JP3844931B2 - Negative electrode and secondary battery - Google Patents

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    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は負極及びそれを用いた二次電池に関し、より詳細には、特定量の非晶質炭素被覆膜を有する黒鉛を活物質として有する負極及びそれを構成要素とする二次電池、特にリチウム二次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、カメラ一体型VTR装置、オーディオ機器、携帯型コンピュータ、携帯電話等様々な機器の小型化、軽量化が進んでおり、これら機器の電源としての電池に対する高性能化の要請が高まっている。中でも高電圧、高エネルギー密度の実現が可能なリチウム二次電池の開発が盛んになっている。
リチウム二次電池は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な正極と負極、及び非水電解質を含有する電解質層とからなり、従来、非水電解質として非水系有機物からなる液体が用いられていた。ところが、このような非水系電解液を用いたリチウム二次電池は、リチウムデンドライトの析出による内部短絡からくる発熱、発火など、漏液や発火の危険を有していた。そこで近年では安全性を向上させるために、非水電解液、例えばゲル状ポリマ−に含有させ非流動化させたポリマ−電解質の開発が行われてきた。
【0003】
また、負極材料としては、最初に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デンドライト状のリチウムが析出してセパレータを貫通して、正極にまで達し、短絡して発火事故を起こす可能性があることが判明した。そのため、現在では、充放電過程における非水溶媒の出入りを層間で行ない、リチウム金属の析出を防止できる炭素材料を負極材料として使用することが注目されている。
【0004】
この炭素材料としては、特開昭57−208079号公報に、黒鉛材料を使用することが提案されている。特に、結晶性のよい黒鉛をリチウム二次電池用の炭素負極材料として用いると、黒鉛のリチウム吸蔵の理論容量である372 mAh/gに近い容量が得られ、材料として好ましいことは知られていた。しかし、黒鉛材料は、電解液に対し活性であるため、初回の充放電時に、皮膜形成や副反応による数十mAh/g以上の不可逆容量を示すのが一般的であった。
特開平5−299074号公報には炭素材料に無機酸、または加温した水酸化ナトリウムで化学的前処理を施した後、800℃以上の温度で真空加熱処理を施す事で充放電サイクル効率を向上させることが可能である事が開示されている。また、特開平6−20690号公報には薬液酸化、電解酸化、または気相酸化により表面を酸化しつつ非晶質化した炭素質材料を作り、負極容量の増加を計る方法が開示されており、更に、特開平6−44959号公報には炭素質材料に酸を添加し、加熱して黒鉛の理論容量に近い容量(370mAh/g)を得る方法が開示されている。
【0005】
しかしながら、黒鉛はリチウムイオンの黒鉛結晶中へのインターカレーションを充放電の原理として使用するため、常温、常圧下では最大リチウム導入化合物のLiC6 から算出される372mAh/g以上の容量が得られないという問題がある。従って、何れの方法によっても黒鉛の理論容量である372mAh/gを超える容量は得られていない。しかも、電解液との黒鉛材料の濡れ性の低さは、充放電初期のリチウム脱ドープ容量が、本来黒鉛材料が発現できるはずの350mAh/g以上の容量よりも低くなるという問題を持っていた。
【0006】
特開平7−022037号公報などには、黒鉛性炭素質物の表面を炭素化可能な有機物で被覆、焼成した炭素質物が開示されているが、この材料は、充放電時の電位が、黒鉛のそれと同様にリチウム金属の酸化還元電位に近く、しかも黒鉛性炭素質物より高容量を得られるという利点があるものの、やはり黒鉛の理論容量である372mAh/gを超える容量は得られていない。
さらに、高容量で耐レート特性に優れた電極材料として、特開平10−284080号公報等には、黒鉛性炭素質物の表面を炭素化可能な有機物で被覆し、焼成し、粉砕した後、酸性又はアルカリ性溶液で処理した炭素質物が開示されている。しかしながら、該炭素物質を活物質として含む負極は、充電時にガス発生が起こるという問題を有していた。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、黒鉛性炭素質材料からなる高容量で、しかも充電時のガス発生が抑制された負極及びそれを用いた二次電池を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明者は上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、所定の方法で調製され、特定被覆膜で特定量被覆した黒鉛を負極活物質として用いることによりかかる課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。即ち本発明の要旨は、非晶質炭素被覆膜を有する非晶質炭素被覆黒鉛を活物質として含有する負極であって、該非晶質炭素被覆黒鉛は、平均粒径4〜40μmで、比表面積(BET法)0.1〜20m 2 /gの黒鉛と被覆膜用熱可塑性樹脂とを乾式混合した後に形成される当該被覆膜用熱可塑性樹脂による被覆膜を経て得られる非晶質炭素被覆黒鉛であり、且つ該非晶質炭素被覆黒鉛を熱重量測定(TG)において、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、第一段目の重量減少の開始温度が350〜600℃であり、該第一段目の重量減少量が昇温前の重量の3〜20%であることを特徴とする負極に存し、他の要旨は、該負極と、非流動性電解質層とを具備してなる二次電池に存する。
【0009】
本発明の好ましい実施形態としては、非晶質炭素被覆膜用熱可塑性樹脂が、200℃にて溶融状態になる熱可塑性樹脂であること、非晶質炭素被覆膜用熱可塑性樹脂が、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドンであることが挙げられる。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明における負極の活物質である非晶質炭素被覆黒鉛は、熱重量分析(TG)において、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、第一段目の重量減少の開始温度が350〜600℃であり、該第一段目の重量減少量が昇温前の重量の3〜20%であることを必須とする。黒鉛は比較的耐酸化性が高く、TGにおいては600℃以下では重量減少を生じない。従って、非晶質炭素被覆黒鉛の第一段目の重量減少は、非晶質炭素被覆膜部分の重量減少を示しており、且つ350〜600℃で重量減少が生じ初めるということが、非晶質炭素被覆膜の特性を示しているのである。なお、本発明における重量減少量が3〜20%というのは、昇温前の非晶質炭素被覆黒鉛の重量に対する重量減少量であり、下記式にて求められる。
【0011】
【数1】
重量減少量(%)=[(a−b)/a]×100
a:昇温前の非晶質炭素被覆黒鉛の重量
b:第一段目の重量減少後の非晶質炭素被覆黒鉛の重量
【0012】
非晶質炭素被覆黒鉛の、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際の第一段の重量減少量は、上記の如く通常3〜20%であるが、好ましくは昇温前の重量の3〜15%である。重量減少が少なすぎると初期充電時のガス発生抑制効果が発現せず、多すぎると放電時の電圧降下が大きく容量が小さくなってしまうので好ましくない。
【0013】
本発明における第一段目の重量減少の開始温度とは、200〜350℃におけるTG曲線をベースにした直線近似の線からTG曲線が離れ始めるところ(図1のA)の温度を指す。また、本発明における第一段目の重量減少量とは、前記の第一段目の重量減少の開始温度から第一段目の重量減少の終点温度まで昇温した間の重量減少量を指す。なお、第一段目の重量減少の終点温度とは、TG曲線の一次微分(DTG)が極小となるところ(図1のB)の温度である。
【0014】
本発明における非晶質炭素被覆黒鉛とは、上記特性の非晶質炭素被覆膜を有する黒鉛であるが、この非晶質炭素被覆黒鉛における黒鉛としては、それらの黒鉛の性状が分かっている場合は、高結晶性の天然黒鉛、高結晶性の人造黒鉛、又は天然黒鉛や人造黒鉛の再熱処理品、膨張黒鉛の再熱処理品、或いはこれらの黒鉛の高純度精製品が好ましい。
【0015】
黒鉛の種類としては、下記(1)〜(4)に例示するものが挙げられ、これらの中から選択可能であり、これらの中、特に好ましくはグラファイトである。
(1)高結晶性の天然黒鉛や人造黒鉛、
(2)天然黒鉛、人造黒鉛、或いは膨張黒鉛の2000℃以上での再熱処理品、
(3)黒鉛化可能な有機物原料の黒鉛化により得る上記(1)、(2)と同等の性能を持つ黒鉛であり、例えば、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサイルファイド、ポリフェニレンオキシド、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、イミド樹脂から選ばれる1 種以上の有機物を2500℃以上3200℃以下の焼成温度で黒鉛化したもの、
【0016】
(4)上記(3)の黒鉛化可能な有機物を、リチウム、ベリリウム、ホウ素、マグネシウム、アルミニウム、珪素、カリウム、カルシウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、銅、亜鉛、ニッケル、白金、パラジウム、コバルト、ルテニウム、錫、鉛、鉄、ゲルマニウム、ジルコニウム、モリブデン、銀、バリウム、タンタル、タングステン及びレニウムから選ばれる少なくとも一種以上の粉体或いは薄膜などの触媒存在下で、400 ℃以上2500℃以下、より好ましくは1000℃以上2000℃以下で焼成することで黒鉛化したもの。
【0017】
黒鉛の平均粒径は、通常4μm以上、好ましくは10μm以上であり、通常40μm以下、好ましくは30μm以下である。粒径が小さすぎると塗膜の充填密度を上げにくく、大きすぎると電極の表面性が低下しセパレ−タ−との接着性が低下する。
黒鉛の比表面積は、BET法の比表面積で、通常0.1m2/g以上、好ましくは1m2/g以上であり、通常20m2/g以下、好ましくは10m2/g以下である。比表面積が小さすぎると急速充放電特性が低下し、大きすぎると塗膜の強度が低下し安全性も低下する。
【0018】
本発明における非晶質炭素被覆黒鉛の「非晶質の炭素被覆膜」は、具体的には熱可塑性樹脂を焼成してなる被覆膜が挙げられる。被覆膜を形成するための熱可塑性樹脂としては200℃にて溶融状態になる樹脂が好ましく、より具体的にはポリ塩化ビニル(PVC)、ポリ塩化ビニリデン(PVDC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリエチレン(PE)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリビニルピロリドン(PVP)が挙げられ、特に好ましくはポリ塩化ビニル(PVC)、ポリビニルアルコール(PVA)、ポリビニルピロリドン(PVP)である。
【0019】
本発明における非晶質炭素被覆黒鉛は、例えば、上記の黒鉛と上記の熱可塑性樹脂を混合し、焼成することにより得られる。
黒鉛と熱可塑性樹脂の混合割合は、黒鉛100重量部に対し、熱可塑性樹脂を通常10重量部以上、好ましくは20重量部以上、より好ましくは40重量部以上であり、通常150重量部以下、好ましくは80重量部以下、より好ましくは60重量部以下である。熱可塑性樹脂が少なすぎるとガス発生抑制効果が低下し、多すぎると放電時の電圧降下及び容量低下がある。
黒鉛と熱可塑性樹脂との混合は、乾式にて、V型混合機等、公知の混合装置を用いればよく、より精密な混合を行うという観点から、せん断力を付与できるボールミルやハンマーミル等の装置を用いるのが好ましい。
なお、黒鉛のまわりに熱可塑性樹脂が均一に行き渡るように、黒鉛と熱可塑性樹脂を混合する際に、180〜220℃に加熱し、樹脂を溶融することが好ましい。
【0020】
混合後の焼成は、通常、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気において行う。焼成の温度は、炭素化が完了する温度以上であればよく、通常700℃以上、好ましくは750℃以上であり、好ましくは1100℃以下、より好ましくは1000℃以下、特に好ましくは950℃以下である。温度が低すぎると炭素化が不十分で、電極活物質としての充分な性能が得られない。また、温度が高すぎると黒鉛の結晶性が高くなりすぎる場合がある。結晶性が高すぎると、ガスが発生する場合がある。なお、昇温速度は特に限定はないが、通常10〜500℃/h、好ましくは20〜100℃/hである。
【0021】
焼成により得られた非晶質炭素被覆黒鉛は、例えば、バインダーとともに該バインダーを溶解しうる溶剤を用いて分散塗料化し、その塗料を集電体上に塗布、乾燥することにより負極を製造できる。
本発明におけるバインダーとしては、電解液等に対して安定である必要があり、耐候性、耐薬品性、耐熱性、難燃性等の観点から各種の材料が使用される。具体的には、シリケート、ガラスのような無機化合物や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−1,1−ジメチルエチレンなどのアルカン系ポリマー;ポリブタジエン、ポリイソプレンなどの不飽和系ポリマー;ポリスチレン、ポリメチルスチレン、ポリビニルピリジン、ポリ−N−ビニルピロリドンなどのポリマー鎖中に環構造を有するポリマーが挙げられる。
【0022】
他の具体例としては、ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、ポリアクリルアミドなどのアクリル誘導体系ポリマー;ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系樹脂;ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンシアニドなどのCN基含有ポリマー;ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコールなどのポリビニルアルコール系ポリマー;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデンなどのハロゲン含有ポリマー;ポリアニリンなどの導電性ポリマーなどが使用できる。
【0023】
また上記のポリマーなどの混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体などであっても使用できる。これらの樹脂の重量平均分子量は、通常10,000〜3,000,000、好ましくは100,000〜1,000,000程度である。低すぎると塗膜の強度が低下する傾向にある。一方高すぎると粘度が高くなり電極の形成が困難になることがある。好ましいバインダー樹脂としては、フッ素系樹脂、CN基含有ポリマーが挙げられ、より好ましくはポリフッ化ビニリデンである。
【0024】
バインダーの使用量は、非晶質炭素被覆黒鉛100重量部に対して、通常0.1重量部以上、好ましくは1重量部以上であり、また通常30重量部以下、好ましくは20重量部以下である。バインダーの量が少なすぎると電極の強度が低下する傾向にあり、バインダーの量が多すぎるとイオン伝導度が低下する傾向にある。
本発明における溶剤としては、用いるバインダーを溶解しうるものを適宜選択すればよく、例えばN−メチルピロリドンや、ジメチルホルムアミドを挙げることができ、好ましくはN−メチルピロリドンである。塗料中の溶剤濃度は、少なくとも10重量%であり、通常20重量%以上、好ましくは30重量%以上、さらに好ましくは35重量%以上である。また、上限としては、通常90重量%以下、好ましくは80重量%以下である。溶剤濃度が低すぎると塗布が困難になることがあり、高すぎると塗布膜厚を上げることが困難になると共に塗料の安定性が悪化することがある。
【0025】
分散塗料化には通常用いられる分散機が使用でき、ボールミル、サンドミル、二軸混練機などが使用できる。
集電体上に塗料を塗布する塗布装置に関しては特に限定されず、スライドコーティングやエクストルージョン型のダイコーティング、リバースロール、グラビアコーター、ナイフコーター、キスコーター、マイクログラビアコーター、ロッドコーター、ブレードコーターなどが挙げられるが、塗料粘度および塗布膜厚等を考慮するとエクストルージョン方式が最も好ましい。
上記塗料を集電体上に塗布した後、塗膜を乾燥、例えば120℃で10分間乾燥させた。乾燥温度が低いとバインダ−の結晶化が起こりにくく塗膜強度が低下する。また時間が短く乾燥が不十分だと残存溶媒が電池特性に悪影響を与える。逆に温度が高い又は乾燥時間が長すぎると集電体が酸化され電池特性を劣化させる。
【0026】
電極中には、電極の導電性や機械的強度を向上させるため、導電性材料、補強材など各種の機能を発現する添加剤、粉体、充填材などを含有させても良い。導電性材料としては、上記非晶質炭素被覆黒鉛に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限は無いが、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉末や、各種の金属のファイバー、箔などが挙げられる。炭素粉末導電性材料のDBP吸油量は120cc/100g以上が好ましく、特に150cc/100g以上が電解液を保持するという理由から好ましい。添加剤としては、トリフルオロプロピレンカーボネート、1,6−ジオキサスピロ[4,4]ノナン−2,7−ジオン、12−クラウン−4−エーテル、ビニレンカーボネート、カテコールカーボネートなどが電池の安定性、寿命を高めるために使用することができる。補強材としては各種の無機、有機の球状、繊維状フィラーなどが使用できる。
【0027】
負極の厚さは、一般的に0.05〜200μm程度である。この範囲の中でも、通常10μm以上、好ましくは20μm以上であり、通常200μm以下、好ましくは150μm以下である。薄すぎると電池の容量が小さくなりすぎることがある。一方、あまりに厚すぎるとレート特性が低下しすぎることがある。なお、上記における負極とは、活物質(非晶質炭素被覆黒鉛)を含む層を意味し、集電体は含まない。
【0028】
本発明における集電体としては、電気化学的に溶出等の問題が生じず、電池の集電体として機能しうる各種のものを使用でき、通常は金属や合金が用いられる。例えば、負極の集電体としては、銅箔を用いる場合が多い。
これら集電体の表面を予め粗面化処理しておくことは、電極材料層との結着効果を向上させることができるので好ましい方法である。表面の粗面化方法としては、ブラスト処理や粗面ロールにより圧延するなどの方法、研磨剤粒子を固着した研磨布紙、砥石、エメリバフ、鋼線などを備えたワイヤ−ブラシなどで集電体表面を研磨する機械的研磨法、電解研磨法、化学研磨法などが挙げられる。
【0029】
また、二次電池の重量を低減させる、すなわち重量エネルギー密度を向上させるために、エキスパンドメタルやパンチングメタルのような穴あきタイプの基材を使用することもできる。この場合、その開口率を変更することで重量も自在に変更可能となる。また、このような穴あけタイプの基材の両面に接触層を形成した場合、この穴を通しての塗膜のリベット効果により塗膜の剥離がさらに起こりにくくなる傾向にあるが、開口率があまりに高くなった場合には、塗膜と基材との接触面積が小さくなるため、かえって接着強度は低くなることがある。
集電体の厚さは、通常1μm以上、好ましくは5μm以上であり、通常100μm以下、好ましくは50以下である。あまりに厚すぎると、電池全体の容量が低下しすぎることになり、逆に薄すぎると取り扱いが困難になることがある。
【0030】
集電体上にアンダーコートプライマー層を形成することもできる。プライマー層の機能は、集電体に対する負極の接着性を向上させることであり、プライマー層を設けない場合に比べ、接着性向上による電池内部抵抗の低減、充放電サイクル試験過程における基材からの塗膜脱離による急速な容量低下を防ぐものである。アンダーコートプライマー層は、例えば、導電性材料とバインダーと溶剤を含むアンダーコートプライマー材料塗料を集電体上に塗布した後、これを乾燥することによって形成することができる。
アンダーコートプライマー層に使用する導電性材料としては、カーボンブラック、グラファイト等の炭素材料、金属粉体、導電性の有機共役系樹脂等を挙げることができる。
【0031】
アンダーコートプライマー層に使用するバインダーや溶剤は、前記電極材料の塗料に使用するバインダーや溶剤と同様のものを使用することができる。また、ポリアニリン、ポリピロール、ポリアセン、ジスルフィド系化合物、ポリスルフィド系化合物等の導電性樹脂は、前記導電性材料とバインダーとの両方の機能を兼ね備えることが可能なので、これを導電性材料とバインダーの両者を兼ねてアンダーコートプライマー層に用いることができる。無論、アンダーコートプライマー層に使用するバインダーや溶剤は、電極材料の塗料に使用するものと同一であってもよく、異なっていてもよい。
【0032】
導電性材料とバインダーとをそれぞれ用いた場合、導電性材料に対するバインダーの割合は、通常1重量%以上、好ましくは5重量%以上であり、また通常300重量%以下、好ましくは100重量%以下である。その割合があまりに低すぎると、電池使用時、工程上での剥離などが生じやすく、他方あまりに高すぎると伝導度が低下して電池特性が低下することがある。
アンダーコートプライマー層の厚さは、一般的に0.05〜200μm程度である。この範囲の中でも、通常0.05μm以上、好ましくは0.1μm以上であり、通常10μm以下、好ましくは1μm以下である。薄すぎると均一性が確保しにくくなり、あまりに厚すぎると電池の体積容量が低下しすぎることがある。
本発明の負極はガス発生が抑制されているので、非流動性電解質層を具備してなる二次電池の負極として好ましい。
【0033】
本発明における二次電池の電解質層は、ポリマーに電解質が保持されてなる非流動性電解質からなり、好ましくはゲル状ポリマー電解質である。
ゲル状ポリマ−電解質としては、最初からポリマーを電解液に溶解させた電解質塗料を用いる方法、またはモノマー含有電解質塗料を調整してから、モノマーを架橋反応させて非流動化電解質とする方法など必要に応じた材料・製法を採用することができる。
含有させる電解液は非水電解液が好適であり、これは非水溶媒にリチウム塩である支持電解質を溶解させたものを用いるのが一般的である。電解液としては、電解質として後記の正極活物質及び上記の負極活物質に対して安定であり、かつリチウムイオンが正極活物質あるいは負極活物質と電気化学反応をするための移動を行い得る非水物質であるものを使用することができる。
【0034】
支持電解質としてのリチウム塩としては、LiPF6、LiAsF6、LiSbF6、LiBF4、LiClO4、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl、LiHF2、LiSCN、LiSO3CF2 等を挙げることができる。これらのうちでは特にLiPF6及びLiClO4が好適である。これら支持電解質の電解液における含有量は、一般的に0.5〜2.5mol/lである。
【0035】
電解液に用いられる溶媒の種類は特に限定されないが、比較的高誘電率の溶媒が好適に用いられる。具体的にはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の非環状カーボネート類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジメトキシエタン等のグライム類、γ−ブチルラクトン等のラクトン類、スルフォラン等の硫黄化合物、アセトニトリル等のニトリル類等1種又は2種以上の混合物を挙げることができる。これらのうちでは、特にエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の非環状カーボネート類から選ばれた1種又は2種以上の混合溶液が好適であり、特に好ましくはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等の環状カーボネートである。
【0036】
非流動化電解質を、モノマー含有電解質塗料を調整してからモノマーを架橋反応させて非流動化電解質とする方法により得る場合は、紫外線硬化や熱硬化などの重合処理を施すことによって高分子を形成するモノマーを予め電解液に添加して塗料を生成し、次いで非流動化処理を施す。
重合性モノマーとしては、例えばアクリロイル基、メタクリロイル基、ビニル基、アリル基等の不飽和二重結合を有するものが挙げられる。例えばアクリル酸、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、エトキシエチルアクリレート、メトキシエチルアクリレート、エトキシエトキシエチルアクリレート、ポリエチレングリコールモノアクリレート、エトキシエチルメタクリレート、メトキシエチルメタクリレート、エトキシエトキシエチルメタクリレート、ポリエチレングリコールモノメタクリレート、N、N−ジエチルアミノエチルアクリレート、N、N−ジメチルアミノエチルアクリレート、グリシジルアクリレート、アリルアクリレートが挙げられる。
【0037】
他の使用可能な具体例としては、アクリロニトリル、N−ビニルピロリドン、ジエチレングリコールジアクリレート、トリエチレングリコールジアクリレート、テトラエチレングリコールジアクリレート、ポリエチレングリコールジアクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、トリエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、ポリエチレングリコールジメタクリレート、ポリアルキレングリコールジアクリレート、ポリアルキレングリコールジメタクリレート等が挙げられ、さらにトリメチロールプロパンアルコキシレートトリアクリレート、ペンタエリスリトールアルコキシレートトリアクリレートなどの3官能モノマー、ペンタエリスリトールアルコキシレートテトラアクリレート、ジトリメチロールプロパンアルコキシレートテトラアクリレートなどの4官能以上のモノマー等も使用できる。これらの中から反応性、極性、安全性などから好ましいものを単独、または組み合わせて用いれば良い。これらの中で特に好ましくはエチレノキシド基を複数含有するジアクリレート、トリアクリレートである。
【0038】
これらのモノマーを熱、紫外線、電子線等によって重合させ、電解質塗料を非流動性化させることができる。この場合反応を効果的に進行させるため、電解液に重合開始剤を入れておくこともできる。重合開始剤としては、ベンゾイン、ベンジル、アセトフェノン、ベンゾフェノン、ミヒラーケトン、ビアセチル、ベンゾイルパーオキザイド等が使用でき、更に、t−ブチルパーオキシネオデカノエート、α−クミルパーオキシネオデカノエート、t−ヘキシルパーオキシネオデカノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオデカノエート、t−アミルパーオキシネオデカノエート等のパーオキシネオデカノエート類、t−ブチルパーオキシネオヘプタノエート、α−クミルパーオキシネオヘプタノエート、t−ヘキシルパーオキシネオヘプタノエート、1−シクロヘキシル−1−メチルエチルパーオキシネオヘプタノエート、t−アミルパーオキシヘプタノエート等のパーオキシネオヘプタノエート類等も使用できる。好ましくは過酸化系の重合開始剤である。
【0039】
また、ポリエステル、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリイミド等の重縮合によって生成される高分子、ポリウレタン、ポリウレア等の重付加によって生成される高分子を生成するモノマーを、重合性モノマーとして使用することもできる。
モノマーの含有量は特に制限されないが、好ましくは電解質塗料中に1%以上含有することが好ましい。含有量が低いと高分子の形成効率が低下し、電解液を非流動化しにくくなる。
【0040】
非流動性電解質を、最初からポリマーを含有した電解質塗料を用いて生成する方法においては、高温で電解液に溶解し、常温でゲル状電解質を形成する高分子を使用するのが好ましい。かかる特性を持つ高分子であり、電池材料として安定なものであればどのようなものであっても使用できるが、例えばポリビニルピリジン、ポリ−N−ビニルピロリドン等の環を有するポリマー;ポリメタクリル酸メチル、ポリメタクリル酸エチル、ポリメタクリル酸ブチル、ポリアクリル酸メチル、ポリアクリル酸エチル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸ポリアクリルアミドなどのアクリル誘導体系ポリマー;ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂;ポリアクリロニトリル、ポリビニリデンシアニド等のCN基含有ポリマー;ポリ酢酸ビニル、ポリビニルアルコール等のポリビニルアルコール系ポリマー;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン等のハロゲン含有ポリマー等が挙げられる。これらの中、好ましくはポリメタクリル酸メチル、ポリアクリロニトリル、ポリエチレノキシド、あるいはそれらの変性体である。
【0041】
また上記のポリマー等の混合物、変成体、誘導体、ランダム共重合体、交互共重合体、グラフト共重合体、ブロック共重合体等であっても使用できる。後述するようにリチウム電池に使用される電解液、電解質が極性を有するものであるから、高分子も有る程度の極性を有する方が好ましい。これらの高分子の重量平均分子量は、好ましくは10,000〜5,000,000の範囲である。分子量が低いとゲルを形成しにくくなる。分子量が高いと粘度が高くなりすぎて取り扱いが難しくなる。高分子の電解液に対する濃度は、分子量に応じて変えることが望ましく、好ましくは0.1%から30%である。濃度が0.1%以下ではゲルを形成しにくくなり、電解液の保持性が低下して流動、液漏れの問題が生じる。濃度が30%以上になると粘度が高くなりすぎて工程上困難を生じるとともに、電解液の割合が低下してイオン伝導度が低下しレート特性などの電池特性が低下する。
【0042】
なお、電解質層は例えば多孔質フィルムのような支持体を併用するのが好ましい。多孔質フィルムとしては、高分子からなるフィルムや、粉体とバインダーからなる薄膜が好ましく使用でき、より好ましくはポリエチレン、ポリプロピレン等からなる多孔質膜である。集電体上にバインダーによって活物質が結着されている多孔質フィルム上に、所定の処理によって非流動化する上記の電解質塗料を電極上に塗布し、多孔質フィルム中の空隙に含浸させた後、非流動化処理を実施することにより電解質を非流動化させ、電解質層を形成することができる。
【0043】
電解質の非流動化処理としては、モノマー含有電解質塗料を調整してから架橋反応させて非流動化電解質とする方法においては、熱硬化による重合処理によって高分子を形成し電解質を非流動化することが好ましい。熱硬化をおこなう温度は、用いられる重合開始剤等によって変更しうるものであるが、特に制限はなく工程上問題のない速度で速やかに非流動化処理が完了する条件であればよい。好ましくは室温で安定に保存が可能で、50〜150℃に加熱することにより重合が進行することが好ましい。一方、高温で電解液に溶解し、常温でゲル状電解質を形成する高分子を使用した非流動化電解質の形成法としては、高分子を電解質に加温して溶解する。加温温度としては50〜200℃、好ましくは、100〜160℃である。あまりにも低温で溶解するようであると、非流動化電解質の安定性が低下する。溶解温度が高すぎると、電解質、高分子の分解を引き起こすことがあり得る。非流動化の条件としては、室温で冷却することが好ましい。また強制冷却してもよい。
【0044】
正極としては、例えばリチウム化合物を活物質とする正極が挙げられる。リチウム化合物としては、リチウムと遷移金属との複合酸化物が挙げられ、具体的には、LiNiO2、LiNiCoO2等のリチウムニッケル複合酸化物、LiCoO2等のリチウムコバルト複合酸化物が挙げられる。より好ましくはリチウムコバルト複合酸化物であり、特に好ましくはLiCoO2である。活物質が粒状の場合の粒径は、レ−ト特性、サイクル特性等の電池特性が優れる点で通常1〜30μm、好ましくは1〜10μm程度である。正極はこれら正極活物質を上記負極の製造方法と同様にして製造することができる。
【0045】
これらの正極、負極、電解質層は、平板状に形成される。必要なサイズへの裁断、平板状への形成、正極、負極、電解質層の積層は工程上任意の場所でおこなうことができる。
平板状に形成された正極、電解質層、負極からなる単位電池素子を必要ならば複数積層して、形状可変性を有するフィルムからなるケースに密着収納することによって薄型電池が実現できる。形状可変性を有するフィルムからなるケースとしては、例えば高分子フィルムからなる、軽量で薄いラミネートフィルムがあげられる。ラミネートフィルムとしては金属箔と高分子フィルムのラミネート素材からなるフィルムが好適に使用できる。収納に際しては真空封入をすることが好ましい。むろん電池の機器への装着等の利便を図るため、ケースに電池を封入した後、必要ならば複数のケースを、剛性を持つ外装ケースに収納することも可能である。
【0046】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はその要旨を越えない限りこれら実施例により何等制限されるものではない。
なお、以下の実施例におけるT測定条件は次の通りである。
[TG測定条件]
測定環境:200ml/分の空気気流中
昇温速度:20℃/分
試料容器:直径4mm、高さ5mmの石英製試料容器
【0047】
実施例1
黒鉛粉末(平均粒径15μm、比表面積5m2/g)100重量部に対し、粉末状のポリ塩化ビニル50重量部をAl23製のボールミルを用いて室温にて30分間乾式混合し、電気炉に移し、窒素雰囲気下、200℃まで1時間かけて昇温し、続いて900℃まで300℃/hで昇温し、900℃にて1時間保持し、非晶質炭素被覆黒鉛を得た。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛2.5mgを上記TG測定条件にて測定を行ったところ、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、第一段目の重量減少の開始温度は520℃であり、第一段目の重量減少量は9%であった。TGの測定結果を図1に示す。
【0048】
上記の得られた非晶質炭素被覆黒鉛100重量部(非晶質炭素被覆黒鉛は、焼成後粉砕することなく用いた)に対して、ポリフッ化ビニリデン(バインダー)10重量部、N−メチル−2−ピロリドン(溶剤)100重量部を調合し、混練機により2時間混練し負極用分散塗料とした。
負極用分散塗料を、20μm厚の銅集電体基材上にエクストルージョン型のダイコーティングによって塗布し、120℃にて10分間乾燥し、負極を作製した。
【0049】
実施例2
ポリ塩化ビニルの配合量を、黒鉛粉末100重量部に対して100重量部とした以外は実施例1と同様にして非晶質炭素被覆黒鉛を作製した。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛5.1mgを上記TG測定条件にて測定を行ったところ、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、第一段目の重量減少の開始温度は505℃であり、第一段目の重量減少量は16%であった。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛を用い、実施例1と同様にして負極を製造した。
【0050】
実施例3
ポリ塩化ビニルのかわりにポリビニルアルコールを用いた以外は実施例1と同様にして非晶質炭素被覆黒鉛を作製した。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛4.0mgを上記TG測定条件にて測定を行ったところ、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、第一段目の重量減少の開始温度は420℃であり、第一段目の重量減少量は6%であった。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛を用い、実施例1と同様にして負極を製造した。
【0051】
実施例4
ポリ塩化ビニルのかわりにポリビニルアルコールを用い、ポリビニルアルコールの配合量を、黒鉛粉末100重量部に対して100重量部とした以外は実施例1と同様にして非晶質炭素被覆黒鉛を作製した。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛3.6mgを上記TG測定条件にて測定を行ったところ、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、第一段目の重量減少の開始温度は410℃であり、第一段目の重量減少量は13%であった。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛を用い、実施例1と同様にして負極を製造した。
【0052】
実施例5
ポリ塩化ビニルのかわりにポリビニルピロリドンを用いた以外は実施例1と同様にして非晶質炭素被覆黒鉛を作製した。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛2.6mgを上記TG測定条件にて測定を行ったところ、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、第一段目の重量減少の開始温度は540℃であり、第一段目の重量減少量は7%であった。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛を用い、実施例1と同様にして負極を製造した。
【0053】
比較例1
ポリ塩化ビニルを配合しなかった以外は実施例1と同様にして黒鉛を作製した(非晶質炭素被覆膜なし)。得られた黒鉛2.9mgを上記TG測定条件にて測定を行ったところ、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、350〜600℃では第一段目の重量減少は現れなかった。TGの測定結果を図2に示す。
得られた黒鉛を用い、実施例1と同様にして負極を製造した。
【0054】
比較例2
ポリ塩化ビニルの配合量を、黒鉛粉末100重量部に対して5重量部とした以外は実施例1と同様にして非晶質炭素被覆黒鉛を作製した。得られた非晶質炭素被覆黒鉛2.5mgを上記TG測定条件にて測定を行ったところ、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、第一段目の重量減少の開始温度は520℃であり、第一段目の重量減少量は1%であった。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛を用い、実施例1と同様にして負極を製造した。
【0055】
比較例3
ポリ塩化ビニルの配合量を、黒鉛粉末100重量部に対して160重量部とした以外は実施例1と同様にして非晶質炭素被覆黒鉛を作製した。得られた非晶質炭素被覆黒鉛3.2mgを上記TG測定条件にて測定を行ったところ、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、第一段目の重量減少の開始温度は520℃であり、第一段目の重量減少量は40%であった。
得られた非晶質炭素被覆黒鉛を用い、実施例1と同様にして負極を製造した。
【0056】
実施例6
最初に以下の各塗料を調整した。

Figure 0003844931
上記の全ての原料について、混練機により2時間混練し正極用ペーストとした。
【0057】
Figure 0003844931
上記組成全部を混合攪拌溶解し、電解質塗料とした。
【0058】
[正極の作成」
上記の正極塗料を20μm厚のアルミニウム集電体基材上に、エクストルージョン型のダイコーティングによって塗布、乾燥し、活物質がバインダーによって集電体上に結着された膜を作成した。
次いで、ロールプレス(カレンダー)を用いて、線圧100kgf/cmの条件で圧密することによって正極を作製した。
【0059】
[電池の作成]
上記正極ならびに実施例1〜5および比較例1〜3で製造した各負極に電解質塗料を塗布し、別に電解質塗料に浸した電極よりやや面積の広い高分子多孔質フィルムを間に挟んで積層し、電解質塗料を添加して挟んだ状態で90℃にて10分加熱することにより電解質を非流動化して、正極、負極を有し、非流動化された電解質成分を有する平板状の単位電池素子を形成した。その後単位電池素子に電流を取り出すタブを接続し、アルミニウム膜と高分子フィルムからなるラミネートフィルムを対向成形した袋状ケースに真空シールして収納することによって平板状電池とした。
【0060】
得られた平板状電池を0.5mA/cm2で4.2Vまで充電し、目視にてガス発生の有無を確認した。ガス発生がある場合は、ケースに膨らみが生じる。
【0061】
【表1】
Figure 0003844931
【0062】
【発明の効果】
本発明によれば、高容量で、充電時のガス発生が抑制された二次電池用、特にリチウム二次電池用の炭素質負極、並びにこの負極を用いた二次電池を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、実施例1で製造した非晶質炭素被覆黒鉛についてのTG測定結果を示すサーモグラムである。
【図2】図2は、比較例1で製造した黒鉛についてのTG測定結果を示すサーモグラムである。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a negative electrode and a secondary battery using the same, and more specifically, a negative electrode having graphite having a specific amount of an amorphous carbon coating film as an active material, and a secondary battery including the negative electrode, in particular, The present invention relates to a lithium secondary battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various devices such as a camera-integrated VTR device, an audio device, a portable computer, a mobile phone, and the like have been reduced in size and weight, and a demand for higher performance of a battery as a power source of these devices is increasing. In particular, lithium secondary batteries capable of realizing high voltage and high energy density are actively developed.
A lithium secondary battery includes a positive electrode and a negative electrode capable of occluding and releasing lithium ions, and an electrolyte layer containing a non-aqueous electrolyte. Conventionally, a liquid made of a non-aqueous organic material has been used as the non-aqueous electrolyte. However, a lithium secondary battery using such a non-aqueous electrolyte has a risk of leakage and ignition such as heat generation and ignition due to an internal short circuit due to deposition of lithium dendrite. Therefore, in recent years, in order to improve safety, a polymer electrolyte that has been contained in a non-aqueous electrolyte, for example, a gel polymer, and has been made non-fluid has been developed.
[0003]
In addition, it was first attempted to use lithium metal as the negative electrode material, but during repeated charging and discharging, dendritic lithium precipitated and penetrated the separator to reach the positive electrode, causing a short circuit and a fire accident. It was found that there is a possibility of causing. Therefore, at present, attention is focused on the use of a carbon material capable of preventing the deposition of lithium metal by allowing the nonaqueous solvent to enter and exit between the layers during the charge / discharge process.
[0004]
As this carbon material, Japanese Patent Application Laid-Open No. 57-208079 proposes to use a graphite material. In particular, when graphite having good crystallinity was used as a carbon anode material for a lithium secondary battery, it was known that a capacity close to 372 mAh / g, which is the theoretical capacity of lithium storage of graphite, was obtained, which is preferable as a material. . However, since the graphite material is active with respect to the electrolytic solution, it generally has an irreversible capacity of several tens of mAh / g or more due to film formation or side reaction during the first charge / discharge.
In JP-A-5-299074, a carbon material is subjected to a chemical pretreatment with an inorganic acid or warmed sodium hydroxide, and then subjected to a vacuum heat treatment at a temperature of 800 ° C. or higher to improve the charge / discharge cycle efficiency. It is disclosed that it is possible to improve. Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-20690 discloses a method of measuring the increase in negative electrode capacity by making an amorphous carbonaceous material while oxidizing the surface by chemical oxidation, electrolytic oxidation, or vapor phase oxidation. Furthermore, JP-A-6-44959 discloses a method of adding an acid to a carbonaceous material and heating it to obtain a capacity (370 mAh / g) close to the theoretical capacity of graphite.
[0005]
However, since graphite uses intercalation of lithium ions into graphite crystals as the principle of charge and discharge, LiC, the largest lithium-introduced compound, is used at room temperature and normal pressure.6 There is a problem that a capacity of 372 mAh / g or more calculated from the above cannot be obtained. Therefore, a capacity exceeding 372 mAh / g, which is the theoretical capacity of graphite, is not obtained by any method. Moreover, the low wettability of the graphite material with the electrolytic solution has a problem that the lithium dedoping capacity at the initial stage of charge / discharge is lower than the capacity of 350 mAh / g or more that the graphite material should be originally developed. .
[0006]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-022037 discloses a carbonaceous material obtained by coating the surface of a graphitic carbonaceous material with an organic material that can be carbonized, and firing the carbonaceous material. Similarly, although it has an advantage that it is close to the redox potential of lithium metal and can obtain a higher capacity than the graphitic carbonaceous material, a capacity exceeding 372 mAh / g, which is the theoretical capacity of graphite, has not been obtained.
Further, as an electrode material having a high capacity and excellent rate resistance characteristics, Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 10-284080 discloses that the surface of a graphitic carbonaceous material is coated with a carbonizable organic material, baked, pulverized, and then acidic. Alternatively, a carbonaceous material treated with an alkaline solution is disclosed. However, the negative electrode containing the carbon material as an active material has a problem that gas generation occurs during charging.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to provide a negative electrode having a high capacity made of a graphitic carbonaceous material and suppressing gas generation during charging, and a secondary battery using the same.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
    As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventor,Prepared in a prescribed way,The inventors have found that such a problem can be solved by using graphite coated with a specific coating film in a specific amount as a negative electrode active material, and have completed the present invention. That is, the gist of the present invention is as follows.A negative electrode containing amorphous carbon-coated graphite having an amorphous carbon-coated film as an active material, the amorphous carbon-coated graphite having an average particle size of 4 to 40 μm and a specific surface area (BET method) of 0. 1-20m 2 / G graphite and a coating film thermoplastic resin formed after dry-mixing the amorphous carbon-coated graphite obtained by coating the coating film with the coating film thermoplastic resin, and the amorphous Carbon-coated graphiteIn thermogravimetry (TG), when the temperature was raised at a rate of temperature rise of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, the starting temperature of weight reduction in the first stage was 350 to 600 ° C., The first stage weight loss is 3-20% of the weight before the temperature riseRukoThe other gist lies in a secondary battery comprising the negative electrode and a non-fluidic electrolyte layer.
[0009]
      As a preferred embodiment of the present invention,The thermoplastic resin for an amorphous carbon coating film is a thermoplastic resin that is in a molten state at 200 ° C., and the thermoplastic resin for an amorphous carbon coating film isExamples thereof include polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, and polyvinyl pyrrolidone.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The present invention will be described in detail below.
In the thermogravimetric analysis (TG), the amorphous carbon-coated graphite as the negative electrode active material in the present invention is the first stage when it is heated at a temperature rising rate of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min. It is essential that the starting temperature of the weight reduction of the eye is 350 to 600 ° C., and the weight reduction amount of the first stage is 3 to 20% of the weight before the temperature increase. Graphite has a relatively high oxidation resistance, and TG does not lose weight at 600 ° C. or lower. Therefore, the weight reduction of the first stage of the amorphous carbon-coated graphite indicates a weight reduction of the amorphous carbon-coated film portion, and it is non-existent that the weight reduction starts to occur at 350 to 600 ° C. It shows the characteristics of the crystalline carbon coating film. The weight reduction amount of 3 to 20% in the present invention is the weight reduction amount with respect to the weight of the amorphous carbon-coated graphite before the temperature rise, and is obtained by the following formula.
[0011]
[Expression 1]
Weight loss (%) = [(ab) / a] × 100
a: Weight of amorphous carbon-coated graphite before temperature increase
b: Weight of amorphous carbon-coated graphite after first stage weight reduction
[0012]
As described above, the amount of weight loss of the first stage when the amorphous carbon-coated graphite is heated at a heating rate of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min is usually 3 to 20%. Preferably, it is 3 to 15% of the weight before the temperature rise. If the decrease in weight is too small, the effect of suppressing gas generation during initial charging will not be exhibited, and if too large, the voltage drop during discharging will be large and the capacity will be small, which is not preferable.
[0013]
The starting temperature of the first stage weight reduction in the present invention refers to the temperature at which the TG curve begins to move away from a straight line approximation based on the TG curve at 200 to 350 ° C. (A in FIG. 1). The first stage weight reduction amount in the present invention refers to the weight reduction amount during the temperature rise from the first stage weight reduction start temperature to the first stage weight reduction end point temperature. . The end point temperature of the first stage weight reduction is the temperature at which the first derivative (DTG) of the TG curve is minimized (B in FIG. 1).
[0014]
The amorphous carbon-coated graphite in the present invention is graphite having an amorphous carbon-coated film having the above-mentioned characteristics. However, as the graphite in the amorphous carbon-coated graphite, the properties of those graphites are known. In this case, highly crystalline natural graphite, highly crystalline artificial graphite, a reheated product of natural graphite or artificial graphite, a reheated product of expanded graphite, or a high purity purified product of these graphites is preferable.
[0015]
Examples of the types of graphite include those exemplified in the following (1) to (4), which can be selected from among these, and among these, graphite is particularly preferable.
(1) highly crystalline natural graphite or artificial graphite,
(2) Natural graphite, artificial graphite, or expanded graphite reheated at 2000 ° C. or higher,
(3) Graphite having the same performance as the above (1) and (2) obtained by graphitization of a graphitizable organic material, such as coal tar pitch, coal-based heavy oil, atmospheric residue, petroleum Heavy oil, aromatic hydrocarbons, nitrogen-containing cyclic compounds, sulfur-containing cyclic compounds, polyphenylene, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymers, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin , One or more organic substances selected from phenol-formaldehyde resins and imide resins, graphitized at a firing temperature of 2500 ° C. to 3200 ° C.,
[0016]
(4) The graphitizable organic substance of (3) above is replaced with lithium, beryllium, boron, magnesium, aluminum, silicon, potassium, calcium, titanium, vanadium, chromium, manganese, copper, zinc, nickel, platinum, palladium, cobalt In the presence of a catalyst such as at least one powder or thin film selected from ruthenium, tin, lead, iron, germanium, zirconium, molybdenum, silver, barium, tantalum, tungsten and rhenium, 400 ° C to 2500 ° C, and more Preferably graphitized by firing at 1000 ° C. or more and 2000 ° C. or less.
[0017]
The average particle diameter of graphite is usually 4 μm or more, preferably 10 μm or more, and is usually 40 μm or less, preferably 30 μm or less. When the particle size is too small, it is difficult to increase the packing density of the coating film, and when it is too large, the surface property of the electrode is lowered and the adhesion to the separator is lowered.
The specific surface area of graphite is the specific surface area of the BET method, usually 0.1 m2/ G or more, preferably 1 m2/ G or more, usually 20m2/ G or less, preferably 10 m2/ G or less. When the specific surface area is too small, the rapid charge / discharge characteristics are lowered, and when it is too large, the strength of the coating film is lowered and the safety is also lowered.
[0018]
The “amorphous carbon coating film” of the amorphous carbon-coated graphite in the present invention specifically includes a coating film formed by firing a thermoplastic resin. As the thermoplastic resin for forming the coating film, a resin that is in a molten state at 200 ° C. is preferable. More specifically, polyvinyl chloride (PVC), polyvinylidene chloride (PVDC), polyvinyl alcohol (PVA), Examples include polyethylene (PE), polyethylene terephthalate (PET), and polyvinyl pyrrolidone (PVP), with polyvinyl chloride (PVC), polyvinyl alcohol (PVA), and polyvinyl pyrrolidone (PVP) being particularly preferred.
[0019]
  The amorphous carbon-coated graphite in the present invention can be obtained, for example, by mixing the above graphite and the above thermoplastic resin and firing.
  The mixing ratio of graphite and thermoplastic resin is usually 10 parts by weight or more, preferably 20 parts by weight or more, more preferably 40 parts by weight or more, and usually 150 parts by weight or less, with respect to 100 parts by weight of graphite. Preferably it is 80 weight part or less, More preferably, it is 60 weight part or less. If the amount of the thermoplastic resin is too small, the gas generation suppressing effect is lowered, and if it is too much, there are a voltage drop and a capacity drop during discharge.
  The graphite and the thermoplastic resin may be mixed in a dry manner using a known mixing device such as a V-type mixer. From the viewpoint of performing more precise mixing, a ball mill, a hammer mill, or the like that can apply a shearing force is used. An apparatus is preferably used.
  GraphiteNomaInstead, when the graphite and the thermoplastic resin are mixed, the resin is preferably melted by heating to 180 to 220 ° C. so that the thermoplastic resin is evenly distributed.
[0020]
Firing after mixing is usually performed in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon. The temperature of baking should just be more than the temperature which carbonization is completed, Usually 700 degreeC or more, Preferably it is 750 degreeC or more, Preferably it is 1100 degrees C or less, More preferably, it is 1000 degrees C or less, Most preferably, it is 950 degrees C or less. is there. If the temperature is too low, carbonization is insufficient and sufficient performance as an electrode active material cannot be obtained. Moreover, if the temperature is too high, the crystallinity of graphite may become too high. If the crystallinity is too high, gas may be generated. The temperature rising rate is not particularly limited, but is usually 10 to 500 ° C./h, preferably 20 to 100 ° C./h.
[0021]
The amorphous carbon-coated graphite obtained by firing can be produced, for example, as a dispersion paint using a solvent capable of dissolving the binder together with the binder, and the negative electrode can be produced by applying and drying the paint on a current collector.
As the binder in the present invention, it is necessary to be stable with respect to an electrolytic solution and the like, and various materials are used from the viewpoint of weather resistance, chemical resistance, heat resistance, flame retardancy, and the like. Specifically, inorganic compounds such as silicate and glass, alkane polymers such as polyethylene, polypropylene and poly-1,1-dimethylethylene; unsaturated polymers such as polybutadiene and polyisoprene; polystyrene, polymethylstyrene, Examples thereof include polymers having a ring structure in a polymer chain such as polyvinyl pyridine and poly-N-vinyl pyrrolidone.
[0022]
Other specific examples include acrylic derivative polymers such as polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid, and polyacrylamide; Fluorine resins such as vinyl chloride, polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene; CN group-containing polymers such as polyacrylonitrile and polyvinylidene cyanide; Polyvinyl alcohol polymers such as polyvinyl acetate and polyvinyl alcohol; Halogen-containing polymers such as vinylidene; conductive polymers such as polyaniline can be used.
[0023]
Further, a mixture such as the above-mentioned polymer, a modified product, a derivative, a random copolymer, an alternating copolymer, a graft copolymer, a block copolymer, and the like can be used. The weight average molecular weight of these resins is usually about 10,000 to 3,000,000, preferably about 100,000 to 1,000,000. If it is too low, the strength of the coating film tends to decrease. On the other hand, if it is too high, the viscosity increases and it may be difficult to form an electrode. Preferable binder resins include fluorine resins and CN group-containing polymers, and more preferably polyvinylidene fluoride.
[0024]
The amount of the binder used is usually 0.1 parts by weight or more, preferably 1 part by weight or more, and usually 30 parts by weight or less, preferably 20 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the amorphous carbon-coated graphite. is there. If the amount of the binder is too small, the strength of the electrode tends to decrease, and if the amount of the binder is too large, the ionic conductivity tends to decrease.
As the solvent in the present invention, a solvent capable of dissolving the binder to be used may be appropriately selected. For example, N-methylpyrrolidone and dimethylformamide may be mentioned, and N-methylpyrrolidone is preferable. The solvent concentration in the paint is at least 10% by weight, usually 20% by weight or more, preferably 30% by weight or more, and more preferably 35% by weight or more. Moreover, as an upper limit, it is 90 weight% or less normally, Preferably it is 80 weight% or less. If the solvent concentration is too low, coating may be difficult. If the solvent concentration is too high, it may be difficult to increase the coating thickness and the stability of the coating may be deteriorated.
[0025]
For dispersion coating, a commonly used disperser can be used, and a ball mill, a sand mill, a twin-screw kneader, or the like can be used.
There are no particular restrictions on the coating device for applying the paint on the current collector, such as slide coating, extrusion type die coating, reverse roll, gravure coater, knife coater, kiss coater, micro gravure coater, rod coater, blade coater, etc. The extrusion method is most preferable in consideration of the viscosity of the paint and the coating film thickness.
After the coating material was applied on the current collector, the coating film was dried, for example, dried at 120 ° C. for 10 minutes. When the drying temperature is low, the crystallization of the binder hardly occurs and the coating film strength is lowered. If the drying time is short and the drying is insufficient, the residual solvent adversely affects the battery characteristics. Conversely, if the temperature is high or the drying time is too long, the current collector is oxidized and the battery characteristics are deteriorated.
[0026]
In order to improve the electroconductivity and mechanical strength of an electrode, you may contain the additive, powder, filler, etc. which express various functions, such as an electroconductive material and a reinforcing material. The conductive material is not particularly limited as long as it can be mixed with an appropriate amount of the above-mentioned amorphous carbon-coated graphite to impart conductivity, but usually carbon powder such as acetylene black, carbon black, graphite, and various kinds of materials. Examples include metal fibers and foils. The DBP oil absorption amount of the carbon powder conductive material is preferably 120 cc / 100 g or more, and particularly preferably 150 cc / 100 g or more because the electrolyte solution is retained. Additives include trifluoropropylene carbonate, 1,6-dioxaspiro [4,4] nonane-2,7-dione, 12-crown-4-ether, vinylene carbonate, catechol carbonate, etc. Can be used to enhance. As the reinforcing material, various inorganic, organic spherical and fibrous fillers can be used.
[0027]
The thickness of the negative electrode is generally about 0.05 to 200 μm. Within this range, it is usually 10 μm or more, preferably 20 μm or more, and is usually 200 μm or less, preferably 150 μm or less. If it is too thin, the battery capacity may be too small. On the other hand, if it is too thick, the rate characteristics may be deteriorated too much. In addition, the negative electrode in the above means a layer containing an active material (amorphous carbon-coated graphite) and does not contain a current collector.
[0028]
As the current collector in the present invention, various materials that can function as a current collector of a battery without causing problems such as electrochemical dissolution can be used, and usually a metal or an alloy is used. For example, a copper foil is often used as the negative electrode current collector.
Roughening the surfaces of these current collectors in advance is a preferable method because the binding effect with the electrode material layer can be improved. Current roughening methods include a method of rolling with a blasting process or a rough roll, a polishing cloth with a fixed abrasive particle, a grinding wheel, emery buff, a wire brush with a steel wire, etc. Examples thereof include a mechanical polishing method for polishing the surface, an electrolytic polishing method, and a chemical polishing method.
[0029]
In addition, in order to reduce the weight of the secondary battery, that is, to improve the weight energy density, a perforated type substrate such as an expanded metal or a punching metal can be used. In this case, the weight can be freely changed by changing the aperture ratio. In addition, when a contact layer is formed on both surfaces of such a perforated type substrate, the rivet effect of the coating film through this hole tends to make the coating film more difficult to peel off, but the aperture ratio becomes too high. In this case, since the contact area between the coating film and the substrate is small, the adhesive strength may be lowered.
The thickness of the current collector is usually 1 μm or more, preferably 5 μm or more, and is usually 100 μm or less, preferably 50 or less. If it is too thick, the capacity of the entire battery will be too low. Conversely, if it is too thin, handling may be difficult.
[0030]
An undercoat primer layer can also be formed on the current collector. The function of the primer layer is to improve the adhesion of the negative electrode to the current collector. Compared to the case where the primer layer is not provided, the battery internal resistance is reduced by improving the adhesion, and the base material in the charge / discharge cycle test process This prevents rapid capacity reduction due to coating film detachment. The undercoat primer layer can be formed, for example, by applying an undercoat primer material paint containing a conductive material, a binder, and a solvent on a current collector, and then drying it.
Examples of the conductive material used for the undercoat primer layer include carbon materials such as carbon black and graphite, metal powders, and conductive organic conjugated resins.
[0031]
As the binder and solvent used for the undercoat primer layer, the same binders and solvents used for the coating material of the electrode material can be used. In addition, conductive resins such as polyaniline, polypyrrole, polyacene, disulfide compounds, polysulfide compounds and the like can have both functions of the conductive material and the binder. It can also be used for the undercoat primer layer. Of course, the binder and solvent used for the undercoat primer layer may be the same as or different from those used for the coating material of the electrode material.
[0032]
When a conductive material and a binder are used, the ratio of the binder to the conductive material is usually 1% by weight or more, preferably 5% by weight or more, and usually 300% by weight or less, preferably 100% by weight or less. is there. If the ratio is too low, peeling during the process is likely to occur when the battery is used, and if it is too high, the conductivity may decrease and the battery characteristics may deteriorate.
The thickness of the undercoat primer layer is generally about 0.05 to 200 μm. Within this range, it is usually 0.05 μm or more, preferably 0.1 μm or more, and usually 10 μm or less, preferably 1 μm or less. If it is too thin, it will be difficult to ensure uniformity, and if it is too thick, the volume capacity of the battery may be too low.
Since the gas generation of the negative electrode of the present invention is suppressed, it is preferable as the negative electrode of a secondary battery comprising a non-fluidic electrolyte layer.
[0033]
The electrolyte layer of the secondary battery in the present invention is made of a non-flowable electrolyte in which an electrolyte is held in a polymer, and is preferably a gel polymer electrolyte.
The gel polymer electrolyte requires a method using an electrolyte coating in which a polymer is first dissolved in an electrolyte solution, or a method in which a monomer-containing electrolyte coating is prepared and then a monomer is crosslinked to form a non-fluidized electrolyte. The material and manufacturing method according to can be adopted.
The electrolyte solution to be contained is preferably a non-aqueous electrolyte solution, which is generally a solution obtained by dissolving a supporting electrolyte that is a lithium salt in a non-aqueous solvent. The electrolyte is a non-aqueous electrolyte that is stable with respect to the positive electrode active material and the negative electrode active material described later as an electrolyte, and that can move for lithium ions to electrochemically react with the positive electrode active material or the negative electrode active material. What is a substance can be used.
[0034]
As a lithium salt as a supporting electrolyte, LiPF6, LiAsF6, LiSbF6, LiBFFourLiClOFour, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl, LiHF2, LiSCN, LiSOThreeCF2 Etc. Of these, LiPF in particular6And LiClOFourIs preferred. The content of these supporting electrolytes in the electrolytic solution is generally 0.5 to 2.5 mol / l.
[0035]
The type of solvent used in the electrolytic solution is not particularly limited, but a solvent having a relatively high dielectric constant is preferably used. Specifically, cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, acyclic carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, glymes such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran and dimethoxyethane, γ-butyllactone, etc. Lactones, sulfur compounds such as sulfolane, nitriles such as acetonitrile, or a mixture of two or more thereof. Among these, in particular, one or two or more mixed solutions selected from cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate, acyclic carbonates such as dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferable. Particularly preferred are cyclic carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate.
[0036]
When a non-fluidized electrolyte is obtained by a method of preparing a non-fluidized electrolyte by cross-linking the monomer after adjusting the monomer-containing electrolyte paint, a polymer is formed by applying a polymerization treatment such as ultraviolet curing or heat curing. A monomer to be added is previously added to the electrolytic solution to form a paint, and then a non-fluidization treatment is performed.
Examples of the polymerizable monomer include those having an unsaturated double bond such as an acryloyl group, a methacryloyl group, a vinyl group, and an allyl group. For example, acrylic acid, methyl acrylate, ethyl acrylate, ethoxyethyl acrylate, methoxyethyl acrylate, ethoxyethoxyethyl acrylate, polyethylene glycol monoacrylate, ethoxyethyl methacrylate, methoxyethyl methacrylate, ethoxyethoxyethyl methacrylate, polyethylene glycol monomethacrylate, N, Examples thereof include N-diethylaminoethyl acrylate, N, N-dimethylaminoethyl acrylate, glycidyl acrylate, and allyl acrylate.
[0037]
Other usable examples include acrylonitrile, N-vinylpyrrolidone, diethylene glycol diacrylate, triethylene glycol diacrylate, tetraethylene glycol diacrylate, polyethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, tetraethylene. Examples include glycol dimethacrylate, polyethylene glycol dimethacrylate, polyalkylene glycol diacrylate, and polyalkylene glycol dimethacrylate. Trifunctional monomers such as trimethylolpropane alkoxylate triacrylate and pentaerythritol alkoxylate triacrylate, pentaerythritol alkoxylate Tetraacrylate Ditrimethylolpropane alkoxylate monomers having four or more functional such tetraacrylate or the like can be also used. Of these, those preferable from the viewpoint of reactivity, polarity, safety, etc. may be used alone or in combination. Of these, diacrylates and triacrylates containing a plurality of ethylenoxide groups are particularly preferred.
[0038]
These monomers can be polymerized by heat, ultraviolet rays, electron beams or the like to make the electrolyte paint non-flowable. In this case, in order to make the reaction proceed effectively, a polymerization initiator can be added to the electrolytic solution. As the polymerization initiator, benzoin, benzyl, acetophenone, benzophenone, Michler ketone, biacetyl, benzoyl peroxide, etc. can be used, and t-butylperoxyneodecanoate, α-cumylperoxyneodecanoate, t -Peroxyneodecanoates such as hexylperoxyneodecanoate, 1-cyclohexyl-1-methylethylperoxyneodecanoate, t-amylperoxyneodecanoate, t-butylperoxyneohepta Peroxy such as noate, α-cumylperoxyneoheptanoate, t-hexylperoxyneoheptanoate, 1-cyclohexyl-1-methylethylperoxyneoheptanoate, t-amylperoxyheptanoate Neoheptanoates can also be used. A peroxide polymerization initiator is preferred.
[0039]
Moreover, the monomer which produces | generates the polymer | macromolecule produced | generated by polyaddition, such as a polymer, such as a polyester, polyamide, a polycarbonate, a polyimide, polycondensation, a polyurethane, a polyurea, etc. can also be used as a polymerizable monomer.
The content of the monomer is not particularly limited, but preferably 1% or more in the electrolyte coating. When the content is low, the formation efficiency of the polymer is lowered, and it is difficult to make the electrolyte non-fluid.
[0040]
In a method for producing a non-fluidic electrolyte from the beginning using an electrolyte coating containing a polymer, it is preferable to use a polymer that dissolves in an electrolyte at a high temperature and forms a gel electrolyte at a normal temperature. Any polymer having such characteristics can be used as long as it is stable as a battery material. For example, a polymer having a ring such as polyvinylpyridine and poly-N-vinylpyrrolidone; polymethacrylic acid Acrylic derivative polymers such as methyl, polyethyl methacrylate, polybutyl methacrylate, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polyacrylic acid, polymethacrylic acid polyacrylamide, etc .; fluorinated resins such as polyvinyl fluoride and polyvinylidene fluoride CN group-containing polymers such as polyacrylonitrile and polyvinylidene cyanide; Polyvinyl alcohol polymers such as polyvinyl acetate and polyvinyl alcohol; Halogen-containing polymers such as polyvinyl chloride and polyvinylidene chloride; Among these, polymethyl methacrylate, polyacrylonitrile, polyethylene oxide, or modified products thereof are preferable.
[0041]
Moreover, it can be used even if it is a mixture, such as said polymer, a modified body, a derivative, a random copolymer, an alternating copolymer, a graft copolymer, a block copolymer. As will be described later, since the electrolyte and electrolyte used in the lithium battery have polarity, it is preferable that the polymer has a certain degree of polarity. The weight average molecular weight of these polymers is preferably in the range of 10,000 to 5,000,000. When the molecular weight is low, it is difficult to form a gel. If the molecular weight is high, the viscosity becomes too high and handling becomes difficult. The concentration of the polymer in the electrolyte solution is desirably changed according to the molecular weight, and is preferably 0.1% to 30%. When the concentration is 0.1% or less, it is difficult to form a gel, and the retention of the electrolytic solution is lowered, causing problems of flow and liquid leakage. When the concentration is 30% or more, the viscosity becomes too high, resulting in difficulty in the process, and the ratio of the electrolytic solution is lowered, the ionic conductivity is lowered, and the battery characteristics such as the rate characteristics are lowered.
[0042]
The electrolyte layer is preferably used in combination with a support such as a porous film. As the porous film, a film made of a polymer or a thin film made of a powder and a binder can be preferably used, and more preferably a porous film made of polyethylene, polypropylene or the like. On the electrode, the above-mentioned electrolyte coating that is made non-fluidized by a predetermined treatment is applied on the porous film in which the active material is bound by the binder on the current collector, and the voids in the porous film are impregnated. Thereafter, by performing a non-fluidization treatment, the electrolyte can be non-fluidized and an electrolyte layer can be formed.
[0043]
In the method of non-fluidization of the electrolyte, in the method of preparing a non-fluidized electrolyte by preparing a monomer-containing electrolyte coating and then making a non-fluidized electrolyte, a polymer is formed by thermosetting polymerization treatment and the electrolyte is de-fluidized. Is preferred. The temperature at which thermosetting is performed can be changed depending on the polymerization initiator used, but is not particularly limited as long as the non-fluidization treatment can be completed quickly at a rate that does not cause a problem in the process. Preferably, it can be stably stored at room temperature, and it is preferable that the polymerization proceeds by heating to 50 to 150 ° C. On the other hand, as a method for forming a non-fluidized electrolyte using a polymer that dissolves in an electrolytic solution at a high temperature and forms a gel electrolyte at a normal temperature, the polymer is heated and dissolved in the electrolyte. As heating temperature, it is 50-200 degreeC, Preferably, it is 100-160 degreeC. If it seems to dissolve at too low a temperature, the stability of the non-fluidized electrolyte is reduced. If the melting temperature is too high, the electrolyte and polymer may be decomposed. As a non-fluidization condition, it is preferable to cool at room temperature. Further, forced cooling may be performed.
[0044]
As a positive electrode, the positive electrode which uses a lithium compound as an active material is mentioned, for example. Examples of lithium compounds include composite oxides of lithium and transition metals. Specifically, LiNiO2LiNiCoO2Lithium nickel composite oxide such as LiCoO2And lithium cobalt composite oxide. More preferred is a lithium cobalt composite oxide, and particularly preferred is LiCoO.2It is. When the active material is granular, the particle size is usually about 1 to 30 μm, preferably about 1 to 10 μm, from the viewpoint of excellent battery characteristics such as rate characteristics and cycle characteristics. The positive electrode can be manufactured using these positive electrode active materials in the same manner as the above-described negative electrode manufacturing method.
[0045]
These positive electrode, negative electrode, and electrolyte layer are formed in a flat plate shape. Cutting to a required size, formation into a flat plate shape, and lamination of a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte layer can be performed at any place in the process.
A thin battery can be realized by stacking a plurality of unit battery elements including a positive electrode, an electrolyte layer, and a negative electrode formed in a flat shape, if necessary, and closely adhering them to a case made of a film having shape changeability. Examples of the case made of a film having shape variability include a lightweight and thin laminate film made of a polymer film. As the laminate film, a film made of a laminate material of a metal foil and a polymer film can be suitably used. When stored, it is preferable to vacuum seal. Of course, for the convenience of mounting the battery on the device, etc., it is possible to enclose the battery in a case and then store a plurality of cases in a rigid outer case if necessary.
[0046]
【Example】
  EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not restrict | limited at all by these Examples, unless the summary is exceeded.
  In the following examples, TGThe measurement conditions are as follows.
  [TG measurement conditions]
    Measurement environment: In an air stream of 200 ml / min
    Temperature increase rate: 20 ° C / min
    Sample container: quartz sample container with a diameter of 4 mm and a height of 5 mm
[0047]
Example 1
Graphite powder (average particle size 15 μm, specific surface area 5 m2/ G) 50 parts by weight of powdered polyvinyl chloride per 100 parts by weight of Al2OThree30 minutes at room temperature using a manufactured ball mill, transferred to an electric furnace, heated to 200 ° C. over 1 hour in a nitrogen atmosphere, then heated to 900 ° C. at 300 ° C./h, 900 The amorphous carbon-coated graphite was obtained by holding at 1 ° C. for 1 hour.
When 2.5 mg of the obtained amorphous carbon-coated graphite was measured under the above TG measurement conditions, when the temperature was raised at a heating rate of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, the first stage The starting temperature of the weight reduction of the eyes was 520 ° C., and the weight reduction amount of the first stage was 9%. The measurement result of TG is shown in FIG.
[0048]
100 parts by weight of the obtained amorphous carbon-coated graphite (the amorphous carbon-coated graphite was used without being pulverized after firing), 10 parts by weight of polyvinylidene fluoride (binder), N-methyl- 100 parts by weight of 2-pyrrolidone (solvent) was prepared and kneaded with a kneader for 2 hours to obtain a dispersion paint for negative electrode.
The negative electrode dispersion paint was applied on a 20 μm thick copper current collector substrate by extrusion-type die coating, and dried at 120 ° C. for 10 minutes to produce a negative electrode.
[0049]
Example 2
Amorphous carbon-coated graphite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyvinyl chloride was 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of graphite powder.
When 5.1 mg of the obtained amorphous carbon-coated graphite was measured under the above TG measurement conditions, when the temperature was raised at a temperature rise rate of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, the first stage The starting temperature of the eye weight reduction was 505 ° C., and the weight reduction amount in the first stage was 16%.
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained amorphous carbon-coated graphite.
[0050]
Example 3
Amorphous carbon-coated graphite was produced in the same manner as in Example 1 except that polyvinyl alcohol was used instead of polyvinyl chloride.
When 4.0 mg of the obtained amorphous carbon-coated graphite was measured under the above TG measurement conditions, when the temperature was raised at a rate of temperature rise of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, the first stage The starting temperature of the weight reduction of the eyes was 420 ° C., and the weight reduction amount of the first stage was 6%.
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained amorphous carbon-coated graphite.
[0051]
Example 4
Amorphous carbon-coated graphite was produced in the same manner as in Example 1 except that polyvinyl alcohol was used instead of polyvinyl chloride, and the blending amount of polyvinyl alcohol was 100 parts by weight with respect to 100 parts by weight of graphite powder.
When 3.6 mg of the obtained amorphous carbon-coated graphite was measured under the above TG measurement conditions, when the temperature was raised at a temperature elevation rate of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, the first stage The starting temperature of the eye weight reduction was 410 ° C., and the weight reduction amount of the first stage was 13%.
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained amorphous carbon-coated graphite.
[0052]
Example 5
Amorphous carbon-coated graphite was prepared in the same manner as in Example 1 except that polyvinylpyrrolidone was used instead of polyvinyl chloride.
When 2.6 mg of the obtained amorphous carbon-coated graphite was measured under the above TG measurement conditions, when the temperature was raised at a temperature elevation rate of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, the first stage The starting temperature of the eye weight reduction was 540 ° C., and the weight reduction amount in the first stage was 7%.
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained amorphous carbon-coated graphite.
[0053]
Comparative Example 1
A graphite was prepared in the same manner as in Example 1 except that polyvinyl chloride was not blended (no amorphous carbon coating film). When 2.9 mg of the obtained graphite was measured under the above TG measurement conditions, when the temperature was raised at a temperature elevation rate of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, the first stage was at 350 to 600 ° C. No eye weight loss appeared. The measurement result of TG is shown in FIG.
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained graphite.
[0054]
Comparative Example 2
Amorphous carbon-coated graphite was prepared in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyvinyl chloride was 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of graphite powder. When 2.5 mg of the obtained amorphous carbon-coated graphite was measured under the above TG measurement conditions, when the temperature was raised at a heating rate of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, the first stage The starting temperature of the eye weight reduction was 520 ° C., and the amount of weight reduction in the first stage was 1%.
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained amorphous carbon-coated graphite.
[0055]
Comparative Example 3
Amorphous carbon-coated graphite was produced in the same manner as in Example 1 except that the amount of polyvinyl chloride was 160 parts by weight with respect to 100 parts by weight of graphite powder. When 3.2 mg of the obtained amorphous carbon-coated graphite was measured under the above TG measurement conditions, when the temperature was raised at a temperature elevation rate of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, the first stage The starting temperature of the eye weight reduction was 520 ° C., and the weight reduction amount in the first stage was 40%.
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 using the obtained amorphous carbon-coated graphite.
[0056]
Example 6
First, the following paints were prepared.
Figure 0003844931
All the above raw materials were kneaded for 2 hours with a kneader to obtain a positive electrode paste.
[0057]
Figure 0003844931
All the above compositions were mixed, dissolved and stirred to obtain an electrolyte paint.
[0058]
[Creating a positive electrode]
The above positive electrode paint was applied to an aluminum current collector substrate having a thickness of 20 μm by an extrusion type die coating and dried to form a film in which the active material was bound on the current collector by a binder.
Next, a positive electrode was produced by consolidation using a roll press (calendar) under conditions of a linear pressure of 100 kgf / cm.
[0059]
[Create battery]
Applying an electrolyte paint to the positive electrode and each negative electrode produced in Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, and laminating a polymer porous film having a slightly larger area than the electrode immersed in the electrolyte paint. A flat unit battery element having a positive electrode, a negative electrode, and a non-fluidized electrolyte component, which is made non-fluidized by heating at 90 ° C. for 10 minutes with an electrolyte coating added and sandwiched Formed. Thereafter, a tab for taking out current was connected to the unit battery element, and a flat battery was obtained by vacuum-sealing and storing the laminated film made of an aluminum film and a polymer film in a facing bag-shaped case.
[0060]
The obtained flat battery was 0.5 mA / cm.2Then, the battery was charged to 4.2 V and visually checked for gas generation. When gas is generated, the case bulges.
[0061]
[Table 1]
Figure 0003844931
[0062]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the carbonaceous negative electrode for secondary batteries with which high capacity | capacitance and the gas generation at the time of charge were suppressed, especially a lithium secondary battery, and a secondary battery using this negative electrode can be provided. .
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a thermogram showing TG measurement results for amorphous carbon-coated graphite produced in Example 1. FIG.
FIG. 2 is a thermogram showing the TG measurement results for the graphite produced in Comparative Example 1. FIG.

Claims (4)

非晶質炭素被覆膜を有する非晶質炭素被覆黒鉛を活物質として含有する負極であって、該非晶質炭素被覆黒鉛は、平均粒径4〜40μmで、比表面積(BET法)0.1〜20m 2 /gの黒鉛と被覆膜用熱可塑性樹脂とを乾式混合した後に形成される当該被覆膜用熱可塑性樹脂による被覆膜を経て得られる非晶質炭素被覆黒鉛であり、且つ該非晶質炭素被覆黒鉛を熱重量測定(TG)において、200ml/分の空気気流中、昇温速度20℃/分にて昇温した際、第一段目の重量減少の開始温度が350〜600℃であり、該第一段目の重量減少量が昇温前の重量の3〜20%であることを特徴とする負極。 A negative electrode containing an amorphous carbon-coated graphite having an amorphous carbon-coated film as an active material, the amorphous carbon-coated graphite having an average particle size of 4 to 40 μm and a specific surface area (BET method) of 0. 1 to 20 m 2 / g of graphite and a coating film thermoplastic resin are amorphous carbon-coated graphite obtained through a coating film formed of the thermoplastic resin for a coating film formed after dry-mixing; In addition, in the thermogravimetric measurement (TG), when the amorphous carbon-coated graphite was heated at a rate of temperature increase of 20 ° C./min in an air stream of 200 ml / min, the first stage weight reduction starting temperature was 350 is to 600 ° C., the negative electrode weight loss of the first stage is characterized by a 3-20% der Turkey of weight before heating. 非晶質炭素被覆膜用熱可塑性樹脂が、200℃にて溶融状態になる熱可塑性樹脂であることを特徴とする請求項1記載の負極。The negative electrode according to claim 1 , wherein the thermoplastic resin for an amorphous carbon coating film is a thermoplastic resin that is in a molten state at 200 ° C. 非晶質炭素被覆膜用熱可塑性樹脂が、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコールまたはポリビニルピロリドンであることを特徴とする請求項1又は2記載の負極。 Amorphous carbon coating film for the thermoplastic resin, polyvinyl chloride, a negative electrode according to claim 1 or 2, wherein the polyvinyl alcohol or polyvinylpyrrolidone down. 請求項1〜3のいずれかの負極と、非流動性電解質層とを具備してなる二次電池。  A secondary battery comprising the negative electrode according to claim 1 and a non-fluidic electrolyte layer.
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Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4195179B2 (en) * 2000-11-06 2008-12-10 関西熱化学株式会社 Method for producing negative electrode material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
CN101350407B (en) * 2002-12-19 2014-07-30 杰富意化学株式会社 Composite graphite particles and production method therefor, and cathode material of lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using this
JP2010165580A (en) * 2009-01-16 2010-07-29 Mitsubishi Chemicals Corp Manufacturing method of negative electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, negative electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, negative electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery
EP2393753B1 (en) * 2009-02-03 2013-09-25 Timcal S.a. New graphite material
KR101124893B1 (en) 2010-06-21 2012-03-27 지에스칼텍스 주식회사 Anode active material improved safety and secondary battery employed with the same
JP5725351B2 (en) * 2011-07-29 2015-05-27 トヨタ自動車株式会社 Lithium ion secondary battery
CN103718353B (en) * 2011-07-29 2016-09-07 丰田自动车株式会社 Lithium rechargeable battery
JPWO2013018181A1 (en) * 2011-07-29 2015-03-02 トヨタ自動車株式会社 Lithium ion secondary battery
JP5917361B2 (en) * 2011-12-16 2016-05-11 Jfeケミカル株式会社 Method for producing amorphous carbon particles, amorphous carbon particles, negative electrode material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JP6630071B2 (en) 2014-09-01 2020-01-15 Jsr株式会社 Electrode material, electrode and power storage device
JP2018006071A (en) 2016-06-29 2018-01-11 オートモーティブエナジーサプライ株式会社 Negative electrode of lithium-ion secondary battery
JP2018006072A (en) 2016-06-29 2018-01-11 オートモーティブエナジーサプライ株式会社 Negative electrode of lithium-ion secondary battery
JP7263284B2 (en) * 2020-03-24 2023-04-24 東海カーボン株式会社 Manufacturing method of negative electrode material for lithium ion secondary battery
WO2023023926A1 (en) * 2021-08-24 2023-03-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 Artificial graphite and preparation method therefor, negative electrode plate, secondary battery, battery module, battery pack, and electrical device
CN117256056A (en) * 2022-03-04 2023-12-19 宁德新能源科技有限公司 Electrochemical device and electronic device
CN114883527B (en) * 2022-06-10 2024-02-02 惠州市豪鹏科技有限公司 Multilayer negative plate, preparation method thereof and secondary battery
WO2024028994A1 (en) * 2022-08-02 2024-02-08 株式会社レゾナック Negative electrode material for lithium ion secondary battery, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary batterυ

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10284081A (en) * 1997-02-04 1998-10-23 Mitsubishi Chem Corp Lithium ion secondary battery
JP3633257B2 (en) * 1997-02-04 2005-03-30 三菱化学株式会社 Lithium ion secondary battery
JP3711726B2 (en) * 1998-01-20 2005-11-02 日立化成工業株式会社 Graphite particles, production method thereof, lithium secondary battery and negative electrode thereof
CN1276531C (en) * 1998-05-21 2006-09-20 三星电管株式会社 Negative active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery using the same
JP2000123826A (en) * 1998-10-19 2000-04-28 Osaka Gas Co Ltd Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and secondary battery using the same
CN1296646A (en) * 1999-03-04 2001-05-23 日本电池株式会社 Composite active material and method for preparing active material, electrode and method for preparing electrode, and non-aqueous electrolyte cell
JP4751502B2 (en) * 1999-11-19 2011-08-17 第一工業製薬株式会社 Polymer battery
JP2001185147A (en) * 1999-12-27 2001-07-06 Asahi Kasei Corp Secondary battery using nonaqueous electrolytic solution
JP3878383B2 (en) * 2000-02-10 2007-02-07 東洋炭素株式会社 Manufacturing method of negative electrode

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