、V、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Pb、Ga、Ge、Bi、Ta、Sn、Eu、La、Ce、Nd、W、Ru又はGdから選ばれる1種又は2種以上の金属を示し、より好ましくはMg、Cu、Al、Nbを示し、さらに好ましくはMg、Al、Nbを示す。
かかる金属(M)化合物としては、ハロゲン化物、硫酸塩、有機酸塩、水酸化物、硫化物、酸化物及びこれらの水和物等が挙げられる。なかでも、焼成反応を効率的に進行させる観点から、硫酸塩及び有機酸塩から選ばれる1種又は2種以上が好ましい。
Furthermore, in the step (III), a metal (M) compound that is a compound other than a lithium compound, a sodium compound, and a titanium compound may be used as necessary. This metal (M) is preferably K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Sc, Si, P, S, Fe, Mn, Co, Ni, Zn, V, Cu, Y, Zr, Nb One, two or more metals selected from Mo, Pb, Ga, Ge, Bi, Ta, Sn, Eu, La, Ce, Nd, W, Ru or Gd, more preferably Mg, Cu, Al , Nb, more preferably Mg, Al, Nb.
Examples of such metal (M) compounds include halides, sulfates, organic acid salts, hydroxides, sulfides, oxides and hydrates thereof. Among these, from the viewpoint of allowing the firing reaction to proceed efficiently, one or more selected from sulfates and organic acid salts are preferred.

これらリチウム化合物及びナトリウム化合物の混合、或いはリチウム化合物、ナトリウム化合物及び金属(M)化合物の混合は、繊維状の粒子集合体である酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)との均質な混合物を得る観点から、湿式混合とするのが好ましい。こうしたことから、工程(III)で用いる酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)として、上記工程(II)で得られたスラリー(Y)又はケーキ(Y')をそのまま使用することができる。   Mixing these lithium compounds and sodium compounds, or mixing lithium compounds, sodium compounds, and metal (M) compounds gives a homogeneous mixture with nanoparticle aggregates (Z) of titanium oxide, which are fibrous particle aggregates. From the viewpoint, wet mixing is preferable. Therefore, the slurry (Y) or cake (Y ′) obtained in the above step (II) can be used as it is as the titanium oxide nanoparticle aggregate (Z) used in the step (III).

工程(III)において、スラリー(Y)又はケーキ(Y')、リチウム化合物、ナトリウム化合物、及び金属(M)化合物、或いは必要に応じて用いてもよい溶媒の添加順序は特に制限されないが、工程(III)において得られる懸濁液中の各成分の分散性を高める観点から、予めスラリー(Y)又はケーキ(Y')、或いはスラリー(Y)又はケーキ(Y')及び溶媒を混合したスラリー(Ya)と、リチウム化合物、ナトリウム化合物及び溶媒、或いはリチウム化合物、ナトリウム化合物、金属(M)化合物及び溶媒を混合したスラリー(Yb)を準備した後、スラリー(Ya)とスラリー(Yb)を混合するのが好ましい。
工程(III)においても、溶媒として水を用いるのが好ましい。工程(III)では、スラリー(Ya)とスラリー(Yb)の混合と、得られる懸濁液の撹拌とが効果的に実行できるようにして、懸濁液の混合状態を良好にする観点から溶媒を用いることから、工程(III)での溶媒の使用量は、懸濁液の混合状態から適宜判断して決定すればよい。
In the step (III), the order of addition of the slurry (Y) or the cake (Y ′), the lithium compound, the sodium compound, and the metal (M) compound, or a solvent that may be used as necessary is not particularly limited. From the viewpoint of enhancing the dispersibility of each component in the suspension obtained in (III), slurry (Y) or cake (Y ′), or slurry in which slurry (Y) or cake (Y ′) and a solvent are mixed in advance. (Ya) and a lithium compound, a sodium compound and a solvent, or a slurry (Yb) in which a lithium compound, a sodium compound, a metal (M) compound and a solvent are mixed, and then the slurry (Ya) and the slurry (Yb) are mixed. It is preferable to do this.
Also in the step (III), it is preferable to use water as a solvent. In the step (III), it is possible to effectively perform the mixing of the slurry (Ya) and the slurry (Yb) and the stirring of the obtained suspension to improve the mixing state of the suspension. Therefore, the amount of solvent used in step (III) may be determined by appropriately judging from the mixed state of the suspension.

かかる懸濁液の混合時間は、充分に撹拌して混合を行う観点から、好ましくは0.2時間〜5時間であり、より好ましくは0.3時間〜3時間である。また、混合時の温度は、好ましくは50℃以下であり、より好ましくは30℃以下である。混合装置としては、かかる混合において、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)の分解を防止することが必要であり、例えばマグネチックスターラーや回転翼を備えた装置等の、懸濁液の混合を行うことができる通常の装置を使用することができる。   The mixing time of the suspension is preferably 0.2 hours to 5 hours, more preferably 0.3 hours to 3 hours, from the viewpoint of mixing with sufficient stirring. Moreover, the temperature at the time of mixing becomes like this. Preferably it is 50 degrees C or less, More preferably, it is 30 degrees C or less. As a mixing device, it is necessary to prevent the decomposition of the titanium oxide nanoparticle aggregate (Z) in such mixing. For example, the mixing of the suspension such as a device equipped with a magnetic stirrer or a rotor blade is performed. Usual equipment that can be used can be used.

次に、得られた懸濁液を、脱水又は乾燥して活物質ナノアレイの焼成原料を得る。すなわち、工程(III)では、焼成の前に脱水又は乾燥を行うのがよい。脱水手段としては、例えば、吸引濾過器、フィルタープレス機、遠心濾過機等が挙げられる。なかでも、効率的に固形分を得る観点から、吸引濾過器、またはフィルタープレス機を用いるのが好ましい。また、乾燥手段としては、噴霧乾燥、真空乾燥、凍結乾燥等が挙げられる。なかでも、粉砕することなく均一に微細化された焼成原料を得る観点から、噴霧乾燥が好ましい。なお、乾燥手段として、真空乾燥や凍結乾燥を選択する場合、予め乾燥に付する前に、フィルタープレス機、遠心濾過機等を用いて固液分離し、液相含有量を極力低減しておくのがよい。   Next, the obtained suspension is dehydrated or dried to obtain a raw material for firing the active material nanoarray. That is, in step (III), it is preferable to perform dehydration or drying before firing. Examples of the dehydrating means include a suction filter, a filter press, and a centrifugal filter. Especially, it is preferable to use a suction filter or a filter press from a viewpoint of obtaining solid content efficiently. Examples of the drying means include spray drying, vacuum drying, freeze drying, and the like. Among these, spray drying is preferable from the viewpoint of obtaining a uniformly baked raw material without pulverization. When vacuum drying or freeze-drying is selected as the drying means, the liquid phase content is reduced as much as possible by subjecting it to solid-liquid separation using a filter press, a centrifugal filter or the like prior to drying. It is good.

次いで、工程(III)では、上記得られた焼成原料を焼成すればよく、不活性ガス雰囲気下又は還元条件下で行うのがよい。これにより、酸化チタン、リチウム化合物及びナトリウム化合物を反応させてチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)を生成させるとともに、チタンのナノ粒子集合体(Z)に含まれるCNFを炭化させ、良好な導電性を有するC−CNF(A)を形成させることができる。
ここで、チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)は、チタンのナノ粒子集合体(Z)に含まれる酸化チタンを生成反応の場所とするので、CNFの周囲にチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)が生成すると同時に、かかるCNFがC−CNF(A)を形成することによって、最終的にC−CNF(A)の周囲を取り囲むよう、C−CNF(A)の表面にチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)が多数配置してなる活物質ナノアレイを得ることができる。
Next, in the step (III), the above-obtained firing raw material may be fired, and it is preferably performed in an inert gas atmosphere or under reducing conditions. As a result, titanium oxide, lithium compound and sodium compound are reacted to form sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles (B), and CNF contained in the titanium nanoparticle aggregate (Z) is carbonized. C-CNF (A) having high conductivity can be formed.
Here, the sodium lithium titanate composite oxide nanoparticle (B) uses titanium oxide contained in the titanium nanoparticle aggregate (Z) as a site for the generation reaction, so that the sodium lithium titanate composite oxide is formed around the CNF. At the same time as the product nanoparticles (B) are formed, such CNF forms C-CNF (A), so that it finally surrounds the periphery of C-CNF (A) on the surface of C-CNF (A). An active material nanoarray in which a large number of sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles (B) are arranged can be obtained.

工程(III)における焼成は、得られるチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子(B)の肥大化、及びチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物粒子(B)同士の不要な焼結を防止する観点から、焼成温度は、好ましくは400℃〜800℃であり、より好ましくは500℃〜700℃である。また焼成時間は、好ましくは0.5時間〜24時間であり、より好ましくは6時間〜18時間である。焼成に用いる装置としては、焼成雰囲気及び温度の調整が可能な物であれば特に限定されず、バッチ式、連続式、加熱方式(間接又は直接)のいずれの方式のものも使用することができる。かかる装置としては、例えば、外熱キルンやローラーハース等の焼成炉が挙げられる。   Firing in step (III) is performed from the viewpoint of preventing enlargement of the obtained sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles (B) and unnecessary sintering of the sodium lithium titanate composite oxide particles (B). The firing temperature is preferably 400 ° C to 800 ° C, more preferably 500 ° C to 700 ° C. The firing time is preferably 0.5 hours to 24 hours, and more preferably 6 hours to 18 hours. The apparatus used for firing is not particularly limited as long as the firing atmosphere and temperature can be adjusted, and any of batch, continuous, and heating (indirect or direct) systems can be used. . Examples of such an apparatus include firing furnaces such as an external heat kiln and a roller hearth.

こうして得られた本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質を用いてリチウムイオン二次電池を製造する方法としては、特に限定されず、公知の方法を使用できる。例えば、かかるリチウムイオン二次電池用負極活物質を結着剤や溶剤等の添加剤とともに混合して塗工液を得る。この際、必要に応じて、さらに導電助剤を添加して混合してもよい。かかる結着剤としては、特に限定されず、公知の剤をいずれも使用できる。具体的には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリビニルクロライド、エチレンプロピレンジエンポリマー等が挙げられる。また、かかる導電助剤としては、特に限定されず、公知の剤を使用できる。具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人工黒鉛、繊維状炭素等が挙げられる。次いで、かかる塗工液をアルミ箔、銅箔等の負極集電体上に塗布し、乾燥させて負極とする。   A method for producing a lithium ion secondary battery using the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery of the present invention thus obtained is not particularly limited, and a known method can be used. For example, the negative electrode active material for a lithium ion secondary battery is mixed with additives such as a binder and a solvent to obtain a coating solution. At this time, if necessary, a conductive additive may be further added and mixed. The binder is not particularly limited, and any known agent can be used. Specific examples include polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, polyvinyl chloride, and ethylene propylene diene polymer. Moreover, it does not specifically limit as this conductive support agent, A well-known agent can be used. Specific examples include acetylene black, ketjen black, natural graphite, artificial graphite, and fibrous carbon. Next, this coating solution is applied onto a negative electrode current collector such as an aluminum foil or a copper foil, and dried to obtain a negative electrode.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極活物質は、リチウムイオン二次電池の負極として非常に優れたレート特性を発揮する点で有用である。かかる負極を適用できるリチウムイオン二次電池としては、正極と負極と電解液とセパレータ、又は正極と負極と固体電解質を必須構成とするものであれば特に限定されない。   The negative electrode active material for lithium ion secondary batteries of the present invention is useful in that it exhibits extremely excellent rate characteristics as a negative electrode for lithium ion secondary batteries. The lithium ion secondary battery to which such a negative electrode can be applied is not particularly limited as long as it has a positive electrode, a negative electrode, an electrolytic solution, a separator, or a positive electrode, a negative electrode, and a solid electrolyte.

ここで、正極については、リチウムイオンを充電時には放出し、かつ放電時には吸蔵することができれば、その材料構成は特に限定されるものではなく、公知の材料構成のものを用いることができる。例えば、原料を水熱反応させることにより得られる各種ポリアニオン型正極活物質からなる正極を好適に用いることができる。   Here, as for the positive electrode, as long as lithium ions can be released during charging and occluded during discharging, the material structure is not particularly limited, and a known material structure can be used. For example, a positive electrode made of various polyanion-type positive electrode active materials obtained by hydrothermal reaction of raw materials can be suitably used.

電解液は、有機溶媒に支持塩を溶解させたものである。有機溶媒は、通常リチウムイオン二次電池の電解液に用いられる有機溶媒であれば特に限定されるものではなく、例えば、カーボネート類、ハロゲン化炭化水素、エーテル類、ケトン類、ニトリル類、ラクトン類、オキソラン化合物等を用いることができる。   The electrolytic solution is obtained by dissolving a supporting salt in an organic solvent. The organic solvent is not particularly limited as long as it is an organic solvent usually used for an electrolyte solution of a lithium ion secondary battery. For example, carbonates, halogenated hydrocarbons, ethers, ketones, nitriles, lactones An oxolane compound or the like can be used.

支持塩は、その種類が特に限定されるものではないが、LiPF6、LiBF4、LiClO4及びLiAsF6から選ばれる無機塩、該無機塩の誘導体、LiSO3CF3、LiC(SO3CF32及びLiN(SO3CF32、LiN(SO2252及びLiN(SO2CF3)(SO249)から選ばれる有機塩、並びに該有機塩の誘導体の少なくとも1種であることが好ましい。 The type of the supporting salt is not particularly limited, but an inorganic salt selected from LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 and LiAsF 6 , a derivative of the inorganic salt, LiSO 3 CF 3 , LiC (SO 3 CF 3 ) 2 and LiN (SO 3 CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 and LiN (SO 2 CF 3 ) (SO 2 C 4 F 9 ), and organic salt derivatives It is preferable that it is at least 1 type of these.

セパレータは、正極及び負極を電気的に絶縁し、電解液を保持する役割を果たすものである。たとえば、多孔性合成樹脂膜、特にポリオレフィン系高分子(ポリエチレン、ポリプロピレン)の多孔膜を用いればよい。   The separator plays a role of electrically insulating the positive electrode and the negative electrode and holding the electrolytic solution. For example, a porous synthetic resin film, particularly a polyolefin polymer (polyethylene, polypropylene) porous film may be used.

固体電解質は、正極及び負極を電気的に絶縁し、高いリチウムイオン電導性を示すものである。たとえば、La0.51Li0.34TiO2.94、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43、Li7La3Zr212、50Li4SiO4・50Li3BO3、Li2.9PO3.30.46、Li3.6Si0.60.44、Li1.07Al0.69Ti1.46(PO43、Li1.5Al0.5Ge1.5(PO43、Li10GeP212、Li3.25Ge0.250.754、30Li2S・26B23・44LiI、63Li2S・36SiS2・1Li3PO4、57Li2S・38SiS2・5Li4SiO4、70Li2S・30P25、50Li2S・50GeS2、Li7311、Li3.250.954を用いればよい。 The solid electrolyte electrically insulates the positive electrode and the negative electrode and exhibits high lithium ion conductivity. For example, La 0.51 Li 0.34 TiO 2.94 , Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3 , Li 7 La 3 Zr 2 O 12 , 50Li 4 SiO 4 .50Li 3 BO 3 , Li 2.9 PO 3.3 N 0.46 , Li 3.6 Si 0.6 P 0.4 O 4 , Li 1.07 Al 0.69 Ti 1.46 (PO 4 ) 3 , Li 1.5 Al 0.5 Ge 1.5 (PO 4 ) 3 , Li 10 GeP 2 S 12 , Li 3.25 Ge 0.25 P 0.75 S 4 , 30Li 2 S · 26B 2 S 3 · 44LiI, 63Li 2 S · 36SiS 2 · 1Li 3 PO 4 , 57Li 2 S · 38SiS 2 · 5Li 4 SiO 4 , 70Li 2 S · 30P 2 S 5 , 50Li 2 S · 50GeS 2 , Li 7 P 3 S 11 , Li 3.25 P 0.95 S 4 may be used.

上記の構成を有するリチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限を受けるものではなく、コイン型、円筒型,角型等種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。   The shape of the lithium ion secondary battery having the above configuration is not particularly limited, and may be various shapes such as a coin shape, a cylindrical shape, a square shape, and an indefinite shape sealed in a laminate outer package. .

以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples.

[実施例1]
水50mLにセルロースナノファイバー12.5g(スギノマシン社製TMa−10002、平均繊維径10nm、平均繊維長10μm、含水量98質量%)を混合してスラリーAとした後、スラリーAをオートクレーブに投入し、140℃、0.4MPaの水熱反応を1時間行ってスラリーBを得た。
スラリーB(CNF濃度(炭素原子量換算)0.4質量%)の25℃における粘度は、E型粘度計(DVM−E2、トキメック社製)を用いて測定したところ、200mPa・sであった。
得られたスラリーBに、[(CH32CHO]4Tiを17.05g(60mmol)混合してスラリーCとした後、スラリーCをオートクレーブに投入し、140℃、0.4MPaでの水熱反応を3時間行って、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)を8質量%含むスラリーD得た。得られた酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)中の酸化チタンの平均粒径は30nmであった。
[Example 1]
50 mL of water was mixed with 12.5 g of cellulose nanofiber (TMa-10002 manufactured by Sugino Machine Co., Ltd., average fiber diameter 10 nm, average fiber length 10 μm, water content 98 mass%) to prepare slurry A, and then slurry A was charged into the autoclave. Then, a hydrothermal reaction at 140 ° C. and 0.4 MPa was performed for 1 hour to obtain slurry B.
The viscosity at 25 ° C. of slurry B (CNF concentration (converted to carbon atom weight) of 0.4 mass%) was 200 mPa · s as measured using an E-type viscometer (DVM-E2, manufactured by Tokimec).
After the slurry B obtained was mixed with 17.05 g (60 mmol) of [(CH 3 ) 2 CHO] 4 Ti to form a slurry C, the slurry C was put into an autoclave and water at 140 ° C. and 0.4 MPa was added. A thermal reaction was performed for 3 hours to obtain a slurry D containing 8% by mass of the titanium oxide nanoparticle aggregate (Z). The average particle diameter of titanium oxide in the obtained nanoparticle aggregate (Z) of titanium oxide was 30 nm.

得られたスラリーDに、CH3COOLi・2H2O 2.04g(20mmol)及びCH3COONa 1.64g(20mmol)を混合してスラリーEとした後、ボールミルを使って1時間混合してスラリーEを得た。次いで、得られたスラリーEをエバポレータでろ過し、得られた焼成原料Fを窒素雰囲気下600℃で10時間焼成して活物質ナノアレイ(平均外径10nmの炭素管状体の表面にチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子が多数配置)であるリチウムイオン二次電池用負極活物質A(チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子の平均粒径40nm、BET比表面積38m2/g、炭素量2.5質量%)を得た。
リチウムイオン二次電池用負極活物質AのSEM写真を図1に示す。
The obtained slurry D was mixed with 2.03 g (20 mmol) of CH 3 COOLi · 2H 2 O and 1.64 g (20 mmol) of CH 3 COONa to make slurry E, and then mixed for 1 hour using a ball mill to form a slurry. E was obtained. Next, the obtained slurry E was filtered with an evaporator, and the obtained fired raw material F was fired at 600 ° C. for 10 hours in a nitrogen atmosphere to form an active material nanoarray (lithium sodium titanate on the surface of a carbon tubular body having an average outer diameter of 10 nm). Negative electrode active material A for lithium ion secondary battery (a large number of composite oxide nanoparticles are arranged) (average particle size of sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles 40 nm, BET specific surface area 38 m 2 / g, carbon content 2.5 Mass%).
The SEM photograph of the negative electrode active material A for lithium ion secondary batteries is shown in FIG.

[比較例1]
エタノール30mLにCH3COOLi・2H2O 2.04g(20mmol)、CH3COONa 1.64g(20mmol)及びTiO2 4.79g(60mmol)を、遊星ボールミル(P−5、フリッチュ社製)を用いて25℃で15時間混合した後、乾燥して混合物Gを得た。得られた混合物Gを、空気雰囲気下900℃で10時間焼成してチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物粒子Hを得た。得られたチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物粒子Hの平均粒径は500nmであった。
得られたチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物粒子Hを2g採取し、これにグルコースを0.25g(炭素換算で5質量%)添加して混合し、焼成原料Iを得た。次いで、得られた焼成原料Iを窒素雰囲気下700℃で1時間焼成し、表面にグルコース由来の炭素が被覆したチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物粒子からなる、略球状を呈するリチウムイオン二次電池用負極活物質B(チタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物粒子の平均粒径500nm、BET比表面積11m2/g、炭素量2.5質量%)を得た。
リチウムイオン二次電池用負極活物質BのSEM写真を図2に示す。
[Comparative Example 1]
A planetary ball mill (P-5, manufactured by Fritsch) was used with 30 mL of ethanol using 2.03 g (20 mmol) of CH 3 COOLi · 2H 2 O, 1.64 g (20 mmol) of CH 3 COONa and 4.79 g (60 mmol) of TiO 2. After mixing at 25 ° C. for 15 hours, the mixture was dried to obtain a mixture G. The obtained mixture G was fired at 900 ° C. for 10 hours in an air atmosphere to obtain sodium lithium titanate composite oxide particles H. The average particle diameter of the obtained sodium lithium titanate composite oxide particles H was 500 nm.
2 g of the obtained sodium lithium titanate composite oxide particles H were collected, and 0.25 g (5% by mass in terms of carbon) of glucose was added and mixed therewith to obtain a firing raw material I. Next, the obtained firing raw material I is fired at 700 ° C. for 1 hour in a nitrogen atmosphere, and is composed of sodium titanate lithium composite oxide particles coated with glucose-derived carbon on the surface, for a lithium ion secondary battery having a substantially spherical shape. Negative electrode active material B (average particle diameter of lithium sodium titanate composite oxide particles 500 nm, BET specific surface area 11 m 2 / g, carbon content 2.5 mass%) was obtained.
An SEM photograph of the negative electrode active material B for a lithium ion secondary battery is shown in FIG.

実施例1及び比較例1で得られたリチウムイオン二次電池用負極活物質を用い、リチウムイオン二次電池の負極を作製した。
具体的には、リチウムイオン二次電池用負極活物質(J)、アセチレンブラック(導電剤、K)及びポリフッ化ビニリデン(粘結剤、L)を、J:K:L(質量比)=80:10:10で混合し、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えて充分混練し、負極スラリーを調製した。
得られた負極スラリーを、厚さ10μmの銅箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、80℃に加熱したロールプレスでプレスし、φ14mmの円盤状に打ち抜いて負極とした。
Using the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries obtained in Example 1 and Comparative Example 1, a negative electrode for a lithium ion secondary battery was produced.
Specifically, a negative electrode active material (J) for a lithium ion secondary battery, acetylene black (conductive agent, K), and polyvinylidene fluoride (binding agent, L), J: K: L (mass ratio) = 80 Was mixed at 10:10, and N-methyl-2-pyrrolidone was added thereto and kneaded sufficiently to prepare a negative electrode slurry.
The obtained negative electrode slurry was applied to a current collector made of a copper foil having a thickness of 10 μm using a coating machine, and vacuum dried at 80 ° C. for 12 hours. Then, it pressed with the roll press heated at 80 degreeC, and it punched in the disk shape of (phi) 14mm, and set it as the negative electrode.

次いで、上記の負極を用いてコイン型リチウムイオン二次電池を構築した。正極には、リチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート(体積比)=3:7の割合で混合した混合溶媒に、LIPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレンを用いた。
これらの電池部品を、露点が−50℃以下の雰囲気下で常法により組み込み収容し、コイン型リチウムイオン二次電池(CR−2032)を製造した。
Next, a coin-type lithium ion secondary battery was constructed using the negative electrode. Lithium foil was used for the positive electrode. As the electrolytic solution, a solution obtained by dissolving LIPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent in which ethylene carbonate: ethyl methyl carbonate (volume ratio) = 3: 7 was used. Polypropylene was used for the separator.
These battery components were assembled and housed in a conventional manner under an atmosphere having a dew point of −50 ° C. or lower to produce a coin-type lithium ion secondary battery (CR-2032).

製造したリチウムイオン二次電池を用いて定電流密度での充放電試験を行い、充放電容量を測定した。このときの充電条件は電流密度90mA/g、電圧3.0Vの定電流充電とし、放電条件は電流密度90mA/g、終止電圧1.0Vの定電流放電とした。温度は全て30℃とした。さらに、同じ充放電条件で、放電時の電流密度を281mA/gとした場合の放電容量も求め、下記式(2)により90mA/gと281mA/gの放電容量の比を求めた。
放電容量の比(%)=(281mA/gの放電容量)/(90mA/gの放電容量)×100 ・・・(2)
結果を表1に示す。
A charge / discharge test at a constant current density was performed using the manufactured lithium ion secondary battery, and a charge / discharge capacity was measured. The charging conditions at this time were constant current charging with a current density of 90 mA / g and a voltage of 3.0 V, and the discharging conditions were constant current discharging with a current density of 90 mA / g and a final voltage of 1.0 V. All temperatures were 30 ° C. Furthermore, the discharge capacity when the current density during discharge was 281 mA / g under the same charge / discharge conditions was also determined, and the ratio of the discharge capacity of 90 mA / g and 281 mA / g was determined by the following equation (2).
Ratio of discharge capacity (%) = (discharge capacity of 281 mA / g) / (discharge capacity of 90 mA / g) × 100 (2)
The results are shown in Table 1.

上記結果より、特異な形状を呈する本発明の活物質ナノアレイは、優れたレート特性を示すことがわかる。   From the above results, it can be seen that the active material nanoarray of the present invention having a unique shape exhibits excellent rate characteristics.

Claims (6)

平均外径が50nm以下の炭素管状体の表面に、下記式(1):
LiaNabcTide ・・・(1)
(式(1)中、MはK、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Al、Sc、Si、P、S、Fe、Mn、Co、Ni、Zn、V、Cu、Y、Zr、Nb、Mo、Pb、Ga、Ge、Bi、Ta、Sn、Eu、La、Ce、Nd、W、Ru又はGdから選ばれる1種又は2種以上を示し、a、b、c、d及びeは、0<a≦4、0<b≦4、0≦c≦6、0<d≦6、13≦e≦15、a+b+c×(Mの価数)+4d=2eを満たす数を示す。)
で表されるチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子が多数配置してなるリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法であって、次の工程(I)〜(III):
(I)平均繊維径が50nm以下のセルロースナノファイバーを溶媒に分散させて、スラリー(X)を得る工程、
(II)得られたスラリー(X)及びチタン化合物から調製したスラリー(Y)を水熱反応に付して、酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)を得る工程、
(III)得られた酸化チタンのナノ粒子集合体(Z)に、リチウム化合物及びナトリウム化合物、或いはリチウム化合物、ナトリウム化合物及び金属(M)化合物を混合した後、焼成する工程
を備えるリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法。
On the surface of the carbon tubular body having an average outer diameter of 50 nm or less, the following formula (1):
Li a Na b M c Ti d O e (1)
(In the formula (1), M is K, Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Al, Sc, Si, P, S, Fe, Mn, Co, Ni, Zn, V, Cu, Y, Zr, Nb. , Mo, Pb, Ga, Ge, Bi, Ta, Sn, Eu, La, Ce, Nd, W, Ru, or Gd represents one or more, a, b, c, d, and e are 0 <a ≦ 4, 0 <b ≦ 4, 0 ≦ c ≦ 6, 0 <d ≦ 6, 13 ≦ e ≦ 15, and a number satisfying a + b + c × (valence of M) + 4d = 2e)
A method for producing a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery comprising a large number of sodium lithium titanate composite oxide nanoparticles represented by the following steps (I) to (III):
(I) A step of obtaining slurry (X) by dispersing cellulose nanofibers having an average fiber diameter of 50 nm or less in a solvent,
(II) subjecting the obtained slurry (X) and the slurry (Y) prepared from the titanium compound to a hydrothermal reaction to obtain a nanoparticle aggregate (Z) of titanium oxide,
(III) Lithium ion secondary comprising a step of mixing the obtained titanium oxide nanoparticle aggregate (Z) with a lithium compound and a sodium compound, or a lithium compound, a sodium compound and a metal (M) compound, followed by firing. A method for producing a negative electrode active material for a battery.
工程(II)で調製したスラリー(Y)におけるチタン化合物の含有量が、溶媒100質量部に対して10質量部〜50質量部である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法。   2. The negative electrode active material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the content of the titanium compound in the slurry (Y) prepared in the step (II) is 10 parts by mass to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the solvent. Manufacturing method. 工程(II)で用いるチタン化合物が、チタンアルコキシド、塩化チタン、酢酸チタン、硫酸チタン、及び硫酸チタニルから選ばれる1種又は2種以上である請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法。   The lithium compound secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the titanium compound used in step (II) is one or more selected from titanium alkoxide, titanium chloride, titanium acetate, titanium sulfate, and titanyl sulfate. A method for producing a negative electrode active material. 炭素管状体の表面に配置してなるチタン酸ナトリウムリチウム複合酸化物ナノ粒子の平均粒径が、5nm〜450nmである請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法。   The negative electrode for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein an average particle diameter of the lithium sodium titanate composite oxide nanoparticles arranged on the surface of the carbon tubular body is 5 nm to 450 nm. A method for producing an active material. 工程(III)における焼成を、不活性ガス雰囲気下又は還元条件下で行う請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法。   The manufacturing method of the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries of any one of Claims 1-4 which performs baking in process (III) under inert gas atmosphere or reducing conditions. リチウムイオン二次電池用負極活物質中における炭素管状体の含有量が、0.5質量%〜10質量%である請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極活物質の製造方法。   Content of the carbon tubular body in the negative electrode active material for lithium ion secondary batteries is 0.5 mass%-10 mass%, The negative electrode for lithium ion secondary batteries of any one of Claims 1-5. A method for producing an active material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018190554A (en) * 2017-04-28 2018-11-29 Tdk株式会社 Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP2020095779A (en) * 2018-12-10 2020-06-18 太平洋セメント株式会社 Manufacturing method of nanoparticle assembly for negative electrode active material for lithium ion secondary battery

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015219943A (en) * 2014-05-13 2015-12-07 株式会社東芝 Composite body, method of manufacturing composite body, active material for nonaqueous electrolyte battery and nonaqueous electrolyte battery
WO2016047491A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 太平洋セメント株式会社 Positive-electrode active material for secondary cell, and method for manufacturing same
WO2016088193A1 (en) * 2014-12-02 2016-06-09 株式会社 東芝 Negative electrode active material, nonaqueous electrolyte battery and battery pack

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015219943A (en) * 2014-05-13 2015-12-07 株式会社東芝 Composite body, method of manufacturing composite body, active material for nonaqueous electrolyte battery and nonaqueous electrolyte battery
WO2016047491A1 (en) * 2014-09-26 2016-03-31 太平洋セメント株式会社 Positive-electrode active material for secondary cell, and method for manufacturing same
WO2016088193A1 (en) * 2014-12-02 2016-06-09 株式会社 東芝 Negative electrode active material, nonaqueous electrolyte battery and battery pack

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018190554A (en) * 2017-04-28 2018-11-29 Tdk株式会社 Negative electrode active material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP2020095779A (en) * 2018-12-10 2020-06-18 太平洋セメント株式会社 Manufacturing method of nanoparticle assembly for negative electrode active material for lithium ion secondary battery
JP7152945B2 (en) 2018-12-10 2022-10-13 太平洋セメント株式会社 Method for producing nanoparticle aggregate for negative electrode active material of lithium ion secondary battery

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