JP2020205149A - Method for cleaning and processing sulfur-based active material - Google Patents

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直人 山下
Naoto Yamashita
直人 山下
向井 孝志
Takashi Mukai
孝志 向井
昌宏 柳田
Masahiro Yanagida
昌宏 柳田
文哉 中条
Fumiya Nakajo
文哉 中条
久保 達也
Tatsuya Kubo
達也 久保
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Abstract

To provide a method of manufacturing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which exhibits battery performance regardless of a type of a current collector.SOLUTION: Disclosed is a method of manufacturing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, which includes the steps of: performing cleaning and processing on a sulfur-based active material with water or an aqueous solution whose pH is six or more; and applying the slurry obtained by mixing the cleaned and processed sulfur-based active material and water to a current collector.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、硫黄系活物質の洗浄処理方法、および洗浄処理された硫黄系活物質を使用する非水電解質二次電池用電極の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for cleaning a sulfur-based active material and a method for manufacturing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery using the cleaned sulfur-based active material.

近年、非水電解質二次電池の一種であるリチウムイオン二次電池の活物質として硫黄を用いた技術が注目されている。硫黄はレアメタルに比べて入手が容易で、かつ安価であるだけでなく、リチウムイオン二次電池の充放電容量を大きくすることができる。また、硫黄は酸素に比べ反応性が低く、過充電等による発火、爆発等の危険性も低いという利点もある。さらに、従来の硫黄系活物質と比べ、電解液への硫黄の溶出が抑制され電池性能を改善しうる硫黄系活物質として、硫黄と炭素材料等とを複合した活物質も報告されている(特許文献1〜4)。 In recent years, a technique using sulfur as an active material of a lithium ion secondary battery, which is a kind of non-aqueous electrolyte secondary battery, has attracted attention. Sulfur is not only easier to obtain and cheaper than rare metals, but also can increase the charge / discharge capacity of lithium ion secondary batteries. In addition, sulfur has an advantage that it has lower reactivity than oxygen and has a low risk of ignition and explosion due to overcharging. Further, as a sulfur-based active material capable of suppressing elution of sulfur into the electrolytic solution and improving battery performance as compared with the conventional sulfur-based active material, an active material in which sulfur and a carbon material are combined has been reported ( Patent Documents 1 to 4).

特開2002−154815号公報JP-A-2002-154815 国際公開第2010/044437号International Publication No. 2010/0444437 特開2012−150933号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-150933 特開2015−92449号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2015-92449

硫黄系活物質を用いて電極に塗布するスラリーを作製する際、溶媒に有機溶剤を用いると充放電反応に寄与する硫黄成分が溶出し、活物質の容量低下につながる可能性があるため、水を溶媒に用いることが好ましい。しかしながら、硫黄系活物質の水系スラリーは、焼成時に発生する硫化水素等の酸性ガスの影響で酸性を示す場合がある。そのため、腐食に弱い集電体に硫黄系活物質の水系スラリーを塗布して電極を作製した場合は、十分な電池性能が発揮されにくいという問題がある。 When preparing a slurry to be applied to an electrode using a sulfur-based active material, if an organic solvent is used as the solvent, the sulfur component that contributes to the charge / discharge reaction may elute, which may lead to a decrease in the capacity of the active material. Is preferably used as a solvent. However, the aqueous slurry of the sulfur-based active material may be acidic due to the influence of acid gas such as hydrogen sulfide generated during firing. Therefore, when an electrode is produced by applying an aqueous slurry of a sulfur-based active material to a current collector that is vulnerable to corrosion, there is a problem that sufficient battery performance is not easily exhibited.

本発明は、集電体の種類によらず電池性能を発揮する非水電解質二次電池用電極の製造方法を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a method for manufacturing an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that exhibits battery performance regardless of the type of current collector.

本発明者らは、鋭意検討の結果、pHが6以上の水または水溶液を用いて硫黄系活物質を洗浄処理することで、電極に塗布するスラリーのpHを中性付近に調整でき、集電体の種類によらず、充放電容量が大きくかつサイクル特性に優れた非水電解質二次電池を製造できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies, the present inventors can adjust the pH of the slurry applied to the electrode to near neutral by cleaning the sulfur-based active material with water or an aqueous solution having a pH of 6 or more, and collect electricity. We have found that a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large charge / discharge capacity and excellent cycle characteristics can be manufactured regardless of the type of body, and completed the present invention.

すなわち、本発明は、
〔1〕硫黄系活物質をpHが6以上の水または水溶液で洗浄することを特徴とする洗浄処理方法、
〔2〕硫黄系活物質をpHが7より大きいアルカリ性水溶液を用いて洗浄した後、さらに水洗処理することを特徴とする〔1〕記載の洗浄処理方法、
〔3〕硫黄系活物質が有機硫黄系活物質である、〔1〕または〔2〕記載の製造方法、
〔4〕〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の洗浄処理方法により洗浄された硫黄系活物質、
〔5〕〔4〕記載の硫黄系活物質を用いて作製した非水電解質二次電池用電極、
〔6〕硫黄系活物質をpHが6以上の水または水溶液で洗浄処理する工程、および
洗浄処理された硫黄系活物質と水とを混合したスラリーを集電体に塗布する工程を含む、非水電解質二次電池用電極の製造方法、
〔7〕集電体がアルミニウム系集電体である、〔6〕記載の製造方法、
〔8〕〔6〕または〔7〕記載の製造方法により製造された電極を具備した非水電解質二次電池、
〔9〕非水電解質二次電池が、リチウムイオン二次電池である、〔8〕記載の非水電解質二次電池、
〔10〕〔8〕または〔9〕記載の非水電解質二次電池を有する電気機器、に関する。
That is, the present invention
[1] A cleaning treatment method comprising cleaning a sulfur-based active material with water or an aqueous solution having a pH of 6 or higher.
[2] The washing treatment method according to [1], wherein the sulfur-based active material is washed with an alkaline aqueous solution having a pH greater than 7, and then further washed with water.
[3] The production method according to [1] or [2], wherein the sulfur-based active material is an organic sulfur-based active material.
[4] A sulfur-based active material washed by the washing treatment method according to any one of [1] to [3].
[5] Electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries prepared using the sulfur-based active material according to [4].
[6] Non-including a step of washing the sulfur-based active material with water or an aqueous solution having a pH of 6 or more, and a step of applying a slurry of the washed sulfur-based active material and water to the current collector. Manufacturing method of electrodes for water electrolyte secondary batteries,
[7] The manufacturing method according to [6], wherein the current collector is an aluminum-based current collector.
[8] A non-aqueous electrolyte secondary battery provided with an electrode manufactured by the manufacturing method described in [6] or [7].
[9] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to [8], wherein the non-aqueous electrolyte secondary battery is a lithium ion secondary battery.
[10] The present invention relates to an electric device having the non-aqueous electrolyte secondary battery according to [8] or [9].

本発明によれば、集電体の種類によらず電池性能を発揮する非水電解質二次電池用電極を製造することができる。 According to the present invention, it is possible to manufacture an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery that exhibits battery performance regardless of the type of current collector.

硫黄系活物質の製造に使用する反応装置を模式的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the reactor used for the production of the sulfur-based active material. 実施例1で得られた硫黄系活物質をラマンスペクトル分析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Raman spectrum analysis of the sulfur-based active material obtained in Example 1. 実施例1で得られた硫黄系活物質をFT−IRスペクトル分析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of FT-IR spectrum analysis of the sulfur-based active material obtained in Example 1. 実施例4で得られた硫黄系活物質をラマンスペクトル分析した結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of Raman spectrum analysis of the sulfur-based active material obtained in Example 4.

本発明の一実施形態である洗浄処理方法を含む非水電解質二次電池の作製手順について、以下に詳細に説明する。但し、以下の記載は本発明を説明するための例示であり、本発明の技術的範囲をこの記載範囲にのみ限定する趣旨ではない。なお、本明細書において、「〜」を用いて数値範囲を示す場合、その両端の数値を含むものとする。 The procedure for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery including the cleaning treatment method according to the embodiment of the present invention will be described in detail below. However, the following description is an example for explaining the present invention, and does not mean that the technical scope of the present invention is limited to this description range. In this specification, when the numerical range is indicated by using "~", the numerical values at both ends thereof are included.

<硫黄系活物質>
本実施形態に係る硫黄系活物質は、硫黄元素を構成要素に含む活物質であれば特に制限されない。硫黄系活物質の具体例としては、例えば、硫化チタン、硫化モリブデン、硫化鉄、硫化銅、硫化ニッケル、硫化リチウム、有機ジスルフィド化合物等の硫黄元素を含む化合物;硫化可能な有機化合物と硫黄とを混合した原料を焼成して得られる有機硫黄系活物質;多孔性を有する炭素材料と硫黄とを混合した原料を焼成して得られる炭素硫黄複合体等が挙げられる。
<Sulfur-based active material>
The sulfur-based active material according to the present embodiment is not particularly limited as long as it is an active material containing a sulfur element as a component. Specific examples of the sulfur-based active material include compounds containing sulfur elements such as titanium sulfide, molybdenum sulfide, iron sulfide, copper sulfide, nickel sulfide, lithium sulfide, and organic disulfide compounds; sulphurable organic compounds and sulfur. Examples thereof include an organic sulfur-based active material obtained by firing a mixed raw material; a carbon-sulfur composite obtained by firing a raw material in which a porous carbon material and sulfur are mixed.

硫化可能な有機化合物としては、例えば、ポリブタジエン、ポリイソプレン、ポリ(メタ)アクリロニトリル、ポリクロロプレン、スチレン−ブタジエン共重合体、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン共重合体、スチレン−ブタジエン−スチレン共重合体、スチレン−イソプレン−スチレン共重合体、(メタ)アクリロニトリル−(メタ)アクリル酸エステル共重合体、メタクリロニトリル−アクリロニトリル−(メタ)アクリル酸エステル共重合体等の炭素−炭素不飽和結合を有するポリマー;ステアリン酸、リノール酸、アラキドン酸等の高級脂肪酸(好ましくは炭素数12〜22、より好ましくは炭素数14〜20の脂肪酸)等が挙げられる。なかでも、ポリブタジエン、(メタ)アクリロニトリルをモノマー成分として含む重合体もしくは共重合体、および高級脂肪酸が好ましく、シス−1,4結合量が90%以上のハイシスブタジエンおよびメタクリロニトリルをモノマー成分として含む共重合体がより好ましい。なお、前記の「(メタ)アクリル」は、「アクリル」または「メタクリル」を意味する。 Examples of sulfideable organic compounds include polybutadiene, polyisoprene, poly (meth) acrylonitrile, polychloroprene, styrene-butadiene copolymer, ethylene-propylene-diene copolymer, acrylonitrile-butadiene copolymer, and styrene-butadiene. Carbon-carbon such as −styrene copolymer, styrene-isoprene-styrene copolymer, (meth) acrylonitrile- (meth) acrylic acid ester copolymer, methacrylonitrile-acrylonitrile- (meth) acrylic acid ester copolymer, etc. Polymers having an unsaturated bond; higher fatty acids such as stearic acid, linoleic acid, and arachidonic acid (preferably fatty acids having 12 to 22 carbon atoms, more preferably fatty acids having 14 to 20 carbon atoms) and the like can be mentioned. Among them, polybutadiene, a polymer or copolymer containing (meth) acrylonitrile as a monomer component, and a higher fatty acid are preferable, and high cis butadiene and methacrylonitrile having a cis-1,4 bond amount of 90% or more are used as a monomer component. The copolymer containing it is more preferable. The above-mentioned "(meth) acrylic" means "acrylic" or "methacryl".

本実施形態においては、前記の(メタ)アクリロニトリルをモノマー成分として含む重合体もしくは共重合体として、(メタ)アクリロニトリルをモノマー成分として含む重合体もしくは共重合体を含有する外殻に炭化水素を内包させた粒子(以下、「熱膨張性マイクロカプセル」と表記することがある)を使用してもよい。かかる熱膨張性マイクロカプセルとしては、例えば、日本フィライト(株)製の商品名「エクスパンセル」、松本油脂製薬(株)製の商品名「マツモトマイクロスフェアー」、(株)クレハ製「ダイフォーム」、積水化学工業(株)製「アドバンセル」等の市販の熱膨張性マイクロカプセルを使用することができる。 In the present embodiment, the polymer or copolymer containing (meth) acrylonitrile as a monomer component is contained, and the outer shell containing the polymer or copolymer containing (meth) acrylonitrile as a monomer component contains hydrocarbons. The polymerized particles (hereinafter, may be referred to as "heat-expandable microcapsules") may be used. Examples of such heat-expandable microcapsules include the trade name "Expansel" manufactured by Nippon Phillite Co., Ltd., the trade name "Matsumoto Microsphere" manufactured by Matsumoto Yushi Seiyaku Co., Ltd. Commercially available heat-expandable microcapsules such as "Foam" and "Advancel" manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd. can be used.

多孔性を有する炭素材料としては、例えば、活性炭やケッチェンブラック等が挙げられる。 Examples of the carbon material having porosity include activated carbon and Ketjen black.

硫黄系活物質における硫黄の総含有量が多いほど、非水電解質二次電池のサイクル特性が向上する傾向にある。そのため、硫黄系活物質における元素分析による硫黄の総含有量は50質量%以上であることが好ましい。また、焼成により、有機化合物中の水素は硫黄と反応して硫化水素となり、硫黄系正極活物質中から減っていく。そのため、水素の含有量は少ないほど好ましい。具体的には、元素分析による水素の含有量は1.6質量%以下、特に1.0質量%以下であるのが好ましい。水素の含有量がこの範囲を超える場合には硫化反応が不十分であるため、非水電解質二次電池の充放電容量を十分に大きくできないおそれがある。 The higher the total sulfur content in the sulfur-based active material, the better the cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery tend to be. Therefore, the total content of sulfur in the sulfur-based active material by elemental analysis is preferably 50% by mass or more. Further, by firing, hydrogen in the organic compound reacts with sulfur to become hydrogen sulfide, which is reduced from the sulfur-based positive electrode active material. Therefore, the smaller the hydrogen content, the more preferable. Specifically, the hydrogen content by elemental analysis is preferably 1.6% by mass or less, particularly 1.0% by mass or less. If the hydrogen content exceeds this range, the sulfurization reaction is insufficient, and the charge / discharge capacity of the non-aqueous electrolyte secondary battery may not be sufficiently increased.

有機硫黄系活物質は、活物質中に硫黄を強く固定化できるため、充放電反応に伴う電池の容量低下を抑制する効果が高いことから、本実施形態において好適に用いられる。また、有機硫黄系活物質は、焼成工程において酸性ガスが発生するが、後述する洗浄処理によって非水電解質二次電池の充放電容量およびサイクル特性を顕著に改善することができる。 The organic sulfur-based active material is preferably used in the present embodiment because it can strongly immobilize sulfur in the active material and has a high effect of suppressing a decrease in battery capacity due to a charge / discharge reaction. Further, although the organic sulfur-based active material generates acid gas in the firing step, the charge / discharge capacity and cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery can be remarkably improved by the cleaning treatment described later.

有機硫黄系活物質としては、チエノアセン構造を有する炭素硫黄構造体が特に好適に用いられる。該炭素硫黄構造体を正極に用いた非水電解質二次電池は、充放電容量が大きくかつサイクル特性に優れる。該炭素硫黄構造体は、例えば特許文献4に記載の方法に準じて製造することができる。 As the organic sulfur-based active material, a carbon-sulfur structure having a thienoacene structure is particularly preferably used. A non-aqueous electrolyte secondary battery using the carbon-sulfur structure as a positive electrode has a large charge / discharge capacity and excellent cycle characteristics. The carbon-sulfur structure can be produced, for example, according to the method described in Patent Document 4.

該炭素硫黄構造体は、ラマンスペクトルにおいて、ラマンシフトの500cm-1付近、1250cm-1付近、および1450cm-1付近にピークを有する。かかるスペクトルは、6員環であるグラファイト構造で見られる1350cm-1付近のDバンド、および1590cm-1付近のGバンドと呼ばれるスペクトルとは異なっており、文献〔Chem. Phys. Chem. 2009, 10, 3069-3076〕に記載のチエノアセンのスペクトルと似ていることから、上記のラマンスペクトルを示す炭素硫黄構造体は、式(i)
で表されるようにチオフェン環が縮合して連鎖した長鎖ポリマー状のチエノアセン構造を有していると推測される。
The carbon sulfur structure has in the Raman spectrum, around 500 cm -1 Raman shift, the peak 1250cm around -1, and 1450cm around -1. Such spectrum is different from a spectrum called D band, and 1590 cm -1 vicinity of G band near 1350 cm -1 observed in graphite structure is a 6-membered ring, the literature [Chem. Phys. Chem. 2009, 10 , 3069-3076], the carbon-sulfur structure exhibiting the Raman spectrum described above is of formula (i) because it resembles the spectrum of thienoacen.
It is presumed that the thiophene ring has a long-chain polymer-like thienoacen structure in which the thiophene rings are condensed and linked as represented by.

また該炭素硫黄構造体は、水素の含有量が1.6質量%以下、特に1.0質量%以下であるのが好ましい。また、FT−IRスペクトルにおいて、917cm-1付近、1042cm-1付近、1149cm-1付近、1214cm-1付近、1388cm-1付近、1415cm-1付近、および1439cm-1付近にピークが存在することが好ましい。 Further, the carbon-sulfur structure preferably has a hydrogen content of 1.6% by mass or less, particularly 1.0% by mass or less. Further, the FT-IR spectrum, 917Cm around -1, 1042Cm around -1, 1149Cm around -1, 1214Cm around -1, 1388Cm around -1, 1415Cm around -1, and that a peak exists in 1439cm around -1 preferable.

<硫黄系活物質の製造>
有機硫黄系活物質は、例えば、下記の方法により、硫化可能な有機化合物に、硫黄と加硫促進剤および/または導電性炭素材料を配合し、焼成して製造することができる。多孔性を有する炭素材料と硫黄とを混合した原料を焼成して得られる炭素硫黄複合体は、例えば、国際公開第2016/075916号に記載の方法により製造することができる。
<Manufacturing of sulfur-based active materials>
The organic sulfur-based active material can be produced, for example, by blending sulfur and a vulcanization accelerator and / or a conductive carbon material with a sulfurizable organic compound and firing it by the following method. The carbon-sulfur composite obtained by firing a raw material in which a porous carbon material and sulfur are mixed can be produced, for example, by the method described in International Publication No. 2016/075916.

硫黄としては粉末硫黄、不溶性硫黄、沈降硫黄等を使用できるが、微粒子であることからコロイド硫黄が好ましい。硫黄の配合量は、充放電容量およびサイクル特性の観点から、加硫可能な有機化合物100質量部に対して、250質量部以上が好ましく、300質量部以上がより好ましい。一方、硫黄の配合量の上限は特に制限されないが、充放電容量が飽和しコスト的にも不利となることから、1500質量部以下が好ましく、1000質量部以下がより好ましい。 As the sulfur, powdered sulfur, insoluble sulfur, precipitated sulfur and the like can be used, but colloidal sulfur is preferable because it is fine particles. From the viewpoint of charge / discharge capacity and cycle characteristics, the amount of sulfur compounded is preferably 250 parts by mass or more, more preferably 300 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the vulcanizable organic compound. On the other hand, the upper limit of the amount of sulfur blended is not particularly limited, but 1500 parts by mass or less is preferable, and 1000 parts by mass or less is more preferable, because the charge / discharge capacity is saturated and it is disadvantageous in terms of cost.

加硫促進剤の配合量は、充放電容量およびサイクル特性の観点から、加硫可能な有機化合物100質量部に対して、3質量部以上が好ましく、10質量部以上がより好ましい。また、一方、配合量の上限は特に制限されないが、充放電容量が飽和しコスト的にも不利となることから、250質量部以下が好ましく、50質量部以下がより好ましい。 From the viewpoint of charge / discharge capacity and cycle characteristics, the blending amount of the vulcanization accelerator is preferably 3 parts by mass or more, more preferably 10 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the vulcanizable organic compound. On the other hand, the upper limit of the blending amount is not particularly limited, but 250 parts by mass or less is preferable, and 50 parts by mass or less is more preferable, because the charge / discharge capacity is saturated and it is disadvantageous in terms of cost.

導電性炭素材料としては、グラファイト構造を有する炭素材料が好ましい。かかる炭素材料としては、例えば、カーボンブラック、黒鉛、カーボンナノチューブ(CNT)、カーボンファイバー(CF)、グラフェン、フラーレン等の縮合芳香環構造を有するものが使用できる。導電性炭素材料としては1種または2種以上を使用することができる。なかでも安価で分散性に優れることから、カーボンブラックが好ましい。また、カーボンブラックに、CNTやグラフェン等を少量併用してもよい。かかる併用系により、コストを大幅に上昇させることなく、非水電解質二次電池のサイクル特性をさらに向上させることが可能となる。なお、CNTやグラフェンの併用量は、導電性炭素材料の総量の8〜12質量%が好ましい。 As the conductive carbon material, a carbon material having a graphite structure is preferable. As such a carbon material, for example, a material having a condensed aromatic ring structure such as carbon black, graphite, carbon nanotube (CNT), carbon fiber (CF), graphene, and fullerene can be used. As the conductive carbon material, one kind or two or more kinds can be used. Of these, carbon black is preferable because it is inexpensive and has excellent dispersibility. Further, a small amount of CNT, graphene or the like may be used in combination with carbon black. With such a combined system, it is possible to further improve the cycle characteristics of the non-aqueous electrolyte secondary battery without significantly increasing the cost. The combined amount of CNT and graphene is preferably 8 to 12% by mass of the total amount of the conductive carbon material.

導電性炭素材料の配合量は、充放電容量およびサイクル特性の観点から、加硫可能な有機化合物100質量部に対して、5質量部以上が好ましく、10質量部がより好ましい。一方、該配合量は、50質量部以下が好ましく、30質量部以下がより好ましい。50質量部超では、硫黄含有化合物における硫黄を含む構造の割合が相対的に低下するため、充放電容量やサイクル特性を一層向上させるという目的を達成しがたい傾向がある。 From the viewpoint of charge / discharge capacity and cycle characteristics, the blending amount of the conductive carbon material is preferably 5 parts by mass or more, and more preferably 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the vulcanizable organic compound. On the other hand, the blending amount is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 30 parts by mass or less. If it exceeds 50 parts by mass, the proportion of the sulfur-containing structure in the sulfur-containing compound is relatively low, so that it tends to be difficult to achieve the purpose of further improving the charge / discharge capacity and cycle characteristics.

焼成は、非酸化性雰囲気下で加熱することにより実施する。非酸化性雰囲気とは、酸素を実質的に含まない雰囲気をいい、構成成分の酸化劣化や過剰な熱分解を抑制するために採用されるものである。具体的には、窒素やアルゴン等の不活性ガスを充填した、不活性ガス雰囲気下の石英管中で、加熱処理する。焼成の温度は、250℃以上が好ましく、300℃以上がより好ましい。250℃未満であると、硫化反応が不十分で、目的物の充放電容量が低くなる傾向がある。一方、焼成の温度は、550℃以下が好ましく、450℃以下がより好ましい。550℃を超えると、原料化合物の分解が多くなり、収率が低下したり、充放電容量が低下したりする傾向がある。 Baking is carried out by heating in a non-oxidizing atmosphere. The non-oxidizing atmosphere refers to an atmosphere that does not substantially contain oxygen, and is adopted to suppress oxidative deterioration and excessive thermal decomposition of constituent components. Specifically, the heat treatment is carried out in a quartz tube in an inert gas atmosphere filled with an inert gas such as nitrogen or argon. The firing temperature is preferably 250 ° C. or higher, more preferably 300 ° C. or higher. If the temperature is lower than 250 ° C., the sulfurization reaction is insufficient and the charge / discharge capacity of the target product tends to be low. On the other hand, the firing temperature is preferably 550 ° C. or lower, more preferably 450 ° C. or lower. If the temperature exceeds 550 ° C., the decomposition of the raw material compound increases, and the yield tends to decrease or the charge / discharge capacity tends to decrease.

焼成後に得られる硫化物中には、焼成時に昇華した硫黄が冷えて析出したもの等、いわゆる未反応硫黄が残留している。硫黄は絶縁体であるため、電極内部において電気抵抗として働き、電池性能の低下を引き起こす可能性がある。未反応硫黄はサイクル特性を低下させる要因となるため、未反応硫黄を除去する必要がある。未反応硫黄の除去方法は減圧加熱乾燥、温風乾燥、溶媒洗浄等の方法で行うことができる。 In the sulfide obtained after calcination, so-called unreacted sulfur such as sulfur sublimated during calcination that has cooled and precipitated remains. Since sulfur is an insulator, it acts as an electrical resistance inside the electrode and may cause deterioration of battery performance. Since unreacted sulfur causes a decrease in cycle characteristics, it is necessary to remove unreacted sulfur. The method for removing unreacted sulfur can be carried out by a method such as vacuum heating drying, warm air drying, solvent washing and the like.

<硫黄系活物質の洗浄処理>
(洗浄工程)
硫黄系活物質の洗浄処理方法は特に制限がなく、浸漬洗浄、噴流洗浄、バブリング洗浄、撹拌洗浄、真空洗浄、超音波洗浄、加熱洗浄等が例示される。また、これらの洗浄方法を複数組み合わせることで、硫黄系活物質に対してより効果的かつ短時間で洗浄処理を施すことができる。例えば、特開2008−142617号公報では、加振による液流動化とバブリングか相乗することで、粉体表面に付着する不純物が剥離され、洗浄液とともに洗浄系外へ排出することができると報告されている。
<Cleaning treatment of sulfur-based active material>
(Washing process)
The cleaning treatment method for the sulfur-based active material is not particularly limited, and examples thereof include immersion cleaning, jet cleaning, bubbling cleaning, stirring cleaning, vacuum cleaning, ultrasonic cleaning, and heat cleaning. Further, by combining a plurality of these cleaning methods, it is possible to perform a cleaning treatment on the sulfur-based active material more effectively and in a short time. For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-142617 reports that impurities adhering to the powder surface can be exfoliated and discharged to the outside of the cleaning system together with the cleaning liquid by synergizing with liquid fluidization by vibration and bubbling. ing.

(洗浄液)
洗浄液にはpHが6以上の水または水溶液を用いることができ、中でもpHが7より大きいアルカリ性水溶液を用いると、短時間で硫黄系活物質により効果的な洗浄処理を施すことができる。アルカリ性の水溶液を用いる場合、使用するアルカリ剤としては、第1族あるいは第2族に属する金属元素において、水溶液がアルカリ性を示す金属塩を用いることができる。例えば、第1族の金属であれば、水酸化リチウム、炭酸リチウム、炭酸水素リチウム、酢酸リチウム、シュウ酸リチウム、リン酸リチウム、水酸化ナトリウム、炭酸ナトリウム、炭酸水素ナトリウム、酢酸ナトリウム、シュウ酸ナトリウム、リン酸ナトリウム、水酸化カリウム、炭酸カリウム、炭酸水素カリウム、酢酸カリウム、シュウ酸カリウム、リン酸カリウム、水酸化ルビジウム、炭酸ルビジウム、炭酸水素ルビジウム、酢酸ルビジウム、シュウ酸ルビジウム、リン酸ルビジウム、水酸化セシウム、炭酸セシウム、炭酸水素セシウム、酢酸セシウム、シュウ酸セシウム、リン酸セシウム、また第2族の金属であれば、水酸化ベリリウム、炭酸ベリリウム、炭酸水素ベリリウム、酢酸ベリリウム、シュウ酸ベリリウム、リン酸ベリリウム、水酸化マグネシウム、炭酸マグネシウム、炭酸水素マグネシウム、酢酸マグネシウム、シュウ酸マグネシウム、リン酸マグネシウム、水酸化カルシウム、炭酸カルシウム、炭酸水素カルシウム、酢酸カルシウム、シュウ酸カルシウム、リン酸カルシウム、水酸化ストロンチウム、炭酸ストロンチウム、炭酸水素ストロンチウム、酢酸ストロンチウム、シュウ酸ストロンチウム、リン酸ストロンチウム、水酸化バリウム、炭酸バリウム、炭酸水素バリウム、酢酸バリウム、シュウ酸バリウム、リン酸バリウム等が例示される。洗浄液の溶媒には純水を使用することが好ましいが、硫黄系活物質が疎水性を有する場合は、水に洗浄補助剤として界面活性剤等を添加したり、アルコール等の親水性溶剤と水を混合したものを溶媒に用いることで、硫黄系活物質に対してより効果的な洗浄処理を施すことができる。あるいは、洗浄工程の前に、界面活性剤を硫黄系活物質に吸着させ、硫黄系活物質表面を親水性にする親水化処理を行うことで、洗浄液の溶媒に純水を使用したとしても効果的な洗浄処理を施すことができる。
(Cleaning liquid)
Water or an aqueous solution having a pH of 6 or more can be used as the cleaning liquid, and among them, if an alkaline aqueous solution having a pH greater than 7 is used, an effective cleaning treatment can be performed with the sulfur-based active material in a short time. When an alkaline aqueous solution is used, as the alkaline agent to be used, a metal salt whose aqueous solution is alkaline in the metal elements belonging to Group 1 or Group 2 can be used. For example, in the case of Group 1 metals, lithium hydroxide, lithium carbonate, lithium hydrogen carbonate, lithium acetate, lithium oxalate, lithium phosphate, sodium hydroxide, sodium carbonate, sodium hydrogen carbonate, sodium acetate, sodium oxalate , Sodium phosphate, potassium hydroxide, potassium carbonate, potassium hydrogen carbonate, potassium acetate, potassium oxalate, potassium phosphate, rubidium hydroxide, rubidium carbonate, rubidium hydrogen carbonate, rubidium acetate, rubidium oxalate, rubidium phosphate, water Cesium oxide, cesium carbonate, cesium hydrogen carbonate, cesium acetate, cesium oxalate, cesium phosphate, and for Group 2 metals, berylium hydroxide, beryllium carbonate, berylium hydrogencarbonate, beryllium acetate, beryllium oxalate, phosphorus Berylium acid, magnesium hydroxide, magnesium carbonate, magnesium hydrogencarbonate, magnesium acetate, magnesium oxalate, magnesium phosphate, calcium hydroxide, calcium carbonate, calcium hydrogencarbonate, calcium acetate, calcium oxalate, calcium phosphate, strontium hydroxide, carbonic acid Examples thereof include strontium, strontium hydrogen carbonate, strontium acetate, strontium oxalate, strontium phosphate, barium hydroxide, barium carbonate, barium hydrogen carbonate, barium acetate, barium oxalate, barium phosphate and the like. Pure water is preferably used as the solvent for the cleaning liquid, but if the sulfur-based active material has hydrophobicity, a surfactant or the like may be added to the water as a cleaning aid, or a hydrophilic solvent such as alcohol and water may be used. By using a mixture of the above as a solvent, a more effective cleaning treatment can be applied to the sulfur-based active material. Alternatively, even if pure water is used as the solvent for the cleaning liquid, it is effective by adsorbing the surfactant to the sulfur-based active material and performing a hydrophilic treatment to make the surface of the sulfur-based active material hydrophilic before the cleaning step. Cleaning treatment can be performed.

本明細書において「pH」とは、水溶液中の水素イオン濃度を示す指数である。尚、ここで、pHは、(株)堀場製作所製の卓上型pHメーター(LAQUAact D-71AC)により測定した値である。また、pHは、これと同等の装置により測定することも可能である。 As used herein, "pH" is an index indicating the concentration of hydrogen ions in an aqueous solution. Here, the pH is a value measured by a desktop pH meter (LAQUAact D-71AC) manufactured by HORIBA, Ltd. The pH can also be measured with an equivalent device.

(洗浄後の水洗工程)
洗浄処理によって生じた副生成物が硫黄系活物質表面に付着したまま電極を作製してしまうと、それが硫黄系活物質の電池性能に悪影響を及ぼす可能性がある。そのため、洗浄後は硫黄系活物質に付着する副生成物を純水で洗い流す水洗処理を行うことが好ましい。この副生成物の水洗処理方法も特に制限はなく、浸漬洗浄、噴流洗浄、バブリング洗浄、撹拌洗浄、真空洗浄、超音波洗浄、加熱洗浄等が例示される。また、これらの洗浄方法を複数組み合わせることで、効果的かつ短時間で水洗処理を施すことができる。
(Washing process after washing)
If the electrode is manufactured with the by-products generated by the cleaning treatment adhering to the surface of the sulfur-based active material, it may adversely affect the battery performance of the sulfur-based active material. Therefore, after cleaning, it is preferable to perform a water washing treatment in which by-products adhering to the sulfur-based active material are washed away with pure water. The method for washing the by-product with water is also not particularly limited, and examples thereof include immersion washing, jet cleaning, bubbling cleaning, stirring cleaning, vacuum cleaning, ultrasonic cleaning, and heat cleaning. Further, by combining a plurality of these cleaning methods, the water washing treatment can be performed effectively and in a short time.

(固液分離工程)
洗浄終了後、硫黄系活物質と洗浄液を固液分離する方法は特に制限がなく、例えば、ろ過、加圧濾過(フィルタープレス)、真空濾過、遠心分離、デカンテーション等が例示される。尚、固液分離後、残液に洗浄液を補充して再度洗浄処理を行ってもよい。このように洗浄と固液分離を繰り返し行うことで、硫黄系活物質に対してより効果的な洗浄処理を施すことができる。
(Solid-liquid separation process)
The method for solid-liquid separation of the sulfur-based active material and the cleaning liquid after the completion of cleaning is not particularly limited, and examples thereof include filtration, pressure filtration (filter press), vacuum filtration, centrifugation, and decantation. After the solid-liquid separation, the residual liquid may be replenished with a cleaning liquid and the cleaning treatment may be performed again. By repeating cleaning and solid-liquid separation in this way, a more effective cleaning treatment can be applied to the sulfur-based active material.

(乾燥工程)
固液分離後、硫黄系活物質を乾燥させる方法は特に制限がなく、例えば、加熱乾燥、熱風乾燥、真空乾燥、遠赤外線乾燥、噴霧乾燥(スプレードライ)、振動流動層乾燥等が例示される。
(Drying process)
The method of drying the sulfur-based active material after solid-liquid separation is not particularly limited, and examples thereof include heat drying, hot air drying, vacuum drying, far infrared drying, spray drying (spray drying), and vibration fluidized bed drying. ..

(粉砕工程)
得られた硫黄系活物質は、所定の粒度となるように粉砕し、分級して、電極の製造に適したサイズの粒子とすることができる。レーザー回折式粒度分布測定装置を用いて得られる粒子の好ましい粒度分布としては、メジアン径で5〜25μm程度である。
(Crushing process)
The obtained sulfur-based active material can be pulverized to have a predetermined particle size and classified into particles having a size suitable for manufacturing an electrode. The preferred particle size distribution of the particles obtained by using the laser diffraction type particle size distribution measuring device is about 5 to 25 μm in median diameter.

<電極の構成>
本実施形態に係る正極および負極は、一般的な非水電解質蓄電デバイスと同様の構造とすることができる。例えば、本実施形態に係る非水電解質二次電池用電極は、硫黄系活物質、導電助剤、バインダ、および溶媒を混合した電極材料を集電体に塗布することにより作製することができる。また、その他の方法として、硫黄系活物質、導電助剤およびバインダの混合物を、乳鉢やプレス機等で混練しかつフィルム状にし、フィルム状の混合物をプレス機等で集電体に圧着することにより作製することもできる。
<Electrode configuration>
The positive electrode and the negative electrode according to the present embodiment can have the same structure as a general non-aqueous electrolyte storage device. For example, the electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment can be produced by applying an electrode material in which a sulfur-based active material, a conductive auxiliary agent, a binder, and a solvent are mixed to a current collector. As another method, a mixture of a sulfur-based active material, a conductive auxiliary agent and a binder is kneaded and formed into a film by a mortar or a press machine, and the film-like mixture is crimped to a current collector by a press machine or the like. It can also be produced by.

(集電体)
集電体としては、リチウムイオン二次電池用の電極として一般に用いられるものを使用することができる。集電体の具体例としては、例えば、アルミ箔、アルミニウムメッシュ、パンチングアルミニウムシート、アルミニウムエキスパンドシート等のアルミニウム系集電体;ステンレススチール箔、ステンレススチールメッシュ、パンチングステンレススチールシート、ステンレススチールエキスパンドシート等のステンレス系集電体;発泡ニッケル、ニッケル不織布等のニッケル系集電体;銅箔、銅メッシュ、パンチング銅シート、銅エキスパンドシート等の銅系集電体;チタン箔、チタンメッシュ等のチタン系集電体;カーボン不織布、カーボン織布等の炭素系集電体が挙げられる。なかでも、機械的強度、導電性、質量密度、コスト等の観点から、アルミニウム系集電体が好ましい。また、黒鉛化度の高いカーボンからなるカーボン不織布および/またはカーボン織布製の集電体は、水素を含まず、また硫黄との反応性が低いため、硫黄系活物質用の集電体として好適である。黒鉛化度の高い炭素繊維の原料としては、カーボン繊維の材料となる各種のピッチ(すなわち、石油、石炭、コールタール等の副生成物)やポリアクリロニトリル繊維(PAN)等が挙げられる。
(Current collector)
As the current collector, one generally used as an electrode for a lithium ion secondary battery can be used. Specific examples of the current collector include aluminum-based current collectors such as aluminum foil, aluminum mesh, punching aluminum sheet, and aluminum expand sheet; stainless steel foil, stainless steel mesh, punching stainless steel sheet, stainless steel expand sheet, and the like. Stainless steel current collectors; nickel foam collectors such as nickel foam and nickel non-woven fabrics; copper foil collectors such as copper foil, copper mesh, punching copper sheet, and copper expand sheet; titanium-based collectors such as titanium foil and titanium mesh. Current collector: A carbon-based current collector such as a carbon non-woven material or a carbon woven cloth can be used. Of these, an aluminum-based current collector is preferable from the viewpoints of mechanical strength, conductivity, mass density, cost, and the like. Further, since the carbon non-woven fabric made of carbon having a high degree of graphitization and / or the current collector made of carbon woven fabric does not contain hydrogen and has low reactivity with sulfur, it can be used as a current collector for sulfur-based active materials. Suitable. Examples of the raw material of the carbon fiber having a high degree of graphitization include various pitches (that is, by-products of petroleum, coal, coal tar, etc.) and polyacrylonitrile fiber (PAN) which are the materials of the carbon fiber.

アルミ箔は、他の集電体に比べて安価で、導電性に優れ、重量も軽いため、電池のエネルギー密度を向上させることにつながり、非常に有用である。しかしながら、アルミニウムは両性金属であり、酸やアルカリ環境下で腐食が進行するため、未洗浄の硫黄系活物質を用いて電極を作製した場合は電池性能が極めて悪化する。硫黄系活物質に、本実施形態に係る洗浄処理を施した場合は、集電体にアルミ箔等のアルミニウム系集電体を使用したとしても十分な電池性能を得ることが可能となる。 Aluminum foil is cheaper than other current collectors, has excellent conductivity, and is light in weight, which is very useful because it leads to an improvement in the energy density of the battery. However, since aluminum is an amphoteric metal and corrosion progresses in an acid or alkaline environment, the battery performance is extremely deteriorated when the electrode is manufactured using an uncleaned sulfur-based active material. When the sulfur-based active material is subjected to the cleaning treatment according to the present embodiment, sufficient battery performance can be obtained even if an aluminum-based current collector such as an aluminum foil is used as the current collector.

集電体の形状には特に制約はないが、例えば、箔状基材、三次元基材等を用いることができる。三次元基材(発泡メタル、メッシュ、織布、不織布、エキスパンド等)を用いると、集電体との密着性に欠けるようなバインダであっても高い容量密度の電極が得られるとともに、高率充放電特性も良好になる傾向がある。 The shape of the current collector is not particularly limited, but for example, a foil-like base material, a three-dimensional base material, or the like can be used. When a three-dimensional base material (foam metal, mesh, woven fabric, non-woven fabric, expand, etc.) is used, an electrode with a high capacitance density can be obtained even with a binder that lacks adhesion to the current collector, and a high rate is obtained. The charge / discharge characteristics also tend to be good.

(導電助剤)
導電助剤としては、例えば、気相法炭素繊維(Vapor Grown Carbon Fiber:VGCF)、炭素粉末、カーボンブラック(CB)、アセチレンブラック(AB)、ケッチェンブラック(KB)、黒鉛等が挙げられ、これらのうち一種を用いてもよいし、二種以上を併用してもよい。容量密度、入出力特性、および導電性の観点からは、アセチレンブラック(AB)またはケッチェンブラック(KB)が好ましい。
(Conductive aid)
Examples of the conductive auxiliary agent include vapor grown carbon fiber (VGCF), carbon powder, carbon black (CB), acetylene black (AB), Ketjen black (KB), graphite and the like. One of these may be used, or two or more of them may be used in combination. From the viewpoint of capacitance density, input / output characteristics, and conductivity, acetylene black (AB) or Ketjen black (KB) is preferable.

(溶媒)
スラリーの溶媒としては、有機溶剤を用いると硫黄系活物質から充放電反応に寄与する硫黄成分が溶出し、活物質の容量低下につながる可能性があるため、水を用いることが好ましい。
(solvent)
As the solvent of the slurry, it is preferable to use water because if an organic solvent is used, the sulfur component that contributes to the charge / discharge reaction may be eluted from the sulfur-based active material, which may lead to a decrease in the capacity of the active material.

(バインダ)
バインダとしては、水との親和性が高い、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、水溶性ポリイミド(PI)、水溶性ポリアミドイミド(PAI)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メタクリル樹脂(PMA)、ポリエチレンオキシド(PEO)等が例示される。
(Binder)
As a binder, styrene-butadiene rubber (SBR), water-soluble polyimide (PI), water-soluble polyamide-imide (PAI), carboxymethyl cellulose (CMC), methacrylic resin (PMA), polyethylene oxide (PMA), which have high affinity with water, are used. PEO) and the like are exemplified.

(電極材料)
本実施形態に係る硫黄系活物質を正極に用いる場合、負極材料としては、例えば、金属リチウム、黒鉛等の炭素系材料;シリコン薄膜、SiO等のシリコン系材料;銅−スズやコバルト−スズ等のスズ合金系材料等の公知の負極材料が挙げられる。負極材料としてリチウムを含まない材料、例えば、炭素系材料、シリコン系材料、スズ合金系材料等を用いた場合には、デンドライトの発生による正負極間の短絡を生じにくくでき、非水電解質二次電池の長寿命化を図ることができる。なかでも、高容量の負極材料であるシリコン系材料が好ましく、電極厚さを小さくでき、体積当りの容量の点で有利となる薄膜シリコンがより好ましい。
(Electrode material)
When the sulfur-based active material according to the present embodiment is used for the positive electrode, examples of the negative electrode material include carbon-based materials such as metallic lithium and graphite; silicon-based materials such as silicon thin film and SiO; copper-tin, cobalt-tin and the like. Examples thereof include known negative electrode materials such as tin alloy-based materials. When a lithium-free material such as a carbon-based material, a silicon-based material, or a tin alloy-based material is used as the negative electrode material, a short circuit between the positive and negative electrodes due to dendrite generation can be less likely to occur, and a non-aqueous electrolyte secondary material can be used. The life of the battery can be extended. Among them, a silicon-based material which is a high-capacity negative electrode material is preferable, and a thin-film silicon which can reduce the electrode thickness and is advantageous in terms of capacity per volume is more preferable.

ただし、リチウムを含まない負極材料を、本実施形態に係る正極と組み合わせて用いる場合には、正極および負極がいずれもリチウムを含まないことになるため、いずれか一方、または両方に、あらかじめリチウムを挿入するプリドープの処理が必要となる。 However, when a lithium-free negative electrode material is used in combination with the positive electrode according to the present embodiment, neither the positive electrode nor the negative electrode contains lithium. Therefore, lithium is previously added to either or both of them. It is necessary to process the pre-dope to be inserted.

プリドープの方法としては、公知の方法を利用することができる。例えば、負極にリチウムをドープする場合は、対極として金属リチウムを用いて半電池を組んで電気化学的にリチウムをドープする電解ドープ法や、金属リチウム箔を電極に貼り付けた状態で電解液中に放置して電極へのリチウムの拡散によってドープする貼り付けプリドープ法等が挙げられる。なお、正極にリチウムをプリドープする場合にも、上述した電解ドープ法を採用することができる。 As a predoping method, a known method can be used. For example, when the negative electrode is doped with lithium, an electrolytic doping method in which a semi-battery is assembled using metallic lithium as a counter electrode and the lithium is electrochemically doped, or in an electrolytic solution with a metallic lithium foil attached to the electrode. Examples thereof include a pasting predoping method in which the electrode is left in the electrode and doped by diffusion of lithium to the electrode. The above-mentioned electrolytic doping method can also be adopted when lithium is pre-doped into the positive electrode.

本実施形態に係る硫黄系活物質を負極に用いる場合、正極材料としては、例えば、リチウムと遷移金属の複合酸化物(特に、コバルト系複合酸化物、ニッケル系複合酸化物、マンガン系複合酸化物、コバルト・ニッケル・マンガンの3元素から成る三元系複合酸化)が挙げられる。また、オリビン型の結晶構造を有するリチウム遷移金属リン酸塩複合化合物(特にリン酸鉄リチウム、リン酸マンガンリチウム)等も使用可能である。 When the sulfur-based active material according to the present embodiment is used for the negative electrode, the positive electrode material may be, for example, a composite oxide of lithium and a transition metal (particularly, a cobalt-based composite oxide, a nickel-based composite oxide, or a manganese-based composite oxide. , A ternary complex oxidation consisting of three elements of cobalt, nickel and manganese). Further, a lithium transition metal phosphate composite compound having an olivine type crystal structure (particularly lithium iron phosphate, lithium manganese phosphate) and the like can also be used.

本実施形態に係る電極は、例えば、硫黄系活物質、導電助剤、バインダ、および溶剤と混合し、十分に混練して均一なスラリーを作製した後、該スラリーを集電体に塗布し、乾燥することにより形成される。上記各成分の配合割合は特に限定されないが、例えば硫黄系活物質100質量部に対して、導電助剤5〜50質量部、バインダ10〜50質量部、および適量の溶媒を配合することができる。 The electrode according to the present embodiment is mixed with, for example, a sulfur-based active material, a conductive auxiliary agent, a binder, and a solvent and sufficiently kneaded to prepare a uniform slurry, and then the slurry is applied to a current collector. It is formed by drying. The blending ratio of each of the above components is not particularly limited, but for example, 5 to 50 parts by mass of the conductive additive, 10 to 50 parts by mass of the binder, and an appropriate amount of solvent can be blended with 100 parts by mass of the sulfur-based active material. ..

<電解質>
非水電解質二次電池を構成する電解質としては、イオン伝導性を有する液体または固体であればよく、公知の非水電解質二次電池に用いられる電解質と同様のものが使用できるが、電池の出力特性が高いという観点から、有機溶媒に支持電解質であるアルカリ金属塩を溶解させたものを使用することが好ましい。
<Electrolyte>
The electrolyte constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery may be any liquid or solid having ionic conductivity, and the same electrolyte as that used for known non-aqueous electrolyte secondary batteries can be used, but the output of the battery. From the viewpoint of high characteristics, it is preferable to use an organic solvent in which an alkali metal salt as a supporting electrolyte is dissolved.

有機溶媒としては、例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、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、ジメチルエーテル、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル等の非水性溶媒から選ばれる少なくとも一種が挙げられる。好ましくは、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、またはこれらの混合溶媒が挙げられる。 Examples of the organic solvent include at least one selected from non-aqueous solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl ether, γ-butyrolactone and acetonitrile. Preferably, ethylene carbonate, propylene carbonate, or a mixed solvent thereof is used.

支持電解質としては、例えばLiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiI、LiClO4等が挙げられ、LiPF6が好ましい。 Examples of the supporting electrolyte include LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiI, LiClO 4, and the like, and LiPF 6 is preferable.

支持電解質の濃度は0.5mol/L〜1.7mol/L程度であればよい。なお電解質は液状には限定されない。例えば非水電解質二次電池がリチウムポリマー二次電池である場合、電解質は固体状(例えば、高分子ゲル状)、あるいはイオン性液体や溶融塩等であってもよい。 The concentration of the supporting electrolyte may be about 0.5 mol / L to 1.7 mol / L. The electrolyte is not limited to liquid. For example, when the non-aqueous electrolyte secondary battery is a lithium polymer secondary battery, the electrolyte may be solid (for example, polymer gel), ionic liquid, molten salt, or the like.

非水電解質二次電池は、上述した正極、負極、電解質以外にも、セパレータ等の部材を備えても良い。セパレータは、正極と負極との間に介在して両極間のイオンの移動を許容するとともに、当該正極と負極との内部短絡を防止するために機能する。非水電解質二次電池が密閉型であれば、セパレータには電解液を保持する機能も求められる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery may include members such as a separator in addition to the above-mentioned positive electrode, negative electrode, and electrolyte. The separator intervenes between the positive electrode and the negative electrode to allow the movement of ions between the two electrodes, and functions to prevent an internal short circuit between the positive electrode and the negative electrode. If the non-aqueous electrolyte secondary battery is a closed type, the separator is also required to have a function of holding the electrolytic solution.

セパレータとしては、例えばポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、アラミド、ポリイミド、セルロース、ガラス等を材料とする薄肉かつ微多孔性または不織布状の膜を用いるのが好ましい。 As the separator, it is preferable to use a thin-walled, microporous or non-woven film made of, for example, polyethylene, polypropylene, polyacrylonitrile, aramid, polyimide, cellulose, glass or the like.

本実施形態に係る非水電解質二次電池の形状は特に限定されず、円筒型、積層型、コイン型、ボタン型等の種々の形状にすることができる。 The shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery according to the present embodiment is not particularly limited, and various shapes such as a cylindrical type, a laminated type, a coin type, and a button type can be used.

本実施形態に係る電極を具備した非水電解質二次電池は、高容量かつサイクル特性に優れるため、スマートフォン、パワーツール、自動車、UPS等の電源として使用可能な電気機器に利用することができる。 Since the non-aqueous electrolyte secondary battery provided with the electrodes according to the present embodiment has a high capacity and excellent cycle characteristics, it can be used in an electric device that can be used as a power source for smartphones, power tools, automobiles, UPS, and the like.

実施例に基づいて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらのみに限定されるものではない。 The present invention will be specifically described based on Examples, but the present invention is not limited thereto.

実施例および比較例で使用した各種薬品について説明する。
有機化合物1:ハイシスブタジエンゴム(宇部興産(株)製のUBEPOL(登録商標)BR150L、シス1,4結合含量98質量%)
有機化合物2:ステアリン酸(東京化成工業(株)製試薬)
硫黄:鶴見化学工業(株)製の沈降硫黄
導電性炭素材料:アセチレンブラック(デンカ(株)製のデンカブラック)
加硫促進剤:ジエチルジチオカルバミン酸亜鉛(大内新興化学工業(株)製のノクセラー(登録商標)EZ)
Various chemicals used in Examples and Comparative Examples will be described.
Organic compound 1: High cis butadiene rubber (UBEPOL (registered trademark) BR150L manufactured by Ube Industries, Ltd., cis 1,4 bond content 98% by mass)
Organic compound 2: Stearic acid (reagent manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.)
Sulfur: Precipitated sulfur made by Tsurumi Chemical Industry Co., Ltd. Conductive carbon material: Acetylene black (Denka black manufactured by Denka Co., Ltd.)
Vulcanization accelerator: Zinc diethyldithiocarbamate (Noxeller (registered trademark) EZ manufactured by Ouchi Shinko Kagaku Kogyo Co., Ltd.)

[実施例1]
<硫黄系活物質の製造工程>
(原料化合物の調製)
表1の実施例1に記載の配合に従い、有機化合物、硫黄、導電性炭素材料、および加硫促進剤を混練試験装置((株)モリヤマ製のミックスラボ)を用いて混錬することにより原料化合物を得た。得られた原料化合物は、カッターミルで細かく砕き、焼成工程に供した。
[Example 1]
<Manufacturing process of sulfur-based active material>
(Preparation of raw material compound)
Raw materials by kneading organic compounds, sulfur, conductive carbon materials, and vulcanization accelerators using a kneading test device (Mix Lab manufactured by Moriyama Co., Ltd.) according to the formulation shown in Example 1 of Table 1. The compound was obtained. The obtained raw material compound was finely crushed with a cutter mill and used in a firing step.

(反応装置)
原料化合物の焼成には、図1に示す反応装置1を用いた。反応装置1は、原料化合物2を収容して焼成するための、有底筒状をなす石英ガラス製の、外径60mm、内径50mm、高さ300mmの反応容器3、当該反応容器3の上部開口を閉じるシリコン製の蓋4、当該蓋4を貫通する1本のアルミナ保護管5((株)ニッカトー製の「アルミナSSA−S」、外径4mm、内径2mm、長さ250mm)と、2本のガス導入管6とガス排出管7(いずれも、(株)ニッカトー製の「アルミナSSA−S」、外径6mm、内径4mm、長さ150mm)、および反応容器3を底部側から加熱する電気炉8(ルツボ炉、開口幅φ80mm、加熱高さ100mm)を備えている。
(Reactor)
The reactor 1 shown in FIG. 1 was used for firing the raw material compound. The reaction apparatus 1 is a reaction vessel 3 having an outer diameter of 60 mm, an inner diameter of 50 mm, and a height of 300 mm, which is made of bottomed tubular quartz glass for accommodating and firing the raw material compound 2, and an upper opening of the reaction vessel 3. A silicon lid 4 and one alumina protective tube 5 (“Alumina SSA-S” manufactured by Nikkato Co., Ltd., outer diameter 4 mm, inner diameter 2 mm, length 250 mm) that penetrates the lid 4 and two Gas introduction pipe 6 and gas discharge pipe 7 (both are "alumina SSA-S" manufactured by Nikkato Co., Ltd., outer diameter 6 mm, inner diameter 4 mm, length 150 mm), and electricity for heating the reaction vessel 3 from the bottom side. It is equipped with a furnace 8 (rutsubo furnace, opening width φ80 mm, heating height 100 mm).

アルミナ保護管5は、蓋4から下方が、反応容器3の底に収容した原料化合物2に達する長さに形成され、内部に熱電対9が挿通されている。アルミナ保護管5は、熱電対9の保護管として用いられる。熱電対9の先端は、アルミナ保護管5の閉じられた先端で保護された状態で、原料化合物2に挿入されて、当該原料化合物2の温度を測定するために機能する。熱電対9の出力は、図中に実線の矢印で示すように、電気炉8の温度コントローラ10に入力され、温度コントローラ10は、この熱電対9からの入力に基づいて、電気炉8の加熱温度をコントロールするために機能する。 The alumina protective tube 5 has a length below the lid 4 that reaches the raw material compound 2 housed in the bottom of the reaction vessel 3, and a thermocouple 9 is inserted therein. The alumina protective tube 5 is used as a protective tube for the thermocouple 9. The tip of the thermocouple 9 is inserted into the raw material compound 2 while being protected by the closed tip of the alumina protective tube 5, and functions to measure the temperature of the raw material compound 2. The output of the thermocouple 9 is input to the temperature controller 10 of the electric furnace 8 as shown by the solid arrow in the figure, and the temperature controller 10 heats the electric furnace 8 based on the input from the thermocouple 9. It works to control the temperature.

ガス導入管6とガス排出管7は、その下端が、蓋4から下方へ3mm突出するように形成されている。また反応容器3の上部は、電気炉8から突出して外気に露出されている。そのため、反応容器3の加熱によって原料化合物から発生する硫黄の蒸気は、図中に一点鎖線の矢印に示すように反応容器3の上方へ上昇するものの途中で冷却され、液滴となって、図中に破線の矢印で示すように滴下して還流される。そのため、反応系中の硫黄が、ガス排出管7を通って外部に漏れだすことはない。 The lower ends of the gas introduction pipe 6 and the gas discharge pipe 7 are formed so as to protrude 3 mm downward from the lid 4. Further, the upper portion of the reaction vessel 3 protrudes from the electric furnace 8 and is exposed to the outside air. Therefore, the vapor of sulfur generated from the raw material compound by heating the reaction vessel 3 rises above the reaction vessel 3 as shown by the arrow of the alternate long and short dash line in the figure, but is cooled in the middle and becomes droplets. As shown by the broken line arrow, the mixture is dropped and refluxed. Therefore, sulfur in the reaction system does not leak to the outside through the gas discharge pipe 7.

ガス導入管6には、図示しないガスの供給系から、Arガスが継続的に供給される。またガス排出管7は、水酸化ナトリウム水溶液11を収容したトラップ槽12に接続されている。反応容器3からガス排出管7を通って外部へ出ようとする排気は、一旦、トラップ槽12内の水酸化ナトリウム水溶液11を通ったのちに外部へ放出される。そのため排気中に、加硫反応によって発生する硫化水素ガスが含まれていても、水酸化ナトリウム水溶液と中和されて排気からは除去される。 Ar gas is continuously supplied to the gas introduction pipe 6 from a gas supply system (not shown). Further, the gas discharge pipe 7 is connected to a trap tank 12 containing the sodium hydroxide aqueous solution 11. The exhaust gas that is going to go out from the reaction vessel 3 through the gas discharge pipe 7 is once passed through the sodium hydroxide aqueous solution 11 in the trap tank 12 and then discharged to the outside. Therefore, even if hydrogen sulfide gas generated by the vulcanization reaction is contained in the exhaust gas, it is neutralized with the aqueous sodium hydroxide solution and removed from the exhaust gas.

(焼成工程)
焼成の工程は、まず原料化合物2を反応容器3の底に収容した状態で、ガスの供給系から、80mL/分の流量でAr(アルゴン)ガスを継続的に供給しながら、供給開始30分後に、電気炉8による加熱を開始した。昇温速度は150℃/hで実施した。そして原料化合物の温度が450℃に達した時点で、450℃を維持しながら2時間焼成をした。次いでArガスの流量を調整しながら、Arガス雰囲気下、反応生成物の温度を25℃まで自然冷却させたのち、該反応生成物を反応容器3から取り出した。
(Baking process)
In the firing step, first, the raw material compound 2 is housed in the bottom of the reaction vessel 3, and Ar (argon) gas is continuously supplied from the gas supply system at a flow rate of 80 mL / min for 30 minutes from the start of supply. Later, heating by the electric furnace 8 was started. The heating rate was 150 ° C./h. Then, when the temperature of the raw material compound reached 450 ° C., firing was performed for 2 hours while maintaining 450 ° C. Then, while adjusting the flow rate of Ar gas, the temperature of the reaction product was naturally cooled to 25 ° C. under an Ar gas atmosphere, and then the reaction product was taken out from the reaction vessel 3.

(未反応硫黄の除去)
焼成工程後の生成物に残存する未反応硫黄(遊離した状態の単体硫黄)を除去するために、以下の工程を行った。すなわち、該生成物を乳鉢で粉砕し、粉砕物2gをガラスチューブオーブンに収容して、真空吸引しながら250℃で3時間加熱して、未反応硫黄が除去された(または、微量の未反応硫黄しか含まない)硫黄系活物質を得た。昇温速度は10℃/分とした。
(Removal of unreacted sulfur)
The following steps were carried out in order to remove unreacted sulfur (elemental sulfur in a free state) remaining in the product after the firing step. That is, the product was crushed in a mortar, 2 g of the crushed product was placed in a glass tube oven, and heated at 250 ° C. for 3 hours while sucking vacuum to remove unreacted sulfur (or a small amount of unreacted). A sulfur-based active material (containing only sulfur) was obtained. The heating rate was 10 ° C./min.

(ラマンスペクトル分析)
得られた硫黄系活物質について、ナノフォトン(株)製のレーザーラマン顕微鏡RAMAN−11を用いて励起波長λ=532nm、グレーチング:600gr/mm、分解能:2cm-1の条件でラマンスペクトル分析をした(図2)。なお、図2において縦軸は相対強度、横軸はラマンシフト(cm-1)を示す。得られた硫黄系活物質は、ラマンシフトの500cm-1付近、1250cm-1付近、1450cm-1付近、および1940cm-1付近にピークが存在しており、この結果は、先の多量の硫黄が取り込まれて水素が減少しているという元素分析結果ともよく一致していることが確認された。
(Raman spectrum analysis)
The obtained sulfur-based active material was subjected to Raman spectrum analysis using a laser Raman microscope RAMAN-11 manufactured by Nanophoton Co., Ltd. under the conditions of excitation wavelength λ = 532 nm, grazing: 600 gr / mm, and resolution: 2 cm -1 . (Fig. 2). In FIG. 2, the vertical axis represents the relative intensity and the horizontal axis represents the Raman shift (cm -1 ). The resulting sulfur-based active material, around 500 cm -1 Raman shift, 1250 cm around -1, 1450 cm around -1, and 1940Cm -1 and peak around exists, this result, a large amount of sulfur in the previous It was confirmed that it is in good agreement with the elemental analysis result that hydrogen is taken in and reduced.

また図2のスペクトルは、6員環であるグラファイト構造で見られる1350cm-1付近のDバンド、および1590cm-1付近のGバンドと呼ばれるスペクトルとは異なっており、文献〔Chem. Phys. Chem 2009, 10, 3069-3076〕に記載のチエノアセンのスペクトルと似ていることから、得られた硫黄系活物質は、前記の式(i)で表されるチエノアセン構造を有していると予想された。 The spectrum of Figure 2 is different from the spectrum, called D band, and 1590 cm -1 vicinity of G band near 1350 cm -1 observed in graphite structure is a 6-membered ring, the literature [Chem. Phys. Chem 2009 , 10, 3069-3076], the resulting sulfur-based active material was expected to have a thienoacen structure represented by the above formula (i), because it resembles the spectrum of thienoacen. ..

(FT−IRスペクトル分析)
得られた硫黄系活物質について、(株)島津製作所製のフーリエ変換赤外分光光度計IRAffinity−1を用いて、分解能:4cm-1、積算回数:100回、測定範囲400cm-1〜4000cm-1の条件で、拡散反射法によってFT−IRスペクトル分析をした(図3)。得られた硫黄系活物質は、FT−IRスペクトルにおいて、917cm-1付近、1042cm-1付近、1149cm-1付近、1214cm-1付近、1388cm-1付近、1415cm-1付近、および1439cm-1付近にピークが存在しており、この結果は、先の多量の硫黄が取り込まれて水素が減少しているという元素分析結果ともよく一致していることが確認された。
(FT-IR spectrum analysis)
The resulting sulfur-based active material, using a Fourier transform infrared spectrophotometer IRAffinity-1 manufactured by Shimadzu Corporation, resolution: 4 cm -1, the number of integrations: 100 times, measuring range 400cm -1 ~4000cm - Under the condition of 1 , FT-IR spectrum analysis was performed by the diffuse reflection method (Fig. 3). The resulting sulfur-based active material, the FT-IR spectrum, 917Cm around -1, 1042Cm around -1, 1149Cm around -1, 1214Cm around -1, 1388Cm around -1, 1415Cm around -1, and 1439cm around -1 There is a peak in, and it was confirmed that this result is in good agreement with the elemental analysis result that a large amount of sulfur was taken in and hydrogen was reduced.

(元素分析)
全自動元素分析装置(エレメンタール社製のvario MICRO cube)を用いて、得られた硫黄系活物質の総量中に占める硫黄含有量を算出したところ、55.3%であり、水素含有率を算出したところ、0.23%であった。
(Elemental analysis)
Using a fully automatic elemental analyzer (vario MICRO cube manufactured by Elemental), the sulfur content in the total amount of the obtained sulfur-based active material was calculated to be 55.3%, and the hydrogen content was determined. As a result of calculation, it was 0.23%.

<硫黄系活物質の洗浄処理工程>
洗浄処理を行う前に、硫黄系活物質を親水性にするため、次の工程を行った。分散剤水溶液(トリトンX−100(富士フイルム和光純薬(株)製)の10%水溶液)5mLと純水300mLとの混合溶液に、硫黄系活物質10gを加え、マグネティックスターラー(アズワン(株)製のCHP−170DR)を用いて300rpmで1時間撹拌を行った。その後、吸引濾過機とアスピレーター((株)アルバック製のMDA−015)を用いて真空濾過を行い、溶媒を除去することで親水化された硫黄系活物質を得た。なお、純水は、メルク(株)製のMillipore MilliQ-Gradient A-10で製造したものを使用した。
<Sulfur-based active material cleaning process>
Before the cleaning treatment, the following steps were carried out in order to make the sulfur-based active material hydrophilic. A magnetic stirrer (As One Corporation) was added to a mixed solution of 5 mL of a dispersant aqueous solution (Triton X-100 (manufactured by Fujifilm Wako Pure Chemical Industries, Ltd.)) and 300 mL of pure water, and 10 g of a sulfur-based active material was added. The mixture was stirred at 300 rpm for 1 hour using CHP-170DR) manufactured by CHP-170DR. Then, vacuum filtration was performed using a suction filter and an aspirator (MDA-015 manufactured by ULVAC Co., Ltd.) to remove the solvent to obtain a hydrophilized sulfur-based active material. The pure water used was manufactured by Millipore MilliQ-Gradient A-10 manufactured by Merck Group.

次に、室温25℃の環境下で以下の洗浄処理を行った。洗浄液として純水300mLを用い、これに親水化処理を施した硫黄系活物質を加え、洗浄機としてマグネティックスターラー(アズワン(株)製のCHP−170DR)を用い、300rpmで1時間撹拌洗浄を行った。その後、吸引濾過機とアスピレーター((株)アルバック製のMDA−015)を用いて真空濾過を行い、洗浄液を除去した。この操作をもう一度繰り返し、合計2回の洗浄を行った後、定温乾燥器(アズワン(株)製のDO−450C)を用いて80℃で5時間乾燥することで、洗浄処理の施された硫黄系活物質を得た。 Next, the following cleaning treatment was performed in an environment of room temperature of 25 ° C. 300 mL of pure water is used as the cleaning liquid, a hydrophilized sulfur-based active material is added thereto, and a magnetic stirrer (CHP-170DR manufactured by AS ONE Corporation) is used as a cleaning machine to perform stirring cleaning at 300 rpm for 1 hour. It was. Then, vacuum filtration was performed using a suction filter and an ejector (MDA-015 manufactured by ULVAC, Inc.) to remove the cleaning liquid. This operation is repeated once again, and after washing a total of two times, the sulfur has been washed by drying at 80 ° C. for 5 hours using a constant temperature dryer (DO-450C manufactured by AS ONE Corporation). Obtained a system active material.

<リチウムイオン二次電池の作製>
〔1〕正極
上記の硫黄系活物質、導電助剤(アセチレンブラック(デンカ(株)製のデンカブラック)/VGCF=1:1の混合物)、および水性アクリル樹脂を92.5:4:3.5(質量比)の割合で秤量し、容器に入れ、溶媒に水を使用して粘度調整を行いながら自転公転ミキサー((株)シンキー製のARE−250)を用いて撹拌、混合を行い、均一なスラリーを作製した。アルミニウムの集電体(厚さ20μm、福田金属箔粉工業(株)製)にアプリケーターを用いて作製したスラリーを塗工し、150℃で10時間乾燥させ、リチウムイオン二次電池用の正極を作製した。
<Manufacturing of lithium ion secondary battery>
[1] Positive electrode The above-mentioned sulfur-based active material, conductive auxiliary agent (acetylene black (Denka black manufactured by Denka Co., Ltd.) / VGCF = 1: 1 mixture), and water-based acrylic resin 92.5: 4: 3. Weigh at a ratio of 5 (mass ratio), put in a container, and stir and mix using a rotation / revolution mixer (ARE-250 manufactured by Shinky Co., Ltd.) while adjusting the viscosity using water as a solvent. A uniform slurry was prepared. An aluminum current collector (thickness 20 μm, manufactured by Fukuda Metal Foil Powder Industry Co., Ltd.) is coated with a slurry prepared using an applicator and dried at 150 ° C. for 10 hours to obtain a positive electrode for a lithium ion secondary battery. Made.

〔2〕負極
負極としては、金属リチウム箔(直径14mm、厚さ500μmの円盤状、本城金属(株)製)を用いた。
[2] Negative electrode As the negative electrode, a metallic lithium foil (a disk shape having a diameter of 14 mm and a thickness of 500 μm, manufactured by Honjo Metal Co., Ltd.) was used.

〔3〕電解液
電解液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの混合溶媒に、LiPF6を溶解した非水電解質を用いた。エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとは体積比1:1で混合した。電解液中のLiPF6の濃度は、1.0mol/Lであった。
[3] Electrolyte As the electrolyte, a non-aqueous electrolyte in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate and diethyl carbonate was used. Ethylene carbonate and diethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 1: 1. The concentration of LiPF 6 in the electrolytic solution was 1.0 mol / L.

〔4〕電池
〔1〕、〔2〕で得られた正極および負極を用いて、コイン電池を製作した。詳しくは、ドライルーム内で、ガラス不織布フィルタ(厚さ440μm、ADVANTEC社製のGA100)を正極と負極との間に挟装して、電極体電池とした。この電極体電池を、ステンレス容器からなる電池ケース(宝泉(株)製のCR2032型コイン電池用部材)に収容した。電池ケースには〔3〕で得られた電解液を注入した。電池ケースをカシメ機で密閉して、実施例1のコイン型リチウムイオン二次電池を作製した。
[4] Batteries Coin batteries were produced using the positive and negative electrodes obtained in [1] and [2]. Specifically, a glass non-woven fabric filter (thickness 440 μm, GA100 manufactured by ADVANTEC) was sandwiched between a positive electrode and a negative electrode in a dry room to form an electrode body battery. This electrode body battery was housed in a battery case (CR2032 type coin battery member manufactured by Hosen Co., Ltd.) made of a stainless steel container. The electrolytic solution obtained in [3] was injected into the battery case. The battery case was sealed with a caulking machine to produce the coin-type lithium ion secondary battery of Example 1.

[実施例2]
実施例1の洗浄処理工程において、洗浄液として純水300mLの代わりに、純水300mLにセスキ炭酸ナトリウム(昭和化学(株)製)15gを溶解させた弱アルカリ性水溶液(pH=9.6)を用いて同様の方法で合計2回洗浄を行ったこと以外は実施例1と同様に硫黄系正極活物質を作製し、実施例1と同様に電池作製を行った。
[Example 2]
In the cleaning treatment step of Example 1, a weak alkaline aqueous solution (pH = 9.6) in which 15 g of sodium sesquicarbonate (manufactured by Showa Kagaku Co., Ltd.) was dissolved in 300 mL of pure water was used instead of 300 mL of pure water as the cleaning liquid. A sulfur-based positive electrode active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the washing was performed twice in total by the same method, and a battery was prepared in the same manner as in Example 1.

[実施例3]
実施例1の洗浄処理工程において、洗浄液として純水300mLの代わりに、純水300mLにセスキ炭酸ナトリウム(昭和化学(株)製)15gを溶解させた弱アルカリ性水溶液(pH=9.6)を用いて合計2回、さらにその後純水300mLで1回洗浄を行ったこと以外は実施例1と同様に硫黄系活物質を作製し、実施例1と同様に電池作製を行った。
[Example 3]
In the cleaning treatment step of Example 1, instead of 300 mL of pure water, a weakly alkaline aqueous solution (pH = 9.6) in which 15 g of sodium sesquicarbonate (manufactured by Showa Kagaku Co., Ltd.) was dissolved in 300 mL of pure water was used. A sulfur-based active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the washing was performed twice in total and then once with 300 mL of pure water, and a battery was prepared in the same manner as in Example 1.

[実施例4]
実施例3の硫黄系活物質の製造工程において、有機化合物1から有機化合物2に変更したこと以外は実施例3と同様に硫黄系活物質を作製し、実施例3と同様に電池作製を行った。全自動元素分析装置(エレメンタール社製のvario MICRO cube)を用いて、得られた硫黄系活物質の総量中に占める硫黄含有量を算出したところ、44.2%であった。また、得られた硫黄系活物質について、ナノフォトン(株)製のレーザーラマン顕微鏡RAMAN−11を用いて励起波長λ=532nm、グレーチング:600gr/mm、分解能:2cm-1の条件でラマンスペクトル分析をしたところ、ラマンシフトの500cm-1付近、1250cm-1付近、および1450cm-1付近にピークが存在していた(図4)。
[Example 4]
In the production process of the sulfur-based active material of Example 3, the sulfur-based active material was produced in the same manner as in Example 3 except that the organic compound 1 was changed to the organic compound 2, and the battery was produced in the same manner as in Example 3. It was. The sulfur content in the total amount of the obtained sulfur-based active material was calculated using a fully automatic elemental analyzer (vario MICRO cube manufactured by Elemental) and found to be 44.2%. Further, the obtained sulfur-based active material was analyzed by Raman spectrum using a laser Raman microscope RAMAN-11 manufactured by Nanophoton Co., Ltd. under the conditions of excitation wavelength λ = 532 nm, grazing: 600 gr / mm, and resolution: 2 cm -1. It was a near 500 cm -1 Raman shift, 1250 cm around -1 and 1450cm peak around -1 was present (Figure 4).

[比較例1]
洗浄処理工程を除いたこと以外は実施例1と同様にして硫黄系活物質を作製し、実施例1と同様に電池作製を行った。
[Comparative Example 1]
A sulfur-based active material was prepared in the same manner as in Example 1 except that the cleaning treatment step was excluded, and a battery was prepared in the same manner as in Example 1.

[試験方法]
<充放電容量測定試験>
各実施例および比較例で作製したコイン型リチウムイオン二次電池について、試験温度30℃の条件下で、硫黄系活物質1gあたり100mAに相当する電流値の充放電をさせた。放電終止電圧は1.0V、充電終止電圧は3.0Vとした。また充放電を繰り返し、各回の放電容量(mAh/g)を測定するとともに、2回目の放電容量(mAh/g)を初期容量とした。結果を表1に示す。なお、初期容量が大きいほど、リチウムイオン二次電池は充放電容量が大きく好ましいと評価できる。
[Test method]
<Charge / discharge capacity measurement test>
The coin-type lithium ion secondary batteries produced in each Example and Comparative Example were charged and discharged with a current value corresponding to 100 mA per 1 g of the sulfur-based active material under the condition of a test temperature of 30 ° C. The discharge end voltage was 1.0 V, and the charge end voltage was 3.0 V. Further, charging and discharging were repeated, the discharge capacity (mAh / g) of each time was measured, and the second discharge capacity (mAh / g) was set as the initial capacity. The results are shown in Table 1. It can be evaluated that the larger the initial capacity, the larger the charge / discharge capacity of the lithium ion secondary battery, which is preferable.

また、2回目の放電容量DC2(mAh/g)と10回目の放電容量DC10(mAh/g)から、下記式により容量維持率(%)を求めた。結果を表1に示す。なお、容量維持率が大きいほど、リチウムイオン二次電池はサイクル特性に優れているといえる。
(容量維持率(%))=(DC10(mAh/g))/(DC2(mAh/g))×100
Further, the capacity retention rate (%) was calculated from the second discharge capacity DC 2 (mAh / g) and the tenth discharge capacity DC 10 (mAh / g) by the following formula. The results are shown in Table 1. It can be said that the larger the capacity retention rate, the better the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery.
(Capacity retention rate (%)) = (DC 10 (mAh / g)) / (DC 2 (mAh / g)) × 100

表1の結果より、本発明の洗浄処理方法により処理された硫黄系活物質を電極材料として使用したリチウムイオン二次電池は、充放電容量およびサイクル特性が顕著に改善されることがわかる。 From the results in Table 1, it can be seen that the lithium ion secondary battery using the sulfur-based active material treated by the cleaning treatment method of the present invention as an electrode material has significantly improved charge / discharge capacity and cycle characteristics.

以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。また、上記の実施形態ではリチウムイオン電池を例に説明したが、リチウムイオン電池に限らず、ナトリウムイオン電池やカリウムイオン電池など、その他の非水電解質二次電池にも本発明を適用できる。したがって、そのようなものも本発明内に含まれる。 As described above, the preferred embodiment of the present invention has been described with reference to the drawings, but various additions, changes or deletions can be made without departing from the spirit of the present invention. Further, although the lithium ion battery has been described as an example in the above embodiment, the present invention can be applied not only to the lithium ion battery but also to other non-aqueous electrolyte secondary batteries such as a sodium ion battery and a potassium ion battery. Therefore, such things are also included in the present invention.

本発明の洗浄処理方法により処理された硫黄系活物質を電極材料として使用することにより、集電体の種類によらず、充放電容量が大きくかつサイクル特性に優れた非水電解質二次電池を製造することができる。この電極を用いた非水電解質二次電池は、移動体通信機器、携帯用電子機器、電気自動車、電動自転車、電動二輪車、電力貯蔵装置などの電気機器の主電源や副電源に好適に利用されるものである。 By using the sulfur-based active material treated by the cleaning treatment method of the present invention as an electrode material, a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large charge / discharge capacity and excellent cycle characteristics can be obtained regardless of the type of current collector. Can be manufactured. Non-aqueous electrolyte secondary batteries using this electrode are suitably used as a main power source or an auxiliary power source for electric devices such as mobile communication devices, portable electronic devices, electric vehicles, electric bicycles, electric motorcycles, and power storage devices. It is a thing.

1 反応装置
2 原料化合物
3 反応容器
4 シリコン製の蓋
5 アルミナ保護管
6 ガス導入管
7 ガス排出管
8 電気炉
9 熱電対
10 温度コントローラ
11 水酸化ナトリウム水溶液
12 トラップ槽
1 Reaction device 2 Raw material compound 3 Reaction vessel 4 Silicon lid 5 Alumina protection tube 6 Gas introduction tube 7 Gas discharge tube 8 Electric furnace 9 Thermocouple 10 Temperature controller 11 Sodium hydroxide aqueous solution 12 Trap tank

Claims (10)

硫黄系活物質をpHが6以上の水または水溶液で洗浄することを特徴とする洗浄処理方法。 A cleaning treatment method characterized by cleaning a sulfur-based active material with water or an aqueous solution having a pH of 6 or higher. 硫黄系活物質をpHが7より大きいアルカリ性水溶液を用いて洗浄した後、さらに水洗処理することを特徴とする請求項1記載の洗浄処理方法。 The cleaning treatment method according to claim 1, wherein the sulfur-based active material is washed with an alkaline aqueous solution having a pH greater than 7, and then further washed with water. 硫黄系活物質が有機硫黄系活物質である、請求項1または2記載の製造方法。 The production method according to claim 1 or 2, wherein the sulfur-based active material is an organic sulfur-based active material. 請求項1〜3のいずれか一項に記載の洗浄処理方法により洗浄された硫黄系活物質。 A sulfur-based active material washed by the washing treatment method according to any one of claims 1 to 3. 請求項4記載の硫黄系活物質を用いて作製した非水電解質二次電池用電極。 An electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery produced by using the sulfur-based active material according to claim 4. 硫黄系活物質をpHが6以上の水または水溶液で洗浄処理する工程、および
洗浄処理された硫黄系活物質と水とを混合したスラリーを集電体に塗布する工程を含む、非水電解質二次電池用電極の製造方法。
Non-aqueous electrolyte 2 including a step of washing the sulfur-based active material with water or an aqueous solution having a pH of 6 or more, and a step of applying a slurry of the washed sulfur-based active material and water to the current collector. Method for manufacturing electrodes for next batteries.
集電体がアルミニウム系集電体である、請求項6記載の製造方法。 The manufacturing method according to claim 6, wherein the current collector is an aluminum-based current collector. 請求項6または7記載の製造方法により製造された電極を具備した非水電解質二次電池。 A non-aqueous electrolyte secondary battery provided with an electrode manufactured by the manufacturing method according to claim 6 or 7. 非水電解質二次電池が、リチウムイオン二次電池である、請求項8記載の非水電解質二次電池。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 8, wherein the non-aqueous electrolyte secondary battery is a lithium ion secondary battery. 請求項8または9記載の非水電解質二次電池を有する電気機器。 An electrical device having a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 8 or 9.
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