JP3534391B2 - Carbon material for electrode and non-aqueous secondary battery using the same - Google Patents

Carbon material for electrode and non-aqueous secondary battery using the same

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JP3534391B2 JP32776899A JP32776899A JP3534391B2 JP 3534391 B2 JP3534391 B2 JP 3534391B2 JP 32776899 A JP32776899 A JP 32776899A JP 32776899 A JP32776899 A JP 32776899A JP 3534391 B2 JP3534391 B2 JP 3534391B2
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electrode
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graphite
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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電極用炭素材料および
それを用いた非水系二次電池に関する。更に詳しくは、
高容量で、良好な急速充放電性を有する非水系二次電池
を構成しうる電極用炭素材料、好ましくは負極用炭素材
料に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon material for electrodes and a non-aqueous secondary battery using the same. For more details,
The present invention relates to a carbon material for an electrode, preferably a carbon material for a negative electrode, which can form a non-aqueous secondary battery having a high capacity and a favorable rapid charge / discharge property.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、電子機器の小型化に伴い高容量の
二次電池が必要となってきている。特にニッケル・カド
ミウム電池、ニッケル・水素電池に比べてエネルギー密
度の高い、リチウム二次電池が注目されてきている。そ
の負極材料として、はじめリチウム金属を用いることが
試みられたが、充放電を繰り返すうちに樹脂状(デンド
ライト状)にリチウムが析出し、セパレーターを貫通し
て正極まで達し、両極を短絡してしまう危険性があるこ
とが判明した。そのため、金属電極に代わってデンドラ
イトの発生を防止できる炭素系の材料が着目されてきて
いる。
2. Description of the Related Art In recent years, with the miniaturization of electronic devices, a high capacity secondary battery has been required. In particular, lithium secondary batteries, which have higher energy density than nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries, have been receiving attention. Attempts were initially made to use lithium metal as the negative electrode material, but during repeated charging and discharging, lithium was deposited in a resin (dendritic) form, penetrated the separator, and reached the positive electrode, short-circuiting both electrodes. It turned out to be dangerous. Therefore, carbon-based materials that can prevent the generation of dendrites have been attracting attention instead of metal electrodes.

【0003】炭素系材料を使用した非水電解液二次電池
としては、結晶化度の低い難黒鉛性炭素材料を負極材料
に採用した電池が、まず上市された。続いて結晶化度の
高い黒鉛類を用いた電池が上市され、現在に至ってい
る。黒鉛の電気容量は、372mAh/gと理論上最大
であり、電解液の選択を適切に行えば、高い充放電容量
の電池を得ることができる。さらに特開平4−1716
77号公報に示されるような、複層構造を有する炭素質
物を用いることも検討されている。これは、結晶性が高
い黒鉛の長所(高容量かつ不可逆容量が小さい)と短所
(プロピレンカーボネート系電解液を分解する)および
結晶化度の低い炭素質物の長所(電解液との安定性に優
れる)と短所(不可逆容量が大きい)を組み合わせ、互
いの長所を生かしつつ、短所を補うという考えに基づく
ものである。
As a non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbon-based material, a battery using a non-graphitizable carbon material having a low crystallinity as a negative electrode material was first put on the market. Subsequently, batteries using graphites with high crystallinity were put on the market and have reached the present. The electric capacity of graphite is theoretically maximum at 372 mAh / g, and a battery having a high charge / discharge capacity can be obtained by appropriately selecting an electrolytic solution. Further, JP-A-4-1716
The use of a carbonaceous material having a multi-layer structure, as shown in Japanese Patent Publication No. 77, has also been studied. This is the advantage of graphite with high crystallinity (high capacity and small irreversible capacity) and disadvantage (decomposes propylene carbonate-based electrolyte) and the advantage of carbonaceous material with low crystallinity (excellent stability with electrolyte). ) And disadvantages (large irreversible capacity) are combined to make use of each other's advantages while compensating for the disadvantages.

【0004】黒鉛類(黒鉛及び黒鉛を含む複層炭素質
物)は、難黒鉛性炭素材料に比べて結晶性が高く、真密
度が高い。従って、これら黒鉛類の炭素材料を用いて負
極を構成すれば、高い電極充填性が得られ、電池の体積
エネルギー密度を高めることができる。黒鉛系粉末で負
極を構成する場合、粉末とバインダーを混合し、分散媒
を加えたスラリーを作成し、これを集電体である金属箔
に塗布し、その後、分散媒を乾燥する方法が一般的に用
いられている。この際、粉末の集電体への圧着と電極の
極板厚みの均一化、極板容量の向上を目的として、更に
圧縮成形を行う工程を設けるのが一般的である。この圧
縮工程により、負極の極板密度は向上し、電池の体積あ
たりのエネルギー密度は更に向上する。
Graphites (graphite and multi-layer carbonaceous materials containing graphite) have higher crystallinity and higher true density than non-graphitizable carbon materials. Therefore, if the negative electrode is formed by using these carbon materials such as graphite, a high electrode filling property can be obtained and the volume energy density of the battery can be increased. When the negative electrode is composed of graphite-based powder, a method is generally used in which powder and a binder are mixed, a dispersion medium is added to form a slurry, which is applied to a metal foil as a current collector, and then the dispersion medium is dried. It is used for. At this time, it is general to provide a step of further compression molding for the purpose of pressure-bonding the powder to the current collector, making the electrode plate thickness of the electrode uniform, and improving the electrode plate capacity. By this compression step, the electrode plate density of the negative electrode is improved, and the energy density per volume of the battery is further improved.

【0005】しかしながら、高結晶性であり、工業的に
も入手可能な一般的な黒鉛材料は、その粒子形状が鱗片
状、鱗状、板状である。この粒子形状が鱗片状、鱗状、
板状であるのは、炭素結晶網面が一方向に積層成長する
ことで黒鉛結晶性黒鉛となることに由来していると考え
られる。これらの黒鉛材料を非水電解液二次電池の負極
に用いた場合、その結晶性の高さゆえ不可逆容量が少な
く大きな放電容量を示すが、粒子形状が鱗片状、鱗状、
板状であることでリチウムイオンの出入りできる結晶エ
ッジ面の存在量が少なく、リチウムイオンの出入りに関
与しないベーサル面の存在量が多いため、高電流密度で
の急速充放電においては容量の低下が見られる。また、
黒鉛質粒子を上記極板製造工程を経て、極板化すると、
極板密度は圧縮度に応じて上昇するが、一方で粒子間隙
が十分に確保されないため、リチウムイオンの移動が妨
げられ、電池としての急速充放電性が低下してしまうと
いう問題がある。
However, a general graphite material having high crystallinity and industrially available has a particle shape of scale, scale, or plate. The particle shape is scale-like, scale-like,
It is considered that the plate-like shape is derived from the fact that the carbon crystal network planes become graphite crystalline graphite by stacking growth in one direction. When these graphite materials are used for the negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery, they show a large discharge capacity with little irreversible capacity due to their high crystallinity, but the particle shape is scaly, scaly,
The plate-like shape has a small amount of crystal edge surfaces that allow lithium ions to enter and exit, and a large amount of basal surfaces that do not participate in the entry and exit of lithium ions, resulting in a decrease in capacity during rapid charge and discharge at high current density. Can be seen. Also,
When the graphite particles are processed into the electrode plate through the electrode plate manufacturing process,
The electrode plate density increases according to the degree of compression, but on the other hand, there is a problem in that the movement of lithium ions is hindered because the particle gaps are not sufficiently secured, and the rapid charge / discharge characteristics of the battery deteriorate.

【0006】更に、板状の黒鉛質粒子を、電極として成
形した場合、スラリーの塗布工程、極板の圧縮工程の影
響により、粉体の板面は、高い確率で電極極板面と平行
に配列される。従って、個々の粉体粒子を構成している
黒鉛結晶子のエッジ面は、比較的高い確率で、電極面と
垂直な位置関係に成形される。この様な極板状態で充放
電を行うと、正負極間を移動し、黒鉛に挿入・脱離され
るリチウムイオンは、一旦粉体表面を回り込む必要があ
り、電解液中でのイオンの移動効率という点で著しく不
利であるという問題もあった。更に、成形後の電極に残
された空隙は、粒子が板状の形状をしているため、電極
外部に対し、閉ざされてしまうという問題もあった。す
なわち、電極外部との電解液の自由な流通が妨げられる
ため、リチウムイオンの移動が妨げられるという問題が
あった。
Furthermore, when plate-like graphite particles are formed as an electrode, the plate surface of the powder is highly likely to be parallel to the electrode plate surface due to the influence of the slurry coating process and the electrode plate compression process. Arranged. Therefore, the edge faces of the graphite crystallites forming the individual powder particles are formed in a positional relationship perpendicular to the electrode faces with a relatively high probability. When charging / discharging in such an electrode plate state, the lithium ions that move between the positive and negative electrodes and are inserted into and desorbed from the graphite must once go around the powder surface, and the movement efficiency of the ions in the electrolyte solution is high. There was also a problem in that it was extremely disadvantageous. Further, the voids left in the electrode after molding have a problem that they are closed to the outside of the electrode because the particles have a plate-like shape. That is, there is a problem that the free circulation of the electrolytic solution with the outside of the electrode is hindered, and the movement of lithium ions is hindered.

【0007】一方、リチウムイオンの出入りする結晶エ
ッジ面の比率が高く、また極板内でのリチウムイオンの
移動に必要な空隙を確保できる球状の形態をした負極材
料として、メソカーボンマイクロビーズの黒鉛化物が提
案され、既に商品化されている。エッジ面の比率が高け
ればリチウムイオンが粒子に出入りできる面積が増え、
また形態が球状であれば、上述の極板圧縮工程を経て
も、個々の粉体粒子には、選択的な配列がおきず、エッ
ジ面の等方向性が維持され、電極板中でのイオンの移動
速度は良好に維持される。更に電極内部に残存した空隙
は、その粒子形状に由来して、電極外部とつながった状
態であるため、リチウムイオンの移動は比較的自由であ
り、急速充放電にも対応可能な電極構造となる。しかし
ながら、メソカーボンマイクロビーズは、黒鉛としての
結晶構造レベルが低いために、電気容量の限界が300
mAh/gと低く、鱗片状、鱗状、板状な黒鉛に劣るこ
とが既に広く知られている。
[0007] On the other hand, graphite of mesocarbon microbeads is used as a negative electrode material having a high ratio of crystal edge faces into and out of which lithium ions enter, and a spherical shape capable of ensuring voids necessary for the movement of lithium ions in the electrode plate. Compounds have been proposed and already commercialized. If the ratio of the edge surface is high, the area where lithium ions can move in and out of particles increases,
Also, if the morphology is spherical, even after the above-mentioned electrode plate compression step, the individual powder particles do not have a selective arrangement, the isotropic property of the edge surface is maintained, and the ion in the electrode plate is maintained. The moving speed of is maintained well. Furthermore, the voids remaining inside the electrode are connected to the outside of the electrode due to the particle shape, so lithium ions are relatively free to move, and the electrode structure is compatible with rapid charging and discharging. . However, since the mesocarbon microbeads have a low crystal structure level as graphite, they have an electric capacity limit of 300.
It is already widely known that it is as low as mAh / g and is inferior to scaly, scaly, and plate-like graphite.

【0008】これらの問題に着目し、非水電解液二次電
池に使用される黒鉛の形状を規定した発明も行われてい
る。例えば、特開平8−180873号公報には、鱗片
状な粒子と比較的鱗片状でない粒子の比率等を規定した
発明が開示されている。その一方で、特開平8−836
10号公報には、これとは逆により鱗片状な粒子が好ま
しいことが記載されている。
Focusing on these problems, an invention has been made in which the shape of graphite used in a non-aqueous electrolyte secondary battery is specified. For example, Japanese Unexamined Patent Publication No. 8-180873 discloses an invention in which the ratio of scale-like particles to particles not relatively scale-like is specified. On the other hand, JP-A-8-836
On the contrary, Japanese Patent No. 10 describes that scale-like particles are preferable.

【0009】[0009]

【発明が解決しようとする課題】実用電池には、高い電
気容量と優れた急速充放電性を兼ね備えた電極が求めら
れている。しかしながら、このような要求を十分に満た
す電極はいまだ提供されるに至っていない。このため、
特に鱗片状、鱗状、板状の黒鉛質材料の急速充放電性を
改善することが強く望まれている。そこで、本発明はこ
のような従来からの要求に応え、従来技術の問題点を解
決することを課題とした。すなわち、材料の電極充填性
が高く、高エネルギー密度であり、且つ急速充放電性に
優れた電極用炭素材料を提供することを解決すべき課題
とした。
SUMMARY OF THE INVENTION Practical batteries are required to have electrodes having both high electric capacity and excellent rapid charge / discharge characteristics. However, an electrode sufficiently satisfying such requirements has not yet been provided. For this reason,
In particular, it has been strongly desired to improve the rapid charge / discharge property of the flaky, scaly, and plate-like graphite materials. Therefore, the present invention has made it an object to meet such a conventional demand and solve the problems of the conventional technology. That is, it was an issue to be solved to provide a carbon material for an electrode, which has a high electrode filling property of the material, a high energy density, and an excellent rapid charge / discharge property.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
めに、本発明者らが鋭意検討を重ねた結果、電極の性能
を改善するためには、黒鉛粒子内部が高結晶であること
で高放電容量を維持し、板状をしている黒鉛粒子の厚み
方向が比較的厚いこと、また粒子表面に近い部分特にベ
ーサル面が荒れている(ベーサル面にクラックや折り曲
がりを有し結晶のエッジ部が露出した粒子)ことにより
エッジ部の存在比率の高くなっている黒鉛粒子を用いる
ことで、リチウムイオンの出入りできる部分の量を増加
させ、さらには黒鉛粒子形状がより球状に近く充填性が
高い炭素材料を用いることで粒子のより等方的な配置す
なわちエッジ部分の等方的な配置を高めることで、高容
量急速充放電性、サイクル特性の優れた電極が得られる
との知見を得るに至った。
In order to solve the above-mentioned problems, the inventors of the present invention have conducted extensive studies, and as a result, in order to improve the performance of the electrode, the inside of the graphite particles is highly crystalline. The high discharge capacity is maintained, and the plate-like graphite particles are relatively thick in the thickness direction, and the part near the particle surface, especially the basal surface, is rough (the basal surface has cracks or bends, and By using graphite particles with a high abundance ratio of the edge part due to the exposed edge part), the amount of the part where lithium ions can go in and out is increased, and the shape of the graphite particle is closer to a spherical shape It was found that an electrode with high capacity rapid charge / discharge characteristics and excellent cycle characteristics can be obtained by increasing the isotropic arrangement of particles, that is, the isotropic arrangement of edges by using a carbon material with high To get Was Tsu.

【0011】本発明の電極用炭素材料は、このような知
見に基づいて完成されたものであって、第一に広角X線
回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.
337nm未満、結晶子サイズ(Lc)が90nm以
上、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける
1580cm-1のピーク強度に対する1360cm-1
ピーク強度比であるR値が0.20以上、かつタップ密
度が0.75g/cm3以上であることを特徴とするも
のであり、第二に本発明は、電極用炭素材料として、上
記特性を有する炭素材料を有機化合物と混合した後、該
有機化合物を炭素化することで得られる、複層構造炭素
材料を用いることを特徴とするものであり、第三にリチ
ウムを吸蔵および放出することが可能な炭素質材料を含
む負極、正極、および溶質と有機系溶媒とからなる非水
系電解液を有する非水系電解液二次電池において、前記
炭素質材料の少なくとも一部が上記特性を有する炭素質
材料または複層構造炭素質材料であることを特徴とする
非水系二次電池である。また本発明は、処理前後の平均
粒径比が1以下になるように粒径を減じ、かつ、処理に
よりタップ密度を高め、かつ、アルゴンイオンレーザラ
マンスペクトルにおける、1580cm -1 のピーク強度
に対する1360cm -1 のピーク強度比であるR値が処
理により1.5倍以上となるような力学的エネルギー処
理を行うことを特徴とする前記電極用炭素材料の製造方
法も提供する。
The carbon material for electrodes of the present invention has been completed on the basis of such findings. First, the interplanar spacing (d002) of the (002) plane by the wide-angle X-ray diffraction method is 0.
Less than 337 nm, the crystallite size (Lc) is more than 90 nm, R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum is 0.20 or more and a tap density of 0.75g / Cm 3 or more, and secondly, in the present invention, as a carbon material for electrodes, a carbon material having the above characteristics is mixed with an organic compound, and then the organic compound is carbonized. Which is characterized by using a multi-layered carbon material, and thirdly, a negative electrode containing a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium, a positive electrode, and a solute and an organic solvent. In a non-aqueous electrolyte secondary battery having the following non-aqueous electrolyte solution, a carbonaceous material or a multilayer structure in which at least a part of the carbonaceous material has the above characteristics A nonaqueous secondary battery, which is a quality material. Further, the present invention is an average before and after treatment.
Reduce the particle size so that the particle size ratio is 1 or less and
Higher tap density and argon ion laser
Peak intensity at 1580 cm -1 in Man spectrum
R value, which is the peak intensity ratio of 1360 cm −1 to
By theory, the mechanical energy treatment is 1.5 times or more.
A method for producing the carbon material for an electrode, characterized in that
It also provides the law.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下において、本発明の電極用炭
素材料、電極用複層構造炭素材料及び二次電池について
詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The carbon material for electrodes, the multi-layered carbon material for electrodes and the secondary battery of the present invention will be described in detail below.

【0013】電極用炭素材料 本発明の電極用炭素材料は、広角X線回折法による(0
02)面の面間隔(d002)および結晶子サイズ(L
c)、かつアルゴンイオンレーザーラマンスペクトルに
おける1580cm-1のピーク強度に対する1360c
-1のピーク強度比であるR値、及びタップ密度が所定
の範囲にあることを特徴としている。すなわち本発明の
電極用炭素材料は、広角X線回折法による(002)面
の面間隔(d002)が0.337nm未満であり、結
晶子サイズ(Lc)が90nm以上である。また、本発
明の電極用炭素材料は、アルゴンイオンレーザーラマン
スペクトルにおける1580cm-1のピーク強度に対す
る1360cm-1のピーク強度比であるR値が0.20
以上、好ましくは0.23以上、特に好ましくは0.2
5以上のものを特に選択して用いることができる。R値
の上限は0.9以下であればよく、好ましくは0.7以
下、特に0.5以下が好ましい。さらに、本発明の電極
用炭素材料は、タップ密度が0.75g/cm3以上で
あることを特徴とし、好ましくは0.80g/cm3
上であり、また上限は好ましくは1.40g/cm3
下、より好ましくは1.20g/cm3である。
Carbon Material for Electrodes The carbon material for electrodes of the present invention is (0
02) plane spacing (d002) and crystallite size (L
c), and 1360c for the peak intensity at 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum.
It is characterized in that the R value, which is the peak intensity ratio of m −1 , and the tap density are within a predetermined range. That is, in the carbon material for electrodes of the present invention, the interplanar spacing (d002) of the (002) plane by the wide-angle X-ray diffraction method is less than 0.337 nm, and the crystallite size (Lc) is 90 nm or more. The electrode carbon material for the invention, R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum is 0.20
Or more, preferably 0.23 or more, particularly preferably 0.2
Especially, 5 or more can be selected and used. The upper limit of the R value may be 0.9 or less, preferably 0.7 or less, and particularly preferably 0.5 or less. Furthermore, the carbon material for electrodes of the present invention is characterized by having a tap density of 0.75 g / cm 3 or more, preferably 0.80 g / cm 3 or more, and the upper limit is preferably 1.40 g / cm 3. It is 3 or less, more preferably 1.20 g / cm 3 .

【0014】広角X線回折法による(002)面の面間
隔(d002)および結晶子サイズ(Lc)は、炭素材
料バルクの結晶性を表す値であり、(002)面の面間
隔(d002)の値が小さいほど、また、結晶子サイズ
(Lc)が大きいほど結晶性の高い炭素材料であること
を示す。また、本発明における、アルゴンイオンレーザ
ーラマンスペクトルにおける1580cm-1のピーク強
度に対する1360cm-1のピーク強度比であるR値は
炭素粒子の表面近傍(粒子表面から100Å位まで)の
結晶性を表す指標であり、R値が大きいほど結晶性が低
い、あるいは結晶状態が乱れていることを示す。
The interplanar spacing (d002) and crystallite size (Lc) of the (002) plane by the wide-angle X-ray diffraction method are values representing the crystallinity of the carbon material bulk, and the interplanar spacing (d002) of the (002) plane. The smaller the value is, and the larger is the crystallite size (Lc), the higher is the crystallinity of the carbon material. Further, the index in the present invention, R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum representing the crystallinity in the vicinity of the surface of the carbon particles (from the particle surface to 100Å position) The larger the R value, the lower the crystallinity or the more disordered the crystal state.

【0015】すなわち本発明において、広角X線回折法
による(002)面の面間隔(d002)が0.337
nm未満、結晶子サイズ(Lc)が90nm以上であ
り、かつアルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにお
ける1580cm-1のピーク強度に対する1360cm
-1のピーク強度比であるR値が0.20以上である電極
用炭素材料は、炭素粒子の結晶性は高いが、粒子の表面
近傍部は荒れて歪みが多い状態すなわちエッジ部の存在
量が高くなっていることを示している。さらに、タップ
密度が0.75g/cm3以上である電極用炭素材料と
は、電極の充填率が高く粒子形状が丸みを持っているこ
とを示している。
That is, in the present invention, the interplanar spacing (d002) of the (002) plane by the wide-angle X-ray diffraction method is 0.337.
nm, a crystallite size (Lc) of 90 nm or more, and a peak intensity of 1580 cm -1 in an argon ion laser Raman spectrum at 1360 cm.
A carbon material for an electrode having an R value of 0.20 or more, which is a peak intensity ratio of -1 , has a high crystallinity of carbon particles, but the surface vicinity of the particles is rough and highly distorted, that is, the abundance of edge portions. Indicates that is higher. Furthermore, a carbon material for electrodes having a tap density of 0.75 g / cm 3 or more means that the filling rate of the electrodes is high and the particle shape is round.

【0016】本明細書において「タップ密度」とは、1
000回タップした後の嵩密度を意味しており、以下の
式で表される。
In the present specification, "tap density" means 1
It means the bulk density after 000 taps, and is represented by the following formula.

【数1】タップ密度=充填粉体の質量/粉体の充填体積[Equation 1] Tap density = filled powder mass / powder filled volume

【0017】粉体粒子の充填構造は、粒子の大きさ、形
状、粒子間相互作用力の程度等によって左右されるが、
本明細書では充填構造を定量的に議論する指標としてタ
ップ密度を使用している。タップ充填挙動を表す式とし
ては、様々な式が提案されている。その一例として、次
式:
The packing structure of powder particles depends on the size and shape of particles, the degree of interaction force between particles, and the like.
In this specification, the tap density is used as an index for quantitatively discussing the filling structure. Various formulas have been proposed as formulas that represent tap filling behavior. As an example, the following formula:

【数2】ρ−ρn=A・exp(−k・n) を挙げることができる。ここで、ρは充填の終局におけ
るかさ密度、ρnはn回充填時のかさ密度、k及びAは
定数である。本明細書でいう「タップ密度」は、20c
3セルへの1000回タップ充填時のかさ密度(ρ
1000)を終局のかさ密度ρと見なしたものである。
## EQU00002 ## .rho .-. Rho.n = A.exp (-k.n) can be mentioned. Here, ρ is the bulk density at the end of filling, ρ n is the bulk density at the time of filling n times, and k and A are constants. The "tap density" referred to in this specification is 20c.
Bulk density (ρ when 1000 taps are filled into an m 3 cell)
1000 ) is regarded as the ultimate bulk density ρ.

【0018】本発明の電極用炭素材料は、これらの条件
を満たすものである限り、その他の物性は特に制限され
ない。但し、その他の物性の好ましい範囲は以下のとお
りである。本発明の電極用炭素材料は、平均粒径が2〜
50μmの範囲内が好適であり、4〜35μmの範囲内
であるのが好ましく、5〜27μmの範囲内であること
がより好ましく、7〜19μmの範囲であるのがさらに
好ましい。なお、本明細書において「〜」で記載される
範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を示
す。
The physical properties of the carbon material for electrodes of the present invention are not particularly limited as long as they satisfy these conditions. However, the preferred ranges of other physical properties are as follows. The carbon material for electrodes of the present invention has an average particle size of 2 to
The range of 50 μm is preferable, the range of 4 to 35 μm is preferable, the range of 5 to 27 μm is more preferable, and the range of 7 to 19 μm is further preferable. In addition, the range described by "-" in this specification shows the range containing the numerical value described before and behind "-".

【0019】本発明の電極用炭素材料は、BET比表面
積が18m2/g未満、更には15m2/g以下、特には
13m2/g以下であることが好ましい。また、アルゴ
ンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580c
-1のピークの半値幅が20cm-1以上であることが好
ましく、上限は27cm-1以下であることが好ましく、
21〜26cm-1を特に選択して用いることができる。
さらに、本発明の電極用炭素材料は真密度が2.21g
/cm3以上であることが好ましく、2.22g/cm3
以上であることがより好ましく、特に2.24g/cm
3以上であることが好ましい。
The electrode carbon material of the present invention, the BET specific surface area is less than 18m 2 / g, still more 15 m 2 / g or less, and particularly preferably not more than 13m 2 / g. In addition, 1580c in Argon ion laser Raman spectrum
The half-value width of the m- 1 peak is preferably 20 cm- 1 or more, and the upper limit is preferably 27 cm- 1 or less,
21 to 26 cm −1 can be selected and used.
Further, the carbon material for electrodes of the present invention has a true density of 2.21 g.
/ Cm 3 or more, preferably 2.22 g / cm 3
It is more preferable that it is not less than 2.24 g / cm 3.
It is preferably 3 or more.

【0020】本発明の電極用炭素材料は、液中に分散さ
せた数千個の粒子をCCDカメラを用いて1個ずつ撮影
し、その平均的な形状パラメータを算出することが可能
なフロー式粒子像解析計において、全粒子を対象とした
平均円形度(粒子面積相当円の周囲長を分子とし、撮像
された粒子投影像の周囲長を分母とした比率で、粒子像
が真円に近いほど1となり、粒子像が細長いあるいはデ
コボコしているほど小さい値になる)が0.940以上
となるものが好ましい。また、本発明の電極用炭素材料
は、アルゴンレーザーラマンスペクトルにおける136
0cm-1の付近のピーク面積(1260〜1460cm
-1の積分値)に対する1580cm-1の付近のピーク面
積(1480〜1680cm-1の積分値)の面積比であ
るG値が、好ましくは3.0未満、より好ましくは2.
5未満であり、下限は特に制限はないが1.0以上であ
ることが好ましい。
The carbon material for an electrode of the present invention is a flow formula capable of calculating an average shape parameter by taking an image of thousands of particles dispersed in a liquid one by one using a CCD camera. In a particle image analyzer, the average circularity for all particles (the ratio of the perimeter of a circle equivalent to the particle area as the numerator and the perimeter of the projected image of the particle as the denominator, the particle image is close to a perfect circle) It is preferably about 1, and the smaller the particle image becomes, the smaller the particle image becomes. In addition, the carbon material for electrodes of the present invention has a 136
Peak area near 0 cm -1 (1260-1460 cm
G value is the area ratio of the peak area in the vicinity of 1580 cm -1 (integrated value of 1480~1680Cm -1) to the integral value) of -1, preferably less than 3.0, more preferably 2.
It is less than 5, and the lower limit is not particularly limited, but is preferably 1.0 or more.

【0021】本発明の電極用炭素材料には、天然に産出
する炭素材料を用いても、人工的に製造された炭素材料
を用いてもよい。また、本発明の電極用炭素材料の製造
方法も特に制限されない。したがって、例えば篩い分け
や風力分級などの分別手段を用いて上記特性を有する電
極用炭素材料を選別して取得することもできる。最も好
ましい製造方法は、天然に産出する炭素材料や人工的に
製造された炭素材料に対して、力学的なエネルギー処理
を加えて改質して電極用炭素材料を製造する方法であ
る。そこで、以下においてこの力学的エネルギー処理に
ついて説明する。
As the carbon material for electrodes of the present invention, a carbon material produced naturally or an artificially produced carbon material may be used. Further, the method for producing the carbon material for electrodes of the present invention is not particularly limited. Therefore, it is possible to select and obtain the carbonaceous material for electrodes having the above-mentioned characteristics by using a classification means such as sieving or air classification. The most preferable production method is a method of producing a carbon material for an electrode by subjecting a naturally occurring carbon material or an artificially produced carbon material to mechanical energy treatment for modification. Therefore, the mechanical energy processing will be described below.

【0022】力学的エネルギー処理を加える対象となる
原料の炭素材料は、天然または人造の黒鉛質粉末や、黒
鉛前駆体である炭素質粉末である。これらの黒鉛質粉末
や炭素質粉末は、面間隔(d002)が0.340nm
未満、結晶子サイズ(Lc)が30nm以上、真密度が
2.25g/cm3以上であるものが好ましい。中でも
面間隔(d002)が0.338nm未満であるものが
より好ましく、0.337nm未満であるものがさらに
好ましい。また、結晶子サイズ(Lc)は90nm以上
であるものがより好ましく、100nm以上であるもの
がさらに好ましい。平均粒径は10μm以上であるもの
が好ましく、15μm以上であるものがより好ましく、
20μm以上であるものがさらに好ましく、25μm以
上であるものがさらにより好ましい。平均粒径の上限に
ついては、1mm以下であるものが好ましく、500μ
m以下であるものがより好ましく、250μm以下であ
るものがさらに好ましく、200μm以下であるものが
さらにより好ましい。
The raw material carbon material to which the mechanical energy treatment is applied is a natural or artificial graphite powder or a carbon powder which is a graphite precursor. These graphite powders and carbonaceous powders have a surface spacing (d002) of 0.340 nm.
Less, the crystallite size (Lc) is 30 nm or more, and the true density is 2.25 g / cm 3 or more. Among them, those having a surface spacing (d002) of less than 0.338 nm are more preferable, and those having a surface spacing (d002) of less than 0.337 nm are more preferable. Further, the crystallite size (Lc) is more preferably 90 nm or more, further preferably 100 nm or more. The average particle size is preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more,
Those having a thickness of 20 μm or more are more preferable, and those having a thickness of 25 μm or more are even more preferable. The upper limit of the average particle size is preferably 1 mm or less, 500 μ
It is more preferably m or less, still more preferably 250 μm or less, still more preferably 200 μm or less.

【0023】黒鉛質粉末や炭素質粉末は、結晶性が高い
ものであっても低いものであっても原料として使用する
ことができる。結晶性が低い原料は面配向性が比較的低
くて構造に乱れがあるため、力学的エネルギー処理を行
うことによって粉砕面が比較的等方的で丸みを帯びた処
理物を得やすい。また、力学的エネルギー処理を行った
後に、さらに熱処理を行えば結晶性を高めることができ
る。
The graphite powder and the carbonaceous powder can be used as raw materials regardless of whether they have high crystallinity or low crystallinity. Since a raw material having low crystallinity has a relatively low plane orientation and a disordered structure, a pulverized surface having a relatively isotropic pulverized surface can be easily obtained by mechanical energy treatment. Further, the crystallinity can be enhanced by further performing heat treatment after the mechanical energy treatment.

【0024】力学的エネルギー処理を加える対象となる
炭素材料の中で、炭素六角網面構造が発達した高結晶性
炭素材料として、六角網面を面配向的に大きく成長させ
た高配向黒鉛と、高配向の黒鉛粒子を等方向に集合させ
た等方性高密度黒鉛を挙げることができる。高配向黒鉛
としては、スリランカあるいはマダカスカル産の天然黒
鉛や、溶融した鉄から過飽和の炭素として析出させたい
わゆるキッシュグラファイト、一部の高黒鉛化度の人造
黒鉛を好適なものとして例示することができる。
Among the carbon materials to be subjected to the mechanical energy treatment, as highly crystalline carbon material having a developed hexagonal mesh plane structure of carbon, highly oriented graphite in which the hexagon mesh plane is largely grown in a plane orientation, An isotropic high-density graphite in which highly oriented graphite particles are aggregated in the same direction can be mentioned. As highly oriented graphite, natural graphite from Sri Lanka or Madakaskar, so-called quiche graphite precipitated from molten iron as supersaturated carbon, and artificial graphite having a high degree of graphitization can be exemplified as preferable ones. .

【0025】天然黒鉛は、その性状によって、鱗片状黒
鉛(Flake Graphite)、鱗状黒鉛(Crystalline(Vein) G
raphite)、土壌黒鉛(Amorphousu Graphite)に分類され
る(「粉粒体プロセス技術集成」((株)産業技術セン
ター、昭和49年発行)の黒鉛の項、および「HANDBOOK
OF CARBON,GRAPHITE,DIAMOND AND FULLERENES」(Noyes
Publications発行)参照)。黒鉛化度は、鱗状黒鉛が
100%で最も高く、これに次いで鱗片状黒鉛が99.
9%で高いが、土壌黒鉛は28%と低い。天然黒鉛であ
る鱗片状黒鉛は、マダガスカル、中国、ブラジル、ウク
ライナ、カナダ等に産し、鱗状黒鉛は、主にスリランカ
に産する。土壌黒鉛は、朝鮮半島、中国、メキシコ等を
主な産地としている。これらの天然黒鉛の中で、土壌黒
鉛は一般に粒径が小さいうえ、純度が低い。これに対し
て、鱗片状黒鉛や鱗状黒鉛は、黒鉛化度や不純物量が低
い等の長所があるため、本発明において好ましく使用す
ることができる。
Natural graphite may be scaly graphite (Flake Graphite ) or scaly graphite (Crystalline (Vein) G , depending on its properties.
raphite ), soil graphite (Amorphousu Graphite ) (" Granular and granular process technology collection" (Industrial Technology Center Co., Ltd., published in 1974 ), graphite section, and "HANDBOOK
OF CARBON, GRAPHITE, DIAMOND AND FULLERENES "(Noyes
Publications) reference)). The degree of graphitization was highest for scaly graphite at 100%, followed by scaly graphite at 99.
It is high at 9%, but soil graphite is low at 28%. Flake graphite, which is natural graphite, is produced in Madagascar, China, Brazil, Ukraine, Canada, etc., and scaly graphite is mainly produced in Sri Lanka. Soil graphite is mainly produced in the Korean Peninsula, China and Mexico. Among these natural graphites, soil graphite generally has a small particle size and low purity. On the other hand, scaly graphite and scaly graphite have advantages such as low degree of graphitization and low amount of impurities, and thus can be preferably used in the present invention.

【0026】人造黒鉛は、非酸化性雰囲気下において石
油コークスまたは石炭ピッチコークスを1500〜30
00℃、あるいはそれ以上の温度で加熱することによっ
て製造することができる。本発明では、力学的エネルギ
ー処理および熱処理を行った後に高配向かつ高電気化学
容量を示すものであれば、いずれの人造黒鉛も原料とし
て使用することができる。
The artificial graphite is petroleum coke or coal pitch coke 1500 to 30 in a non-oxidizing atmosphere.
It can be produced by heating at a temperature of 00 ° C. or higher. In the present invention, any artificial graphite can be used as a raw material as long as it exhibits high orientation and high electrochemical capacity after mechanical energy treatment and heat treatment.

【0027】これらの炭素材料に対する力学的エネルギ
ー処理は、処理前後の平均粒径比が1以下になるように
行う。「処理前後の平均粒径比」とは、処理後の平均粒
径を処理前の平均粒径で除した値である。ここでいう平
均粒径はレーザー式粒径分布測定機で測定した体積基準
の粒径分布である。レーザー式粒径分布測定機で測定す
ると、形状に異方性のある粒子でも等方的に平均化して
実質的に球として換算した粒子径分布が得られる。
The mechanical energy treatment for these carbon materials is performed so that the average particle size ratio before and after the treatment is 1 or less. The “average particle size ratio before and after treatment” is a value obtained by dividing the average particle size after treatment by the average particle size before treatment. The average particle size referred to here is a volume-based particle size distribution measured by a laser type particle size distribution measuring device. When measured with a laser type particle size distribution measuring device, even particles having anisotropy in shape are isotropically averaged to obtain a particle size distribution substantially converted into a sphere.

【0028】本発明の電極用炭素材料を製造するために
行う力学的エネルギー処理では、処理前後の平均粒径比
が1以下になるようにする。これに対して、造粒すると
平均粒径比は1以上になり、かつタップ密度も上昇して
しまう。造粒した粉粒体は、最終的に成形する過程で処
理前の状態に戻ることが十分に予想されるため、好まし
くない。
In the mechanical energy treatment performed for producing the carbon material for electrodes of the present invention, the average particle size ratio before and after the treatment is set to 1 or less. On the other hand, when granulated, the average particle size ratio becomes 1 or more and the tap density also increases. The granulated powder and granules are not preferable because they are fully expected to return to the state before treatment in the final molding process.

【0029】力学的エネルギー処理は、粉末粒子の処理
前後の平均粒径比が1以下となるように粒子サイズを減
ずると同時に、粒子形状を制御するものである。粉砕、
分級、混合、造粒、表面改質、反応などの粒子設計に活
用できる工学的単位操作の中では、力学的エネルギー処
理は粉砕処理に属する。
The mechanical energy treatment is to control the particle shape while reducing the particle size so that the average particle diameter ratio before and after the treatment of the powder particles becomes 1 or less. Crush,
Among the engineering unit operations that can be used for particle design such as classification, mixing, granulation, surface modification, and reaction, mechanical energy processing belongs to grinding processing.

【0030】粉砕とは、物質に力を加えて、その大きさ
を減少させ、物質の粒径や粒度分布、充填性を調節する
ことを指す。粉砕処理は、物質へ加える力の種類、処理
形態により分類される。物質に加える力は、たたき割る
力(衝撃力)、押しつぶす力(圧縮力)、すりつぶす力
(摩砕力)、削りとる力(剪断力)の4つに大別され
る。一方、処理形態は、粒子内部に亀裂を発生させ、伝
播させていく体積粉砕と、粒子表面を削り取っていく表
面粉砕の二つに大別される。体積粉砕は、衝撃力、圧縮
力、剪断力により進行し、表面粉砕は、摩砕力、剪断力
により進行する。粉砕は、これらの物質に加える力の種
類と処理形態を様々に組合わせた処理である。その組み
合わせは、処理目的に応じて適宜決定することができ
る。
Grinding means applying a force to a substance to reduce its size and to control the particle size, particle size distribution and packing property of the substance. The crushing treatment is classified according to the type of force applied to the substance and the treatment form. The force applied to a substance is roughly divided into four: a force for breaking (impact force), a force for crushing (compressing force), a force for crushing (grinding force), and a force for shaving (shearing force). On the other hand, the treatment forms are roughly classified into volume pulverization in which cracks are generated inside the particles and propagated, and surface pulverization in which particle surfaces are scraped off. Volume pulverization proceeds by impact force, compression force, and shearing force, and surface pulverization proceeds by grinding force and shearing force. Grinding is a process that combines various types of force applied to these substances and processing forms. The combination can be appropriately determined according to the processing purpose.

【0031】粉砕は、爆破など化学的な反応や体積膨張
を用いて行う場合もあるが、粉砕機などの機械装置を用
いて行うのが一般的である。本発明の電極用炭素材料の
製造に用いられる粉砕処理は、体積粉砕の有無に関わら
ず、最終的に表面処理の占める割合が高くなるような処
理であるのが好ましい。それは、粒子の表面粉砕が黒鉛
質粒子または炭素質粒子の角を取って、粒子形状に丸み
を導入するために重要だからである。具体的には、ある
程度体積粉砕が進んでから表面処理を行ってもよいし、
体積粉砕をほとん進めずに表面処理のみを行ってもよい
し、さらには、体積粉砕と表面処理を同時に行ってもよ
い。最終的に表面粉砕が進み、粒子の表面から角がとれ
るような粉砕処理を行うのが好ましい。
The crushing may be carried out by chemical reaction such as blast or volume expansion, but it is generally carried out by using a mechanical device such as a crusher. It is preferable that the pulverization treatment used for producing the carbon material for an electrode of the present invention is such that the ratio of the surface treatment finally becomes high regardless of the presence or absence of volume pulverization. This is because the surface grinding of the particles is important for removing the corners of the graphitic or carbonaceous particles and introducing roundness into the particle shape. Specifically, the surface treatment may be performed after the volume pulverization has progressed to some extent,
Only the surface treatment may be performed without proceeding the volume pulverization, or the volume pulverization and the surface treatment may be simultaneously performed. Finally, it is preferable to carry out a pulverization treatment so that the surface pulverization proceeds and the corners are removed from the surface of the particles.

【0032】力学的エネルギー処理を行う装置は、上記
の好ましい処理を行うことが可能なものの中から選択す
る。本発明者らが検討したところ、衝撃力を主体に粒子
の相互作用も含めた圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作
用を繰り返し粒子に与える装置が有効であることが明ら
かになった。具体的には、ケーシング内部に多数のブレ
ードを設置したローターを有していて、そのローターが
高速回転することによって、内部に導入された炭素材料
に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与
え、体積粉砕を進行させながら表面処理を行う装置が好
ましい。また、炭素材料を循環または対流させることに
よって機械的作用を繰り返して与える機構を有するもの
であるのがより好ましい。
The device for performing the mechanical energy treatment is selected from those capable of performing the above-mentioned preferable treatment. As a result of examination by the present inventors, it has been clarified that a device which repeatedly applies mechanical actions such as compression, friction, shearing force, etc., mainly including impact force, including particle interaction, to the particles is effective. Specifically, it has a rotor with a large number of blades installed inside the casing, and the high-speed rotation of the rotor causes a machine such as impact compression, friction, and shearing force to the carbon material introduced inside. It is preferable to use an apparatus that performs a surface treatment while exerting a mechanical action and progressing volume pulverization. Further, it is more preferable that the carbon material has a mechanism for repeatedly giving a mechanical action by circulating or convection the carbon material.

【0033】このような好ましい装置の一例として、
(株)奈良機械製作所製のハイブリダイゼーションシス
テムを挙げることができる。この装置を用いて処理する
場合は、回転するローターの周速度を30〜100m/
秒にするのが好ましく、40〜100m/秒にするのが
より好ましく、50〜100m/秒にするのがさらに好
ましい。また、処理は、単に炭素材料を通過させるだけ
でも可能であるが、30秒以上装置内を循環または滞留
させて処理するのが好ましく、1分以上装置内を循環ま
たは滞留させて処理するのがより好ましい。
As an example of such a preferred device,
A hybridization system manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. can be mentioned. When processing using this device, the peripheral speed of the rotating rotor is 30-100 m /
Seconds are preferred, 40-100 m / s are more preferred, and 50-100 m / s are even more preferred. Further, the treatment can be performed by simply passing the carbon material, but it is preferable to circulate or stay in the device for 30 seconds or more, and it is preferable to circulate or stay in the device for 1 minute or more. More preferable.

【0034】原料とする炭素質粉末の真密度が2.25
g/cm 3 未満で結晶性がそれほど高くない場合には、
力学的エネルギー処理を行った後に、さらに結晶性を高
める熱処理を行うことが好ましい。熱処理は2000℃
以上で行うのが好ましく、2500℃以上で行うのがよ
り好ましく、2800℃以上で行うのがさらに好まし
い。このような力学的エネルギー処理を行うことによっ
て、黒鉛質粒子または炭素質粒子は、全体的には高結晶
性を維持したまま、粒子の表面近傍のみが粗くなり歪み
およびエッジ面の露出した粒子となる。このことでリチ
ウムイオンの出入りできる面が増加することとなり高電
流密度においても高い容量を持つことになる。
The true density of the carbonaceous powder used as the raw material is 2.25.
If it is less than g / cm 3 and the crystallinity is not so high,
After the mechanical energy treatment, it is preferable to further perform a heat treatment for further enhancing the crystallinity. Heat treatment is 2000 ℃
The heating is preferably performed at the above temperature, more preferably 2500 ° C. or higher, still more preferably 2800 ° C. or higher. By performing such mechanical energy treatment, the graphite particles or the carbonaceous particles remain coarse as a whole in the vicinity of the surface of the particles while maintaining the high crystallinity, and the particles having the distortion and the edge surface exposed. Become. This increases the number of surfaces where lithium ions can move in and out, resulting in high capacity even at high current densities.

【0035】粒子の結晶性および粒子表面の粗さ、すな
わち結晶のエッジ面存在量の指標として、広角X線回折
法による(002)面の面間隔(d002)、結晶子サ
イズ(Lc)、およびアルゴンイオンレーザーラマンス
ペクトルにおける1580cm-1のピーク強度に対する
1360cm-1のピーク強度比であるR値を用いること
ができる。一般に炭素材料は(002)面の面間隔(d
002)の値が小さく、結晶子サイズ(Lc)が大きい
ものほど、R値は小さい。すなわち黒鉛質粒子または炭
素質粒子全体がほぼ同様な結晶状態となっている。これ
に対し、本発明の電極用炭素材料は(002)面の面間
隔(d002)の値が小さく、結晶子サイズ(Lc)が
大きいが、R値は大きい値を取っている。すなわち炭素
材料バルクの結晶性は高いが、炭素粒子の表面近傍(粒
子表面から100Å位まで)の結晶性は乱れており、エ
ッジ面の露出が多くなっていることを表している。ま
た、この力学的エネルギー処理は粒子に丸みを導入し、
これらの粒子の充填性を向上させることができる。
The crystallinity of the grains and the roughness of the grain surface, that is, the amount of the edge planes of the crystals, is used as an index of the crystal plane of the (002) plane by the wide angle X-ray diffraction method (d002), the crystallite size (Lc), and it can be used an R value which is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum. Generally, the carbon material has a (002) plane spacing (d
The smaller the value of 002) and the larger the crystallite size (Lc), the smaller the R value. That is, the graphite particles or the entire carbonaceous particles are in substantially the same crystal state. On the other hand, in the carbon material for electrodes of the present invention, the value of the interplanar spacing (d002) of the (002) plane is small and the crystallite size (Lc) is large, but the R value is large. That is, although the crystallinity of the bulk of the carbon material is high, the crystallinity in the vicinity of the surface of the carbon particles (from the particle surface to about 100 Å) is disturbed, and the exposure of the edge surface is increased. This mechanical energy treatment also introduces roundness into the particles,
The filling property of these particles can be improved.

【0036】粉体粒子の充填性を高めるためには、粒子
と粒子の間にできる空隙に入り込むことができる、より
小さな粒子を充填すると良いことが知られている。この
ため、炭素質あるいは黒鉛質粒子に対し、粉砕等の処理
を行い、粒径を小さくすれば充填性が高まることが考え
られるが、このような方法で粒径を小さくしても、一般
的に充填性は却って低下してしまう。この原因としては
粉砕することにより粒子形状がより不定形になってしま
うためであると考えられる。
It is known that in order to improve the filling property of the powder particles, it is preferable to fill the smaller particles that can enter the voids formed between the particles. Therefore, it is conceivable that the carbonaceous or graphite particles may be subjected to a treatment such as pulverization to reduce the particle size to improve the packing property. On the contrary, the filling property is rather lowered. It is considered that this is because the particle shape becomes more amorphous by crushing.

【0037】一方、粉体粒子群の中の一つ粒子(着目粒
子)に接触している粒子の個数(配位数n)が多いほ
ど、充填層の空隙の占める割合は低下する。すなわち、
充填率に影響を与える因子としては、粒子の大きさの比
率と組成比、すなわち、粒径分布が重要である。ただ
し、この検討は、モデル的な球形粒子群で行われたもの
であり、本発明で取り扱われる処理前の炭素質あるいは
黒鉛質粒子は、鱗片状、鱗状、板状であり、単に一般的
な粉砕、分級等だけで粒径分布を制御して、充填率を高
めようと試みても、それほどの高充填状態を生み出すこ
とはできない。
On the other hand, the larger the number of particles (coordination number n) in contact with one particle (particle of interest) in the powder particle group, the lower the proportion of voids in the filling layer. That is,
As a factor that affects the filling rate, the particle size ratio and composition ratio, that is, the particle size distribution is important. However, this study was carried out with a model spherical particle group, the carbonaceous or graphitic particles before the treatment handled in the present invention are scale-like, scale-like, plate-like, and are simply general Even if an attempt is made to increase the packing rate by controlling the particle size distribution only by crushing, classifying, etc., it is not possible to produce such a high packing state.

【0038】一般的に、鱗片状、鱗状、板状の炭素質あ
るいは黒鉛質粒子は、粒子径が小さくなるほど充填性が
悪化する傾向にある。これは、粉砕により粒子がより不
定形化する、また、粒子の表面に「ささくれ」や「はが
れかけ」、「折れ曲がり」などの突起状物が生成増加す
る、更には粒子表面に、より微細な不定形粒子がある程
度の強度で付着される等の原因で、隣接粒子との間の抵
抗が大きくなり充填性を悪化させるためと考えられる。
これらの不定形性が減少し、粒子形状が球形に近づけば
粒子径が小さくなっても充填性の減少は少なくなり、理
論的には大粒径炭素粉でも小粒径炭素分でも同程度のタ
ップ密度を示すことになるはずである。
Generally, the scale-like, scale-like, or plate-like carbonaceous or graphite particles tend to deteriorate in packing property as the particle size becomes smaller. This is because the particles become more amorphous by crushing, and the number of protrusions such as "scratch", "peeling", and "bending" is increased on the surface of the particles, and more minute particles are formed on the particle surface. It is considered that this is because the irregular particles are attached to each other with a certain level of strength and the resistance between adjacent particles is increased to deteriorate the filling property.
If these irregular shapes are reduced and the particle shape is close to a spherical shape, the decrease in packing property is small even if the particle size is small.Theoretically, the same degree can be obtained for both large particle size carbon powder and small particle size carbon. It should indicate tap density.

【0039】本発明者らの検討では、真密度がほぼ等し
く、平均粒径もほぼ等しい炭素質あるいは黒鉛質粒子で
は、形状が球状であるほど、タップ密度が高い値を示す
ことが確認されている。すなわち、粒子の形状に丸みを
帯びさせ、球状に近づけることが重要である。粒子形状
が球状に近づけば、粉体の充填性も、同時に大きく向上
する。本発明では、以上の理由により、球形化度の指標
に粉体のタップ密度を採用している。処理後の粉粒体の
充填性が処理前に比べ上昇している場合は、用いた処理
方法により、粒子が球状化した結果と考えることができ
る。また、本発明の方法において粒径を大きく低下させ
ながら処理を行った場合に得られる炭素材料のタップ密
度が、一般的粉砕で得られる同程度の粒径の炭素材料の
タップ密度に比べ高い値であれば、球状化した結果と考
えることができる。
According to the studies made by the present inventors, it has been confirmed that, in the case of carbonaceous or graphitic particles having substantially the same true density and substantially the same average particle diameter, the more spherical the shape, the higher the tap density. There is. That is, it is important to make the shape of the particles round and to approximate the shape of the particles. When the particle shape approaches a spherical shape, the filling property of the powder is also greatly improved. In the present invention, for the above reason, the tap density of the powder is used as the index of the sphericity. When the packing property of the powder or granules after the treatment is higher than that before the treatment, it can be considered that the particles are spherical due to the treatment method used. Further, in the method of the present invention, the tap density of the carbon material obtained when the treatment is carried out while significantly reducing the particle size is a higher value than the tap density of the carbon material of the same particle size obtained by general pulverization. If so, it can be considered that the result is spherical.

【0040】本発明においては、力学的エネルギー処理
を行った後、分級を行って微粉及び/又は粗分を取り除
いた炭素質あるいは黒鉛質粒子も使用することができ
る。分級は、公知の手法を用いることができる。上述の
処理を行うことによって、アルゴンイオンレーザーラマ
ンスペクトルにおける1580cm-1のピーク強度に対
する1360cm-1のピーク強度比であるR値が0.0
1〜0.25で、広角X線回折法による(002)面の
面間隔(d002)が0.337nm未満、結晶子サイ
ズ(Lc)が90nm以上である原料黒鉛質粉末を、力
学的エネルギー処理を行うことにより、アルゴンイオン
レーザーラマンスペクトルにおける1580cm-1のピ
ーク強度に対する1360cm-1のピーク強度比である
R値が処理前の黒鉛粉末のR値の1.5倍以上、好まし
くは2倍以上、上限は特に限定されないが、通常10倍
以下、好ましくは7倍以下が採用でき広角X線回折法に
よる(002)面の面間隔(d002)が0.337n
m未満、結晶子サイズ(Lc)が90nm以上であり、
かつタップ密度が0.75g/cm3以上の処理された
黒鉛粉末である電極用炭素材料が提供できる。
In the present invention, it is also possible to use carbonaceous or graphite particles which have been subjected to mechanical energy treatment and then classified to remove fine powder and / or coarse particles. A known method can be used for classification. By performing the above process, R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum is 0.0
1 to 0.25, a raw graphite powder having a (002) plane spacing (d002) of less than 0.337 nm and a crystallite size (Lc) of 90 nm or more by a wide-angle X-ray diffraction method was subjected to mechanical energy treatment. the by performing an argon ion laser R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the Raman spectrum is more than 1.5 times the R value of the graphite powder before treatment, preferably at least 2-fold The upper limit is not particularly limited, but usually 10 times or less, preferably 7 times or less can be adopted, and the interplanar spacing (d002) of the (002) plane by the wide angle X-ray diffraction method is 0.337 n.
less than m, the crystallite size (Lc) is 90 nm or more,
Moreover, a carbon material for electrodes, which is a treated graphite powder having a tap density of 0.75 g / cm 3 or more, can be provided.

【0041】電極用複層構造炭素材料 本発明の電極用複層構造炭素材料は、焼成工程により炭
素化される有機化合物と前記特性を有する本発明の電極
用炭素材料とを混合した後に、該有機化合物を焼成炭素
化することによって調製することができる。電極用炭素
材料と混合する有機化合物は、焼成することによって炭
素化するものであればとくにその種類は制限されない。
したがって、液相で炭素化を進行させる有機化合物であ
っても、固相で炭素化を進行させる有機化合物であって
もよい。また、電極用炭素材料と混合する有機化合物
は、単一の有機化合物であっても、複数種の有機化合物
の混合物であってもよい。
Multi- Layered Carbon Material for Electrodes The multi-layered carbon material for electrodes of the present invention is prepared by mixing the organic compound carbonized by the firing step with the carbon material for electrodes of the present invention having the above characteristics. It can be prepared by firing carbonization of an organic compound. The type of the organic compound mixed with the electrode carbon material is not particularly limited as long as it is carbonized by firing.
Therefore, it may be an organic compound that advances carbonization in a liquid phase or an organic compound that advances carbonization in a solid phase. The organic compound mixed with the electrode carbon material may be a single organic compound or a mixture of plural kinds of organic compounds.

【0042】液相で炭素化を進行させる有機化合物とし
て、軟ピッチから硬ピッチまでのコールタールピッチ、
石炭液化油等の石炭系重質油、アスファルテン等の直流
系重質油、原油、ナフサなどの熱分解時に副生するナフ
サタール等分解系重質油等の石油系重質油、分解系重質
油を熱処理することで得られる、エチレンタールピッ
チ、FCCデカントオイル、アシュランドピッチなど熱
処理ピッチ等を用いることができる。さらにポリ塩化ビ
ニル、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラール、
ポリビニルアルコール等のビニル系高分子と3−メチル
フェノールホルムアルデヒド樹脂、3,5−ジメチルフ
ェノールホルムアルデヒド樹脂等の置換フェノール樹
脂、アセナフチレン、デカシクレン、アントラセンなど
の芳香族炭化水素、フェナジンやアクリジンなどの窒素
環化合物、チオフェンなどのイオウ環化合物などの物質
をあげることができる。
As an organic compound for promoting carbonization in the liquid phase, coal tar pitch from soft pitch to hard pitch,
Heavy petroleum oil such as liquefied petroleum, heavy oil direct current such as asphaltene, heavy oil such as naphtha tar produced as a by-product during thermal decomposition of crude oil, naphtha, etc. Heat-treated pitches such as ethylene tar pitch, FCC decant oil, and Ashland pitch obtained by heat-treating oil can be used. Furthermore, polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl butyral,
Vinyl polymers such as polyvinyl alcohol and substituted phenol resins such as 3-methylphenol formaldehyde resin and 3,5-dimethylphenol formaldehyde resin, aromatic hydrocarbons such as acenaphthylene, decacyclene and anthracene, and nitrogen ring compounds such as phenazine and acridine. , And substances such as sulfur ring compounds such as thiophene.

【0043】また、固相で炭素化を進行させる有機化合
物としては、セルロースなどの天然高分子、ポリ塩化ビ
ニリデンやポリアクリロニトリルなどの鎖状ビニル樹
脂、ポリフェニレン等の芳香族系ポリマー、フルフリル
アルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、
イミド樹脂等熱硬化性樹脂やフルフリルアルコールのよ
うな熱硬化性樹脂原料などを挙げることができる。ま
た、これらの有機化合物を必要に応じて、適宜溶媒を選
択して溶解希釈することにより、粉末粒子の表面に付着
させて使用することができる。これらの有機化合物と電
極用炭素材料から本発明の電極用複層構造炭素材料を製
造する方法として、以下の工程からなる典型的な製造方
法を例示することができる。
As the organic compound for promoting carbonization in the solid phase, natural polymers such as cellulose, chain vinyl resins such as polyvinylidene chloride and polyacrylonitrile, aromatic polymers such as polyphenylene, and furfuryl alcohol resins. , Phenol-formaldehyde resin,
Examples thereof include thermosetting resins such as imide resins and thermosetting resin raw materials such as furfuryl alcohol. Further, these organic compounds can be used by adhering to the surface of the powder particles by appropriately selecting a solvent and dissolving and diluting them, if necessary. As a method for producing the multilayer carbon material for an electrode of the present invention from these organic compounds and the carbon material for an electrode, a typical production method including the following steps can be exemplified.

【0044】(第1工程)電極用炭素材料と有機化合物
を、必要に応じて溶媒とともに種々の市販の混合機や混
練機等を用いて混合し、混合物を得る工程。 (第2工程)(必要に応じて実施する工程) 前記混合物をそのままあるいは必要により撹拌しながら
加熱し、溶媒を除去した中間物質を得る工程。 (第3工程)前記混合物又は中間物質を、窒素ガス、炭
酸ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下、あるい
は非酸化性雰囲気下で500〜3000℃に加熱し、炭
素化物質を得る工程。 (第4工程)(必要に応じて実施する工程) 前記炭素化物質を粉砕、解砕、分級処理など粉体加工す
る工程。
(Step 1) A step of mixing the electrode carbon material and the organic compound together with a solvent, if necessary, by using various commercially available mixers, kneaders and the like to obtain a mixture. (Second Step) (Step Performed as Necessary) A step of heating the mixture as it is or with stirring as necessary to obtain an intermediate substance from which the solvent is removed. (Third step) A step of obtaining the carbonized substance by heating the mixture or the intermediate substance to 500 to 3000 ° C. under an atmosphere of an inert gas such as nitrogen gas, carbon dioxide gas, argon gas or the like or a non-oxidizing atmosphere. (Fourth step) (Step to be carried out if necessary) A step of pulverizing, crushing, classifying, etc., the carbonized substance to be powder-processed.

【0045】第一工程の混合に際しては、溶媒を使用し
てもよいし、使用しなくてもよい。溶媒を使用する場合
は、その種類および量は特に制限されないが、上記使用
する有機化合物を溶解するか又は粘度を低下する様な溶
媒が好ましい。混合時の温度も特に制限されないが、例
えば室温から300℃以下、好ましくは室温から200
℃以下、より好ましくは室温から100℃以下が用いら
れる。第一工程において、有機化合物と電極用炭素材料
を混合することによって、電極用炭素材料の粉末粒子の
表面に有機化合物を付着させることができる。第2工程
の加熱温度は、通常300℃以上、好ましくは400℃
以上、更に好ましくは500℃以上であり、上限は特に
限定されないが3000℃以下、好ましくは2800℃
以下、さらに好ましくは、2500℃以下、特に好まし
くは1500℃以下である。第2工程は省略することも
可能であるが、通常は第2工程を行って中間物質を得た
後に、第3工程を行う。
A solvent may or may not be used in the mixing in the first step. When a solvent is used, the type and amount thereof are not particularly limited, but a solvent that dissolves the organic compound used or reduces the viscosity is preferable. The temperature at the time of mixing is not particularly limited, but is, for example, room temperature to 300 ° C. or lower, preferably room temperature to 200 ° C.
C. or lower, more preferably from room temperature to 100.degree. C. or lower is used. In the first step, the organic compound can be attached to the surface of the powder particles of the electrode carbon material by mixing the organic compound and the electrode carbon material. The heating temperature in the second step is usually 300 ° C or higher, preferably 400 ° C.
Or higher, more preferably 500 ° C. or higher, and the upper limit is not particularly limited, but 3000 ° C. or lower, preferably 2800 ° C.
Hereafter, it is more preferably 2500 ° C. or lower, and particularly preferably 1500 ° C. or lower. Although the second step can be omitted, usually, the third step is performed after the second step is performed to obtain an intermediate substance.

【0046】第3工程の加熱処理では、熱履歴温度条件
が重要である。その下限温度は有機化合物の種類や熱履
歴によって若干異なるが、通常は500℃以上、好まし
くは700℃以上、更に好ましくは900℃以上であ
る。上限温度は通常3000℃以下、好ましくは280
0℃以下、更に好ましくは2500℃以下、特に好まし
くは1500℃以下である。昇温速度、冷却速度、熱処
理時間などは目的に応じて任意に設定することができ
る。また、比較的低温領域で熱処理した後、所定の温度
に昇温することもできる。第4工程は、必要に応じて粉
砕、解砕、分球処理等を施して粉体加工する工程である
が、省略することも可能である。また、第4工程は、第
3工程の前に行うこともできるし、第3工程の前後両方
で行うこともできる。これらの工程に用いる反応機は回
分式でも連続式でもよい。また、一基でも複数基でもよ
い。
In the heat treatment of the third step, the heat history temperature condition is important. The lower limit temperature is usually 500 ° C. or higher, preferably 700 ° C. or higher, more preferably 900 ° C. or higher, although it depends on the type of organic compound and heat history. The upper limit temperature is usually 3000 ° C. or lower, preferably 280
It is 0 ° C or lower, more preferably 2500 ° C or lower, and particularly preferably 1500 ° C or lower. The rate of temperature increase, the rate of cooling, the heat treatment time, etc. can be arbitrarily set according to the purpose. Also, after heat treatment in a relatively low temperature region, the temperature can be raised to a predetermined temperature. The fourth step is a step of pulverizing, crushing, sieving, and the like for powder processing, if necessary, but it can be omitted. In addition, the fourth step can be performed before the third step, or both before and after the third step. The reactor used in these steps may be a batch type or a continuous type. Further, it may be a single unit or a plurality of units.

【0047】本発明の電極用複層構造炭素材料における
有機化合物由来の炭素質物の割合(以下「被覆率」とい
う)は通常0.1〜50重量%、好ましくは0.5〜2
5重量%、より好ましくは1〜15重量%、さらに好ま
しくは2〜10重量%となるように調整する。また、本
発明の電極用複層構造炭素材料は、体積基準平均粒径が
2〜70μm、好ましくは4〜40μm、より好ましく
は5〜35μm、さらに好ましくは7〜30μmであ
る。BET法を用いて測定した比表面積は例えば0.1
〜10m 2/g、好ましくは1〜10m2/g、更に好ま
しくは1〜7m2/g、特に好ましくは1〜4m2/gで
ある。さらに、本発明の電極用複層構造炭素材料は、C
uKα線を線源としたX線広角回折の回折図において、
核となる炭素質あるいは黒鉛質粒子の結晶化度を上回ら
ないことが好ましい。
In the multilayer carbon material for electrodes of the present invention
Percentage of carbonaceous materials derived from organic compounds (hereinafter referred to as "coverage")
U) is usually 0.1 to 50% by weight, preferably 0.5 to 2
5% by weight, more preferably 1 to 15% by weight, still more preferably
The amount is adjusted to be 2 to 10% by weight. Also books
The multi-layered carbon material for electrodes of the invention has a volume-based average particle size of
2 to 70 μm, preferably 4 to 40 μm, more preferably
Is 5 to 35 μm, more preferably 7 to 30 μm.
It The specific surface area measured using the BET method is, for example, 0.1
-10m 2/ G, preferably 1-10 m2/ G, more preferred
1-7m2/ G, particularly preferably 1 to 4 m2/ G
is there. Further, the multilayer carbon material for electrodes of the present invention is C
In the diffraction pattern of X-ray wide-angle diffraction using the uKα ray as the source,
Exceeding the crystallinity of the carbonaceous or graphitic particles that form the core
Preferably not.

【0048】本発明の電極用複層構造炭素材料は、波長
5145cm-1のアルゴンイオンレーザー光を用いたラ
マンスペクトル分析において、1580〜1620cm
-1の範囲に現れるピークPA(ピーク強度IA)に対す
る1350〜1370cm-1の範囲に現れるピークPB
(ピーク強度IB)の比「IB/IA」であらわされる
R値が、好ましくは0.1〜0.7、さらに好ましくは
0.20〜0.7、特に好ましくは0.25〜0.6で
ある。また、タップ密度は0.70〜1.40g/cm
3、好ましくは0.75〜1.40g/cm3、さらに好
ましくは0.85〜1.40g/cm3の範囲に制御す
ることが望ましい。複層構造化によって、電極用炭素材
料のタップ密度がさらに向上することもあり、かつ、そ
の形状がさらに丸みを導入する効果が現れることもあ
る。本発明の電極用炭素材料は粒子表面が荒れており、
本発明の電極用複層構造炭素材料に用いた場合、被覆し
た炭素質物との結着性が高まる効果も期待できる。
The multi-layered carbon material for an electrode of the present invention has a Raman spectrum of 1580 to 1620 cm in Raman spectrum analysis using an argon ion laser beam having a wavelength of 5145 cm -1.
Peak PB appearing in the range of 1350 -1 to the peak PA (peak intensity IA) that appears in the range of -1
The R value represented by the ratio "IB / IA" of (peak intensity IB) is preferably 0.1 to 0.7, more preferably 0.20 to 0.7, and particularly preferably 0.25 to 0.6. Is. The tap density is 0.70 to 1.40 g / cm.
3 , preferably 0.75 to 1.40 g / cm 3 , and more preferably 0.85 to 1.40 g / cm 3 . The multi-layer structure may further improve the tap density of the carbon material for electrodes, and may have the effect of introducing roundness into the shape. The electrode carbon material of the present invention has a rough particle surface,
When used in the multi-layered carbon material for an electrode of the present invention, an effect of enhancing the binding property with the coated carbonaceous material can be expected.

【0049】電極 本発明の電極用炭素材料または電極用複層構造炭素材料
を用いて、電極を製造することができる。特に本発明の
電極用複層構造炭素材料は、電極の製造に非常に好まし
く用いることができる。その製造方法は特に制限され
ず、一般に用いられている方法にしたがって製造するこ
とができる。典型的な方法として、電極用炭素材料また
は電極用複層構造炭素材料に結着剤や溶媒等を加えてス
ラリー状にし、得られたスラリーを銅箔等の金属製の集
電体の基板に塗布して乾燥する方法を挙げることができ
る。また、電極用炭素材料または電極用複層構造炭素材
料を塗布乾燥したものをロールプレス、圧縮成型器等に
より圧密化することによって極板の充填密度を向上さ
せ、単位体積当たりの電極量を増加させることができ
る。さらに電極用炭素材料または電極用複層構造炭素材
料を圧縮成形等の方法で電極の形状に成形することもで
きる。
Electrode An electrode can be produced using the carbon material for an electrode or the carbon material having a multilayer structure for an electrode of the present invention. In particular, the multi-layer structure carbon material for electrodes of the present invention can be very preferably used for manufacturing electrodes. The manufacturing method is not particularly limited, and it can be manufactured according to a generally used method. As a typical method, a binder, a solvent, or the like is added to a carbon material for an electrode or a multilayer carbon material for an electrode to form a slurry, and the obtained slurry is applied to a substrate of a metal current collector such as a copper foil. The method of applying and drying can be mentioned. Also, the packing density of the electrode plate is improved by increasing the packing density of the electrode plate by increasing the packing density of the electrode plate by consolidating the carbon material for electrodes or the multi-layer structure carbon material for electrodes applied and dried with a roll press, compression molding machine, etc. Can be made. Further, the carbon material for electrodes or the multi-layered carbon material for electrodes can be molded into the shape of electrodes by a method such as compression molding.

【0050】電極製造に使用することができる結着剤と
しては、溶媒に対して安定な、ポリエチレン、ポリプロ
ピレン、ポリエチレンテレフタレート、芳香族ポリアミ
ド、セルロース等の樹脂系高分子、スチレン・ブタジエ
ンゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・
プロピレンゴム等のゴム状高分子、スチレン・ブタジエ
ン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、,ス
チレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体,ス
チレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その
水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子、シンジ
オタクチック1,2−ポリブタジエン、エチレン・酢酸
ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン(炭素数
2〜12)共重合体等の軟質樹脂状高分子、ポリフッ化
ビニリデン、フッ化ビニリデン・ヘキサクロロプロピレ
ン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン、ポリテトラ
フルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分
子が挙げられ、さらにはリチウムイオンのイオン伝導性
を有する高分子組成物も挙げられる。
Binders that can be used in the production of electrodes include solvent-stable resin polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, aromatic polyamide and cellulose, styrene-butadiene rubber and isoprene rubber. , Butadiene rubber, ethylene
Rubber-like polymers such as propylene rubber, styrene / butadiene / styrene block copolymers, hydrogenated products thereof, styrene / ethylene / butadiene / styrene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers, hydrogenated products thereof Such as thermoplastic elastomeric polymer, syndiotactic 1,2-polybutadiene, ethylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin (C2-12) copolymer, etc. Fluorine-based polymers such as vinylidene fluoride, vinylidene fluoride / hexachloropropylene copolymer, polytetrafluoroethylene, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, and the like, and a polymer composition having lithium ion ionic conductivity Things can also be mentioned.

【0051】イオン伝導性を有する高分子としては、ポ
リエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリ
エーテル系高分子化合物、ポリエーテル化合物の架橋体
高分子、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼ
ン、ポリシロキサン、ポリビニルピロリドン、ポリビニ
リデンカーボネート、ポリアクリロニトリル等の高分子
化合物に、リチウム塩、またはリチウムを主体とするア
ルカリ金属塩を複合させた系、あるいはこれに炭酸プロ
ピレン、炭酸エチレン、γ−ブチロラクトン等の高い誘
電率を有する有機化合物と直鎖状カーボネート等低粘度
の有機化合物を配合した系を用いることができる。この
様な、イオン伝導性高分子組成物の室温におけるイオン
導電率は、好ましくは10-5s/cm以上、より好まし
くは10-3s/cm以上である。
Examples of the polymer having ion conductivity include polyether polymer compounds such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, cross-linked polymer of polyether compound, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, polysiloxane, polyvinylpyrrolidone and polyvinylidene. A system in which a polymer compound such as carbonate or polyacrylonitrile is combined with a lithium salt or an alkali metal salt mainly containing lithium, or an organic compound having a high dielectric constant such as propylene carbonate, ethylene carbonate or γ-butyrolactone It is possible to use a system in which a low-viscosity organic compound such as a linear carbonate is mixed. The ionic conductivity of such an ion conductive polymer composition at room temperature is preferably 10 -5 s / cm or more, more preferably 10 -3 s / cm or more.

【0052】電極用炭素材料または電極用複層構造炭素
材料と結着剤との混合形式として、各種の形態をとるこ
とができる。例えば、両者の粒子が混合した形態、繊維
状の結着剤が炭素質物の粒子に絡み合う形で混合した形
態、または結着剤の層が炭素質物の粒子表面に付着した
形態などを挙げることができる。両者の混合割合は、電
極用炭素材料または電極用複層構造炭素材料に対して結
着材を0.1〜30重量%にするのが好ましく、0.5
〜10重量%にするのがより好ましい。30重量%以上
の結着材を添加すると電極の内部抵抗が大きくなり、逆
に0.1重量%以下では集電体と電極用炭素材料または
電極用複層構造炭素材料の結着性が劣る傾向にある。
Various forms can be adopted as a mixing form of the carbon material for electrodes or the carbon material having a multilayer structure for electrodes and the binder. For example, a form in which both particles are mixed, a form in which a fibrous binder is mixed in a form in which the carbonaceous material particles are entangled with each other, or a form in which a layer of the binder is attached to the particle surface of the carbonaceous material is mentioned. it can. The mixing ratio of the two is preferably 0.1 to 30% by weight of the binder with respect to the carbon material for electrodes or the multi-layer structure carbon material for electrodes, and 0.5.
More preferably, it is set to 10% by weight. If 30% by weight or more of the binder is added, the internal resistance of the electrode increases, and conversely, if 0.1% by weight or less, the binding property between the current collector and the carbon material for the electrode or the multilayer carbon material for the electrode is poor. There is a tendency.

【0053】本発明の電極用炭素材料または電極用複層
構造炭素材料からなる電極は、ロールプレスや圧縮成形
等を行うことによって圧密された電極上の活物質層の密
度(以下電極密度と呼ぶ)を0.5〜1.7g/c
3、好ましくは0.7〜1.6g/cm3、さらに好ま
しくは0.7〜1.55g/cm3とすることにより高
効率放電や低温特性を損なうことなく電池の単位体積当
たりの容量を最大引き出すことができるようになる。こ
のとき、本発明の電極用炭素材料または電極用複層構造
炭素材料炭素材料は、粒子内部の結晶性が高いことで充
放電容量が高く、粒子の表面が荒れた状態すなわち粒子
の表面からエッジ部が露出している、あるいはエッジ部
の存在量が増えるような粒子形状(板状粒子の面と直角
方向に粉砕され粒子中の厚み方向が相対的厚くなった、
すなわちエッジ部の割合がふえた粒子形状)であること
で、電極用炭素材料または電極用複層構造炭素材料炭素
材料粒子へのリチウムイオンのドープまたは脱ドープさ
れる面積が増加する。また、タップ密度が高いこと、す
なわち炭素材料が球形に近いことで、電極中の空隙が閉
ざされることが少なく、従ってリチウムイオンの拡散が
よりスムースに行われることが考えられる。
The density of the active material layer on the electrode, which is compacted by performing roll pressing, compression molding, or the like, in the electrode made of the carbon material for an electrode or the carbon material for a multi-layer structure of the present invention (hereinafter referred to as electrode density) ) 0.5-1.7 g / c
m 3 , preferably 0.7 to 1.6 g / cm 3 , and more preferably 0.7 to 1.55 g / cm 3 , the capacity per unit volume of the battery without impairing high efficiency discharge and low temperature characteristics. You will be able to bring out the maximum. At this time, the carbon material for an electrode or the carbon material for a multi-layer structure carbon material for an electrode of the present invention has a high charge / discharge capacity due to the high crystallinity inside the particle, and the surface of the particle is rough, that is, the surface of the particle is an edge. The particle shape is such that the part is exposed or the amount of the edge portion increases (the thickness direction in the particle becomes relatively thick by crushing in the direction perpendicular to the plane of the plate-like particle,
That is, the particle shape having a larger proportion of the edge portion) increases the area where lithium ions are doped or dedoped into the carbon material for electrode or the carbon material for multi-layer structure carbon material for electrode. In addition, it is considered that the high tap density, that is, the carbon material having a nearly spherical shape does not close the voids in the electrode, and thus the lithium ions can be diffused more smoothly.

【0054】二次電池 本発明の電極用炭素材料および電極用複層構造炭素材料
は、電池の電極として有用である。特にリチウム二次電
池などの非水系二次電池の負極材料として極めて有用で
ある。例えば、上記の方法にしたがって作製した負極と
通常使用されるリチウムイオン電池用の金属カルコゲナ
イド系正極及びカーボネート系溶媒を主体とする有機電
解液を組み合わせて構成した非水系二次電池は、容量が
大きく、初期サイクルに認められる不可逆容量が小さ
く、急速充放電容量が高く、またサイクル特性が優れ、
高温下での放置における電池の保存性および信頼性も高
く、高効率放電特性および低温における放電特性に極め
て優れたものである。このような非水系二次電池を構成
する正極、電解液等の電池構成上必要な部材の選択につ
いては特に制限されない。以下において、非水系二次電
池を構成する部材の材料等を例示するが、使用し得る材
料はこれらの具体例に限定されるものではない。
Secondary Battery The carbon material for electrodes and the multi-layered carbon material for electrodes of the present invention are useful as electrodes for batteries. In particular, it is extremely useful as a negative electrode material for non-aqueous secondary batteries such as lithium secondary batteries. For example, a non-aqueous secondary battery formed by combining an organic electrolyte mainly composed of a metal chalcogenide-based positive electrode and a carbonate-based solvent for a commonly used lithium-ion battery with a negative electrode manufactured according to the above method has a large capacity. The irreversible capacity observed in the initial cycle is small, the rapid charge / discharge capacity is high, and the cycle characteristics are excellent.
The storage stability and reliability of the battery when left at high temperature are also high, and it is extremely excellent in high-efficiency discharge characteristics and discharge characteristics at low temperatures. There are no particular restrictions on the selection of the members such as the positive electrode and the electrolytic solution that compose such a non-aqueous secondary battery in terms of battery configuration. In the following, materials and the like of members constituting the non-aqueous secondary battery will be exemplified, but materials that can be used are not limited to these specific examples.

【0055】本発明の非水系二次電池を構成する正極に
は、例えば、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケ
ル酸化物、リチウムマンガン酸化物等のリチウム遷移金
属複合酸化物材料;二酸化マンガン等の遷移金属酸化物
材料;フッ化黒鉛等の炭素質材料などのリチウムを吸蔵
・放出可能な材料を使用することができる。具体的に
は、LiFeO2、LiCoO2、LiNiO2、LiM
24およびこれらの非定比化合物、MnO2、Ti
2、FeS2、Nb34、Mo34、CoS2、V
25、P25、CrO3、V33、TeO2、GeO2
を用いることができる。正極の製造方法は特に制限され
ず、上記の電極の製造方法と同様の方法により製造する
ことができる。
For the positive electrode constituting the non-aqueous secondary battery of the present invention, for example, a lithium transition metal composite oxide material such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide or lithium manganese oxide; a transition metal such as manganese dioxide. Oxide material: A material capable of inserting and extracting lithium such as a carbonaceous material such as fluorinated graphite can be used. Specifically, LiFeO 2 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiM
n 2 O 4 and non-stoichiometric compounds thereof, MnO 2 , Ti
S 2, FeS 2, Nb 3 S 4, Mo 3 S 4, CoS 2, V
2 O 5 , P 2 O 5 , CrO 3 , V 3 O 3 , TeO 2 , GeO 2 or the like can be used. The method for manufacturing the positive electrode is not particularly limited, and the positive electrode can be manufactured by the same method as the above-described method for manufacturing the electrode.

【0056】本発明で用いる正極集電体には、電解液中
での陽極酸化によって表面に不動態皮膜を形成する弁金
属またはその合金を用いるのが好ましい。弁金属として
は、IIIa、IVa、Va族(3B、4B、5B族)に属する
金属およびこれらの合金を例示することができる。具体
的には、Al、Ti、Zr、Hf、Nb、Taおよびこ
れらの金属を含む合金などを例示することができ、A
l、Ti、Taおよびこれらの金属を含む合金を好まし
く使用することができる。特にAlおよびその合金は軽
量であるためエネルギー密度が高くて望ましい。
For the positive electrode current collector used in the present invention, it is preferable to use a valve metal or an alloy thereof which forms a passivation film on the surface by anodic oxidation in an electrolytic solution. Examples of the valve metal include metals belonging to the group IIIa, IVa and Va (groups 3B, 4B and 5B) and alloys thereof. Specific examples include Al, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, and alloys containing these metals.
1, Ti, Ta and alloys containing these metals can be preferably used. In particular, Al and its alloys are lightweight and therefore desirable because of their high energy density.

【0057】本発明の非水系二次電池に使用する電解液
としては、非水系溶媒に溶質(電解質)を溶解したもの
を用いることができる。溶質としては、アルカリ金属塩
や4級アンモニウム塩などを用いることができる。具体
的には、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiC
3SO3、LiN(CF3SO22、LiN(CF3CF
2SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO2)、L
iC(CF3SO23からなる群から選択される1以上
の化合物を用いるのが好ましい。
As the electrolytic solution used in the non-aqueous secondary battery of the present invention, a solution in which a solute (electrolyte) is dissolved in a non-aqueous solvent can be used. As the solute, an alkali metal salt or a quaternary ammonium salt can be used. Specifically, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiC
F 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF
2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), L
It is preferable to use one or more compounds selected from the group consisting of iC (CF 3 SO 2 ) 3 .

【0058】非水系溶媒としては、エチレンカーボネー
ト、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、
ビニレンカーボネート等の環状カーボネート、γ−ブチ
ロラクトンなどの環状エステル化合物;1,2−ジメト
キシエタン等の鎖状エーテル;クラウンエーテル、2−
メチルテトラヒドロフラン、1,2−ジメチルテトラヒ
ドロフラン、1,3−ジオキソラン、テトラヒドロフラ
ン等の環状エーテル;ジエチルカーボネート、エチルメ
チルカーボネート、ジメチルカーボネート等の鎖状カー
ボネートなどを用いることができる。溶質および溶媒は
それぞれ1種類を選択して使用してもよいし、2種以上
を混合して使用してもよい。これらの中でも非水系溶媒
が、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含有するも
のが好ましい。
As the non-aqueous solvent, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate,
Cyclic carbonates such as vinylene carbonate, cyclic ester compounds such as γ-butyrolactone; chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane; crown ethers, 2-
Cyclic ethers such as methyltetrahydrofuran, 1,2-dimethyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane and tetrahydrofuran; chain carbonates such as diethyl carbonate, ethylmethyl carbonate and dimethyl carbonate can be used. As the solute and the solvent, one kind may be selected and used, or two or more kinds may be mixed and used. Among these, the non-aqueous solvent preferably contains a cyclic carbonate and a chain carbonate.

【0059】本発明の非水系二次電池に使用するセパレ
ーターの材質や形状は特に制限されない。セパレーター
は正極と負極が物理的に接触しないように分離するもの
であり、イオン透過性が高く、電気抵抗が低いものであ
るのが好ましい。セパレータは電解液に対して安定で保
液性が優れた材料の中から選択するのが好ましい。具体
的には、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフ
ィンを原料とする多孔性シートまたは不織布を用いて、
上記電解液を含浸させることができる。
The material and shape of the separator used in the non-aqueous secondary battery of the present invention are not particularly limited. The separator separates the positive electrode and the negative electrode so that they do not come into physical contact with each other, and preferably has high ion permeability and low electric resistance. The separator is preferably selected from materials that are stable with respect to the electrolytic solution and have excellent liquid retention. Specifically, using a porous sheet or non-woven fabric made of polyolefin such as polyethylene and polypropylene as a raw material,
The electrolytic solution can be impregnated.

【0060】非水系電解液、負極および正極を少なくと
も有する本発明の非水系電解液二次電池を製造する方法
は、特に限定されず通常採用されている方法の中から適
宜選択することができる。本発明の非水系電解液二次電
池には、非水系電解液、負極、正極の他に、必要に応じ
て、外缶、セパレータ、ガスケット、封口板、セルケー
スなどを用いることもできる。その製法は、例えば外缶
上に負極を乗せ、その上に電解液とセパレータを設け、
さらに負極と対向するように正極を乗せて、ガスケッ
ト、封口板と共にかしめて電池にすることができる。電
池の形状は特に制限されず、シート電極およびセパレー
タをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電
極およびセパレータを組み合わせたインサイドアウト構
造のシリンダータイプ、ペレット電極およびセパレータ
を積層したコインタイプ等にすることができる。
The method for producing the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention having at least the non-aqueous electrolyte solution, the negative electrode and the positive electrode is not particularly limited and can be appropriately selected from the methods usually employed. In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, in addition to the non-aqueous electrolyte, the negative electrode and the positive electrode, an outer can, a separator, a gasket, a sealing plate, a cell case and the like can be used as required. The manufacturing method, for example, put the negative electrode on the outer can, provide an electrolyte and a separator on it,
Further, the positive electrode may be placed so as to face the negative electrode and caulked together with the gasket and the sealing plate to form a battery. The shape of the battery is not particularly limited, and may be a cylinder type in which the sheet electrode and the separator are spiral, a cylinder type in which the pellet electrode and the separator are combined with each other, or a coin type in which the pellet electrode and the separator are stacked. .

【0061】[0061]

【実施例】以下に具体例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明する。以下の具体例に示す材料、使用量、割合、
操作等は、本発明の趣旨から逸脱しない限り適宜変更す
ることができる。従って、本発明の範囲は、以下に示す
具体例に制限されるものではない。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to specific examples. Materials, usage amounts, ratios shown in the following specific examples,
The operation and the like can be appropriately changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention is not limited to the specific examples shown below.

【0062】(実施例1)表1に記載される所定量の黒
鉛原料を表1に記載される処理条件で処理することによ
って18種類の電極用炭素材料を調製した。原料として
用いた黒鉛原料の種類は表3に記載されるとおりであ
る。調製した18種類の電極用炭素材料の物性を後述す
る測定方法により測定した結果を表1に示す。
Example 1 18 kinds of carbon materials for electrodes were prepared by treating a predetermined amount of graphite raw material shown in Table 1 under the treatment conditions shown in Table 1. The types of graphite raw materials used as raw materials are as shown in Table 3. Table 1 shows the results of measuring the physical properties of the 18 kinds of prepared carbon materials for electrodes by the measuring methods described below.

【0063】[0063]

【表1】 [Table 1]

【0064】(実施例2)表2に記載される炭素材料3
kgと石油系タール1kgを、(株)マツボー社製のM
20型レーディゲミキサー(内容積20リットル)に投
入し、混練を行った。続いて、窒素雰囲気下にて700
℃まで昇温して脱タール処理した後に、1300℃まで
昇温して熱処理を行った。得られた熱処理物をピンミル
にて解砕し、粗粒子を除く目的で分級処理を行い、最終
的に13種類の電極用複層構造炭素材料を調製した。調
製した13種類の電極用複層構造炭素材料の物性を後述
する測定方法により測定した結果を表2に示す。
(Example 2) Carbon material 3 shown in Table 2
kg and 1 kg of petroleum tar are M produced by Matsubo Co., Ltd.
The mixture was put into a 20 type Ledige mixer (internal volume: 20 liters) and kneaded. Then, 700 in a nitrogen atmosphere
After the temperature was raised to 0 ° C. for detarring treatment, the temperature was raised to 1300 ° C. for heat treatment. The obtained heat-treated product was crushed with a pin mill and classified for the purpose of removing coarse particles, and finally 13 kinds of multilayer carbon materials for electrodes were prepared. Table 2 shows the results of measuring the physical properties of the prepared 13 types of multi-layer structure carbon materials for electrodes by the measurement methods described below.

【0065】[0065]

【表2】 [Table 2]

【0066】実施例1および2で用いた黒鉛材料の詳細
を以下の表3に示す。
Details of the graphite materials used in Examples 1 and 2 are shown in Table 3 below.

【0067】[0067]

【表3】 [Table 3]

【0068】実施例1および2で調製した炭素材料の物
性測定方法を以下に示す。 (1)X線回折 電極用炭素材料に約15%のX線標準高純度シリコン粉
末を加えて混合し、得られた混合物を試料セルに詰め、
グラファイトモノクロメーターで単色化したCuKα線
を線源として反射式ディフラクトメーター法によって広
角X線回折曲線を測定し、学振法を用いて面間隔(d0
02)および結晶子サイズ(Lc)を求めた。 (2)ラマン分析 日本分光社製NR−1800を用いてラマンスペクトル
分析を行った。分析は、波長514.5nmのアルゴン
イオンレーザー光を用い、レーザーパワーを30mWに
設定し、露光時間を75秒に設定して行った。レーザー
パワーは、光源部において30mW、測定試料部におい
ては光源試料部間光路でのレーザー光減衰により18m
Wであった。測定セルへの試料充填は、電極用炭素材料
を自然落下させることで行い、測定はセル内のサンプル
表面にレーザー光を照射しながらセルをレーザー光と垂
直な面内で回転させながら行った。得られたラマンスペ
クトルの1580cm-1付近のピークPAの強度IA、
1360cm-1付近のピークPBの強度IBを測定し、
その強度比(R=IB/IA)と1580cm-1の付近
のピークの半値幅を測定した。また、1580cm-1
付近のピークPAの面積(1480〜1680cm-1
積分値)をYA、1360cm-1の付近のピークPBの
面積(1260〜1460cm-1の積分値)をYBと
し、その面積比の値G=YA/YBを測定した。
The methods for measuring the physical properties of the carbon materials prepared in Examples 1 and 2 are shown below. (1) About 15% of X-ray standard high-purity silicon powder was added to and mixed with a carbon material for an X-ray diffraction electrode, and the obtained mixture was packed in a sample cell,
A wide-angle X-ray diffraction curve was measured by a reflection diffractometer method using CuKα rays monochromatized by a graphite monochromator as a radiation source, and the surface spacing (d0
02) and crystallite size (Lc) were determined. (2) Raman analysis Raman spectrum analysis was performed using NR-1800 manufactured by JASCO Corporation. The analysis was performed using an argon ion laser beam having a wavelength of 514.5 nm, the laser power set to 30 mW, and the exposure time set to 75 seconds. The laser power is 30 mW in the light source part, and 18 m in the measurement sample part due to the laser light attenuation in the optical path between the light source sample parts.
It was W. The sample was filled in the measurement cell by spontaneously dropping the carbon material for an electrode, and the measurement was performed while irradiating the sample surface in the cell with laser light and rotating the cell in a plane perpendicular to the laser light. Intensity IA of peak PA near 1580 cm −1 in the obtained Raman spectrum,
The intensity IB of the peak PB near 1360 cm −1 is measured,
The intensity ratio (R = IB / IA) and the half width of the peak near 1580 cm -1 were measured. Further, the area of the peak PA around the 1580 cm -1 (integrated value of 1480~1680cm -1) YA, (integral value of 1260~1460cm -1) area of the peak PB around the 1360 cm -1 to the YB, its The area ratio value G = YA / YB was measured.

【0069】(3)タップ密度 粉体密度測定器((株)セイシン企業社製タップデンサ
ーKYT−3000)を用い、電極用炭素材料が透過す
る篩として目開き300μmの篩を使用し、20cm3
のタップセルに粉体を落下させてセルを満杯に充填した
後、ストローク長10mmのタップを1000回行っ
て、その時のタップ密度を測定した。 (4)真密度 0.1%界面活性剤水溶液を使用し、ピクノメーターに
よる液相置換法によって測定した。 (5)BET比表面積 大倉理研社製AMS−8000を用い、予備乾燥のため
に350℃に加熱し、15分間窒素ガスを流した後、窒
素ガス吸着によるBET1点法によって測定した。 (6)平均粒径 界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタ
ンモノラウレートの2体積%水溶液(約1ml)を電極
用炭素材料に混合し、イオン交換水を分散媒としてレー
ザー回折式粒度分布計(堀場製作所社製LA−700)
にて体積基準の平均粒径(メジアン径)を測定した。
(3) Tap Density Using a powder density measuring device (Tap Denser KYT-3000 manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.), a sieve having an opening of 300 μm is used as a sieve through which the carbon material for electrodes permeates, and 20 cm 3
After the powder was dropped into the tap cell of (1) to fill the cell fully, tapping with a stroke length of 10 mm was performed 1000 times, and the tap density at that time was measured. (4) The true density was measured by a liquid phase substitution method using a pycnometer using a 0.1% aqueous surfactant solution. (5) BET Specific Surface Area Using an AMS-8000 manufactured by Okura Riken Co., Ltd., the sample was heated to 350 ° C. for preliminary drying, and after flowing nitrogen gas for 15 minutes, it was measured by the BET one-point method by nitrogen gas adsorption. (6) Average particle size A 2% by volume aqueous solution of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate (about 1 ml), which is a surfactant, is mixed with a carbon material for an electrode, and ion-exchanged water is used as a dispersion medium in a laser diffraction particle size. Distributor (LA-700 manufactured by HORIBA, Ltd.)
The volume-based average particle diameter (median diameter) was measured by.

【0070】(7)平均円形度 フロー式粒子像分析装置(東亜医用電子社製FPIA−
2000)を使用し、円相当径による粒径分布の測定お
よび円形度の算出を行った。分散媒としてイオン交換水
を使用し、界面活性剤としてポリオキシエチレン(2
0)ソルビタンモノラウレートを使用した。円相当径と
は、撮像した粒子像と同じ投影面積を持つ円(相当円)
の直径であり、円形度とは、相当円の周囲長を分子と
し、撮像された粒子投影像の周囲長を分母とした比率で
ある。測定した全粒子の円形度を平均し、平均円形度と
した。
(7) Average circularity flow type particle image analyzer (FPIA- manufactured by Toa Medical Electronics Co., Ltd.)
2000) was used to measure the particle size distribution by the equivalent circle diameter and calculate the circularity. Ion-exchanged water was used as the dispersion medium, and polyoxyethylene (2
0) Sorbitan monolaurate was used. The equivalent circle diameter is a circle that has the same projected area as the captured particle image (equivalent circle)
The circularity is the ratio of the perimeter of the equivalent circle as the numerator and the perimeter of the captured particle projection image as the denominator. The circularity of all measured particles was averaged to obtain the average circularity.

【0071】(8)複層構造炭素材料の被覆率 複層構造炭素材料の被覆率は次式より求めた。(8) Coverage of multi-layered carbon material The coverage of the multi-layer structure carbon material was obtained from the following equation.

【数3】被覆率(重量%)=100−(K×D)/(N
×(K+T))×100 上式において、Kは炭素材料の重量(kg)、Tは石油
系タールの重量(kg)、Dは混練物の脱タール処理
(第2工程)前の重量(kg)、Nは熱処理(第3工
程)後の熱処理物の回収量(kg)を表す。
[Formula 3] Coverage (% by weight) = 100− (K × D) / (N
× (K + T)) × 100 In the above formula, K is the weight of the carbon material (kg), T is the weight of petroleum tar (kg), and D is the weight (kg) of the kneaded product before detarring (second step). ) And N represent the recovered amount (kg) of the heat-treated product after the heat treatment (third step).

【0072】(実施例3)調製した炭素材料を用いて半
電地を作成して、充放電性を試験した。 (1)半電池の作成 炭素材料5gに、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)の
ジメチルアセトアミド溶液を固形分換算で10重量%加
えたものを撹拌し、スラリーを得た。このスラリーをド
クターブレード法で銅箔上に塗布し、80℃で予備乾燥
を行った。さらに電極密度が1.4g/cm3または
1.5g/cm3となるようにロールプレス機により圧
密化させたのち、直径12.5mmの円盤状に打ち抜
き、110℃で減圧乾燥をして電極とした。しかる後
に、電解液を含浸させたセパレーターを中心に電極とリ
チウム金属電極とを対向させたコインセルを作成し、充
放電試験を行った。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を重量比2:8の比率で混
合した溶媒に過塩素酸リチウムを1.5モル/リットル
の割合で溶解させたものを使用した。
Example 3 A semi-electrostatic field was prepared using the prepared carbon material, and the charge / discharge property was tested. (1) Preparation of Half Battery A dimethylacetamide solution of polyvinylidene fluoride (PVdF) was added to 5 g of the carbon material in an amount of 10% by weight in terms of solid content, and the mixture was stirred to obtain a slurry. This slurry was applied on a copper foil by the doctor blade method and pre-dried at 80 ° C. Furthermore, after consolidating with a roll press so that the electrode density is 1.4 g / cm 3 or 1.5 g / cm 3 , it is punched into a disk shape with a diameter of 12.5 mm and dried under reduced pressure at 110 ° C. to form an electrode. And Then, a coin cell in which an electrode and a lithium metal electrode were opposed to each other centering on a separator impregnated with an electrolytic solution was prepared and a charge / discharge test was conducted. The electrolytic solution used was a solvent prepared by mixing ethylene carbonate and diethyl carbonate at a weight ratio of 2: 8 and dissolving lithium perchlorate at a ratio of 1.5 mol / liter.

【0073】(2)不可逆容量の測定 電流密度0.16mA/cm2で0Vまで充電(電極へ
のリチウムイオンドープ)を行い、次いで電流密度0.
33mA/cm2で1.5Vまで放電(電極からのリチ
ウムイオン脱ドープ)させたときの一回目の充電容量か
ら一回目の放電容量を引いた値を不可逆容量とした。 (3)放電容量及び放電レート特性(急速放電特性)の
測定 電流密度0.16mA/cm2での0Vまでの充電およ
び電流密度0.33mA/cm2での1.5Vまでの放
電を3回繰り返し、その際の3回目の放電容量を「放電
容量」とした。次に、充電を電流密度0.16mA/c
2で0Vまで行い、放電をそれぞれ電流密度2.8m
A/cm2、5.0mA/cm2で1.5Vまで行い、得
られた容量をそれぞれの電流密度2.8mA/cm2
び5.0mA/cm2における放電容量とし、急速放電
特性の指標とした。これらの試験結果をまとめて以下の
表4に示す。
(2) Measurement of irreversible capacity Charging (doping lithium ion into the electrode) at 0V with a current density of 0.16 mA / cm 2 was carried out, and then the current density of 0.
The value obtained by subtracting the first-time discharge capacity from the first-time charge capacity at the time of discharging at 33 mA / cm 2 to 1.5 V (lithium ion dedoping from the electrode) was defined as the irreversible capacity. (3) discharge capacity and discharge rate property (quick discharging characteristics) of the measured current density 0.16 mA / cm charging to 0V at 2 and current density 0.33 mA / cm 2 3 times the discharge to 1.5V at Repeatedly, the discharge capacity of the third time at that time was defined as "discharge capacity". Next, charge the battery with a current density of 0.16 mA / c
m 2 up to 0 V, each discharge current density 2.8 m
A / cm 2, carried out at 5.0 mA / cm 2 until 1.5V, and the discharge capacity obtained capacity at each current density 2.8 mA / cm 2 and 5.0 mA / cm 2, an indication of rapid discharge characteristics And The results of these tests are summarized in Table 4 below.

【0074】[0074]

【表4】 [Table 4]

【0075】(実施例4)実施例1で調製した電極用炭
素材料No.11を使用し、(株)セイシン企業社製風
力分級機「MC−100」を使用して、微粉25重量
%、粗粉22重量%をそれぞれ除去する条件で分級し
て、分級後の平均粒径=20.8μm、d002=0.
336nm、BET比表面積=5.3m2/g、タップ
密度=0.82g/cm3、Lc>100nm、真密度
=2.26g/cm3、ラマンR値=0.25、ラマン
1580半値幅=22.0cm-1の物性を有する電極用
炭素材料を得た。次いで、この電極用炭素材料を使用し
た以外は、実施例2と同様に実験を行って、以下の物性
を有する電極用複層構造炭素材料を得た。ラマンR値=
0.37、ラマン1580半値幅=29.5cm-1、タ
ップ密度=0.99g/cm3、BET比表面積=2.
3m2/g、平均粒径=24.6μm、被覆率=4.9
重量%。上記で得られた複層構造炭素材料を使用した以
外は、実施例3と同様にして半電池を作成して、充放電
性を試験した。その結果、電極密度=1.5g/c
3、初回不可逆容量=17mAh/g、0.33A/
cm3放電容量=352mAh/g、2.8mA/cm3
急速放電容量=351mAh/g、5.0mA/cm3
急速放電容量=334mAh/g、と良好な特性を示し
た。
(Example 4) Carbon material for electrode No. prepared in Example 1 11, using Seishin Enterprise Co., Ltd.'s wind power classifier "MC-100" under the conditions of removing 25% by weight of fine powder and 22% by weight of coarse powder, respectively, and the average particle size after classification. Diameter = 20.8 μm, d002 = 0.
336 nm, BET specific surface area = 5.3 m 2 / g, tap density = 0.82 g / cm 3 , Lc> 100 nm, true density = 2.26 g / cm 3 , Raman R value = 0.25, Raman 1580 half width = A carbon material for electrodes having a physical property of 22.0 cm -1 was obtained. Next, an experiment was performed in the same manner as in Example 2 except that this carbon material for electrodes was used to obtain a multilayer carbon material for electrodes having the following physical properties. Raman R value =
0.37, Raman 1580 full width at half maximum = 29.5 cm −1 , tap density = 0.99 g / cm 3 , BET specific surface area = 2.
3 m 2 / g, average particle size = 24.6 μm, coverage = 4.9
weight%. A half cell was prepared in the same manner as in Example 3 except that the multi-layered carbon material obtained above was used, and the charge / discharge property was tested. As a result, electrode density = 1.5 g / c
m 3 , initial irreversible capacity = 17 mAh / g, 0.33 A /
cm 3 Discharge capacity = 352 mAh / g, 2.8 mA / cm 3
Rapid discharge capacity = 351 mAh / g, 5.0 mA / cm 3
Rapid discharge capacity = 334 mAh / g, which was a good characteristic.

【0076】[0076]

【発明の効果】本発明の電極用炭素材料、または、電極
用複層構造炭素材料を用いた電池は、容量(0.33m
A/cm3放電容量)が大きく、初期サイクルに認めら
れる不可逆容量が小さく、サイクルの容量維持率が優れ
ているという特徴を有する。さらに特に急速充放電性、
(5.0mA/cm3急速放電容量)が大きく改良され
る。また、高温下で放置したときの電池の保存性および
信頼性が高く、低温における放電特性も優れている。し
たがって、本発明の電極用炭素材料および複層構造炭素
材料は、リチウム電池をはじめとする電池の製造に有効
に利用することができる。
EFFECT OF THE INVENTION A battery using the carbon material for electrodes of the present invention or the carbon material for multilayer structure for electrodes has a capacity (0.33 m).
A / cm 3 discharge volume) is large, it has the feature that the irreversible capacity observed in the initial cycle is small, is excellent capacity retention rate cycle. More particularly rapid charge and discharge,
(5.0 mA / cm 3 rapid discharge capacity) is greatly improved. In addition, the battery has high storage stability and reliability when left at high temperature, and has excellent discharge characteristics at low temperature. Therefore, the carbon material for electrodes and the carbon material having a multi-layer structure of the present invention can be effectively used for manufacturing batteries such as lithium batteries.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−334915(JP,A) 特開 平11−54123(JP,A) 特開 平11−45715(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/58 H01M 4/02 H01M 10/40 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-10-334915 (JP, A) JP-A-11-54123 (JP, A) JP-A-11-45715 (JP, A) (58) Fields investigated (Int .Cl. 7 , DB name) H01M 4/58 H01M 4/02 H01M 10/40

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 広角X線回折法による(002)面の面
間隔(d002)が0.337nm未満、結晶子サイズ
(Lc)が90nm以上、アルゴンイオンレーザーラマ
ンスペクトルにおける1580cm-1のピーク強度に対
する1360cm-1のピーク強度比であるR値が0.2
0以上、かつタップ密度が0.77g/cm 3 以上であ
ることを特徴とする電極用炭素材料。
1. A wide-angle X-ray diffraction method is used to measure a (002) plane spacing (d002) of less than 0.337 nm, a crystallite size (Lc) of 90 nm or more, and a peak intensity of 1580 cm −1 in an argon ion laser Raman spectrum. The R value, which is the peak intensity ratio at 1360 cm -1 , is 0.2.
A carbon material for an electrode, which has a tap density of 0 or more and 0.77 g / cm 3 or more.
【請求項2】 真密度が2.21g/cm3以上である
ことを特徴とする請求項1に記載の電極用炭素材料。
2. The carbon material for an electrode according to claim 1, which has a true density of 2.21 g / cm 3 or more.
【請求項3】 BET比表面積が18m2/g未満であ
ることを特徴とする請求項1または2に記載の電極用炭
素材料。
3. The carbon material for an electrode according to claim 1, which has a BET specific surface area of less than 18 m 2 / g.
【請求項4】 平均粒径が2〜50μmであることを特
徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の電極用炭素材
料。
4. The carbon material for an electrode according to claim 1, which has an average particle size of 2 to 50 μm.
【請求項5】 アルゴンイオンレーザーラマンスペクト
ルにおける1580cm-1のピークの半値幅が20cm
-1以上であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか
に記載の電極用炭素材料。
5. The full width at half maximum of the peak at 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum is 20 cm.
-1 or more, The carbon material for electrodes according to any one of claims 1 to 4, characterized in that it is -1 or more.
【請求項6】 処理前後の平均粒径比が1以下になるよ
うに粒径を減じ、かつ、処理によりタップ密度を高め、
かつ、アルゴンイオンレーザラマンスペクトルにおけ
る、1580cm-1のピーク強度に対する1360cm
-1のピーク強度比であるR値が処理により1.5倍以上
となるような力学的エネルギー処理を行うことを特徴と
する請求項1〜5のいずれかに記載の電極用炭素材料の
製造方法。
6. The particle size is reduced so that the average particle size ratio before and after the treatment is 1 or less, and the tap density is increased by the treatment.
And, in the argon ion laser Raman spectrum, 1360 cm with respect to the peak intensity of 1580 cm -1.
The carbon material for an electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein the mechanical energy treatment is performed so that the R value, which is the peak intensity ratio of -1 , becomes 1.5 times or more by the treatment. Method.
【請求項7】 力学的エネルギー処理を、ケーシング内
部に多数のブレードを設置したローターを有する装置を
用い、そのローターを高速回転させることにより行うこ
とを特徴とする請求項6に記載の電極用炭素材料の製造
方法。
7. The carbon for an electrode according to claim 6, wherein the mechanical energy treatment is performed by using a device having a rotor having a large number of blades installed inside a casing and rotating the rotor at a high speed. Material manufacturing method.
【請求項8】 請求項1〜5のいずれかに記載の炭素材
料を有機化合物と混合した後、該有機化合物を炭素化す
ることによって製造される電極用複層構造炭素材料。
8. A multilayer carbon material for electrodes, which is produced by mixing the carbon material according to claim 1 with an organic compound and then carbonizing the organic compound.
【請求項9】 波長5145cm-1のアルゴンイオンレ
ーザー光を用いたラマンスペクトル分析において、15
80〜1620cm-1の範囲に現れるピークに対する1
350〜1370cm-1の範囲に現れるピークの比で表
されるR値が0.20以上であり、かつ、タップ密度が
0.85g/cm 3 以上であることを特徴とする請求項
8に記載の電極用複層構造炭素材料。
9. In a Raman spectrum analysis using an argon ion laser beam having a wavelength of 5145 cm −1 , 15
1 for the peak appearing in the range of 80 to 1620 cm -1
The R value represented by the ratio of peaks appearing in the range of 350 to 1370 cm −1 is 0.20 or more, and the tap density is
It is 0.85 g / cm 3 or more , and the multi-layered structure carbon material for electrodes according to claim 8.
【請求項10】 BET比表面積が10m2/g以下で
あり、かつ、体積基準平均粒径が2〜70μmであるこ
とを特徴とする請求項8または9に記載の電極用複層構
造炭素材料。
10. The multi-layered carbon material for electrodes according to claim 8, wherein the BET specific surface area is 10 m 2 / g or less and the volume-based average particle diameter is 2 to 70 μm. .
【請求項11】 請求項1〜5のいずれかに記載の電極
用炭素材料および/または請求項8〜10のいずれかに
記載の電極用複層構造炭素材料を用いた非水系二次電池
用電極。
11. A non-aqueous secondary battery using the carbon material for an electrode according to any one of claims 1 to 5 and / or the carbon material for a multilayer structure for an electrode according to any one of claims 8 to 10. electrode.
【請求項12】 リチウムを吸蔵および放出することが
可能な炭素質材料を含む負極、正極、および溶質と非水
系溶媒とからなる非水系電解液を有する非水系電解液二
次電池において、前記炭素質材料が請求項1〜5のいず
れかに記載の電極用炭素材料または請求項8〜10のい
ずれかに記載の電極用複層構造炭素材料であることを特
徴とする非水系二次電池。
12. A non-aqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode containing a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte containing a solute and a non-aqueous solvent, wherein the carbon is A non-aqueous secondary battery, wherein the quality material is the carbon material for an electrode according to any one of claims 1 to 5 or the carbon material for a multilayer structure for an electrode according to any one of claims 8 to 10.
【請求項13】 前記溶質が、LiClO4、LiP
6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3
22、LiN(CF3CF2SO22、LiN(CF3
SO2)(C49SO2)、LiC(CF3SO23から
なる群から選択される1以上の化合物であることを特徴
とする請求項12に記載の非水系二次電池。
13. The solute is LiClO 4 , LiP
F 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 S
O 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3
The non-aqueous secondary battery according to claim 12, which is one or more compounds selected from the group consisting of SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 ), LiC (CF 3 SO 2 ) 3 .
【請求項14】 非水系溶媒が環状カーボネートと鎖状
カーボネートを含有することを特徴とする請求項12ま
たは13に記載の非水系二次電池。
14. The non-aqueous secondary battery according to claim 12, wherein the non-aqueous solvent contains a cyclic carbonate and a chain carbonate.
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