JP3517117B2 - Lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery

Info

Publication number
JP3517117B2
JP3517117B2 JP19959698A JP19959698A JP3517117B2 JP 3517117 B2 JP3517117 B2 JP 3517117B2 JP 19959698 A JP19959698 A JP 19959698A JP 19959698 A JP19959698 A JP 19959698A JP 3517117 B2 JP3517117 B2 JP 3517117B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbon
carbonaceous material
composite material
ray intensity
secondary battery
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP19959698A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2000021404A (en
Inventor
麻子 佐藤
則雄 高見
隆久 大崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP19959698A priority Critical patent/JP3517117B2/en
Publication of JP2000021404A publication Critical patent/JP2000021404A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3517117B2 publication Critical patent/JP3517117B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
に関し、特に炭素質物を含む負極を改良したリチウム二
次電池及びリチウム二次電池の製造方法に係わる。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to a lithium secondary battery having an improved negative electrode containing a carbonaceous material and a method for manufacturing the lithium secondary battery.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、負極活物質として金属リチウムを
用いた非水電解質電池は、高エネルギー密度電池として
注目されており、正極活物質に二酸化マンガン(MnO
2 )、フッ化炭素[(CF2 n ]、塩化チオニル(S
OCl2 )等を用いた一次電池は、既に電卓、時計の電
源やメモリのバックアップ電池として多用されている。
さらに、近年、VTR、通信機器などの各種の電子機器
の小型、軽量化に伴いそれらの電源として高エネルギー
密度の二次電池の要求が高まり、リチウムを負極活物質
とするリチウム二次電池の研究が活発に行われている。
2. Description of the Related Art In recent years, a non-aqueous electrolyte battery using metallic lithium as a negative electrode active material has attracted attention as a high energy density battery, and manganese dioxide (MnO 2) is used as a positive electrode active material.
2 ), fluorocarbon [(CF 2 ) n ], thionyl chloride (S
A primary battery using OCl 2 ) or the like has already been widely used as a power source for calculators and watches and a backup battery for memories.
Furthermore, in recent years, with the miniaturization and weight reduction of various electronic devices such as VTRs and communication devices, the demand for high energy density secondary batteries as their power source has increased, and research on lithium secondary batteries using lithium as a negative electrode active material. Is actively carried out.

【0003】リチウム二次電池は、負極にリチウムを用
い、電解液として炭酸プロピレン(PC)、1,2−ジ
メトキシエタン(DME)、γ−ブチロラクトン(γ−
BL)、テトラヒドロフラン(THF)等の非水溶媒中
にLiClO4 、LiBF4、LiAsF6 等のリチウ
ム塩を溶解した非水電解液やリチウムイオン伝導性固体
電解質を用い、また正極活物質としては主にTiS2
MoS2 、V2 5 、V6 13、MnO2 等のリチウム
との間でトポケミカル反応する化合物を用いることが研
究されている。
Lithium secondary batteries use lithium as a negative electrode and use propylene carbonate (PC), 1,2-dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (γ-) as an electrolyte.
BL), tetrahydrofuran (THF) or the like, a non-aqueous electrolyte solution or a lithium ion conductive solid electrolyte in which a lithium salt such as LiClO 4 , LiBF 4 , or LiAsF 6 is dissolved in a non-aqueous solvent, and a positive electrode active material is mainly used. TiS 2 ,
The use of compounds such as MoS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , and MnO 2 that undergo a topochemical reaction with lithium has been studied.

【0004】しかしながら、上述したリチウム二次電池
は現在まだ実用化されていない。これは、負極に金属リ
チウムを用いた場合、金属の劣化により充放電効率が低
くなり、また、サイクル寿命が短くなるためである。さ
らに、最大のデメリットは、金属リチウムが充放電を繰
り返すうちに微粉化し、反応活性なリチウムデンドライ
トとなって電池の安全性を損ない、引いては電池の破
損、短絡、熱暴走を引き起こす要因となることである。
However, the lithium secondary battery described above has not yet been put into practical use. This is because when metallic lithium is used for the negative electrode, the charge / discharge efficiency is lowered due to the deterioration of the metal, and the cycle life is shortened. In addition, the biggest demerit is that metallic lithium becomes fine powder during repeated charging and discharging, and becomes a reactive dendrite, which impairs the safety of the battery and eventually causes damage to the battery, short circuit, and thermal runaway. That is.

【0005】このようなことから、リチウム二次電池に
組み込まれる負極としてリチウムを吸蔵・放出する炭素
質物、例えばコークス、樹脂焼成体、炭素繊維、熱分解
気相炭素などを用いることが提案されている。前記炭素
質物は、リチウムと非水電解液との反応を抑えることが
可能である。
From the above, it has been proposed to use a carbonaceous material that absorbs and releases lithium, such as coke, a resin fired body, carbon fiber, and pyrolytic vapor phase carbon, as the negative electrode incorporated in the lithium secondary battery. There is. The carbonaceous material can suppress the reaction between lithium and the non-aqueous electrolyte.

【0006】しかしながら、昨今の機器の更なる小型化
や、長時間連続使用の要求により、電池の容量を更に向
上させることが強く要望されている。従来の炭素材料で
は充放電容量の向上に限界がある。また、高容量と目さ
れる低温焼成炭素では、物質の密度が小さいため、単位
体積当たりの充放電容量を大きくすることが難しい。高
容量電池開発のためには、新しい負極材料の開発が必要
である。
However, there is a strong demand to further improve the capacity of the battery due to recent miniaturization of equipment and continuous use for a long time. There is a limit to the improvement of charge / discharge capacity with conventional carbon materials. Further, in low-temperature fired carbon, which is considered to have a high capacity, it is difficult to increase the charge / discharge capacity per unit volume because the density of the substance is low. In order to develop high capacity batteries, it is necessary to develop new negative electrode materials.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高容
量で、長寿命なリチウム二次電池を提供しようとするも
のである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery with high capacity and long life.

【0008】また、本発明の目的は、高容量で、長寿命
なリチウム二次電池の製造方法を提供しようとするもの
である。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a lithium secondary battery having a high capacity and a long life.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明に係わるリチウム
二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物
を含む負極を備えたリチウム二次電池であって、前記炭
素質物は、平均粒径が100nm以下の元素M含有粒子
を含むもの(但し、Sを含むものを除く)であり、前記
元素Mは、Mg、Al、Si、Ca、Sn及びPbから
選ばれる少なくとも1種類の元素からなり、電子線マイ
クロアナライザー(EPMA)により10×10μmの
視野で断面を測定した際の前記元素MのX線強度に対す
る炭素のX線強度比(I)が0.7X≦I≦1.3Xを
満たし、前記Xは下記(1)式で表されることを特徴と
するものである。
A lithium secondary battery according to the present invention is a lithium secondary battery provided with a negative electrode containing a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions, wherein the carbonaceous material has an average particle size. With element M having a particle size of 100 nm or less
Containing (excluding those containing S),
Element M is Mg, Al, Si, Ca, Sn and Pb
The X-ray intensity ratio (I) of carbon to the X-ray intensity of the element M, which is composed of at least one element selected, is 0. 1 when the cross section is measured by an electron beam microanalyzer (EPMA) in a visual field of 10 × 10 μm. 7X ≦ I ≦ 1.3X is satisfied, and the X is represented by the following formula (1).

【0010】 X=(100−n)m/cn …(1) ただし、前記nは前記炭素質物の元素Mの含有量(重量
%)、前記mは前記炭素質物に含まれる元素Mの原子
量、前記cは炭素の原子量を示す。
X = (100−n) m / cn (1) where n is the content (% by weight) of the element M of the carbonaceous material, m is the atomic weight of the element M contained in the carbonaceous material, The c represents the atomic weight of carbon.

【0011】本発明に係わるリチウム二次電池の製造方
法は、請求項1記載のリチウム二次電池の製造方法であ
って、前記炭素質物は、Mg、Al、Si、Ca、Sn
及びPbから選ばれる少なくとも1種類の元素を含有し
た有機金属錯体(但し、Sを含むものを除く)を焼成す
る工程を具備する方法により作製されることを特徴とす
るものである。
A method for manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention is the method for manufacturing a lithium secondary battery according to claim 1 , wherein the carbonaceous material is Mg, Al, Si, Ca, Sn.
And an organometallic complex containing at least one element selected from Pb (excluding those containing S) are prepared by a method including a step of firing.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わるリチウム二
次電池(例えば円筒形リチウム二次電池)を図1を参照
して詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a lithium secondary battery (for example, a cylindrical lithium secondary battery) according to the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【0013】例えばステンレスからなる有底円筒状の容
器1は、底部に絶縁体2が配置されている。電極群3
は、前記容器1内に収納されている。前記電極群3は、
正極4、セパレ―タ5及び負極6をこの順序で積層した
帯状物を渦巻き状に巻回した構造になっている。
A cylindrical container 1 having a bottom and made of stainless steel, for example, has an insulator 2 at the bottom. Electrode group 3
Are stored in the container 1. The electrode group 3 is
It has a structure in which a band-shaped material in which a positive electrode 4, a separator 5 and a negative electrode 6 are laminated in this order is spirally wound.

【0014】前記容器1内には、非水電解液が収容され
ている。中央部に孔が開口されたPTC素子7、前記P
TC素子7上に配置された安全弁8及び前記安全弁8に
配置された帽子形状の正極端子9は、前記容器1の上部
開口部に絶縁ガスケット10を介してかしめ固定されて
いる。なお、前記正極端子9には、ガス抜き孔(図示し
ない)が開口されている。正極リ―ド11の一端は、前
記正極4に、他端は前記PTC素子7にそれぞれ接続さ
れている。前記負極6は、図示しない負極リ―ドを介し
て負極端子である前記容器1に接続されている。
The container 1 contains a non-aqueous electrolytic solution. The PTC element 7 having a hole at the center, the P
A safety valve 8 arranged on the TC element 7 and a hat-shaped positive electrode terminal 9 arranged on the safety valve 8 are caulked and fixed to an upper opening of the container 1 via an insulating gasket 10. A gas vent hole (not shown) is opened in the positive electrode terminal 9. One end of the positive electrode lead 11 is connected to the positive electrode 4 and the other end is connected to the PTC element 7. The negative electrode 6 is connected to the container 1, which is a negative electrode terminal, via a negative electrode lead (not shown).

【0015】次に、前記正極4、前記セパレータ5、前
記負極6および前記電解液について詳しく説明する。
Next, the positive electrode 4, the separator 5, the negative electrode 6 and the electrolytic solution will be described in detail.

【0016】1)正極4 正極4は、正極活物質に導電剤および結着剤を添加し、
これらを適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗
布、乾燥して薄板状にすることにより作製される。
1) Positive electrode 4 The positive electrode 4 is obtained by adding a conductive agent and a binder to the positive electrode active material,
It is prepared by suspending these in an appropriate solvent, applying the suspension to a current collector, and drying to form a thin plate.

【0017】前記正極活物質としては、種々の酸化物、
例えば二酸化マンガン、リチウムマンガン複合酸化物、
リチウム含有ニッケル酸化物、リチウム含有コバルト化
合物、リチウム含有ニッケルコバルト酸化物、リチウム
含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二
硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物
などを挙げることができる。中でも、リチウム含有コバ
ルト酸化物(例えば、LiCoO2 )、リチウム含有ニ
ッケル酸化物(例えば、LiNiO2 )、リチウムマン
ガン複合酸化物(例えば、LiMn2 4 、LiMnO
2 )を用いると、高電圧が得られるために好ましい。
As the positive electrode active material, various oxides,
For example, manganese dioxide, lithium manganese composite oxide,
Examples thereof include lithium-containing nickel oxide, lithium-containing cobalt compound, lithium-containing nickel-cobalt oxide, lithium-containing iron oxide, lithium-containing vanadium oxide, and chalcogen compounds such as titanium disulfide and molybdenum disulfide. Among them, lithium-containing cobalt oxide (for example, LiCoO 2 ), lithium-containing nickel oxide (for example, LiNiO 2 ), lithium manganese composite oxide (for example, LiMn 2 O 4 , LiMnO 2 ).
The use of 2 ) is preferable because a high voltage can be obtained.

【0018】前記導電剤としては、例えばアセチレンブ
ラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができ
る。
Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, graphite and the like.

【0019】前記結着剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン
(PVdF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体
(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等
を用いることができる。
As the binder, for example, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), etc. may be used. it can.

【0020】前記正極活物質、導電剤および結着剤の配
合割合は、正極活物質80〜95重量%、導電剤3〜2
0重量%、結着剤2〜7重量%の範囲にすることが好ま
しい。
The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is 80 to 95% by weight of the positive electrode active material and the conductive agent 3 to 2.
It is preferable that the content is 0% by weight and the binder is 2 to 7% by weight.

【0021】前記集電体としては、例えばアルミニウム
箔、ステンレス箔、ニッケル箔等を用いることができ
る。
As the current collector, for example, aluminum foil, stainless foil, nickel foil or the like can be used.

【0022】2)セパレータ5 前記セパレータ5としては、例えば合成樹脂製不織布、
ポリエチレン多孔質フィルム、ポリプロピレン多孔質フ
ィルム等を用いることができる。
2) Separator 5 The separator 5 is, for example, a synthetic resin non-woven fabric,
A polyethylene porous film, a polypropylene porous film, or the like can be used.

【0023】3)負極6 前記負極6は、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質
物を含む。前記炭素質物は、Mg、Al、Si、Ca、
Sn及びPbから選ばれる少なくとも1種類の元素から
なる元素Mを含有し、かつ電子線マイクロアナライザー
(EPMA)により10×10μmの視野で断面を測定
した際の前記元素MのX線強度に対する炭素のX線強度
比(I)が0.7X≦I≦1.3Xの範囲内である。ま
た、前記Xは下記(1)式で表される。
3) Negative Electrode 6 The negative electrode 6 contains a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions. The carbonaceous material is Mg, Al, Si, Ca,
Carbon containing the element M consisting of at least one element selected from Sn and Pb, and carbon with respect to the X-ray intensity of the element M when a cross section is measured in a visual field of 10 × 10 μm by an electron beam microanalyzer (EPMA). The X-ray intensity ratio (I) is within the range of 0.7X ≦ I ≦ 1.3X. Further, the X is represented by the following formula (1).

【0024】 X=(100−n)m/cn …(1) ただし、前記nは前記炭素質物の元素Mの含有量(重量
%)、前記mは前記炭素質物に含まれる元素Mの原子
量、前記cは炭素の原子量を示す。
X = (100−n) m / cn (1) where n is the content (% by weight) of the element M of the carbonaceous material, m is the atomic weight of the element M contained in the carbonaceous material, The c represents the atomic weight of carbon.

【0025】前記元素Mは、リチウムと合金を形成する
か、あるいは何らかの形でリチウムを吸蔵・放出するこ
とが可能な構造を有する。前記元素Mとしては、Al、
Si、Snが好ましい。前記炭素質物において、前記元
素Mは概ね粒子の形態で含有されている。この粒子は、
元素Mか、あるいは元素Mを含有する合金か、もしくは
元素Mを含有する化合物からなる。前記粒子は、炭素質
物の非晶質領域においては結晶子間の空隙、また結晶化
度の比較的進んだ領域においては炭素の層間や、結晶間
隙に存在しているものと推測される。
The element M has a structure capable of forming an alloy with lithium or occluding and releasing lithium in some form. As the element M, Al,
Si and Sn are preferable. In the carbonaceous material, the element M is generally contained in the form of particles. This particle is
It is composed of the element M, an alloy containing the element M, or a compound containing the element M. It is presumed that the particles are present in the voids between crystallites in the amorphous region of the carbonaceous material, and in the carbon layers or in the crystal gaps in the region where the crystallinity is relatively advanced.

【0026】前述した(1)式から算出されるXは、元
素Mの含有量がある一定量である炭素質物において前記
元素Mが理論的に均一分散されている場合の、10×1
0μmの領域中の断面における元素Mの原子数に対する
炭素の原子数比をほぼ示す。また、前記炭素質物の断面
を電子線マイクロアナライザー(EPMA)により測定
することにより得られる元素MのX線強度に対する炭素
のX線強度比は、断面における元素Mの原子数に対する
炭素の原子数比を示す。従って、EPMAにより10×
10μmの視野で前記炭素質物の断面を測定した際の前
記元素MのX線強度に対する炭素のX線強度比(I)が
0.7X≦I≦1.3Xの範囲内である、つまり前記X
と等しいか、あるいは前記Xからのずれが±30%の範
囲内であると、前記炭素質物中に前記元素Mがほぼ均一
に分散されている。ここでいう均一分散とは、EPMA
像に規定した視野の大きさから推察されるとおり、炭素
マトリックス中への元素Mのミクロな分散であり、例え
ば、炭素質物を構成する未組織炭素の間隙へのマイクロ
クラスター状金属(元素M)の分散、格子欠陥への挿入
といった、原材料レベルからの材料の複合化を意味して
いる。前述したX線強度比(I)の前記Xからのずれが
±30%を越えると、前記炭素質物中に前記元素Mが均
一に分散しておらず、リチウム吸蔵・放出に伴う炭素質
物の膨張収縮に歪みが生じるため、構造のストレスによ
るサイクル劣化を引き起こす可能性がある。前記X線強
度比(I)は、前記Xと等しいか、あるいは前記Xから
のずれが±20%の範囲内にある、つまり0.8X≦I
≦1.2Xの範囲内にあることが好ましい。
X calculated from the above equation (1) is 10 × 1 when the element M is theoretically uniformly dispersed in a carbonaceous material in which the content of the element M is a certain amount.
The ratio of the number of carbon atoms to the number of element M atoms in the cross section in the region of 0 μm is almost shown. The ratio of the X-ray intensity of carbon to the X-ray intensity of the element M obtained by measuring the cross section of the carbonaceous material with an electron microanalyzer (EPMA) is the ratio of the number of carbon atoms to the number of atoms of the element M in the cross section. Indicates. Therefore, 10x by EPMA
The X-ray intensity ratio (I) of carbon to the X-ray intensity of the element M when measuring the cross section of the carbonaceous material in a visual field of 10 μm is within the range of 0.7X ≦ I ≦ 1.3X, that is, the above X
Or the deviation from X is within ± 30%, the element M is substantially uniformly dispersed in the carbonaceous material. Uniform dispersion here means EPMA
As inferred from the size of the visual field defined in the image, it is a microscopic dispersion of the element M in the carbon matrix. For example, microcluster-like metal (element M) in the interstices of unorganized carbon constituting the carbonaceous material. It means the compounding of materials from the raw material level, such as dispersion of particles and insertion into lattice defects. When the deviation of the above-mentioned X-ray intensity ratio (I) from X is more than ± 30%, the element M is not uniformly dispersed in the carbonaceous material, and the expansion of the carbonaceous material due to lithium occlusion / release. The strain in the contraction can cause cycle degradation due to structural stress. The X-ray intensity ratio (I) is equal to the X, or the deviation from the X is within a range of ± 20%, that is, 0.8X ≦ I
It is preferably in the range of ≦ 1.2X.

【0027】前記炭素質物は、無作為に選択した50〜
100視野のX線強度比(I)が0.7X≦I≦1.3
Xの範囲内にあることが好ましい。特に、無作為に選択
した70視野以上でのX線強度比(I)が0.7X≦I
≦1.3Xの範囲内にあることが好ましい。
The carbonaceous material is randomly selected from 50 to 50.
X-ray intensity ratio (I) of 100 fields of view is 0.7X ≦ I ≦ 1.3
It is preferably within the range of X. Particularly, the randomly selected X-ray intensity ratio (I) in 70 or more fields of view is 0.7X ≦ I
It is preferably in the range of ≦ 1.3X.

【0028】前記炭素質物の前記元素Mの含有量は、3
0重量%以上にすることが好ましい。前記含有量を30
重量%未満にすると、負極の体積当たりの充放電容量の
向上を図ることが困難になる恐れがある。前記含有量は
40重量%以上にすることがより好ましいものの、90
重量%を越えると、元素Mを含有する粒子同士が融合成
長し、バルク金属としての性質を示し、充放電サイクル
劣化を引き起こす恐れがある。前記元素Mの含有量は9
0重量%以下にすることが好ましく、更に好ましくは8
0重量%以下である。
The content of the element M in the carbonaceous material is 3
It is preferably 0% by weight or more. The content is 30
If it is less than wt%, it may be difficult to improve the charge / discharge capacity per volume of the negative electrode. Although the content is more preferably 40% by weight or more, 90
When the content exceeds the weight%, particles containing the element M may be fused and grown, exhibiting properties as a bulk metal and possibly causing deterioration in charge / discharge cycle. The content of the element M is 9
It is preferably 0% by weight or less, more preferably 8%.
It is 0% by weight or less.

【0029】前記元素Mを含有する粒子の平均粒径は、
100nm以下にすることが好ましい。平均粒径が10
0nmを越えると、微粒子としてよりはバルク金属とし
ての性質を示し、充放電による微粉化を生じ、充放電容
量のサイクル劣化を引き起こす恐れがある。また、前記
炭素質物の格子欠陥が大きくなる可能性がある。前記平
均粒径は、1nm以上、かつ100nm以下にすること
が好ましい。なお、平均粒径は、透過型電子顕微鏡(T
EM)により測定される。
The average particle size of the particles containing the element M is
It is preferably 100 nm or less. Average particle size is 10
If it exceeds 0 nm, it exhibits properties as a bulk metal rather than as fine particles, and may cause pulverization due to charge / discharge, which may cause cycle deterioration of charge / discharge capacity. In addition, the lattice defects of the carbonaceous material may become large. The average particle diameter is preferably 1 nm or more and 100 nm or less. In addition, the average particle diameter is a transmission electron microscope (T
EM).

【0030】前記元素M(異種元素)が炭素質物表面に
おいても均一分散されていることを考えると、前記炭素
質物は、X線光電子分光(XPS)により分析される炭
素原子のピーク強度に対する元素Mのピーク強度比
(P)が以下の(2)式を満足することが望ましい。
Considering that the element M (heterogeneous element) is evenly dispersed on the surface of the carbonaceous material, the carbonaceous material has an element M with respect to the peak intensity of carbon atoms analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). It is desirable that the peak intensity ratio (P) of 1 satisfies the following expression (2).

【0031】 P≦1.3{cn/m(100−n)} …(2) 但し、cは炭素の原子量、mは前記炭素質物に含まれる
元素Mの原子量、nは炭素の重量に対する元素Mの重量
比(%)である。
P ≦ 1.3 {cn / m (100−n)} (2) where c is the atomic weight of carbon, m is the atomic weight of the element M contained in the carbonaceous material, and n is the element based on the weight of carbon. It is the weight ratio (%) of M.

【0032】前述した(2)式における1.3{cn/
m(100−n)}から算出される値は、炭素質物の元
素Mの含有量から求められる、炭素質物表面での理論的
な原子数比(元素M/炭素)を表している。炭素質物表
面に実際に存在する元素Mの原子数比は、この値と同等
か、あるいはこの値から30%のずれにおさまることが
望ましい。元素Mを含有する粒子が炭素質物表面に多く
現れると、充放電を繰り返すうちに前記粒子が炭素マト
リックスから分離されるか、あるいは前記粒子が電解液
と反応して炭素質物の劣化を引き起こす恐れがあるから
である。また、XPSで測定される元素Mのピーク強度
の炭素ピーク強度に対する比は、炭素質物表面における
炭素の原子数に対する元素Mの原子数比を示す。従っ
て、XPSで測定される元素Mのピーク強度の炭素ピー
ク強度に対する比は、検出深度とばらつき等を考慮した
上で、1.3{cn/m(100−n)}から算出され
る値以下であることが好ましい。
1.3 {cn / in the above equation (2)
The value calculated from m (100-n)} represents the theoretical atomic number ratio (element M / carbon) on the surface of the carbonaceous material, which is obtained from the content of the element M of the carbonaceous material. It is desirable that the atomic number ratio of the element M actually existing on the surface of the carbonaceous material be equal to this value or fall within 30% from this value. When many particles containing the element M appear on the surface of the carbonaceous material, the particles may be separated from the carbon matrix during repeated charging / discharging, or the particles may react with the electrolytic solution to cause deterioration of the carbonaceous material. Because there is. Further, the ratio of the peak intensity of the element M measured by XPS to the carbon peak intensity indicates the atomic ratio of the element M to the number of carbon atoms on the surface of the carbonaceous material. Therefore, the ratio of the peak intensity of the element M measured by XPS to the carbon peak intensity is not more than the value calculated from 1.3 {cn / m (100-n)} in consideration of the detection depth and variations. Is preferred.

【0033】前記炭素質物は、粉末X線回折(粉末XR
D)で測定される各元素MによるX線反射ピークがはっ
きりと現れないか、またはブロードになる方が良い。
The carbonaceous material is powder X-ray diffraction (powder XR
It is better that the X-ray reflection peak due to each element M measured in D) does not appear clearly or becomes broad.

【0034】前記炭素質物は、例えば、Mg、Al、S
i、Ca、Sn及びPbから選ばれる少なくとも1種類
の元素を含有した有機金属錯体を不活性雰囲気下で焼成
することにより作製される。
The carbonaceous material is, for example, Mg, Al or S.
It is produced by firing an organometallic complex containing at least one element selected from i, Ca, Sn and Pb in an inert atmosphere.

【0035】前記有機金属錯体としては、例えば、以下
の(a)〜(c)のようなポリマー金属錯体を用いるこ
とができる。
As the organic metal complex, for example, the following polymer metal complexes (a) to (c) can be used.

【0036】(a)下記化1に例示される分子中に鎖状
の炭素―炭素不飽和結合を含む含金属モノマーを単独重
合させたもの。あるいは、下記化2に例示される前記含
金属モノマーと汎用モノマーとの共重合体。前記汎用モ
ノマーとしては、例えば、スチレン、アクリロニトリ
ル、ビニルピリジン等を挙げることができる。
(A) A homopolymer of a metal-containing monomer containing a chain carbon-carbon unsaturated bond in the molecule shown in the following chemical formula 1. Alternatively, a copolymer of the metal-containing monomer and a general-purpose monomer exemplified in Chemical Formula 2 below. Examples of the general-purpose monomer include styrene, acrylonitrile, vinyl pyridine and the like.

【0037】(b)下記化3に例示されるように、例え
ばCOOH、NR2OH、PR 2 基のような官能基を有
する有機ホモポリマーをルイス塩基を配位子として持つ
有機金属化合物や金属塩により金属錯体化したもの。ま
たは、下記化4に例示されるように、前記官能基を有す
る有機コポリマーをルイス塩基を配位子として持つ有機
金属化合物や金属塩により金属錯体化したもの。前記有
機ホモポリマーとしては、例えば、ポリアクリル酸、ポ
リアクリロニトリル、ポリビニルアルコール、ポリビニ
ルピリジン、ポリビニルピロリドン、1,2−ポリブタ
ジエン等で代表される前記官能基を有する付加重合体、
各種糖類、ペプチド、石油石炭ピッチ等を挙げることが
できる。前記有機コポリマーとしては、例えば、前記官
能基を導入した修飾ポリスチレン、前記官能基を有する
共重合体等を挙げることができる。
(B) As exemplified by the following chemical formula 3, for example, an organometallic compound having an organic homopolymer having a functional group such as COOH, NR 2 , OH, and PR 2 groups as a Lewis base as a ligand, Metal complexed with a metal salt. Alternatively, as exemplified in Chemical Formula 4 below, a metal complex of an organic copolymer having the functional group with an organometallic compound or a metal salt having a Lewis base as a ligand. As the organic homopolymer, for example, polyacrylic acid, polyacrylonitrile, polyvinyl alcohol, polyvinyl pyridine, polyvinyl pyrrolidone, addition polymers having the functional group represented by 1,2-polybutadiene and the like,
Various sugars, peptides, petroleum coal pitch, etc. can be mentioned. Examples of the organic copolymer include modified polystyrene having the functional group introduced therein, and a copolymer having the functional group.

【0038】(c)下記化5及び化6に例示されるよう
な有機高分子と含金属高分子との混合物。前記有機高分
子としては、溶媒に可溶で、焼成後の残炭率が大きいも
のが好ましい。一方、前記含金属高分子は、焼成中に昇
華しにくい可溶性高分子量金属化合物であることが好ま
しい。また、高分子主鎖は、主として炭素からなるポリ
マーであることが望ましい。
(C) A mixture of an organic polymer and a metal-containing polymer as exemplified in the following chemical formulas 5 and 6. The organic polymer is preferably one that is soluble in a solvent and has a high residual carbon rate after firing. On the other hand, it is preferable that the metal-containing polymer is a soluble high-molecular weight metal compound that does not easily sublime during firing. Further, it is desirable that the polymer main chain is a polymer mainly composed of carbon.

【0039】なお、前記(a)及び(b)のようなポリ
マー金属錯体の合成は、例えば、300℃以下の低温で
行うことができる。また、一部の金属ではポリマー金属
錯体を合成してから焼成する方法のほかに、ポリマー金
属錯体を形成するための原材料を焼成して前記炭素質物
を作製することができる。
The synthesis of the polymer metal complex as described in the above (a) and (b) can be carried out at a low temperature of, for example, 300 ° C. or lower. For some metals, in addition to the method of synthesizing the polymer metal complex and then calcining, the raw material for forming the polymer metal complex can be calcined to produce the carbonaceous material.

【0040】前記焼成温度は、550℃以上で、かつ各
金属のカーバイドが生成する温度以下にすることが好ま
しい。これは次のような理由によるものである。前記焼
成温度を550℃未満にすると、炭素化があまり進行し
なくなるため、炭素質物の導電性を確保することが困難
になる恐れがある。また、炭素質物におけるリチウムの
吸蔵・放出が生じ難くなって充放電の実効容量を向上す
ることが困難になる恐れがある。前記焼成温度は800
℃以上にすることがより好ましい。前記焼成温度を80
0℃以上にすることによって、炭素質物自体の非晶質構
造に由来するサイクル劣化を抑制することができる。一
方、前記焼成温度が各種金属カーバイドの生成温度を超
えると、導入した元素Mが充放電に関与することができ
なくなる恐れがあり、容量の増加を期待できなくなる場
合がある。
The firing temperature is preferably 550 ° C. or higher and lower than the temperature at which carbide of each metal is formed. This is due to the following reasons. When the firing temperature is lower than 550 ° C., carbonization does not proceed so much, which may make it difficult to secure conductivity of the carbonaceous material. In addition, it may be difficult for the carbonaceous material to occlude and release lithium, and it may be difficult to improve the effective charge / discharge capacity. The firing temperature is 800
It is more preferable that the temperature is not lower than ° C. The firing temperature is 80
By setting the temperature to 0 ° C. or higher, cycle deterioration due to the amorphous structure of the carbonaceous material itself can be suppressed. On the other hand, if the firing temperature exceeds the formation temperature of various metal carbides, the introduced element M may not be able to participate in charge / discharge, and it may not be possible to expect an increase in capacity.

【0041】[0041]

【化1】 [Chemical 1]

【0042】[0042]

【化2】 [Chemical 2]

【0043】[0043]

【化3】 [Chemical 3]

【0044】[0044]

【化4】 [Chemical 4]

【0045】[0045]

【化5】 [Chemical 5]

【0046】[0046]

【化6】 なお、化1〜化6において、Xは官能基(例えば、CO
OH、NR2OH、PR 2 基)、MLnはMg、Al、
Si、Ca、Sn及びPbから選ばれる少なくとも1種
類の金属の単核錯体か、複核錯体か、あるいは多核錯
体、Rは炭化水素基を示す。
[Chemical 6] In Chemical Formulas 1 to 6, X is a functional group (for example, CO
OH, NR 2 , OH, PR 2 groups), MLn is Mg, Al,
A mononuclear complex, a binuclear complex, or a polynuclear complex of at least one metal selected from Si, Ca, Sn, and Pb, and R represents a hydrocarbon group.

【0047】その他の方法でも含金属炭素質物の合成は
可能であるものの、導入可能な金属化合物の種類が限ら
れる上、生成物の成形性や組成比、安定性に限界があ
る。更に、炭素質物への元素Mの均一分散という点につ
いては、単に金属微粒子の炭素質物表面への吸着であっ
たり、もしくは逆にバルクの性質を有する金属粒子の表
面に炭素が担持されているものが生成する恐れがあり、
リチウム二次電池のサイクル特性を確保する観点からは
好ましくない。
Although the metal-containing carbonaceous material can be synthesized by other methods, the types of metal compounds that can be introduced are limited, and the moldability, composition ratio and stability of the product are limited. Further, in terms of the uniform dispersion of the element M in the carbonaceous material, it is simply adsorption of the metal fine particles on the surface of the carbonaceous material, or conversely, the carbon is supported on the surface of the metal particles having a bulk property. May be generated,
It is not preferable from the viewpoint of ensuring the cycle characteristics of the lithium secondary battery.

【0048】前記負極6は、例えば、前記炭素質物及び
結着剤を溶媒の存在下で混練し、得られた懸濁物を集電
体に塗布し、乾燥した後、プレスすることにより作製さ
れる。
The negative electrode 6 is produced, for example, by kneading the carbonaceous material and the binder in the presence of a solvent, applying the obtained suspension to a current collector, drying and then pressing. It

【0049】前記結着剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン
(PVdF)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体
(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、
カルボキシメチルセルロース(CMC)等を用いること
ができる。
Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVdF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR),
Carboxymethyl cellulose (CMC) or the like can be used.

【0050】前記炭素質物および結着剤の配合割合は、
炭素材90〜95重量%、結着剤2〜10重量%の範囲
にすることが好ましい。
The blending ratio of the carbonaceous material and the binder is
The carbon material is preferably in the range of 90 to 95% by weight and the binder in the range of 2 to 10% by weight.

【0051】前記集電体としては、例えば銅、ステンレ
ス、あるいはニッケルからなる箔、メッシュ、パンチド
メタル、ラスメタル等を用いることができる。
As the current collector, for example, foil, mesh, punched metal, lath metal or the like made of copper, stainless steel or nickel can be used.

【0052】4)電解液前記非水電解液は、非水溶媒に
電解質を溶解することにより調製される。
4) Electrolyte Solution The non-aqueous electrolyte solution is prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent.

【0053】前記非水溶媒としては、リチウム二次電池
の溶媒として公知の非水溶媒を用いることができ、特に
限定はされないが、エチレンカーボネート(EC)と前
記エチレンカーボネートより低融点であり且つドナー数
が18以下である1種以上の非水溶媒(以下第2溶媒と
称す)との混合溶媒を主体とする非水溶媒を用いること
が好ましい。
The non-aqueous solvent may be a non-aqueous solvent known as a solvent for lithium secondary batteries, and is not particularly limited, but it has a lower melting point than ethylene carbonate (EC) and the ethylene carbonate, and a donor. It is preferable to use a non-aqueous solvent mainly composed of a mixed solvent with one or more non-aqueous solvents having a number of 18 or less (hereinafter referred to as a second solvent).

【0054】前記第2種の溶媒としては、例えば鎖状カ
ーボンが好ましく、中でもジメチルカーボネート(DM
C)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチル
カーボネート(DEC)、プロピオン酸エチル、プロピ
オン酸メチル、またはプロピレンカーボネート(P
C)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、アセトニトリ
ル(AN)、酢酸エチル(EA)、トルエン、キシレン
または、酢酸メチル(MA)などが挙げられる。これら
の第2の溶媒は、単独または2種以上の混合物の形態で
用いることができる。特に、前記第2種の溶媒はドナー
数が16.5以下であることがより好ましい。
As the second type solvent, for example, chain carbon is preferable, and among them, dimethyl carbonate (DM
C), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), ethyl propionate, methyl propionate, or propylene carbonate (P
C), γ-butyrolactone (γ-BL), acetonitrile (AN), ethyl acetate (EA), toluene, xylene or methyl acetate (MA). These second solvents can be used alone or in the form of a mixture of two or more kinds. In particular, it is more preferable that the second type solvent has a donor number of 16.5 or less.

【0055】前記第2溶媒の粘度は、25℃において2
8mp以下であることが好ましい。
The viscosity of the second solvent is 2 at 25 ° C.
It is preferably 8 mp or less.

【0056】前記混合溶媒中の前記エチレンカーボネー
トの配合量は、体積比率で10〜80%であることが好
ましい。より好ましい前記エチレンカーボネートの配合
量は体積比率で20〜75%である。
The blending amount of the ethylene carbonate in the mixed solvent is preferably 10 to 80% by volume. A more preferable blending amount of ethylene carbonate is 20 to 75% by volume.

【0057】前記混合溶媒のより好ましい組成は、EC
とMEC、ECとPCとMEC、ECとMECとDE
C、ECとMECとDMC、ECとMECとPCとDE
Cの混合溶媒で、MECの体積比率は30〜80%とす
ることが好ましい。より好ましいMECの体積比率は、
40〜70%の範囲である。
A more preferable composition of the mixed solvent is EC
And MEC, EC and PC and MEC, EC and MEC and DE
C, EC and MEC and DMC, EC and MEC and PC and DE
The volume ratio of MEC in the mixed solvent of C is preferably 30 to 80%. More preferable volume ratio of MEC is
It is in the range of 40 to 70%.

【0058】前記非水電解液に含まれる電解質として
は、例えば過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ
化リン酸リチウム(LiPF6 )、ホウフッ化リチウム
(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウム(LiAs
6 )、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiC
3 SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミ
ドリチウム[LiN(CF3 SO2 2 ]などのリチウ
ム塩(電解質)が挙げられる。中でもLiPF6 、Li
BF4 を用いるのが好ましい。
As the electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte, for example, lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium arsenic hexafluoride ( LiAs
F 6 ), lithium trifluorometasulfonate (LiC
F 3 SO 3), bis (trifluoromethylsulfonyl) imide lithium [LiN (CF 3 SO 2) 2] Lithium salt such as (electrolyte) can be mentioned. Above all, LiPF 6 , Li
It is preferred to use BF 4 .

【0059】前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量
は、0.5〜2.0モル/1とすることが望ましい。
The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is preferably 0.5 to 2.0 mol / 1.

【0060】以上説明した本発明に係るリチウム二次電
池は、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物を含む
負極を備えたリチウム二次電池であって、前記炭素質物
は、Mg、Al、Si、Ca、Sn及びPbから選ばれ
る少なくとも1種類の元素からなる元素Mを含有し、か
つ電子線マイクロアナライザー(EPMA)により10
×10μmの視野で断面を測定した際の前記元素MのX
線強度に対する炭素のX線強度比(I)が0.7X≦I
≦1.3Xを満たし、前記Xは下記(1)式で表される
ことを特徴とするものである。
The lithium secondary battery according to the present invention described above is a lithium secondary battery provided with a negative electrode containing a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions, and the carbonaceous material is Mg, Al, Si, It contains an element M consisting of at least one element selected from Ca, Sn and Pb, and is 10 by an electron beam microanalyzer (EPMA).
X of the element M when the cross section is measured in the visual field of × 10 μm
The X-ray intensity ratio (I) of carbon to the line intensity is 0.7X ≦ I
≦ 1.3X is satisfied, and the X is represented by the following formula (1).

【0061】 X=(100−n)m/cn …(1) かかる炭素質物は、元素Mが均一に分散されているた
め、単位体積当たりのリチウムイオンの吸蔵・放出量を
向上することができる。また、リチウムの吸蔵・放出に
伴って前記炭素質物が膨張・収縮する際に前記炭素質物
が歪むのを抑制することができるため、充放電サイクル
の進行に従ってリチウムイオンの吸蔵・放出量が減少す
るのを抑制することができる。従って、高容量で、かつ
長寿命なリチウム二次電池を実現することができる。さ
らに、前記二次電池は、放電末期の電圧低下から電池の
残存容量を検出することができる。
X = (100-n) m / cn (1) Since the element M is uniformly dispersed in the carbonaceous material, the amount of occlusion / release of lithium ions per unit volume can be improved. . Further, since it is possible to prevent the carbonaceous material from being distorted when the carbonaceous material expands / contracts in association with the absorption / desorption of lithium, the amount of absorption / desorption of lithium ions decreases as the charge / discharge cycle progresses. Can be suppressed. Therefore, a lithium secondary battery having a high capacity and a long life can be realized. Furthermore, the secondary battery can detect the remaining capacity of the battery from the voltage drop at the end of discharge.

【0062】また、本発明に係わるリチウム二次電池の
製造方法では、Mg、Al、Si、Ca、Sn及びPb
から選ばれる少なくとも1種類の元素を含有した有機金
属錯体を焼成する工程を具備する方法により炭素質物を
作製する。このような製造方法によれば、Mg、Al、
Si、Ca、Sn及びPbから選ばれる少なくとも1種
類の元素である元素Mが均一に分散された炭素質物を作
製することができるため、高容量で、かつ長寿命なリチ
ウム二次電池を提供することができる。
In the method for manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention, Mg, Al, Si, Ca, Sn and Pb are used.
A carbonaceous material is produced by a method including a step of firing an organometallic complex containing at least one element selected from According to such a manufacturing method, Mg, Al,
Since a carbonaceous material in which the element M, which is at least one element selected from Si, Ca, Sn, and Pb, is uniformly dispersed can be produced, a lithium secondary battery with high capacity and long life is provided. be able to.

【0063】[0063]

【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図1を参照
して詳細に説明する。
Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to FIG.

【0064】(実施例1) <正極の作製>まず、リチウムコバルト酸化物(LiC
oO2 )粉末91重量部、グラファイト6重量部及びポ
リフッ化ビニリデン3重量部を混合し、これをN―メチ
ル−2−ピロリドンに分散させ、スラリーを調製した。
前記スラリーをアルミニウム箔に塗布した後、プレスす
ることにより正極を作製した。 <負極の作製>下記化7に示す有機Sn錯体(化7にお
けるMeは、メチル基を示す)と炭素前駆体である非等
方性ピッチとを3:1の重量比で混合した後、350℃
で加熱処理することにより金属含有炭素重合体を成長さ
せた。前記金属含有炭素重合体をアルゴン雰囲気下、9
00℃で焼成することにより炭素―金属複合材料を作製
した。
Example 1 <Production of Positive Electrode> First, lithium cobalt oxide (LiC
91 parts by weight of oO 2 ) powder, 6 parts by weight of graphite and 3 parts by weight of polyvinylidene fluoride were mixed and dispersed in N-methyl-2-pyrrolidone to prepare a slurry.
A positive electrode was produced by applying the slurry to an aluminum foil and then pressing. <Preparation of Negative Electrode> After the organic Sn complex shown in Chemical Formula 7 below (Me in Chemical Formula 7 represents a methyl group) and the anisotropic pitch that is the carbon precursor are mixed in a weight ratio of 3: 1, 350 ℃
A metal-containing carbon polymer was grown by heat treatment at. The metal-containing carbon polymer was subjected to 9
A carbon-metal composite material was produced by firing at 00 ° C.

【0065】[0065]

【化7】 得られた材料は、Snの含有量が重量比で75%で、S
n粒子のTEMにより求められる平均粒径が10nmで
あった。また、得られた複合材料の組成比から計算され
る、EPMAにより10×10μmの視野で前記材料の
断面を測定した場合の望ましいX線強度比X(炭素のX
線強度/SnのX線強度)を前述した(1)式より算出
したところ、3.3であった。従って、得られた複合材
料の許容され得るX線強度比は、2.31〜4.29で
ある。実際に、前記複合材料の断面をEPMAにより1
0×10μmの視野で測定したところ(視野数は70で
ある)、得られた各視野におけるSnのX線強度に対す
る炭素のX線強度比(I)は2.7〜4.0の範囲内の
値であった。
[Chemical 7] The obtained material has a Sn content of 75% by weight and
The average particle size obtained by TEM of n particles was 10 nm. In addition, a desirable X-ray intensity ratio X (X of carbon is calculated from the composition ratio of the obtained composite material, when the cross section of the material is measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm.
The line intensity / Sn X-ray intensity) was calculated from the above equation (1), and was 3.3. Therefore, the acceptable X-ray intensity ratio of the obtained composite material is 2.31 to 4.29. Actually, the cross section of the composite material is 1 by EPMA.
When measured in a visual field of 0 × 10 μm (the number of visual fields is 70), the X-ray intensity ratio (I) of carbon to the X-ray intensity of Sn in each obtained visual field is in the range of 2.7 to 4.0. Was the value of.

【0066】また、前記複合材料における前述した
(2)式の1.3{cn/m(100−n)}の値は、
0.4である。実際に前記複合材料のX線光電子分光
(XPS)により分析される炭素原子のピーク強度に対
するSnのピーク強度比(P)を測定したところ、0.
3であり、前記複合材料が前述した(2)式を満足する
ことを確認した。
The value of 1.3 {cn / m (100-n)} in the above-mentioned equation (2) in the composite material is
It is 0.4. The peak intensity ratio (P) of Sn to the peak intensity of carbon atoms analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the composite material was actually measured.
It was 3 and it was confirmed that the composite material satisfies the above-mentioned formula (2).

【0067】次いで、得られた炭素―金属複合材料97
重量部と、スチレンブタジエンゴム2重量部と、カルボ
キシメチルセルロース1重量部とを混合し、これを水に
分散させてペーストを調製した。前記ペーストを銅箔に
塗布し、乾燥し、プレスすることにより負極を作製し
た。
Then, the obtained carbon-metal composite material 97
By weight, 2 parts by weight of styrene-butadiene rubber and 1 part by weight of carboxymethyl cellulose were mixed and dispersed in water to prepare a paste. The paste was applied to a copper foil, dried, and pressed to produce a negative electrode.

【0068】前記正極、ポリエチレン製多孔質フィルム
からなるセパレ―タおよび前記負極をそれぞれこの順序
で積層した後、渦巻き状に巻回して電極群を作製した。 <非水電解液の調製>六フッ化リン酸リチウム(LiP
6 )をエチレンカーボネート(EC)とメチルエチル
カーボネート(MEC)の混合溶媒(混合体積比率1:
2)に1.0モル/1溶解して非水電解液を調製した。
The positive electrode, the separator made of a polyethylene porous film, and the negative electrode were laminated in this order and then spirally wound to form an electrode group. <Preparation of non-aqueous electrolyte> Lithium hexafluorophosphate (LiP
F 6 ) is a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) (mixing volume ratio 1:
A non-aqueous electrolytic solution was prepared by dissolving 1.0 mol / 1 in 2).

【0069】前記電極群及び前記電解液をステンレス製
の有底円筒状容器内にそれぞれ収納して前述した図1に
示す構造の円筒形リチウム二次電池を組み立てた。
The electrode group and the electrolytic solution were respectively housed in a bottomed cylindrical container made of stainless steel to assemble the cylindrical lithium secondary battery having the structure shown in FIG.

【0070】(実施例2)以下に説明する炭素―金属複
合材料(炭素質物)を用いること以外は、前述した実施
例1と同様なリチウム二次電池を組み立てた。
Example 2 A lithium secondary battery similar to that of Example 1 was assembled except that the carbon-metal composite material (carbonaceous material) described below was used.

【0071】<炭素―金属複合材料の作製>前述した化
7に示す有機Sn錯体と炭素前駆体である非等方性ピッ
チとを3:1の重量比で混合した後、350℃で加熱処
理することにより金属含有炭素重合体を成長させた。前
記金属含有炭素重合体をアルゴン雰囲気下、1200℃
で焼成することにより炭素―金属複合材料を作製した。
<Preparation of Carbon-Metal Composite Material> The organic Sn complex shown in Chemical formula 7 above was mixed with anisotropic pitch which is a carbon precursor in a weight ratio of 3: 1 and then heat-treated at 350 ° C. To grow a metal-containing carbon polymer. The metal-containing carbon polymer was heated to 1200 ° C. under an argon atmosphere.
A carbon-metal composite material was produced by firing at.

【0072】得られた材料は、Snの含有量が重量比で
75%で、Sn粒子のTEMにより求められる平均粒径
が10nmであった。また、得られた複合材料の組成比
から計算される、EPMAにより10×10μmの視野
で前記材料の断面を測定した場合の望ましいX線強度比
X(炭素のX線強度/SnのX線強度)を前述した
(1)式より算出したところ、3.3であった。従っ
て、得られた複合材料の許容され得るX線強度比は、
2.31〜4.29である。実際に、前記複合材料の断
面をEPMAにより10×10μmの視野で測定したと
ころ(視野数は70である)、得られた各視野における
SnのX線強度に対する炭素のX線強度比(I)は2.
6〜3.7の範囲内の値であった。
The obtained material had a Sn content of 75% by weight and an average particle size of Sn particles determined by TEM of 10 nm. Further, a desirable X-ray intensity ratio X (X-ray intensity of carbon / X-ray intensity of Sn) calculated from the composition ratio of the obtained composite material when the cross section of the material is measured by a field of view of 10 × 10 μm by EPMA. ) Was calculated from the above formula (1), it was 3.3. Therefore, the allowable X-ray intensity ratio of the obtained composite material is
2.31 to 4.29. Actually, when the cross section of the composite material was measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm (the number of visual fields is 70), the obtained X-ray intensity ratio of carbon to Sn X-ray intensity ratio (I) was obtained. Is 2.
It was a value within the range of 6 to 3.7.

【0073】また、前記複合材料における前述した
(2)式の1.3{cn/m(100−n)}の値は、
0.4である。実際に前記複合材料のX線光電子分光
(XPS)により分析される炭素原子のピーク強度に対
するSnのピーク強度比(P)を測定したところ、0.
3であり、前記複合材料が前述した(2)式を満足する
ことを確認した。
Further, the value of 1.3 {cn / m (100-n)} in the above-mentioned equation (2) in the composite material is
It is 0.4. The peak intensity ratio (P) of Sn to the peak intensity of carbon atoms analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the composite material was actually measured.
It was 3 and it was confirmed that the composite material satisfies the above-mentioned formula (2).

【0074】(実施例3)以下に説明する炭素―金属複
合材料(炭素質物)を用いること以外は、前述した実施
例1と同様なリチウム二次電池を組み立てた。
(Example 3) A lithium secondary battery similar to that of Example 1 was assembled except that the carbon-metal composite material (carbonaceous material) described below was used.

【0075】<炭素―金属複合材料の作製>下記化8に
示す有機Al錯体(化8において、pyはピリジニル基
を示し、Meはメチル基を示す)と炭素前駆体である非
等方性ピッチとを3:1の重量比で混合した後、350
℃で加熱処理することにより金属含有炭素重合体を成長
させた。前記金属含有炭素重合体をアルゴン雰囲気下、
1200℃で焼成することにより炭素―金属複合材料を
作製した。
<Preparation of Carbon-Metal Composite Material> Organic Al complex shown in the following chemical formula 8 (in chemical formula 8, py represents a pyridinyl group and Me represents a methyl group) and an anisotropic pitch which is a carbon precursor. After mixing and with a 3: 1 weight ratio, 350
The metal-containing carbon polymer was grown by heat treatment at ℃. The metal-containing carbon polymer under an argon atmosphere,
A carbon-metal composite material was produced by firing at 1200 ° C.

【0076】[0076]

【化8】 得られた材料は、Alの含有量が重量比で60%で、A
l粒子のTEMにより求められる平均粒径が100nm
であった。また、得られた複合材料の組成比から計算さ
れる、EPMAにより10×10μmの視野で前記材料
の断面を測定した場合の望ましいX線強度比X(炭素の
X線強度/AlのX線強度)を前述した(1)式より算
出したところ、1.5であった。従って、得られた複合
材料の許容され得るX線強度比は、1.05〜1.95
である。実際に、前記複合材料の断面をEPMAにより
10×10μmの視野で測定したところ(視野数は70
である)、得られた各視野におけるAlのX線強度に対
する炭素のX線強度比(I)は1.2〜1.9の範囲内
の値であった。
[Chemical 8] The obtained material has an Al content of 60% by weight and
The average particle size obtained by TEM of 1 particle is 100 nm
Met. Also, a desirable X-ray intensity ratio X (X-ray intensity of carbon / X-ray intensity of Al) calculated from the composition ratio of the obtained composite material when the cross section of the material is measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm. ) Was calculated from the above-mentioned formula (1), it was 1.5. Therefore, the acceptable X-ray intensity ratio of the obtained composite material is 1.05 to 1.95.
Is. Actually, the cross section of the composite material was measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm (the number of visual fields was 70).
The X-ray intensity ratio (I) of carbon to the X-ray intensity of Al in each obtained visual field was a value within the range of 1.2 to 1.9.

【0077】また、前記複合材料における前述した
(2)式の1.3{cn/m(100−n)}の値は、
0.9である。実際に前記複合材料のX線光電子分光
(XPS)により分析される炭素原子のピーク強度に対
するAlのピーク強度比(P)を測定したところ、0.
5であり、前記複合材料が前述した(2)式を満足する
ことを確認した。
The value of 1.3 {cn / m (100-n)} of the above-mentioned equation (2) in the composite material is
It is 0.9. The peak intensity ratio (P) of Al to the peak intensity of carbon atoms analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the composite material was actually measured.
5 and it was confirmed that the composite material satisfies the above-mentioned formula (2).

【0078】(実施例4)以下に説明する炭素―金属複
合材料(炭素質物)を用いること以外は、前述した実施
例1と同様なリチウム二次電池を組み立てた。
Example 4 A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that the carbon-metal composite material (carbonaceous material) described below was used.

【0079】<炭素―金属複合材料の作製>下記化9に
示す有機Si錯体(化9において、Rは炭化水素基を、
Meはメチル基をそれぞれ示し、この場合、Rはメチル
基である)と炭素前駆体である非等方性ピッチとを2:
1の重量比で混合した後、350℃で加熱処理すること
により金属含有炭素重合体を成長させた。前記金属含有
炭素重合体をアルゴン雰囲気下、1200℃で焼成する
ことにより炭素―金属複合材料を作製した。
<Preparation of Carbon-Metal Composite Material> Organic Si complex shown in Chemical Formula 9 below (in Chemical Formula 9, R represents a hydrocarbon group,
Me represents a methyl group, respectively, and in this case, R is a methyl group) and the carbon precursor anisotropic pitch is 2:
After mixing in a weight ratio of 1, the metal-containing carbon polymer was grown by heat treatment at 350 ° C. A carbon-metal composite material was produced by firing the metal-containing carbon polymer at 1200 ° C. in an argon atmosphere.

【0080】[0080]

【化9】 得られた材料は、Siの含有量が重量比で40%で、S
i粒子のTEMにより求められる平均粒径が100nm
であった。また、得られた複合材料の組成比から計算さ
れる、EPMAにより10×10μmの視野で前記材料
の断面を測定した場合の望ましいX線強度比X(炭素の
X線強度/SiのX線強度)を前述した(1)式より算
出したところ、3.5であった。従って、得られた複合
材料の許容され得るX線強度比は、2.45〜4.55
である。実際に、前記複合材料の断面をEPMAにより
10×10μmの視野で測定したところ(視野数は70
である)、得られた各視野におけるSiのX線強度に対
する炭素のX線強度比(I)は2.8〜4.1の範囲内
の値であった。
[Chemical 9] The obtained material has a Si content of 40% by weight and an S content of
The average particle size obtained by TEM of i particles is 100 nm
Met. Also, a desirable X-ray intensity ratio X (X-ray intensity of carbon / X-ray intensity of Si) calculated from the composition ratio of the obtained composite material when the cross section of the material is measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm. ) Was calculated from the above formula (1), it was 3.5. Therefore, the acceptable X-ray intensity ratio of the obtained composite material is 2.45 to 4.55.
Is. Actually, the cross section of the composite material was measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm (the number of visual fields was 70).
The X-ray intensity ratio (I) of carbon to the X-ray intensity of Si in each obtained visual field was a value within the range of 2.8 to 4.1.

【0081】また、前記複合材料における前述した
(2)式の1.3{cn/m(100−n)}の値は、
0.4である。実際に前記複合材料のX線光電子分光
(XPS)により分析される炭素原子のピーク強度に対
するSiのピーク強度比(P)を測定したところ、0.
3であり、前記複合材料が前述した(2)式を満足する
ことを確認した。
The value of 1.3 {cn / m (100-n)} in the above-mentioned equation (2) in the composite material is
It is 0.4. When the peak intensity ratio (P) of Si to the peak intensity of carbon atoms analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the composite material was actually measured, it was 0.
It was 3 and it was confirmed that the composite material satisfies the above-mentioned formula (2).

【0082】(実施例5)以下に説明する炭素―金属複
合材料(炭素質物)を用いること以外は、前述した実施
例1と同様なリチウム二次電池を組み立てた。
Example 5 A lithium secondary battery similar to that of Example 1 was assembled except that the carbon-metal composite material (carbonaceous material) described below was used.

【0083】<炭素―金属複合材料の作製>アクリロニ
トリルと、前述した化9に示す有機Si錯体とを1:2
の重量比で混合した後、触媒の存在下300℃で加熱処
理することにより金属含有炭素重合体を成長させた。前
記金属含有炭素重合体をアルゴン雰囲気下、1200℃
で焼成することにより炭素―金属複合材料を作製した。
<Preparation of Carbon-Metal Composite Material> Acrylonitrile and the organic Si complex shown in Chemical formula 9 above are mixed in a ratio of 1: 2.
After being mixed at a weight ratio of 3, the metal-containing carbon polymer was grown by heat treatment at 300 ° C. in the presence of a catalyst. The metal-containing carbon polymer was heated to 1200 ° C. under an argon atmosphere.
A carbon-metal composite material was produced by firing at.

【0084】得られた材料は、Siの含有量が重量比で
40%で、Si粒子のTEMにより求められる平均粒径
が100nmであった。また、得られた複合材料の組成
比から計算される、EPMAにより10×10μmの視
野で前記材料の断面を測定した場合の望ましいX線強度
比X(炭素のX線強度/SiのX線強度)を前述した
(1)式より算出したところ、3.5であった。従っ
て、得られた複合材料の許容され得るX線強度比は、
2.45〜4.55である。実際に、前記複合材料の断
面をEPMAにより10×10μmの視野で測定したと
ころ(視野数は70である)、得られた各視野における
SiのX線強度に対する炭素のX線強度比(I)は2.
7〜4.5の範囲内の値であった。
The obtained material had a Si content of 40% by weight, and the Si particles had an average particle diameter of 100 nm as determined by TEM. Also, a desirable X-ray intensity ratio X (X-ray intensity of carbon / X-ray intensity of Si) calculated from the composition ratio of the obtained composite material when the cross section of the material is measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm. ) Was calculated from the above formula (1), it was 3.5. Therefore, the allowable X-ray intensity ratio of the obtained composite material is
It is 2.45 to 4.55. Actually, when a cross section of the composite material was measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm (the visual field number is 70), the obtained X-ray intensity ratio of carbon to Si X-ray intensity ratio (I) was obtained. Is 2.
It was a value within the range of 7 to 4.5.

【0085】また、前記複合材料における前述した
(2)式の1.3{cn/m(100−n)}の値は、
0.4である。実際に前記複合材料のX線光電子分光
(XPS)により分析される炭素原子のピーク強度に対
するSiのピーク強度比(P)を測定したところ、0.
3であり、前記複合材料が前述した(2)式を満足する
ことを確認した。
The value of 1.3 {cn / m (100-n)} in the above-mentioned equation (2) in the composite material is
It is 0.4. When the peak intensity ratio (P) of Si to the peak intensity of carbon atoms analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the composite material was actually measured, it was 0.
It was 3 and it was confirmed that the composite material satisfies the above-mentioned formula (2).

【0086】(実施例6)以下に説明する炭素―金属複
合材料(炭素質物)を用いること以外は、前述した実施
例1と同様なリチウム二次電池を組み立てた。
Example 6 A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that the carbon-metal composite material (carbonaceous material) described below was used.

【0087】<炭素―金属複合材料の作製>石油ピッチ
と下記化10に示す有機Siポリマーを1:2の割合で
混合した混合物をアルゴン雰囲気下、1200℃で焼成
することにより炭素―金属複合材料を作製した。
<Preparation of Carbon-Metal Composite Material> A mixture of petroleum pitch and the organic Si polymer shown in the following chemical formula 10 was mixed at a ratio of 1: 2, and the mixture was fired at 1200 ° C. in an argon atmosphere to make the carbon-metal composite material. Was produced.

【0088】[0088]

【化10】 得られた材料は、Siの含有量が重量比で40%で、S
i粒子のTEMにより求められる平均粒径が100nm
であった。また、得られた複合材料の組成比から計算さ
れる、EPMAにより10×10μmの視野で前記材料
の断面を測定した場合の望ましいX線強度比X(炭素の
X線強度/SiのX線強度)を前述した(1)式より算
出したところ、3.5であった。従って、得られた複合
材料の許容され得るX線強度比は、2.45〜4.55
である。実際に、前記複合材料の断面をEPMAにより
10×10μmの視野で測定したところ(視野数は70
である)、得られた各視野におけるSiのX線強度に対
する炭素のX線強度比(I)は2.8〜4.0の範囲内
の値であった。
[Chemical 10] The obtained material has a Si content of 40% by weight and an S content of
The average particle size obtained by TEM of i particles is 100 nm
Met. Also, a desirable X-ray intensity ratio X (X-ray intensity of carbon / X-ray intensity of Si) calculated from the composition ratio of the obtained composite material when the cross section of the material is measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm. ) Was calculated from the above formula (1), it was 3.5. Therefore, the acceptable X-ray intensity ratio of the obtained composite material is 2.45 to 4.55.
Is. Actually, the cross section of the composite material was measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm (the number of visual fields was 70).
The X-ray intensity ratio (I) of carbon to the X-ray intensity of Si in each obtained visual field was a value within the range of 2.8 to 4.0.

【0089】また、前記複合材料における前述した
(2)式の1.3{cn/m(100−n)}の値は、
0.4である。実際に前記複合材料のX線光電子分光
(XPS)により分析される炭素原子のピーク強度に対
するSiのピーク強度比(P)を測定したところ、0.
3であり、前記複合材料が前述した(2)式を満足する
ことを確認した。
The value of 1.3 {cn / m (100-n)} of the above-mentioned equation (2) in the composite material is
It is 0.4. When the peak intensity ratio (P) of Si to the peak intensity of carbon atoms analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the composite material was actually measured, it was 0.
It was 3 and it was confirmed that the composite material satisfies the above-mentioned formula (2).

【0090】(比較例1)以下に説明する炭素質物を用
いること以外は、前述した実施例1と同様なリチウム二
次電池を組み立てた。
Comparative Example 1 A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous material described below was used.

【0091】<炭素質物の作製>炭素前駆体である非等
方性ピッチを350℃で重合させた後、アルゴン雰囲気
下、1200℃で焼成することにより炭素質物を作製し
た。
<Production of Carbonaceous Material> A carbonaceous material was produced by polymerizing an anisotropic pitch, which is a carbon precursor, at 350 ° C., and then firing at 1200 ° C. in an argon atmosphere.

【0092】(比較例2)以下に説明する炭素―金属複
合材料(炭素質物)を用いること以外は、前述した実施
例1と同様なリチウム二次電池を組み立てた。
Comparative Example 2 A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that the carbon-metal composite material (carbonaceous material) described below was used.

【0093】<炭素―金属複合材料の作製>平均粒径が
10μmのSn金属粉末を炭素前駆体である非等方性ピ
ッチと2:1の重量比で混合した後、350℃で加熱処
理することにより金属含有炭素重合体を成長させた。前
記金属含有炭素重合体をアルゴン雰囲気下、1200℃
で焼成することにより炭素―金属複合材料を作製した。
<Preparation of Carbon-Metal Composite Material> Sn metal powder having an average particle size of 10 μm was mixed with a carbon precursor anisotropic pitch at a weight ratio of 2: 1 and then heat treated at 350 ° C. To grow a metal-containing carbon polymer. The metal-containing carbon polymer was heated to 1200 ° C. under an argon atmosphere.
A carbon-metal composite material was produced by firing at.

【0094】得られた材料は、Snの含有量が重量比で
75%で、Sn粒子のTEMにより求められる平均粒径
が10μmであった。また、得られた複合材料の組成比
から計算される、EPMAにより10×10μmの視野
で前記材料の断面を測定した場合の望ましいX線強度比
X(炭素のX線強度/SnのX線強度)を前述した
(1)式より算出したところ、3.3であった。従っ
て、得られた複合材料の許容され得るX線強度比は、
2.31〜4.29である。実際に、前記複合材料の断
面をEPMAにより10×10μmの視野で測定したと
ころ(視野数は70である)、得られた各視野における
SnのX線強度に対する炭素のX線強度比(I)は0.
3〜∞(無限大)の範囲内の値であった。
The obtained material had a Sn content of 75% by weight, and had an average particle size of 10 μm as determined by TEM of Sn particles. Further, a desirable X-ray intensity ratio X (X-ray intensity of carbon / X-ray intensity of Sn) calculated from the composition ratio of the obtained composite material when the cross section of the material is measured by a field of view of 10 × 10 μm by EPMA. ) Was calculated from the above formula (1), it was 3.3. Therefore, the allowable X-ray intensity ratio of the obtained composite material is
2.31 to 4.29. Actually, when the cross section of the composite material was measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm (the number of visual fields is 70), the obtained X-ray intensity ratio of carbon to Sn X-ray intensity ratio (I) was obtained. Is 0.
The value was within the range of 3 to ∞ (infinity).

【0095】(比較例3)以下に説明する炭素―金属複
合材料(炭素質物)を用いること以外は、前述した実施
例1と同様なリチウム二次電池を組み立てた。
Comparative Example 3 A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that the carbon-metal composite material (carbonaceous material) described below was used.

【0096】<炭素―金属複合材料の作製>炭素前駆体
である非等方性ピッチをアルゴン雰囲気下、1200℃
で焼成することにより炭素質物を作製した。平均粒径が
10μmのSn金属粉末と、前記炭素質物とを3:1の
重量比で混合し、炭素―金属複合材料を作製した。
<Preparation of Carbon-Metal Composite Material> Anisotropic pitch, which is a carbon precursor, was heated at 1200 ° C. in an argon atmosphere.
A carbonaceous material was produced by firing at. A Sn-metal powder having an average particle size of 10 μm and the carbonaceous material were mixed at a weight ratio of 3: 1 to prepare a carbon-metal composite material.

【0097】得られた材料は、Snの含有量が重量比で
75%で、Sn粒子のTEMにより求められる平均粒径
が10μmであった。また、得られた複合材料の組成比
から計算される、EPMAにより10×10μmの視野
で前記材料の断面を測定した場合の望ましいX線強度比
X(炭素のX線強度/SnのX線強度)を前述した
(1)式より算出したところ、3.3であった。従っ
て、得られた複合材料の許容され得るX線強度比は、
2.31〜4.29である。実際に、前記複合材料の断
面をEPMAにより10×10μmの視野で測定したと
ころ(視野数は70である)、得られた各視野における
SnのX線強度に対する炭素のX線強度比(I)は0〜
∞(無限大)の範囲内の値であった。
The obtained material had a Sn content of 75% by weight, and had an average particle size of 10 μm as determined by TEM of Sn particles. Further, a desirable X-ray intensity ratio X (X-ray intensity of carbon / X-ray intensity of Sn) calculated from the composition ratio of the obtained composite material when the cross section of the material is measured by a field of view of 10 × 10 μm by EPMA. ) Was calculated from the above formula (1), it was 3.3. Therefore, the allowable X-ray intensity ratio of the obtained composite material is
2.31 to 4.29. Actually, when the cross section of the composite material was measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm (the number of visual fields is 70), the obtained X-ray intensity ratio of carbon to Sn X-ray intensity ratio (I) was obtained. Is 0
It was a value within the range of ∞ (infinity).

【0098】(比較例4)以下に説明する炭素―金属複
合材料(炭素質物)を用いること以外は、前述した実施
例1と同様なリチウム二次電池を組み立てた。
Comparative Example 4 A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that the carbon-metal composite material (carbonaceous material) described below was used.

【0099】<炭素―金属複合材料の作製>炭素前駆体
である非等方性ピッチをアルゴン雰囲気下、350℃で
重合させた後、1200℃で焼成することにより炭素化
材料を作製した。この炭素化材料にSnCl2を混合
し、アルゴン雰囲気下、1200℃で更に1時間焼成
し、炭素―金属複合材料を作製した。
<Preparation of Carbon-Metal Composite Material> Anisotropic pitch, which is a carbon precursor, was polymerized at 350 ° C. in an argon atmosphere and then calcined at 1200 ° C. to prepare a carbonized material. SnCl 2 was mixed with this carbonized material, and the mixture was further baked at 1200 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere to prepare a carbon-metal composite material.

【0100】得られた材料は、Snの含有量が重量比で
10%で、Sn粒子のTEMにより求められる平均粒径
が100nmであった。また、得られた複合材料の組成
比から計算される、EPMAにより10×10μmの視
野で前記材料の断面を測定した場合の望ましいX線強度
比X(炭素のX線強度/SnのX線強度)を前述した
(1)式より算出したところ、88であった。従って、
得られた複合材料の許容され得るX線強度比は、61.
6〜114.4である。実際に、前記複合材料の断面を
EPMAにより10×10μmの視野で測定したところ
(視野数は70である)、得られた各視野におけるSn
のX線強度に対する炭素のX線強度比(I)は30〜∞
(無限大)の範囲内の値であった。
The obtained material had a Sn content of 10% by weight and an average particle size of Sn particles determined by TEM of 100 nm. Further, a desirable X-ray intensity ratio X (X-ray intensity of carbon / X-ray intensity of Sn) calculated from the composition ratio of the obtained composite material when the cross section of the material is measured by a field of view of 10 × 10 μm by EPMA. ) Was 88 from the equation (1). Therefore,
An acceptable X-ray intensity ratio of the resulting composite material is 61.
6 to 114.4. Actually, when the cross section of the composite material was measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm (the visual field number is 70), Sn in each visual field obtained was obtained.
X-ray intensity ratio (I) to the X-ray intensity of 30 to ∞
It was a value within the range of (infinity).

【0101】また、前記複合材料における前述した
(2)式の1.3{cn/m(100−n)}の値は、
0.02である。実際に前記複合材料のX線光電子分光
(XPS)により分析される炭素原子のピーク強度に対
するSnのピーク強度比(P)を測定したところ、1.
0であり、Sn粒子はそのほとんどが複合材料の表面に
担持されていることがわかった。
The value of 1.3 {cn / m (100-n)} in the above-mentioned equation (2) in the composite material is
It is 0.02. The peak intensity ratio (P) of Sn to the peak intensity of carbon atoms analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) of the composite material was actually measured.
It was 0, and it was found that most of the Sn particles were supported on the surface of the composite material.

【0102】(比較例5)以下に説明する炭素―金属複
合材料(炭素質物)を用いること以外は、前述した実施
例1と同様なリチウム二次電池を組み立てた。
Comparative Example 5 A lithium secondary battery was assembled in the same manner as in Example 1 except that the carbon-metal composite material (carbonaceous material) described below was used.

【0103】<炭素―金属複合材料の作製>炭素前駆体
である非等方性ピッチにSnCl2を粗混合し、アルゴ
ン雰囲気下、1200℃で1時間焼成し、炭素―金属複
合材料を作製した。
<Preparation of Carbon-Metal Composite Material> SnCl 2 was roughly mixed with an anisotropic pitch which is a carbon precursor, and calcined at 1200 ° C. for 1 hour in an argon atmosphere to prepare a carbon-metal composite material. .

【0104】得られた材料は、Snの含有量が重量比で
75%で、Sn粒子のTEMにより求められる平均粒径
が100nmであった。また、得られた複合材料の組成
比から計算される、EPMAにより10×10μmの視
野で前記材料の断面を測定した場合の望ましいX線強度
比X(炭素のX線強度/SnのX線強度)を前述した
(1)式より算出したところ、3.3であった。従っ
て、得られた複合材料の許容され得るX線強度比は、
2.31〜4.29である。実際に、前記複合材料の断
面をEPMAにより10×10μmの視野で測定したと
ころ(視野数は70である)、得られた各視野における
SnのX線強度に対する炭素のX線強度比(I)は1.
2〜8.2の範囲内の値であった。
The obtained material had a Sn content of 75% by weight and an average particle size of Sn particles determined by TEM of 100 nm. Further, a desirable X-ray intensity ratio X (X-ray intensity of carbon / X-ray intensity of Sn) calculated from the composition ratio of the obtained composite material when the cross section of the material is measured by a field of view of 10 × 10 μm by EPMA. ) Was calculated from the above formula (1), it was 3.3. Therefore, the allowable X-ray intensity ratio of the obtained composite material is
2.31 to 4.29. Actually, when the cross section of the composite material was measured by EPMA in a visual field of 10 × 10 μm (the number of visual fields is 70), the obtained X-ray intensity ratio of carbon to Sn X-ray intensity ratio (I) was obtained. Is 1.
It was a value within the range of 2 to 8.2.

【0105】得られた実施例1〜6及び比較例1〜5の
リチウムイオン二次電池各10個について、充電電流
1.5Aで4.2Vまで2時間充電した後、2.7Vま
で1.5Aで放電する充放電サイクル試験を行い、平均
放電容量及び容量維持率を測定し、その結果を下記表1
に示す。なお、容量維持率は、1サイクル目の放電容量
に対する300サイクル目の放電容量比とした。
Each of the 10 lithium ion secondary batteries obtained in Examples 1 to 6 and Comparative Examples 1 to 5 was charged with a charging current of 1.5 A to 4.2 V for 2 hours, and then to 2.7 V for 1. A charge / discharge cycle test of discharging at 5 A was performed, and the average discharge capacity and capacity retention rate were measured.
Shown in. The capacity retention rate was the discharge capacity ratio at the 300th cycle to the discharge capacity at the first cycle.

【0106】[0106]

【表1】 表1から明らかなように、EPMAにより10×10μ
mの視野で断面を測定した際の元素MのX線強度に対す
る炭素のX線強度比(I)が0.7X≦I≦1.3Xを
満たす炭素質物を含む負極を備えた実施例1〜6の二次
電池は、元素Mを含有しない炭素質物を含む負極を備え
た比較例1の二次電池、及び前記強度比(I)が前記範
囲を外れる炭素質物を含む負極を備えた比較例2〜5の
二次電池に比べて平均放電容量が高く、充放電サイクル
寿命が長いことがわかる。また、比較例4の二次電池
は、初期の充放電効率に優れるものの、炭素質物表面の
みにSnが分布しているため、サイクルを繰り返すと劣
化しやすく、また、ショートの確率が高かった。
[Table 1] As is clear from Table 1, 10 × 10μ by EPMA
Example 1 equipped with a negative electrode containing a carbonaceous material in which the X-ray intensity ratio (I) of carbon to the X-ray intensity of the element M when measuring the cross section in the field of view of m satisfies 0.7X ≦ I ≦ 1.3X The secondary battery of No. 6 is a secondary battery of Comparative Example 1 including a negative electrode containing a carbonaceous material that does not contain the element M, and a comparative example including a negative electrode including a carbonaceous material having the intensity ratio (I) outside the range. It can be seen that the average discharge capacity is higher and the charge / discharge cycle life is longer than the secondary batteries of Nos. 2 to 5. In addition, although the secondary battery of Comparative Example 4 had excellent initial charge / discharge efficiency, Sn was distributed only on the surface of the carbonaceous material, so that it was easily deteriorated when the cycle was repeated, and the probability of short circuit was high.

【0107】なお、前記実施例では円筒形リチウム二次
電池に適用した例を説明したが、角形リチウム二次電池
にも同様に適用できる。また、前記電池の容器内に収納
される電極群は渦巻形に限らず、正極、セパレータおよ
び負極をこの順序で複数積層した形態にしてもよい。
In the above embodiment, the example applied to the cylindrical lithium secondary battery has been described, but the present invention can also be applied to the prismatic lithium secondary battery. Further, the electrode group housed in the battery container is not limited to the spiral shape, and may have a configuration in which a plurality of positive electrodes, separators and negative electrodes are laminated in this order.

【0108】[0108]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
高容量で、長寿命なリチウム二次電池を提供することが
できる。また、本発明によれば、高容量で、長寿命なリ
チウム二次電池の製造方法を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention,
A lithium secondary battery with high capacity and long life can be provided. Further, according to the present invention, it is possible to provide a method for manufacturing a lithium secondary battery having a high capacity and a long life.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係わるリチウム二次電池の一例を示す
部分断面図。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an example of a lithium secondary battery according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…容器、 3…電極群、 4…正極、 6…負極、 8…封口板。 1 ... container, 3 ... electrode group, 4 ... Positive electrode, 6 ... Negative electrode, 8 ... Sealing plate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平11−260367(JP,A) 特開 平11−260369(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/00 - 4/04 H01M 4/36 - 4/62 H01M 10/40 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) Reference JP-A-11-260367 (JP, A) JP-A-11-260369 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 4/00-4/04 H01M 4/36-4/62 H01M 10/40

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質
物を含む負極を備えたリチウム二次電池であって、 前記炭素質物は、平均粒径が100nm以下の元素M含
有粒子を含むもの(但し、Sを含むものを除く)であ
り、前記元素Mは、Mg、Al、Si、Ca、Sn及び
Pbから選ばれる少なくとも1種類の元素からなり、 電子線マイクロアナライザー(EPMA)により10×
10μmの視野で断面を測定した際の前記元素MのX線
強度に対する炭素のX線強度比(I)が0.7X≦I≦
1.3Xを満たし、前記Xは下記(1)式で表されるこ
とを特徴とするリチウム二次電池。 X=(100−n)m/cn …(1) ただし、前記nは前記炭素質物の元素Mの含有量(重量
%)、前記mは前記炭素質物に含まれる元素Mの原子
量、前記cは炭素の原子量を示す。
1. A lithium secondary battery comprising a negative electrode containing a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions, wherein the carbonaceous material contains an element M having an average particle size of 100 nm or less.
Those containing particles (excluding those containing S)
The element M is Mg, Al, Si, Ca, Sn and
Consists of at least one element selected from Pb, and 10x by electron beam microanalyzer (EPMA)
The X-ray intensity ratio (I) of carbon to the X-ray intensity of the element M when the cross section is measured in the visual field of 10 μm is 0.7X ≦ I ≦
A lithium secondary battery satisfying 1.3X, wherein X is represented by the following formula (1). X = (100−n) m / cn (1) where n is the content (% by weight) of the element M of the carbonaceous material, m is the atomic weight of the element M contained in the carbonaceous material, and c is Indicates the atomic weight of carbon.
【請求項2】 前記炭素質物は、Mg、Al、Si、C
a、Sn及びPbから選ばれる少なくとも1種類の元素
を含有した有機金属錯体(但し、Sを含むものを除く)
を焼成する工程を具備する方法により作製されることを
特徴とする請求項1記載のリチウム二次電池の製造方
法。
2. The carbonaceous material is Mg, Al, Si, C
Organometallic complex containing at least one element selected from a, Sn and Pb (excluding those containing S)
The method for producing a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the method is produced by a method including a step of firing.
JP19959698A 1998-06-30 1998-06-30 Lithium secondary battery Expired - Lifetime JP3517117B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19959698A JP3517117B2 (en) 1998-06-30 1998-06-30 Lithium secondary battery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP19959698A JP3517117B2 (en) 1998-06-30 1998-06-30 Lithium secondary battery

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2000021404A JP2000021404A (en) 2000-01-21
JP3517117B2 true JP3517117B2 (en) 2004-04-05

Family

ID=16410493

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP19959698A Expired - Lifetime JP3517117B2 (en) 1998-06-30 1998-06-30 Lithium secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3517117B2 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5309596B2 (en) * 2008-02-20 2013-10-09 株式会社豊田中央研究所 Carbon porous body manufacturing method and power storage device
JP5242210B2 (en) * 2008-03-24 2013-07-24 新日鉄住金化学株式会社 Non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode active material and method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
JP2000021404A (en) 2000-01-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3262704B2 (en) Carbon electrode for non-aqueous secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous secondary battery using the same
US9315882B2 (en) Method for preparing anode active material, anode active material prepared therefrom and lithium secondary battery having the same
JP4061586B2 (en) Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
EP0713256B1 (en) Lithium secondary battery and process for preparing negative-electrode active material for use in the same
USRE43794E1 (en) Anode active material, method of manufacturing the same, and lithium battery using the same
US20220093964A1 (en) Anode active material for lithium secondary battery, manufacturing method thereof, and lithium secondary battery including the same
EP1519431A1 (en) Electrode and cell comprising the same
KR20060051615A (en) Negative electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery
JPH103920A (en) Lithium secondary battery, and manufacture of the same
US20040048160A1 (en) Non-aqueous electrode battery
JP2005038720A (en) Method of manufacturing negative electrode and method of manufacturing battery
EP3503267B1 (en) Negative electrode active material for lithium secondary battery, negative electrode including the same, and lithium secondary battery including the negative electrode
JP2003303585A (en) Battery
JP3965567B2 (en) battery
KR20040106225A (en) Battery
JPH08148185A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery and negative electrode therefor
JPH05121066A (en) Negative electrode for nonaqueous battery
WO2003090296A1 (en) Cell
JP4150202B2 (en) battery
JP3499739B2 (en) Lithium secondary battery and method of manufacturing lithium secondary battery
JP2004335439A (en) Nonaqueous electrolyte secondary battery
CN117832499A (en) Negative electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
KR100739944B1 (en) Negative electrode for lithium rechargeable battery and lithium rechargeable battery using the same
JP3517117B2 (en) Lithium secondary battery
CN116325225A (en) Positive electrode active material and lithium secondary battery including the same

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20040120

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20040122

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080130

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090130

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100130

Year of fee payment: 6

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110130

Year of fee payment: 7

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120130

Year of fee payment: 8

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130130

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130130

Year of fee payment: 9

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140130

Year of fee payment: 10

EXPY Cancellation because of completion of term