JP2020119805A - Negative electrode material for lithium-ion secondary battery, negative electrode for lithium-ion secondary battery, and lithium-ion secondary battery - Google Patents

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Abstract

To provide a negative electrode material for a lithium ion secondary battery capable of producing a lithium ion secondary battery excellent in initial efficiency and discharge capacity, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery.SOLUTION: There is provided a negative electrode material for a lithium ion secondary battery which has an R value of Raman spectroscopy of 0.7 or more and a value obtained by dividing the R value by Nspecific surface area (R value/Nspecific surface area) of 0.2 or less.SELECTED DRAWING: None

Description

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

リチウムイオン二次電池は小型、軽量、かつ高エネルギー密度という特性を活かし、従来よりノート型PC、携帯電話、スマートフォン、タブレット型PC等の電子機器に広く使用されている。近年、CO排出による地球温暖化等の環境問題を背景に、ガソリンエンジンと電池を組み合わせたハイブリッド電気自動車(HEV)等が普及してきている。また最近では、電池のみで走行を行う電気自動車(EV)、電力貯蔵用電源等にも用いられており、リチウムイオン二次電池のさらなる高容量化が求められている。 BACKGROUND ART Lithium-ion secondary batteries have been widely used for electronic devices such as notebook PCs, mobile phones, smartphones, and tablet PCs because of their small size, light weight, and high energy density. 2. Description of the Related Art In recent years, hybrid electric vehicles (HEV) and the like, which combine a gasoline engine and a battery, have become popular against the backdrop of environmental problems such as global warming due to CO 2 emission. Recently, it is also used in electric vehicles (EVs) that run on batteries alone, power sources for storing electric power, and the like, and there is a demand for further increasing the capacity of lithium ion secondary batteries.

リチウムイオン二次電池の負極材としては、黒鉛等の炭素材料が広く用いられている。負極材として黒鉛を用いた場合、初回充電時に黒鉛との反応による電解液の分解にリチウムイオンが消費されて初回効率(初回放電容量/初回充電容量)が低下する傾向にある。 A carbon material such as graphite is widely used as a negative electrode material of a lithium ion secondary battery. When graphite is used as the negative electrode material, lithium ions are consumed in the decomposition of the electrolytic solution due to the reaction with graphite during the initial charge, and the initial efficiency (initial discharge capacity/initial charge capacity) tends to decrease.

黒鉛との反応による電解液の分解を抑制する手法として、黒鉛を非晶質炭素で被覆することが効果的であるとの報告がされている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に記載した方法では、核となる黒鉛と炭素前駆体を混合し、焼成することで、黒鉛を非晶質炭素で被覆している。 It has been reported that coating graphite with amorphous carbon is effective as a method of suppressing decomposition of the electrolytic solution due to reaction with graphite (see, for example, Patent Document 1). In the method described in Patent Document 1, graphite as a core and a carbon precursor are mixed and fired to coat the graphite with amorphous carbon.

特開2014−44950号公報JP, 2014-44950, A

黒鉛を非晶質炭素によって被覆することは、電解液の過剰な分解を抑制して初回効率を向上させるうえで有効な手段であるが、この手法によってリチウムイオン二次電池の放電容量を向上させることはできない。 Covering graphite with amorphous carbon is an effective means for suppressing excessive decomposition of the electrolytic solution and improving the initial efficiency, but this method improves the discharge capacity of the lithium ion secondary battery. It is not possible.

上述したリチウムイオン二次電池の高容量化の要求に応えるためには、初回効率に加えて放電容量を高めることが負極材に求められている。
本発明の一態様は、上記課題に鑑み、初回効率及び放電容量に優れるリチウムイオン二次電池を製造可能なリチウムイオン二次電池用負極材、リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
In order to meet the above-mentioned demand for higher capacity of the lithium-ion secondary battery, it is required for the negative electrode material to increase the discharge capacity in addition to the initial efficiency.
In view of the above problems, one aspect of the present invention is a negative electrode material for a lithium-ion secondary battery, a negative electrode for a lithium-ion secondary battery, and a lithium-ion secondary battery capable of producing a lithium-ion secondary battery having excellent initial efficiency and discharge capacity. The purpose is to provide.

上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
<1>ラマン分光測定のR値が0.7以上であり、前記R値をN比表面積で除した値(R値/N比表面積)が0.2以下である、リチウムイオン二次電池用負極材。
<2>前記R値が1.6以下である、<1>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<3>表面の少なくとも一部に非晶質炭素層を有する黒鉛粒子である、<1>又は<2>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<4>体積平均粒子径(D50)が6μm〜40μmである、<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材。
<5>示差熱分析において、酸素雰囲気での熱処理過程で、300℃〜900℃の範囲に観察される発熱ピークの数が1つである、<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材。
<6>熱重量測定において、窒素雰囲気での熱処理過程で、300℃〜900℃の範囲の重量減少率が0.1%未満である、<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材。
<7>0℃でのCO吸着量測定より求められるCO吸着量が0.30cm/g〜1.50cm/gである、<1>〜<6>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材。
<8>X線回折法により求められる平均面間隔(d002)が0.337nm以下である、<1>〜<7>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材。
<9><1>〜<8>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材を含む負極材層と、集電体と、を含むリチウムイオン二次電池用負極。
<10><9>に記載のリチウムイオン二次電池用負極を含むリチウムイオン二次電池。
Means for solving the above problems include the following embodiments.
<1> A lithium ion secondary having an R value of Raman spectroscopy of 0.7 or more and a value obtained by dividing the R value by the N 2 specific surface area (R value/N 2 specific surface area) of 0.2 or less. Negative electrode material for batteries.
<2> The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to <1>, wherein the R value is 1.6 or less.
<3> The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to <1> or <2>, which is graphite particles having an amorphous carbon layer on at least a part of the surface.
<4> The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <3>, which has a volume average particle diameter (D 50 ) of 6 μm to 40 μm.
<5> In the differential thermal analysis, in the heat treatment process in an oxygen atmosphere, the number of exothermic peaks observed in the range of 300° C. to 900° C. is 1, and any one of <1> to <4> The negative electrode material for the lithium ion secondary battery described.
<6> In the thermogravimetric measurement, the weight loss rate in the range of 300° C. to 900° C. is less than 0.1% in the heat treatment process in a nitrogen atmosphere. <1> to <5>. Negative electrode material for lithium-ion secondary batteries.
<7> 0 CO 2 adsorption amount obtained from CO 2 adsorption amount measured at ℃ is 0.30cm 3 /g~1.50cm 3 / g, according to any one of <1> to <6> Negative electrode material for lithium-ion secondary batteries.
<8> The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <7>, which has an average interplanar spacing (d 002 ) of 0.337 nm or less determined by an X-ray diffraction method.
<9> A negative electrode for a lithium ion secondary battery, comprising a negative electrode material layer containing the negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <8>, and a current collector.
<10> A lithium ion secondary battery including the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to <9>.

本発明の一態様によれば、初回効率及び放電容量に優れるリチウムイオン二次電池を製造可能なリチウムイオン二次電池用負極材、リチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池が提供される。 According to one aspect of the present invention, there are provided a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, a negative electrode for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery capable of producing a lithium ion secondary battery having excellent initial efficiency and discharge capacity. It

CO吸着量測定で行う前処理の温度プログラムを示す図である。Is a diagram showing a temperature program of the pretreatment performed in CO 2 adsorption measurement.

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。 Hereinafter, modes for carrying out the present invention will be described in detail. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The same applies to numerical values and ranges thereof, and does not limit the present invention.

本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「〜」を用いて示された数値範囲には、「〜」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
In the present disclosure, the term “process” includes not only a process independent from other processes but also the process if the purpose of the process is achieved even when the process cannot be clearly distinguished from the other process. ..
In the present disclosure, the numerical range indicated by using "to" includes the numerical values before and after "to" as the minimum value and the maximum value, respectively.
In the numerical ranges described stepwise in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value described in one numerical range may be replaced with the upper limit value or the lower limit value of the numerical range described in other stages. .. Further, in the numerical range described in the present disclosure, the upper limit value or the lower limit value of the numerical range may be replaced with the value shown in the examples.
In the present disclosure, each component may include a plurality of types of corresponding substances. When there are multiple types of substances corresponding to each component in the composition, the content rate or content of each component is the total content rate or content of the multiple types of substances present in the composition unless otherwise specified. Means quantity.
In the present disclosure, a plurality of types of particles corresponding to each component may be included. When a plurality of types of particles corresponding to each component are present in the composition, the particle size of each component means a value for a mixture of the plurality of types of particles present in the composition, unless otherwise specified.
In the present disclosure, the term “layer” or “film” means that when the region in which the layer or film is present is observed, in addition to being formed over the entire region, only in a part of the region. The case of being formed is also included.
In the present disclosure, the term “laminate” refers to stacking layers, two or more layers may be combined and two or more layers may be removable.

<リチウムイオン二次電池用負極材>
本発明のリチウムイオン二次電池用負極材(以下、単に「負極材」とも称する)は、 ラマン分光測定のR値が0.7以上であり、前記R値をN比表面積で除した値(R値/N比表面積、以下「面積当たりR値」ともいう)が0.2以下である。
<Negative electrode material for lithium-ion secondary battery>
The negative electrode material for a lithium ion secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “negative electrode material”) of the present invention has an R value of Raman spectroscopic measurement of 0.7 or more, and a value obtained by dividing the R value by the N 2 specific surface area. (R value/N 2 specific surface area, hereinafter also referred to as “R value per area”) is 0.2 or less.

本発明者らの検討の結果、上記条件を満たす負極材を用いることで、初回効率と放電容量に優れるリチウムイオン二次電池が得られることがわかった。その理由は必ずしも明らかではないが、例えば、負極材のR値が0.7以上であることで電解液の分解が充分に抑制されて初回効率の低下が抑制されるとともに、面積当たりR値が0.2以下であることで負極材のリチウムイオン挿入サイトが充分に確保され、充分な放電容量が得られることが考えられる。 As a result of the study by the present inventors, it was found that a lithium ion secondary battery excellent in initial efficiency and discharge capacity can be obtained by using a negative electrode material satisfying the above conditions. Although the reason is not clear, for example, when the R value of the negative electrode material is 0.7 or more, the decomposition of the electrolytic solution is sufficiently suppressed, the decrease in the initial efficiency is suppressed, and the R value per area is When it is 0.2 or less, it is considered that the lithium ion insertion site of the negative electrode material is sufficiently secured and a sufficient discharge capacity is obtained.

本開示において負極材のR値は、ラマン分光測定において得られたラマン分光スペクトルにおいて、1580cm−1付近の最大ピークの強度Igと、1360cm−1付近の最大ピークの強度Idの強度比(Id/Ig)と定義する。ここで、1580cm−1付近に現れるピークとは、通常、黒鉛結晶構造に対応すると同定されるピークであり、例えば1530cm−1〜1630cm−1に観測されるピークを意味する。また、1360cm−1付近に現れるピークとは、通常、炭素の非晶質構造に対応すると同定されるピークであり、例えば1300cm−1〜1400cm−1に観測されるピークを意味する。 R value of the negative electrode material in the present disclosure, in the Raman spectrum obtained in Raman spectroscopy, and intensity Ig of the maximum peak in the vicinity of 1580 cm -1, the intensity ratio of the intensity Id of the maximum peak in the vicinity of 1360 cm -1 (Id / Ig). Here, the peak appearing near 1580 cm -1, generally a peak identified as corresponding to the graphite crystal structure, means a peak observed for example 1530cm -1 ~1630cm -1. Moreover, the peak appearing in the vicinity of 1360 cm −1 is usually a peak identified as corresponding to the amorphous structure of carbon, and means, for example, a peak observed at 1300 cm −1 to 1400 cm −1 .

本開示において、負極材のラマン分光測定は、レーザーラマン分光光度計(NRS−1000、日本分光株式会社)を用い、負極材を平らになるようにセットした試料板にレーザー光を照射して測定を行う。測定条件は以下の通りである。
レーザー光の波長:532nm
波数分解能:2.56cm−1
測定範囲:1180cm−1〜1730cm−1
ピークリサーチ:バックグラウンド除去
In the present disclosure, Raman spectroscopic measurement of the negative electrode material is performed by using a laser Raman spectrophotometer (NRS-1000, JASCO Corporation) and irradiating the sample plate on which the negative electrode material is set to be flat with laser light. I do. The measurement conditions are as follows.
Laser light wavelength: 532nm
Wave number resolution: 2.56 cm -1
Measuring range: 1180 cm -1 to 1730 cm -1
Peak Research: Background Removal

負極材のR値は、負極材の表面における黒鉛化度を示す指標である。負極材のR値が0.7以上であると、負極材との反応による電解液の分解が充分に抑制され、初回効率が向上すると考えられる。 The R value of the negative electrode material is an index indicating the degree of graphitization on the surface of the negative electrode material. When the R value of the negative electrode material is 0.7 or more, it is considered that the decomposition of the electrolytic solution due to the reaction with the negative electrode material is sufficiently suppressed and the initial efficiency is improved.

負極材のR値を調整する方法は、特に制限されない。例えば、負極材が表面の少なくとも一部に非晶質炭素層を有する黒鉛粒子である場合、黒鉛粒子に対する非晶質炭素層の割合(付着量)を大きくすることでR値を大きくできる傾向にある。 The method of adjusting the R value of the negative electrode material is not particularly limited. For example, when the negative electrode material is graphite particles having an amorphous carbon layer on at least a part of the surface, the R value tends to be increased by increasing the ratio (adhesion amount) of the amorphous carbon layer to the graphite particles. is there.

初回効率向上の観点からは、負極材のR値は0.75以上であることが好ましく、0.8以上であることがより好ましく、0.85以上であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of improving the initial efficiency, the R value of the negative electrode material is preferably 0.75 or more, more preferably 0.8 or more, and further preferably 0.85 or more.

負極材のR値は、1.6以下であることが好ましい。R値が1.6以下であると、例えば、負極材としての黒鉛粒子の表面に比表面積の大きい非晶質炭素が局所的に付着することによる比表面積の過度な上昇が抑制されて、充分な初回効率が確保される傾向にある。 The R value of the negative electrode material is preferably 1.6 or less. If the R value is 1.6 or less, for example, an excessive increase in the specific surface area due to the local attachment of amorphous carbon having a large specific surface area to the surface of the graphite particles as the negative electrode material is sufficiently suppressed. The initial efficiency tends to be secured.

初回効率確保の観点からは、負極材のR値は1.4以下であることがより好ましく、1.2以下であることがさらに好ましい。 From the viewpoint of ensuring the initial efficiency, the R value of the negative electrode material is more preferably 1.4 or less, and further preferably 1.2 or less.

負極材のN比表面積(m/g)は、負極材の面積当たりR値が0.2以下となる値であれば、特に制限されない。負極材の充分な反応面積を確保する観点からは、負極材のN比表面積(m/g)は、負極材の面積当たりR値が0.18以下となる値であることが好ましく、負極材の面積当たりR値が0.16以下となる値であることがより好ましい。 The N 2 specific surface area (m 2 /g) of the negative electrode material is not particularly limited as long as the R value per area of the negative electrode material is 0.2 or less. From the viewpoint of ensuring a sufficient reaction area of the negative electrode material, the N 2 specific surface area (m 2 /g) of the negative electrode material is preferably a value such that the R value per area of the negative electrode material is 0.18 or less, It is more preferable that the R value per area of the negative electrode material is 0.16 or less.

負極材のN比表面積(m/g)は、例えば、20m/g以下であってもよく、17m/g以下であってもよく、12m/g以下であってもよい。
負極材のN比表面積(m/g)は、例えば、0.5m/g以上であってもよく、2m/g以上であってもよく、5m/g以上であってもよい。
The N 2 specific surface area (m 2 /g) of the negative electrode material may be, for example, 20 m 2 /g or less, 17 m 2 /g or less, or 12 m 2 /g or less.
The N 2 specific surface area (m 2 /g) of the negative electrode material may be, for example, 0.5 m 2 /g or more, 2 m 2 /g or more, or 5 m 2 /g or more. Good.

本開示において負極材のN比表面積は、77Kでの窒素吸着測定より得た吸着等温線からBET法を用いて求めることができる。 In the present disclosure, the N 2 specific surface area of the negative electrode material can be determined using the BET method from the adsorption isotherm obtained by the nitrogen adsorption measurement at 77K.

負極材のN比表面積(m/g)を調整する方法は、特に制限されない。例えば、負極材の粒子径、粒子形状、表面状態等によって調整することができる。具体的な方法としては、負極材を熱処理してN比表面積を増大させる方法等が挙げられる。 The method for adjusting the N 2 specific surface area (m 2 /g) of the negative electrode material is not particularly limited. For example, it can be adjusted by the particle size, particle shape, surface condition, etc. of the negative electrode material. As a specific method, a method of heat-treating the negative electrode material to increase the N 2 specific surface area and the like can be mentioned.

負極材は、表面の少なくとも一部に非晶質炭素層を有する黒鉛粒子であることが好ましい。負極材が表面の少なくとも一部に非晶質炭素層を有する黒鉛粒子であると、負極材を用いるリチウムイオン二次電池の初回効率及び放電容量をより効果的に向上させることができる。 The negative electrode material is preferably graphite particles having an amorphous carbon layer on at least a part of the surface. When the negative electrode material is graphite particles having an amorphous carbon layer on at least a part of the surface, it is possible to more effectively improve the initial efficiency and the discharge capacity of the lithium ion secondary battery using the negative electrode material.

負極材が表面の少なくとも一部に非晶質炭素層を有する黒鉛粒子である場合、黒鉛粒子としては球状天然黒鉛、燐片状黒鉛等の天然黒鉛、人造黒鉛などが挙げられるが、特に制限されない。
量産性の観点からは天然黒鉛が好ましく、電極の高密度化のためにプレスした際に粒子が一定方向に配向するのを抑制する観点からは球状天然黒鉛がより好ましい。
When the negative electrode material is graphite particles having an amorphous carbon layer on at least a part of the surface, examples of the graphite particles include spherical natural graphite, natural graphite such as flake graphite, and artificial graphite, but are not particularly limited. ..
Natural graphite is preferable from the viewpoint of mass productivity, and spherical natural graphite is more preferable from the viewpoint of suppressing particles from being oriented in a certain direction when pressed to increase the density of the electrode.

非晶質炭素層は、黒鉛粒子の表面の少なくとも一部に存在するのであれば特に制限されない。電解液の分解を効果的に抑制する観点からは、非晶質炭素層は、黒鉛粒子を被覆する状態であることが好ましい。 The amorphous carbon layer is not particularly limited as long as it exists on at least a part of the surface of the graphite particles. From the viewpoint of effectively suppressing the decomposition of the electrolytic solution, the amorphous carbon layer is preferably in a state of covering the graphite particles.

黒鉛粒子の表面に非晶質炭素層を形成する方法は、特に制限されない。例えば、熱処理によって炭素質に変化しうる有機化合物(炭素前駆体)と黒鉛粒子の混合物を熱処理し、有機化合物を融解、蒸発又は昇華させることで行ってもよい。あるいは、気体状又は容易に気化可能な炭素前駆体を用いて化学蒸着法により行ってもよい。 The method for forming the amorphous carbon layer on the surface of the graphite particles is not particularly limited. For example, it may be carried out by heat-treating a mixture of an organic compound (carbon precursor) which can be changed into carbon by heat treatment and graphite particles, and melting, vaporizing or sublimating the organic compound. Alternatively, it may be carried out by a chemical vapor deposition method using a carbon precursor which is gaseous or easily vaporizable.

炭素前駆体として具体的には、カルボン酸等の低分子化合物、フェノール樹脂、スチレン樹脂、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリブチラール等の高分子化合物、エチレンヘビーエンドピッチ、石炭系ピッチ、石油ピッチ、コールタールピッチ、アスファルト分解ピッチ、ポリ塩化ビニル(PVC)を熱分解して生成するPVCピッチ、ナフタレン等を超強酸存在下で重合させて作製されるナフタレンピッチ等のピッチ類、澱粉、セルロース等の多糖類などが挙げられる。炭素前駆体は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。 Specific examples of the carbon precursor include low molecular weight compounds such as carboxylic acid, high molecular weight compounds such as phenol resin, styrene resin, polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate and polybutyral, ethylene heavy end pitch, coal pitch. , Petroleum pitch, coal tar pitch, asphalt cracking pitch, PVC pitch produced by pyrolyzing polyvinyl chloride (PVC), pitches such as naphthalene pitch produced by polymerizing naphthalene in the presence of a super strong acid, starch , And polysaccharides such as cellulose. The carbon precursors may be used alone or in combination of two or more.

炭素前駆体としては、カルボン酸を用いることが好ましい。本発明者らの検討の結果、炭素前駆体としてカルボン酸を用いる場合は、他の材料を前駆体として用いる場合に比べ、放電容量がより向上することがわかった。その理由は必ずしも明らかではないが、例えば、カルボン酸を用いる場合は他の材料を用いる場合に比べて同等のR値が得られるときの負極材の比表面積の減少の程度が小さいこと、カルボン酸が負極材の表面状態に何らかの作用を及ぼすこと等が考えられる。さらには、カルボン酸を用いて形成される非晶質炭素層が、結晶配向性が低くリチウムイオンの脱挿入部位が多いハードカーボンのような性質を示すことが考えられる。 A carboxylic acid is preferably used as the carbon precursor. As a result of the study conducted by the present inventors, it was found that when carboxylic acid is used as the carbon precursor, the discharge capacity is more improved than when other materials are used as the precursor. Although the reason is not clear, for example, when a carboxylic acid is used, the degree of decrease in the specific surface area of the negative electrode material is small when an R value equivalent to that when other materials are used is obtained. May have some effect on the surface condition of the negative electrode material. Furthermore, it is conceivable that the amorphous carbon layer formed by using the carboxylic acid exhibits a property similar to that of hard carbon, which has low crystal orientation and has many lithium ion insertion/removal sites.

本開示においてカルボン酸とは分子中に少なくとも1個のカルボキシ基を有する化合物を意味し、ヒドロキシ基をさらに有する化合物(ヒドロキシ酸)、アミノ基をさらに有する化合物(アミノ酸)等もカルボン酸に含まれる。カルボン酸は、1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用してもよい。 In the present disclosure, the carboxylic acid means a compound having at least one carboxy group in the molecule, and a compound further having a hydroxy group (hydroxy acid), a compound further having an amino group (amino acid) and the like are also included in the carboxylic acid. .. The carboxylic acids may be used alone or in combination of two or more.

カルボン酸が有するカルボキシ基の数は特に制限されないが、1個〜3個であることが好ましく、1個又は2個であることがより好ましい。 The number of carboxy groups contained in the carboxylic acid is not particularly limited, but it is preferably 1 to 3, and more preferably 1 or 2.

カルボン酸として具体的には、下記の化合物が挙げられる。
(1)ギ酸、酢酸、プロピオン酸、酪酸、吉草酸、ラウリン酸、トリデシル酸、パルミチン酸、ステアリン酸等の飽和脂肪酸
(2)アクリル酸、メタクリル酸、オレイン酸、リノール酸、α−リノレン酸等の不飽和脂肪酸
(3)シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸等の飽和ジカルボン酸
(4)マレイン酸、フマル酸等の不飽和ジカルボン酸
(5)安息香酸、イソフタル酸、テレフタル酸、サリチル酸等の芳香族カルボン酸
Specific examples of the carboxylic acid include the following compounds.
(1) Saturated fatty acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, butyric acid, valeric acid, lauric acid, tridecylic acid, palmitic acid, stearic acid (2) Acrylic acid, methacrylic acid, oleic acid, linoleic acid, α-linolenic acid, etc. Unsaturated fatty acids (3) Saturated dicarboxylic acids such as oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid and adipic acid (4) Unsaturated dicarboxylic acids such as maleic acid and fumaric acid (5) Benzoic acid, isophthalic acid, terephthalic acid Aromatic carboxylic acids such as acid and salicylic acid

カルボン酸の中でも、イソフタル酸、フマル酸、ラウリン酸及びステアリン酸が好ましく、イソフタル酸及びステアリン酸がより好ましい。 Among the carboxylic acids, isophthalic acid, fumaric acid, lauric acid and stearic acid are preferable, and isophthalic acid and stearic acid are more preferable.

負極材は、示差熱分析において、酸素雰囲気での熱処理過程で、300℃〜900℃の範囲に観察される発熱ピークの数が1つであることが好ましい。この条件で観察される発熱ピークの数が1つであることは、非晶質炭素由来のピークが極めて小さいことを意味し、負極材に占める非晶質炭素の割合が極めて小さいことを意味する。 In the differential thermal analysis, the negative electrode material preferably has one exothermic peak observed in the range of 300° C. to 900° C. during the heat treatment process in an oxygen atmosphere. The fact that the number of exothermic peaks observed under this condition is one means that the peak derived from amorphous carbon is extremely small, and that the proportion of amorphous carbon in the negative electrode material is extremely small. ..

負極材は結晶性が高いほど、エネルギー密度が高くなる。黒鉛は結晶性が高いほど、酸化に対しても安定であることから、上記発熱ピークは700℃〜900℃の範囲に観察されることが好ましく、800℃付近に観察されることがより好ましい。 The higher the crystallinity of the negative electrode material, the higher the energy density. Since the higher the crystallinity of graphite is, the more stable it is against oxidation, the exothermic peak is preferably observed in the range of 700°C to 900°C, and more preferably around 800°C.

負極材は、熱重量測定において、窒素雰囲気での熱処理過程で、300℃〜900℃の範囲の重量減少率が0.1%未満であることが好ましい。この条件での重量減少率が小さいほど、上述した炭素前駆体が炭素質に変化している度合いが大きく、負極材としての特性に優れていると考えられる。上記重量減少率は0.07%未満であることがより好ましく、0.03%未満であることがさらに好ましい。 In the thermogravimetric measurement, the negative electrode material preferably has a weight reduction rate of less than 0.1% in the range of 300° C. to 900° C. during the heat treatment process in a nitrogen atmosphere. It is considered that the smaller the weight reduction rate under this condition is, the greater the degree of conversion of the above-mentioned carbon precursor into carbonaceous matter is, and the more excellent the characteristics as the negative electrode material are. The weight reduction rate is more preferably less than 0.07%, further preferably less than 0.03%.

本開示において、負極材の示差熱分析及び熱重量測定は、示差熱熱重量同時測定装置(例えば、セイコーインスツルメンツ株式会社のTG/DTA6200)を使用して測定される。示差熱分析については、白金製試料容器に入れた負極材のサンプルを酸素雰囲気で25℃〜950℃まで熱処理し、リファレンスであるα−アルミナとの温度変化の差を示差熱(DTA)とする。熱重量測定については、同温度範囲で窒素雰囲気におけるサンプルの重量減少量を熱処理前のサンプルの重量で割った値に100を乗じた値を重量減少率(%)とする。 In the present disclosure, the differential thermal analysis and thermogravimetric measurement of the negative electrode material are measured using a differential thermogravimetric simultaneous measurement apparatus (for example, TG/DTA6200 manufactured by Seiko Instruments Inc.). Regarding the differential thermal analysis, a sample of the negative electrode material placed in a platinum sample container is heat-treated in an oxygen atmosphere at 25° C. to 950° C., and the difference in temperature change from α-alumina as a reference is defined as differential heat (DTA). .. For thermogravimetric measurement, the value obtained by dividing the weight reduction amount of the sample in the nitrogen atmosphere in the same temperature range by the weight of the sample before the heat treatment and multiplying by 100 is taken as the weight reduction rate (%).

負極材の体積平均粒子径は、特に制限されない。例えば、6μm〜40μmであることが好ましく、8μm〜30μmであることがより好ましく、10μm〜25μmであることがさらに好ましい。負極材の体積平均粒子径が6μm以上であると、負極材を他の材料と混合して負極材組成物としたときの粒子同士の凝集が抑制され、良好な塗工性が得られる傾向にある。一方、負極材の体積平均粒子径が40μm以下であると、負極材の表面から内部へのリチウムの拡散距離が長くなりすぎず、リチウムイオン二次電池の入出力特性が良好に維持される傾向にある。 The volume average particle size of the negative electrode material is not particularly limited. For example, it is preferably 6 μm to 40 μm, more preferably 8 μm to 30 μm, and further preferably 10 μm to 25 μm. When the volume average particle diameter of the negative electrode material is 6 μm or more, aggregation of particles when the negative electrode material is mixed with another material to form a negative electrode material composition is suppressed, and good coatability tends to be obtained. is there. On the other hand, when the volume average particle size of the negative electrode material is 40 μm or less, the diffusion distance of lithium from the surface of the negative electrode material to the inside does not become too long, and the input/output characteristics of the lithium ion secondary battery are favorably maintained. It is in.

本開示において、負極材の体積平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定される負極材の粒子径分布において、小径側から体積累積分布曲線を描いた場合に、累積50%となるときの粒子径(D50)である。負極材の体積平均粒子径は、例えば、界面活性剤を含んだ精製水に負極材を分散させた状態でレーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、株式会社島津製作所のSALD−3000J)により測定することができる。 In the present disclosure, the volume average particle diameter of the negative electrode material is 50% when the cumulative volume distribution curve is drawn from the smaller diameter side in the particle diameter distribution of the negative electrode material measured by the laser diffraction/scattering method. It is a particle diameter (D 50 ). The volume average particle diameter of the negative electrode material is measured by, for example, a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, SALD-3000J manufactured by Shimadzu Corporation) in a state where the negative electrode material is dispersed in purified water containing a surfactant. be able to.

負極材は、0℃でのCO吸着量測定より求めたCO吸着量が0.30cm/g〜1.50cm/gであることが好ましい。
負極材の上記条件で測定されるCO吸着量が0.30cm/g以上であると、リチウムイオンの挿入脱離に伴う抵抗が減少する傾向にあり、1.50cm/g以下であると充電状態で保持した際の容量劣化が抑制できる傾向にある。
Negative electrode material is preferably CO 2 adsorption amount of CO 2 was determined by adsorption measurements at 0 ℃ is 0.30cm 3 /g~1.50cm 3 / g.
If the amount of CO 2 adsorbed on the negative electrode material measured under the above conditions is 0.30 cm 3 /g or more, the resistance associated with the insertion and desorption of lithium ions tends to decrease to 1.50 cm 3 /g or less. And, there is a tendency that the deterioration of capacity when held in a charged state can be suppressed.

本開示において、負極材のCO吸着量の測定は、BELSORP−miniII(マイクロトラック・ベル株式会社製)を使用して行う。なお、測定前に、図1に示す温度プログラムで前処理し、脱ガスする。CO吸着量は相対圧P/P=0.9806のときのCO吸着体積をサンプル重量で割ることで算出する。 In the present disclosure, the measurement of the CO 2 adsorption amount of the negative electrode material is performed using BELSORP-miniII (manufactured by Microtrac Bell Co., Ltd.). Prior to the measurement, the temperature program shown in FIG. 1 is pretreated and degassed. The CO 2 adsorption amount is calculated by dividing the CO 2 adsorption volume when the relative pressure P/P 0 =0.9806 by the sample weight.

負極材は、X線回折法により求められる平均面間隔d002が、0.337nm以下であることが好ましい。平均面間隔d002の値は、0.3354nmが黒鉛結晶の理論値であり、この値に近いほどエネルギー密度が大きくなる傾向にある。したがって、負極材の平均面間隔d002が0.337nm以下であると、リチウムイオン二次電池の初回充放電効率とエネルギー密度の双方に優れる傾向にある。 The negative electrode material preferably has an average interplanar spacing d 002 of 0.337 nm or less, which is determined by an X-ray diffraction method. Regarding the value of the average interplanar spacing d 002 , 0.3354 nm is the theoretical value of the graphite crystal, and the energy density tends to increase as it approaches this value. Therefore, when the average surface spacing d 002 of the negative electrode material is 0.337 nm or less, both the initial charge and discharge efficiency and the energy density of the lithium ion secondary battery tend to be excellent.

負極材の平均面間隔d002は、X線(CuKα線)を負極材である試料に照射し、回折線をゴニオメーターにより測定し得た回折プロファイルより、回折角2θ=24°〜2
7°付近に現れる炭素002面に対応した回折ピークより、ブラッグの式を用いて算出することができる。
The average interplanar spacing d 002 of the negative electrode material was determined by irradiating the sample that is the negative electrode material with X-rays (CuKα rays), and from the diffraction profile obtained by measuring the diffraction line with a goniometer, the diffraction angle 2θ=24° to 2
It can be calculated using the Bragg equation from the diffraction peak corresponding to the carbon 002 plane that appears near 7°.

<リチウムイオン二次電池用負極>
本開示のリチウムイオン二次電池用負極は、上述したリチウムイオン二次電池用負極材を含む負極材層と、集電体と、を含む。リチウムイオン二次電池用負極は、前述した負極材を含む負極材層及び集電体の他、必要に応じて他の構成要素を含んでもよい。
<Negative electrode for lithium-ion secondary battery>
The negative electrode for a lithium ion secondary battery of the present disclosure includes a negative electrode material layer including the above-described negative electrode material for a lithium ion secondary battery, and a current collector. The negative electrode for a lithium-ion secondary battery may include other components, if necessary, in addition to the above-described negative electrode material layer including the negative electrode material and the current collector.

リチウムイオン二次電池用負極は、例えば、負極材と結着剤を溶剤とともに混練してスラリー状の負極材組成物を調製し、これを集電体上に塗布して負極材層を形成することで作製したり、負極材組成物をシート状、ペレット状等の形状に成形し、これを集電体と一体化することで作製したりすることができる。混練は、撹拌機、ボールミル、スーパーサンドミル、加圧ニーダー等の分散装置を用いて行うことができる。 The negative electrode for a lithium-ion secondary battery is prepared, for example, by kneading a negative electrode material and a binder together with a solvent to prepare a negative electrode material composition in a slurry form, and applying this on a current collector to form a negative electrode material layer. It can be manufactured by forming the negative electrode material composition into a sheet shape, a pellet shape, or the like and integrating it with a current collector. The kneading can be performed using a dispersing device such as a stirrer, a ball mill, a super sand mill, a pressure kneader, or the like.

負極材組成物の調製に用いる結着剤は、特に限定されない。例えば、スチレン−ブタジエン共重合体、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート等のエチレン性不飽和カルボン酸エステル、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸、及び、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリエピクロヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリアクリロニトリル等のイオン導電性の大きい高分子化合物が挙げられる。 The binder used for preparing the negative electrode material composition is not particularly limited. For example, styrene-butadiene copolymer, methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, acrylonitrile, methacrylonitrile, hydroxyethyl acrylate, ethylenically unsaturated carboxylic acid ester such as hydroxyethyl methacrylate, Acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid and other ethylenically unsaturated carboxylic acids, and polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyepiclohydrin, polyphosphazene, polyacrylonitrile, etc. Large polymer compounds are included.

負極材組成物が結着剤を含む場合、その量は特に制限されない。例えば、負極材と結着剤の合計100質量部に対して0.5質量部〜20質量部であってもよい。 When the negative electrode material composition contains a binder, the amount thereof is not particularly limited. For example, the amount may be 0.5 parts by mass to 20 parts by mass based on 100 parts by mass of the total amount of the negative electrode material and the binder.

負極材組成物は、増粘剤を含んでもよい。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸又はその塩、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等を使用することができる。 The negative electrode material composition may include a thickener. As the thickener, carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid or a salt thereof, oxidized starch, phosphorylated starch, casein and the like can be used.

負極材組成物が増粘剤を含む場合、その量は特に制限されない。例えば、負極材100質量部に対して0.1質量部〜5質量部であってもよい。 When the negative electrode material composition contains a thickener, the amount thereof is not particularly limited. For example, it may be 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode material.

負極材組成物は、導電助材を含んでもよい。導電助材としては、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック等の炭素材料、導電性を示す酸化物、窒化物等の化合物などが挙げられる。 The negative electrode material composition may include a conductive auxiliary material. Examples of the conductive auxiliary material include carbon materials such as carbon black, graphite and acetylene black, and oxides and nitrides having conductivity.

負極材組成物が導電助剤を含む場合、その量は特に制限されない。例えば、負極材100質量部に対して0.5質量部〜15質量部であってもよい。 When the negative electrode material composition contains a conductive additive, the amount thereof is not particularly limited. For example, it may be 0.5 to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode material.

集電体の材質は特に制限されず、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等から選択できる。集電体の状態は特に制限されず、箔、穴開け箔、メッシュ等から選択できる。また、ポーラスメタル(発泡メタル)等の多孔性材料、カーボンペーパーなども集電体として使用可能である。 The material of the current collector is not particularly limited and can be selected from aluminum, copper, nickel, titanium, stainless steel and the like. The state of the current collector is not particularly limited and can be selected from foil, perforated foil, mesh and the like. Further, a porous material such as porous metal (foamed metal), carbon paper or the like can also be used as the current collector.

負極材組成物を集電体に塗布して負極材層を形成する場合、その方法は特に制限されず、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、コンマコート法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等の公知の方法を採用できる。負極材組成物を集電体に塗布した後は、負極材組成物に含まれる溶剤を乾燥により除去する。乾燥は、例えば、熱風乾燥機、赤外線乾燥機又はこれらの装置の組み合わせを用いて行うことができる。必要に応じて圧延処理を行ってもよい。圧延処理は、平板プレス、カレンダーロール等の方法で行うことができる。 When the negative electrode material composition is applied to the current collector to form the negative electrode material layer, the method is not particularly limited, and a metal mask printing method, an electrostatic coating method, a dip coating method, a spray coating method, a roll coating method, Known methods such as a doctor blade method, a comma coating method, a gravure coating method, and a screen printing method can be adopted. After applying the negative electrode material composition to the current collector, the solvent contained in the negative electrode material composition is removed by drying. Drying can be performed using, for example, a hot air dryer, an infrared dryer, or a combination of these devices. You may perform a rolling process as needed. The rolling treatment can be carried out by a method such as flat plate press or calender roll.

シート、ペレット等の形状に成形された負極組成物を集電体と一体化して負極材層を形成する場合、一体化の方法は特に制限されない。例えば、ロール、平板プレス又はこれらの手段の組み合わせにより行うことができる。一体化する際の圧力は、例えば、1MPa〜200MPa程度であることが好ましい。 When the negative electrode composition formed into a shape such as a sheet or a pellet is integrated with the current collector to form the negative electrode material layer, the integration method is not particularly limited. For example, it can be performed by a roll, a flat plate press, or a combination of these means. The pressure for integration is preferably, for example, about 1 MPa to 200 MPa.

負極材の負極密度は、特に制限されない。例えば、1.1g/cm〜1.8g/cmであることが好ましく、1.2g/cm〜1.7g/cmであることがより好ましく、1.3g/cm〜1.6g/cmであることが更に好ましい。負極密度を1.1
g/cm以上とすることで、電子抵抗の増加が抑制され、容量が増加する傾向にあり、1.8g/cm以下とすることで、レート特性及びサイクル特性の低下が抑制される傾向がある。
The negative electrode density of the negative electrode material is not particularly limited. For example, it is preferably 1.1g / cm 3 ~1.8g / cm 3 , more preferably from 1.2g / cm 3 ~1.7g / cm 3 , 1.3g / cm 3 ~1. More preferably, it is 6 g/cm 3 . Negative electrode density is 1.1
When it is g/cm 3 or more, the increase of electronic resistance is suppressed and the capacity tends to be increased, and when it is 1.8 g/cm 3 or less, the deterioration of rate characteristics and cycle characteristics is suppressed. There is.

<リチウムイオン二次電池>
本開示のリチウムイオン二次電池は、上述したリチウムイオン二次電池用負極を含む。ある実施態様では、リチウムイオン二次電池は、リチウムイオン二次電池用負極と、正極と、電解液とを含む。
<Lithium-ion secondary battery>
A lithium ion secondary battery of the present disclosure includes the above-described negative electrode for lithium ion secondary battery. In one embodiment, the lithium ion secondary battery includes a negative electrode for a lithium ion secondary battery, a positive electrode, and an electrolytic solution.

正極は、上述した負極の作製方法と同様にして、集電体上に正極層を形成することで得ることができる。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼等の金属又は合金を、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にしたものを用いることができる。 The positive electrode can be obtained by forming a positive electrode layer on the current collector in the same manner as in the method for producing the negative electrode described above. As the current collector, it is possible to use a metal or alloy such as aluminum, titanium, and stainless steel in the form of a foil, a perforated foil, a mesh, or the like.

正極層の形成に用いる正極材料は、特に制限されない。例えば、リチウムイオンをドーピング又はインターカレーション可能な金属化合物(金属酸化物、金属硫化物等)及び導電性高分子材料が挙げられる。より具体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、これらの複酸化物(LiCoNiMn、x+y+z=1)、添加元素M’を含む複酸化物(LiCoNiMnM’、a+b+c+d=1、M’:Al、Mg、Ti
、Zr又はGe)、スピネル型リチウムマンガン酸化物(LiMn)、リチウムバナジウム化合物、V、V13、VO、MnO、TiO、MoV、TiS、V、VS、MoS、MoS、Cr、Cr、オリビン型LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Fe)等のリチウム含有化合物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセン等の導電性ポリマー、多孔質炭素などが挙げられる。正極材料は、1種単独であっても2種以上であってもよい。
The positive electrode material used for forming the positive electrode layer is not particularly limited. Examples thereof include metal compounds (metal oxides, metal sulfides, etc.) capable of doping or intercalating lithium ions, and conductive polymer materials. More specifically, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), these complex oxides (LiCo x Ni y Mn z O 2 , x+y+z=1), Complex oxide containing additional element M′ (LiCo a Ni b Mn c M′ d O 2 , a+b+c+d=1, M′: Al, Mg, Ti
, Zr or Ge), spinel type lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium vanadium compound, V 2 O 5 , V 6 O 13 , VO 2 , MnO 2 , TiO 2 , MoV 2 O 8 , TiS 2 , V 2 S 5, VS 2, MoS 2, MoS 3, Cr 3 O 8, Cr 2 O 5, olivine-type LiMPO 4 (M: Co, Ni , Mn, Fe) lithium-containing compounds such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole , Conductive polymers such as polythiophene and polyacene, and porous carbon. The positive electrode material may be a single material or a combination of two or more materials.

電解液は特に制限されず、例えば、電解質としてのリチウム塩を非水系溶媒に溶解したもの(いわゆる有機電解液)を使用することができる。
リチウム塩としては、LiClO、LiPF、LiAsF、LiBF、LiSOCF等が挙げられる。リチウム塩は、1種単独でも2種以上であってもよい。
非水系溶媒としては、エチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、クロロ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、ビニレンカーボネート、シクロペンタノン、シクロヘキシルベンゼン、スルホラン、プロパンスルトン、3−メチルスルホラン、2,4−ジメチルスルホラン、3−メチル−1,3−オキサゾリジン−2−オン、γ−ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ブチルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、1,3−ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、トリメチルリン酸エステル、トリエチルリン酸エステル等が挙げられる。非水系溶媒は、1種単独でも2種以上であってもよい。
The electrolytic solution is not particularly limited, and for example, a lithium salt as an electrolyte dissolved in a non-aqueous solvent (so-called organic electrolytic solution) can be used.
Examples of the lithium salt include LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , and LiSO 3 CF 3 . The lithium salt may be used alone or in combination of two or more.
As the non-aqueous solvent, ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, cyclopentanone, cyclohexylbenzene, sulfolane, propane sultone, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butyl methyl carbonate, ethyl propyl carbonate, butyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, 1, 2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, methyl acetate, ethyl acetate, trimethyl phosphate ester, triethyl phosphate ester and the like can be mentioned. The non-aqueous solvent may be one type alone or two or more types.

リチウムイオン二次電池における正極及び負極の状態は、特に限定されない。例えば、正極及び負極と、必要に応じて正極及び負極の間に配置されるセパレータとを、渦巻状に巻回した状態であっても、これらを平板状として積層した状態であってもよい。 The states of the positive electrode and the negative electrode in the lithium ion secondary battery are not particularly limited. For example, the positive electrode and the negative electrode and, if necessary, the separator disposed between the positive electrode and the negative electrode may be wound in a spiral shape or may be stacked in a flat plate shape.

セパレータは特に制限されず、例えば、樹脂製の不織布、クロス、微孔フィルム又はそれらを組み合わせたものを使用することができる。樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを主成分とするものが挙げられる。リチウムイオン二次電池の構造上、正極と負極が直接接触しない場合は、セパレータは使用しなくてもよい。 The separator is not particularly limited, and for example, a resin non-woven fabric, a cloth, a microporous film, or a combination thereof can be used. Examples of the resin include resins containing polyolefin such as polyethylene and polypropylene as a main component. Due to the structure of the lithium ion secondary battery, the separator may not be used when the positive electrode and the negative electrode do not come into direct contact with each other.

リチウムイオン二次電池の形状は、特に制限されない。例えば、ラミネート型電池、ペーパー型電池、ボタン型電池、コイン型電池、積層型電池、円筒型電池及び角型電池が挙げられる。 The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited. For example, a laminate type battery, a paper type battery, a button type battery, a coin type battery, a laminated type battery, a cylindrical type battery and a square type battery can be mentioned.

本実施形態のリチウムイオン二次電池は、放電容量に優れるため、航続距離拡張が求められる、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)やEV、大容量産業用蓄電池等に使用されるリチウムイオン二次電池として好適である。 The lithium-ion secondary battery of the present embodiment is excellent in discharge capacity, and therefore is required to have an extended cruising range. It is used in plug-in hybrid electric vehicles (PHEV) and EVs, large-capacity industrial storage batteries, and the like. Is suitable as

以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited to the following Examples.

<実施例1>
(1)負極材の作製
100質量部の球形天然黒鉛(体積平均粒子径:10μm)と、炭素前駆体として10質量部のイソフタル酸と、を混合して混合物を得た。この混合物に対し、熱処理(Ar雰囲気において200℃/時間の昇温速度で25℃から900℃まで昇温し、900℃で1時間保持した後、自然冷却)を行った。熱処理後のサンプルをミキサーで解砕し、篩(350メッシュ、目開き45μm)分けした篩下分を負極材とした。
<Example 1>
(1) Preparation of Negative Electrode Material 100 parts by mass of spherical natural graphite (volume average particle diameter: 10 μm) and 10 parts by mass of isophthalic acid as a carbon precursor were mixed to obtain a mixture. This mixture was subjected to heat treatment (heating in Ar atmosphere from 25° C. to 900° C. at a heating rate of 200° C./hour, holding at 900° C. for 1 hour, and then natural cooling). The sample after the heat treatment was disintegrated with a mixer, and the sieved portion (350 mesh, opening 45 μm) was used as a negative electrode material.

下記に示す方法により、得られた負極材のR値の測定、N比表面積の測定、CO吸着量測定、体積平均粒子径(D50)の測定、及び示差熱分析を行った。結果を表1に示す。 By the method shown below, the R value of the obtained negative electrode material, the N 2 specific surface area, the CO 2 adsorption amount, the volume average particle diameter (D 50 ), and the differential thermal analysis were performed. The results are shown in Table 1.

[R値の測定]
負極材のR値は、上述した条件でラマン分光測定を行い、得られたラマン分光スペクトルにおいて、1580cm−1付近の最大ピークの強度Igと、1360cm−1付近の最大ピークの強度Idの強度比(Id/Ig)として算出した。
[Measurement of R value]
R value of the negative electrode material is subjected to Raman spectroscopic measurement under the conditions described above, in the obtained Raman spectrum, the intensity Ig of the maximum peak in the vicinity of 1580 cm -1, the intensity ratio of the intensity Id of the maximum peak in the vicinity of 1360 cm -1 It was calculated as (Id/Ig).

[N比表面積の測定]
負極材のN比表面積は、高速比表面積/細孔分布測定装置(フローソープ II 2300、東海理機株式会社)を用いて、液体窒素温度(77K)での窒素吸着を多点法で測定してBET法により算出した。
[Measurement of N 2 specific surface area]
The N 2 specific surface area of the negative electrode material was measured by a multipoint method for nitrogen adsorption at a liquid nitrogen temperature (77K) using a high-speed specific surface area/pore distribution measuring device (FlowSoap II 2300, Tokai Riki Co., Ltd.). And calculated by the BET method.

[CO吸着量の測定]
負極材のCO吸着量は、上述した条件で行った。測定の前処理として、図1に示す温度プログラムで脱ガスした。CO吸着量は相対圧P/P=0.9806のときのCO吸着体積をサンプル重量で割ることで算出した。
[Measurement of CO 2 adsorption amount]
The amount of CO 2 adsorbed on the negative electrode material was measured under the above-mentioned conditions. As a pretreatment for the measurement, degassing was performed according to the temperature program shown in FIG. The CO 2 adsorption amount was calculated by dividing the CO 2 adsorption volume when the relative pressure P/P 0 =0.9806 by the sample weight.

[体積平均粒子径の測定]
負極材の体積平均粒子径は、レーザー回折・散乱方式にて上述した条件で測定した。
[Measurement of volume average particle size]
The volume average particle diameter of the negative electrode material was measured by the laser diffraction/scattering method under the conditions described above.

[示差熱分析]
負極材の示差熱分析を上述した条件で行い、300℃〜900℃の範囲に観察される発熱ピークの数を調べた。
[Differential thermal analysis]
The differential thermal analysis of the negative electrode material was performed under the above-mentioned conditions, and the number of exothermic peaks observed in the range of 300°C to 900°C was examined.

(2)リチウムイオン二次電池の作製
作製した負極材98質量部に対し、増粘剤としてCMC(カルボキシメチルセルロース、第一工業製薬株式会社、セロゲンWS−C)の水溶液(CMC濃度:2質量%)を、CMCの固形分量が1質量部となるように加え、10分間混練を行った。次いで、負極材とCMCの合計の固形分濃度が40質量%〜50質量%となるように精製水を加え、10分間混練を行った。続いて、結着剤としてSBR(BM400−B、日本ゼオン株式会社)の水分散液(SBR濃度:40質量%)を、SBRの固形分量が1質量部となるように加え、10分間混合してペースト状の負極材組成物を作製した。この負極材組成物を、厚さ11μmの電解銅箔に単位面積当りの塗布量が4.5mg/cmとなるようにクリアランスを調整したコンマコーターで塗工して、負極層を形成した。その後、ハンドプレスで1.2g/cmに電極密度を調整した。負極層が形成された電解銅箔を直径14mmの円盤状に打ち抜き、試料電極(負極)を作製した。
(2) Preparation of lithium-ion secondary battery An aqueous solution (CMC concentration: 2 mass%) of CMC (carboxymethyl cellulose, Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., Serogen WS-C) as a thickener was used with respect to 98 mass parts of the prepared negative electrode material. ) Was added so that the solid content of CMC was 1 part by mass, and kneading was performed for 10 minutes. Next, purified water was added so that the total solid content concentration of the negative electrode material and CMC was 40% by mass to 50% by mass, and kneading was performed for 10 minutes. Then, an aqueous dispersion (SBR concentration: 40% by mass) of SBR (BM400-B, Nippon Zeon Co., Ltd.) was added as a binder so that the solid content of SBR was 1 part by mass and mixed for 10 minutes. To prepare a paste-like negative electrode material composition. This negative electrode material composition was applied to an electrolytic copper foil having a thickness of 11 μm with a comma coater whose clearance was adjusted so that the amount applied per unit area was 4.5 mg/cm 2 , to form a negative electrode layer. Then, the electrode density was adjusted to 1.2 g/cm 3 with a hand press. The electrolytic copper foil on which the negative electrode layer was formed was punched into a disk shape having a diameter of 14 mm to prepare a sample electrode (negative electrode).

作製した試料電極(負極)、セパレータ、対極(正極)の順にコイン型電池容器に入れ、電解液を注入して、コイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。電解液としては、エチレンカーボネート(EC)及びメチルエチルカーボネート(MEC)(ECとMECの体積比は3:7)の混合溶媒にLiPFを1.0mol/Lの濃度になるように溶解したものを使用した。対極(正極)としては、金属リチウムを使用した。セパレータとしては、厚み20μmのポリエチレン製微孔膜を使用した。 The prepared sample electrode (negative electrode), separator, and counter electrode (positive electrode) were placed in a coin-type battery container in this order, and an electrolytic solution was injected into the coin-type lithium ion secondary battery. As the electrolytic solution, LiPF 6 dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) (the volume ratio of EC and MEC is 3:7) to a concentration of 1.0 mol/L. It was used. Metal lithium was used as the counter electrode (positive electrode). A polyethylene microporous membrane having a thickness of 20 μm was used as the separator.

[初回充放電特性の評価]
作製したリチウムイオン二次電池を用いて、下記の方法により初回充放電特性の評価を行った。
(1)0.48mAの定電流で0V(V vs. Li/Li)まで充電し、次いで電流値が0.048mAになるまで0Vで定電圧充電を行った。このときの容量を初回充電容量とした。
(2)30分の休止時間後に、0.48mAの定電流で1.5V(V vs. Li/Li)まで放電を行った。このときの容量を初回放電容量とした。
(3)上記(1)及び(2)で求めた充放電容量から下記の(式1)を用いて、初回充放電効率を求めた。
初回充放電効率(%)=初回放電容量(mAh/g)/初回充電容量(mAh/g)×100 …(式1)
[Evaluation of initial charge/discharge characteristics]
Using the produced lithium ion secondary battery, the initial charge/discharge characteristics were evaluated by the following method.
(1) It was charged to 0 V (V vs. Li/Li + ) with a constant current of 0.48 mA, and then, constant voltage charging was performed with 0 V until the current value reached 0.048 mA. The capacity at this time was defined as the initial charge capacity.
(2) After a 30-minute rest time, discharging was performed at a constant current of 0.48 mA to 1.5 V (V vs. Li/Li + ). The capacity at this time was defined as the initial discharge capacity.
(3) The initial charge/discharge efficiency was calculated from the charge/discharge capacity calculated in (1) and (2) above using the following (formula 1).
Initial charge/discharge efficiency (%)=initial discharge capacity (mAh/g)/initial charge capacity (mAh/g)×100 (Equation 1)

<実施例2>
実施例1において、イソフタル酸の配合量を5質量部に変更した以外は、実施例1と同様の方法で負極材及びリチウムイオン二次電池を作製した。負極材及びリチウムイオン二次電池の特性を実施例1と同様に評価した結果を表1に示す。
<Example 2>
A negative electrode material and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the compounding amount of isophthalic acid was changed to 5 parts by mass in Example 1. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the negative electrode material and the lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

<実施例3>
実施例1において、イソフタル酸の配合量を20質量部に変更した以外は、実施例1と同様の方法で負極材及びリチウムイオン二次電池を作製した。負極材及びリチウムイオン二次電池の特性を実施例1と同様に評価した結果を表1に示す。
<Example 3>
A negative electrode material and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the compounding amount of isophthalic acid was changed to 20 parts by mass in Example 1. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the negative electrode material and the lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

<実施例4>
実施例1において、イソフタル酸の配合量を50質量部に変更した以外は、実施例1と同様の方法で負極材及びリチウムイオン二次電池を作製した。負極材及びリチウムイオン二次電池の特性を実施例1と同様に評価した結果を表1に示す。
<Example 4>
A negative electrode material and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the compounding amount of isophthalic acid was changed to 50 parts by mass. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the negative electrode material and the lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

<実施例5>
実施例1において、炭素前駆体をフマル酸10質量部に変更した以外は、実施例1と同様の方法で負極材及びリチウムイオン二次電池を作製した。負極材及びリチウムイオン二次電池の特性を実施例1と同様に評価した結果を表1に示す。
<Example 5>
A negative electrode material and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon precursor was changed to 10 parts by mass of fumaric acid. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the negative electrode material and the lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

<実施例6>
実施例1において、炭素前駆体をラウリン酸10質量部に変更した以外は、実施例1と同様の方法で負極材及びリチウムイオン二次電池を作製した。負極材及びリチウムイオン二次電池の特性を実施例1と同様に評価した結果を表1に示す。
<Example 6>
A negative electrode material and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon precursor was changed to 10 parts by mass of lauric acid in Example 1. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the negative electrode material and the lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

<実施例7>
実施例1において、炭素前駆体をステアリン酸10質量部に変更した以外は、実施例1と同様の方法で負極材及びリチウムイオン二次電池を作製した。負極材及びリチウムイオン二次電池の特性を実施例1と同様に評価した結果を表1に示す。
<Example 7>
A negative electrode material and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the carbon precursor was changed to 10 parts by mass of stearic acid. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the negative electrode material and the lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

<実施例8>
実施例1において、球形天然黒鉛の体積平均粒子径を37μmに変更した以外は、実施例1と同様の方法で負極材及びリチウムイオン二次電池を作製した。負極材及びリチウムイオン二次電池の特性を実施例1と同様に評価した結果を表1に示す。
<Example 8>
A negative electrode material and a lithium ion secondary battery were produced in the same manner as in Example 1 except that the volume average particle size of the spherical natural graphite was changed to 37 μm in Example 1. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the negative electrode material and the lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

<比較例1>
100質量部の球形天然黒鉛(体積平均粒子径:10μm)を負極材として、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。負極材及びリチウムイオン二次電池の特性を実施例1と同様に評価した結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
Using 100 parts by mass of spherical natural graphite (volume average particle diameter: 10 μm) as a negative electrode material, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the negative electrode material and the lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

<比較例2>
100質量部の球状天然黒鉛(体積平均粒子径:10μm)に対し、熱処理(空気中、500℃で1時間保持し、その後、自然冷却)を行った。得られたサンプルを負極材として、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。負極材及びリチウムイオン二次電池の特性を実施例1と同様に評価した結果を表1に示す。
<Comparative example 2>
100 parts by mass of spherical natural graphite (volume average particle diameter: 10 μm) was subjected to heat treatment (holding in air at 500° C. for 1 hour, and then naturally cooled). Using the obtained sample as a negative electrode material, a lithium ion secondary battery was produced in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the negative electrode material and the lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

<比較例3>
100質量部の球形天然黒鉛(体積平均粒子径:10μm)と、炭素前駆体として5質量部のコールタールピッチ(軟化点:98℃、残炭率:50質量%)を混合して混合物を得た。次いで混合物に対して熱処理(Ar雰囲気において200℃/時間の昇温速度で25℃から900℃まで昇温し、900℃で1時間保持した後、自然冷却)を行った。熱処理後のサンプルをミキサーで解砕し、篩(350メッシュ、目開き45μm)分けした篩下分を負極材として、実施例1と同様の方法でリチウムイオン二次電池を作製した。負極材及びリチウムイオン二次電池の特性を実施例1と同様に評価した結果を表1に示す。
<Comparative example 3>
100 parts by mass of spherical natural graphite (volume average particle diameter: 10 μm) and 5 parts by mass of coal tar pitch (softening point: 98° C., residual carbon ratio: 50% by mass) as a carbon precursor are mixed to obtain a mixture. It was Next, the mixture was heat-treated (in Ar atmosphere, the temperature was raised from 25° C. to 900° C. at a heating rate of 200° C./hour, held at 900° C. for 1 hour, and then naturally cooled). The heat-treated sample was crushed with a mixer, and a sieve (350 mesh, mesh size 45 μm) was used as a negative electrode material to prepare a lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results of evaluating the characteristics of the negative electrode material and the lithium ion secondary battery in the same manner as in Example 1.

表1の結果に示されるように、ラマン分光測定のR値が0.7以上であり、かつ面積当たりR値が0.2以下である実施例の負極材を用いて作製したリチウムイオン二次電池は、ラマン分光測定のR値が0.7未満である比較例1、2の負極材、又は面積当たりR値が0.2を超える比較例3の負極材を用いて作製したリチウムイオン二次電池に比べ、初回効率と放電容量の両方に優れている。 As shown in the results of Table 1, lithium ion secondary prepared by using the negative electrode material of the example having an R value of Raman spectroscopy of 0.7 or more and an R value per area of 0.2 or less. The battery was manufactured by using the negative electrode material of Comparative Examples 1 and 2 having an R value of Raman spectroscopy of less than 0.7 or the negative electrode material of Comparative Example 3 having an R value per area of more than 0.2. It excels in both initial efficiency and discharge capacity compared to the secondary battery.

球形天然黒鉛と炭素前駆体との混合物を熱処理する工程を経て得られた実施例の負極材は、当該工程を経ない比較例1、2の負極材に比べてR値が上昇していることから、球形天然黒鉛の表面に非晶質炭素層が形成されていることがわかる。また、炭素前駆体としてカルボン酸を用いた実施例の負極材は、炭素前駆体としてコールタールピッチを用いた比較例3の負極材に比べて面積当たりR値が低く抑えられている。 The negative electrode material of the example obtained through the step of heat-treating the mixture of spherical natural graphite and the carbon precursor has an increased R value as compared with the negative electrode materials of comparative examples 1 and 2 which do not pass through the step. From the results, it is understood that the amorphous carbon layer is formed on the surface of the spherical natural graphite. Further, the negative electrode material of the example using carboxylic acid as the carbon precursor has a lower R value per area than the negative electrode material of comparative example 3 using coal tar pitch as the carbon precursor.

Claims (10)

ラマン分光測定のR値が0.7以上であり、前記R値をN比表面積で除した値(R値/N比表面積)が0.2以下である、リチウムイオン二次電池用負極材。 A negative electrode for a lithium ion secondary battery, which has an R value of Raman spectroscopy of 0.7 or more and a value obtained by dividing the R value by the N 2 specific surface area (R value/N 2 specific surface area) of 0.2 or less. Material. 前記R値が1.6以下である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the R value is 1.6 or less. 表面の少なくとも一部に非晶質炭素層を有する黒鉛粒子である、請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, which is a graphite particle having an amorphous carbon layer on at least a part of the surface. 体積平均粒子径(D50)が6μm〜40μmである、請求項1〜請求項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材。 The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, which has a volume average particle diameter (D 50 ) of 6 μm to 40 μm. 示差熱分析において、酸素雰囲気での熱処理過程で、300℃〜900℃の範囲に観察される発熱ピークの数が1つである、請求項1〜請求項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材。 The lithium according to any one of claims 1 to 4, wherein in the differential thermal analysis, the number of exothermic peaks observed in the range of 300°C to 900°C is one during the heat treatment in an oxygen atmosphere. Negative electrode material for ion secondary batteries. 熱重量測定において、窒素雰囲気での熱処理過程で、300℃〜900℃の範囲の重量減少率が0.1%未満である、請求項1〜請求項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材。 In the thermogravimetric measurement, the lithium ion according to any one of claims 1 to 5, wherein a weight loss rate in a range of 300°C to 900°C is less than 0.1% in a heat treatment process in a nitrogen atmosphere. Negative electrode material for secondary batteries. 0℃でのCO吸着量測定より求められるCO吸着量が0.30cm/g〜1.50cm/gである、請求項1〜請求項6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材。 0 CO 2 adsorption amount obtained from CO 2 adsorption amount measured at ℃ is 0.30cm 3 /g~1.50cm 3 / g, the lithium ion according to any one of claims 1 to 6 Negative electrode material for secondary batteries. X線回折法により求められる平均面間隔(d002)が0.337nm以下である、請求項1〜請求項7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材。 The negative electrode material for lithium ion secondary batteries according to any one of claims 1 to 7, wherein the average interplanar spacing (d 002 ) determined by X-ray diffraction is 0.337 nm or less. 請求項1〜請求項8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材を含む負極材層と、集電体と、を含むリチウムイオン二次電池用負極。 A negative electrode for a lithium ion secondary battery, comprising a negative electrode material layer containing the negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 8 and a current collector. 請求項9に記載のリチウムイオン二次電池用負極を含むリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery including the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 9.
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