JP4104561B2 - リチウムイオン二次電池用負極材料、負極およびリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
また黒鉛が高結晶性である場合には、高密度化により、配向し、充電特性、放電特性が低下する問題も抱えている。
本発明においては、メソフェーズ小球体またはその粉砕物を黒鉛化したのち、硬質微粒子Fの共存下でメカノケミカル処理により親水化された黒鉛質粒子Aと、該黒鉛質粒子A表面近傍に埋設された硬質微粒子Fと、黒鉛Bの少なくとも一部に、低い結晶性の炭素材料Cの被覆を有し、複合黒鉛質炭素材料Dのアルゴンレーザーを用いたラマン分光法により測定された1360cm-1ピーク強度(ID)と1580cm-1ピーク強度(IG)の比ID/IGが0.1以上0.3未満である複合黒鉛質炭素材料Dとを含有させてリチウムイオン二次電池用負極材料を調製する。
親水化された黒鉛質粒子Aとは、黒鉛質粒子に、親水性を付与するための処理が施された黒鉛質粒子のことを言う。親水化された黒鉛質粒子Aを用いることにより、後述する負極合剤中において、結着剤(特に水系結着剤)が親水化された黒鉛質粒子Aの周囲に均一に分散し、負極合剤全体の導電性が大きく改善され、充電特性および放電特性が向上する。黒鉛質粒子の親水性は、黒鉛質粒子と水との接触角の測定、または黒鉛質粒子への水の浸透速度、浸透量の測定などにより知ることができる。本発明においては、25℃において、黒鉛質粒子15gを底部(内径36mm)が金網およびろ紙からなる円筒容器に充填し、180回タッピングを繰返した後、該容器の底部を水面に接触させ、水の浸透量を測定した親水化度とした。例えば、水の浸透時間が30sec の場合の浸透量が0.5g以上のもの、好ましくは0.8g以上のもの、より好ましくは1.0g以上のものを親水性が付与されたものとする。
親水化は、黒鉛質粒子Eをメカノケミカル処理することにより実施する。
メカノケミカル処理される黒鉛質粒子Eの形態は特に限定されないが、球状、粒状、塊状、りん片状、繊維状などであることが好ましい。
前記黒鉛質粒子Eに後述するメカノケミカル処理を施す際に、硬質微粒子Fの共存下に該処理を行う。
該硬質微粒子Fは、該黒鉛質粒子Eの平均粒径よりも小さい平均粒径を有し、かつ該黒鉛質粒子Eよりも硬いものであればよく、これら以外の条件は特に制限されない。硬質微粒子Fが凝集物である場合には、その一次粒子の平均粒径が黒鉛質粒子Eの平均粒径よりも小さい凝集物であればよい。硬質微粒子Fの平均粒径が1nmより大きければ、黒鉛質粒子Eに親水性を付与することができる。平均粒径が100nm以下であれば、黒鉛質粒子E同士の接触を妨げず、充放電特性に悪影響を及ぼさない。
メカノケミカル処理とは、黒鉛質粒子Eに圧縮力と剪断力を同時にかける処理を言う。剪断力や圧縮力は通常一般の攪拌力よりも大きいが、これら機械的応力は、黒鉛質粒子Eの表面にかけられることが好ましく、黒鉛質粒子Eの粒子骨格を破壊しないことが好ましい。黒鉛質粒子Eの粒子骨格が破壊されると、負極材料として使用したとき、不可逆容量の増大を招く傾向がある。剪断力や圧縮力は、一般的にはメカノケミカル処理による黒鉛質粒子Eの平均粒径の低下率を20%以下に抑える程度であることが好ましい。
また固定ドラム(ステーター)と、高速回転する回転ローターの間に被処理物を通すことで固定ドラムと回転ローターとの速度差に起因する圧縮力と剪断力とを被処理物にかける装置(例えば図2に模式的機構を示す(株)奈良機械製作所製ハイブリダイゼーションシステム)も好ましい。
また図2に示すような固定ドラム21とブレード26を有する高速回転ローター22を備えた装置を用いる場合には、被処理物23を循環機構24に供給し、固定ドラム21と回転ローター22との周速度差が10〜100m/sec 、処理時間が30sec 〜10min の条件で操業するのが好ましい。被処理物23は該装置内の循環機構24により循環され、メカノケミカル処理され、排出機構25から排出される。なお、該装置にはステーター27とジャケット28が敷設されている。
本発明の低い結晶性の炭素材料Cの被覆を有する複合黒鉛質炭素材料Dは、芯材が高結晶性の黒鉛Bであり、低い結晶性の炭素材料C(炭素質材料および/または黒鉛質材料)で芯材の少なくとも一部が被覆されている複合材料である。炭素材料Cは、該複合黒鉛質炭素材料Dの内部および/または表面に存在するものであり、内部および/または表面の少なくとも一部に存在すればよい。
低い結晶性とは、黒鉛Bの少なくとも一部を被覆する炭素材料Cの原料となる有機化合物Gを単独で、後述する熱処理をしたときに、X線回折における格子面間隔d002 が0.34nm以上を示す場合を意味する。被覆後の複合黒鉛質炭素材料DのX線回折においては、芯材の黒鉛Bと炭素材料Cとの結晶性の分離ができないだけではなく、被覆時と単独時では、異なる結晶性となることがあるため、X線回折での炭素材料Cの結晶性の解析は不適である。したがって、本発明において、低い結晶性とは、表面の状態をより分析しやすいラマン分光において、複合黒鉛質炭素材料DのR値が0.1以上、0.3未満を示す場合である。R値が0.1未満であると表面の結晶性が高く、本発明の効果を得るには至らない。一方、0.3以上であると表面の結晶性は十分に低いが、低すぎるため他の電池特性(初期充放電効率、急速放電効率)を劣化させる。
R値とは、アルゴンレーザーを用いたラマン分光法により測定したDバンド1360cm-1ピーク強度IDとGバンド1580cm-1ピーク強度IGの比ID/IGである。
有機化合物Gとして難黒鉛性炭素前駆体を用いる場合には、2800℃以上の熱処理温度にすることができる。難黒鉛性炭素前駆体を用いると2800℃以上の熱処理でもそれほど結晶化が進まず、本発明が所望する一部に低い結晶性の炭素材料Cの被覆をすることができ、良好な充放電特性を示す複合炭素質材料Dが得られる。
芯材の黒鉛Bについては、各種天然黒鉛、人造黒鉛の中から選ぶことができるが、りん片状黒鉛、塊状黒鉛、球状黒鉛などが好ましい。内部構造としては、芯材中に適度な空隙を有するものが好ましい。芯材の黒鉛Bの平均粒径は1〜30μmの範囲であることが好ましい。比表面積は特に問わないが、炭素材料Cとなる有機化合物Gの分散が良好であることから大きい方が好ましく、0.5m2/g以上であることが好ましい。格子面間隔d002 は、被覆後の放電容量を高めることから小さい方が好ましいが、熱処理工程での向上もあり得るため、特に限定されない。不純物を含んでいても構わない。
炭素材料Cの前駆体としては、熱処理した際に、炭素分が残留する有機化合物Gを選定することが好ましい。また、熱処理後に、充放電反応を阻害または電解液の分解を促進させるような重金属、軽金属元素がほとんど残留しないものが好ましい。熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、石炭系・石油系の重質油、石油系・石炭系のピッチなどが好ましい。特に炭素質微粒子(石炭の微粉、一次QI(キノリン不溶分)、カーボンブラック、炭素または黒鉛の微粒子など)を含むものが好ましい。また、有機化合物Gとして、難黒鉛性炭素前駆体を用いてもよい。難黒鉛性炭素前駆体はフェノール樹脂、フラン樹脂、ポリ塩化ビニリデン、スチレン−ジビニルベンゼン共重合体、ポリビニリデンジフルオライド、易黒鉛性ピッチの架橋変性体(酸化、硫黄処理などの生成物)、砂糖など固相で炭化反応が進むものが挙げられる。好ましいのはフェノール樹脂、フラン樹脂などである。
これら有機化合物Gをそのまま、または溶剤に溶解または分散して、またはスラリー化してから、芯材の黒鉛Bと混合した後、熱処理を行うことにより、低い結晶性を示す炭素材料Cが黒鉛Bに付着および/または含浸して、黒鉛Bの少なくとも一部が炭素材料Cにより被覆された複合黒鉛質炭素材料Dが得られる。
前記複合黒鉛質炭素材料Dをリチウムイオン二次電池用負極材料として用いると、低い結晶性を示す炭素材料Cによって、充電特性が優れる。さらに、親水化された黒鉛質粒子Aと併用することにより、黒鉛質粒子Aの良好な放電特性を維持しつつも、混合した負極材料全体の充電特性を向上させることができ、サイクル特性が向上し、レート特性にも優れる。
かくして得られた複合黒鉛質炭素材料Dを、親水化された黒鉛質粒子Aと混合する。その混合比は、複合黒鉛質炭素材料Dに対する炭素材料Cの比率や親水化された黒鉛質粒子Aの結晶性の程度によって異なるが、複合黒鉛質炭素材料D/黒鉛質粒子Aの質量比で10/90〜80/20、好ましくは20/80〜70/30である。10/90未満であったり、80/20超であると、充放電特性を充分に発揮することができないことがある。
負極材料としては、特に前記メカノケミカル処理を施して表面を親水化した黒鉛質粒子Aに、黒鉛Bに低い結晶性の炭素材料Cを被覆した複合黒鉛質炭素材料Dを混合したものが好ましく、特に、負極合剤ペーストを調製する時の結着剤の分散媒が水系結着剤であっても良好なサイクル特性およびレート特性を発現する。
本発明では、親水化された黒鉛質粒子Aと、複合黒鉛質炭素材料Dとを含有する負極材料を用いて負極を作製するが、この際に、負極の作製に通常使用される導電材、改質材、添加剤などを混合してもよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、気相成長炭素繊維、またはこれらの黒鉛化物などを混合してもよい。これらの添加量は、一概には言えないが、0.1〜10質量%である。
前記のうちでも、本発明の目的を達成し、効果を最大限に活かす上で、カルボキシメチルセルロース(水溶性)、ポリビニルアルコール(水溶性)、スチレンブタジエンゴム(水分散性)などの水系結着剤を用いることが特に好ましい。
結着剤は、通常、負極合剤の全量中0.5〜20質量%の割合で使用されることが好ましい。
ペーストは、公知の攪拌機、混合機、混練機、ニーダーなどを用いて混合することにより調製される。
また前記負極材料の粒子と結着剤としてのポリエチレン、ポリビニルアルコールなどの樹脂粉末とを乾式混合し、金型内でホットプレス成形して負極を製造することもできる。
負極合剤層を形成した後、プレス加工などの圧着を行うと、負極合剤層と集電材との接着強度をさらに高めることができる。
正極の材料(正極活物質)としては、充分量のリチウムを吸蔵/脱離し得るものを選択することが好ましい。そのような正極活物質としては、リチウム含有遷移金属酸化物、遷移金属カルコゲン化物、バナジウム酸化物(V2 O5 、V6 O13、V2 O4 、V3 O8 など)およびそのリチウム化合物などのリチウム含有化合物、一般式MX Mo6 S8-y (式中Xは0≦X≦4、Yは0≦Y≦1の範囲の数であり、Mは遷移金属などの金属を表す)で表されるシェブレル相化合物、活性炭、活性炭素繊維などを用いることができる。
前記において、Mで示される遷移金属元素としては、Co、Ni、Mn、Cr、Ti、V、Fe、Zn、Al、In、Snなどが挙げられ、好ましくはCo、Ni、Fe、Mn、Ti、Cr、V、Alが挙げられる。
本発明では、正極活物質は、前記化合物を単独で使用しても2種類以上併用してもよい。例えば、正極材料に炭酸リチウムなどの炭酸アルカリ塩を添加することもできる。
また正極の場合も負極と同様に、正極合剤を溶剤中に分散させることでペースト状にし、このペースト状の正極合剤を集電材に塗布、乾燥することによって正極合剤層を形成してもよく、正極合剤層を形成した後、さらにプレス加圧等の圧着を行っても構わない。これにより正極合剤層が均一かつ強固に集電材に接着される。
本発明に用いられる電解質としては通常の非水電解液に使用されている電解質塩を用いることができ、例えば、LiPF6 、LiBF4 、LiAsF6 、LiClO4 、LiB(C6 H5 )4 、LiCl、LiBr、LiCF3 SO3 、LiCH3 SO3 、LiN(CF3 SO2 )2 、LiC(CF3 SO2 )3 、LiN(CF3 CH2 OSO2 )2 、LiN(CF3 CF2 OSO2 )2 、LiN(HCF2 CF2 CH2 OSO2 )2 、LiN{(CF3 )2 CHOSO2 }2 、LiB{C6 H3 (CF3 )2 }4 、LiAlCl4 、LiSiF6 などのリチウム塩などを用いることができる。特にLiPF6 、LiBF4 が酸化安定性の点から好ましく用いられる。
電解液中の電解質塩濃度は0.1〜5mol/L が好ましく、0.5〜3.0mol/L がより好ましい。
また、電池の性能を向上させる添加剤などを含有していても差し支えない。
これらの中で、酸化還元安定性の観点などから、ポリビニリデンフルオライドやビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレン共重合体などのフッ素系高分子化合物を用いることが望ましい。
このような高分子電解質の製造方法は特に制限されないが、例えば、マトリクスを形成する高分子化合物、リチウム塩および非水溶媒(可塑剤)を混合し、加熱して高分子化合物を溶融する方法、有機溶剤に高分子化合物、リチウム塩および非水溶媒を溶解させた後、混合用有機溶剤を蒸発させる方法、ならびに高分子電解質の原料となる重合性モノマー、リチウム塩および非水溶媒を混合し、混合物に紫外線、電子線または分子線などを照射して重合性モノマーを重合させ高分子電解質を製造する方法などを挙げることができる。
また、前記固体電解質中の溶媒の混合割合が10〜90質量%であると、導電率が高く、かつ機械的強度が高く、成膜しやすいので好ましく、より好ましくは30〜80質量%である。
リチウムイオン二次電池は、通常、負極、正極および非水電解質を主たる電池構成要素とし、正極、負極はそれぞれリチウムイオンの担持体からなり、充放電過程におけるリチウムイオンの出入は層間で行われる。そして充電時にはリチウムイオンが負極中に吸蔵され、放電時には負極から脱離する電池機構を構成する。
本発明のリチウムイオン二次電池は、本発明の負極材料を用いること以外は特に限定されず、他の電池構成要素については一般的なリチウムイオン二次電池の要素に準じる。
ゲル電解質二次電池は、負極、正極およびゲル電解質を、例えば負極、ゲル電解質、正極の順で積層し、電池外装材内に収容することで構成される。なお、さらに負極と正極の外側にゲル電解質を配するようにしてもよい。
平均粒径は、レーザー回折式粒度分布計により粒度分布の累積度数が体積百分率で50%となる粒径とした。
格子面間隔d002 は前述したX線広角回折法により求めた。
真比重はブタノールを溶媒に用いる液相置換法で測定した。
比表面積は、窒素ガス吸着によるBET比表面積である。
水の浸透量(親水性)は、黒鉛質粒子15gを、25℃で底部が内径36mmの金網およびろ紙からなる円筒容器に充填し、パウダテスタ(PTR ;ホソカワミクロン(株)製)を用い、1min 間に60回のタッピングを3min 行ない、180回タッピングした後、該容器の底部を水面に接触させた30sec 後の浸透量である。浸透量はペネトアナライザー(ホソカワミクロン(株)製)を用いて測定した。
R値は、レーザーラマン分光分析装置(NR-1800 ;日本分光(株)製)を用い、励起光は514.5nmのアルゴンイオンレーザー、照射面積は50μmφで分析し、Dバンド1360cm-1ピークの強度をID、Gバンドの1580cm-1ピークの強度をIGとしたときのID/IGである。
(親水化された黒鉛質粒子A1の作製)
コールタールピッチを熱処理してなるメソフェーズ小球体(JFEケミカル(株)製、平均粒径:25μm)を3000℃で黒鉛化し、メソフェーズ小球体の黒鉛質粒子E1を得た。該粒子E1は球状であり、格子面間隔d002 が0.3362nm、真比重が2.228であった。また比表面積は0.45m2/gであった。浸透量(親水性)は0.15g(30sec )であった。
オートクレーブに、芯材として天然黒鉛B1(中越黒鉛(株)製BF10A、平均粒径10μm、格子面間隔d002 が0.3356nm、R値0.09)100質量部を入れ、さらに有機化合物としてのコールタールピッチG1 20質量部をタール中油100質量部に溶解させた溶液を入れ、攪拌下に140℃に加熱した。加熱を継続した後、減圧蒸留によってタール中油を除去し、ピッチが表面および/または内部に付着および/または含浸した複合黒鉛質炭素材料の前駆体を得た。ついで、これをステンレス製るつぼに充填し、焼成炉にて不活性ガス流通下、500℃で加熱した後、アトマイザーで粉砕した。さらに、これを1000℃で熱処理し、低い結晶性炭素材料C1が被覆された複合黒鉛質炭素材料D1を得た。各々の加熱または熱処理の収率から、複合黒鉛質炭素材料D1中の炭素材料C1の質量を算出したところ、8質量%に相当した。R値は0.28であった。
(負極合剤ペーストH1の調製)
プラネタリーミキサーに、親水化された黒鉛質粒子A1と複合黒鉛質炭素材料D1とを質量比が60:40となるように入れ、ドライ状態で攪拌した後、固形分でそれぞれ次の質量%となるようにカルボキシメチルセルロースナトリウム1質量%、カルボキシ変性スチレンブタジエンゴムラテックスエマルジョン(JSR(株)製)1質量%と水を加えて混合し、引き続き攪拌を行い、水溶媒系の負極合剤ペーストH1を調製した。
前記負極合剤ペーストH1を、銅箔(厚さ16μm)上に塗布し、さらに真空中90℃で溶媒を揮発させて乾燥させた。次に、形成された負極合層H1をローラープレスによって加圧し、さらに直径15.5mmの円形状に打ち抜くことで、銅箔に密着した負極合剤層H1(厚さ60μm)を有する作用電極を作製した。
リチウム金属箔(厚さ500μm)をニッケルネットに押付け、直径15.5mmの円形状に打ち抜いて、ニッケルネットからなる集電材(厚さ250μm)と、該集電材に密着したリチウム金属箔からなる対極を作製した。
エチレンカーボネート33mol%、メチルエチルカーボネート67mol%の割合で混合してなる混合溶媒に、LiPF6 を1mol/dm3 となる濃度で溶解させ、非水電解液を調製した。得られた非水電解質液をポリプロピレン多孔質膜に含浸させ、電解液が含浸したセパレータを作製した。
評価電池として図3に示すボタン型評価電池を作製した。
外装カップ31と外装缶33とは、その周縁部において絶縁ガスケット36を介してかしめられた密閉構造を有し、その内部に外装缶33の内面から順に、ニッケルネットからなる集電材37a、リチウム箔よりなる円盤状の対極34、電解質液が含浸したセパレータ35、負極合剤を有する円盤状の作用電極32および銅箔からなる集電材37bが積層された電池構造である。
評価電池は、実電池において、負極用活物質として使用可能な黒鉛質粒子を含有する作用電極32と、リチウム金属箔からなる対極34とから構成される電池である。
0.9mAの電流値で回路電圧が0mVに達するまで定電流充電を行い、回路電圧が0mVに達した時点で定電圧充電に切替え、さらに電流値が20μAになるまで充電を続けた後、その間の通電量から充電容量を求めた。その後、120min 間休止した。
次に0.9mAの電流値で、回路電圧が1.5Vに達するまで定電流放電を行い、この間の通電量から放電容量を求めた。これを第1サイクルとした。次式1から初期充放電効率を計算した。
初期充放電効率(%)=(第1サイクルにおける放電容量/第1サイクルにおける 充電容量)×100 式1
なおこの試験では、リチウムイオンを負極材料中に吸蔵する過程を充電、負極材料から脱離する過程を放電とした。
前記に引き続き、第2サイクルにて高速充電を行なった。
電流値を第1サイクルの5倍の4.5mAとして、回路電圧が0mVに達するまで定電流充電を行い、充電容量を求め、次式2から急速充電効率を計算した。
急速充電効率(%)=(第2サイクルにおける定電流充電容量/第1サイクルにお ける充電容量)×100 式2
引き続き、第3サイクルにて高速放電を行なった。
電流値を第1サイクルの15倍の13.5mAとして、回路電圧が2.5mVに達するまで定電流放電を行った。得られた放電容量から、次式3により急速放電効率を計算した。
急速放電効率(%)=(第3サイクルにおける放電容量/第1サイクルにおける放 電容量)×100 式3
別の評価電池を用いて、回路電圧が0mVに達するまで4.0mAの定電流充電を行った後、回路電圧が0mVに達した時点で定電圧充電に切替え、さらに電流値が20μAになるまで充電を続けた後、120min 間休止した。次に4.0mAの電流値で回路電圧が1.5Vに達するまで定電流放電を行い、この間の通電量から放電容量を求めた。この充放電を20回繰返し、得られた放電容量から、次式4を用いてサイクル特性を計算した。
サイクル特性(%)=(第20サイクルにおける放電容量/第1サイクルにおける 放電容量)×100 式4
参考例1において、負極合剤ペーストH1(負極合剤H1)を調製する際の親水化された黒鉛質粒子A1と複合黒鉛質炭素材料D1との質量比を70:30に変える以外は、参考例1と同様に負極合剤ペーストH2(負極合剤H2)の調製を行い、かつそれ以後の諸工程も参考例1と同様に実施して負極材料、負極および評価電池を作製し、電池特性などの評価も同様に行った。評価結果を表2に示した。
参考例1において、複合黒鉛質炭素材料D1の黒鉛B1を黒鉛質粒子B2(KS44;Timcal(株)製、格子面間隔d002 0.3359nm、R値0.10)に変えて作製した複合黒鉛質炭素材料D2(R値0.29)を用いる以外は、参考例1と同様に負極合剤ペーストH3(負極合剤H3)の調製を行い、かつそれ以後の諸工程も参考例1と同様に実施して負極材料、負極および評価電池を作製し、電池特性などの評価も同様に行った。評価結果を表2に示した。
参考例1において、黒鉛質材料A1の黒鉛質粒子としてメソフェーズ小球体(平均粒径:25μm)を粉砕して平均粒径を14μmとしたメソフェーズ小球体を熱処理して作製した黒鉛質粒子E2を用いる以外は、参考例1と同様にメカノケミカル処理を行い親水化された黒鉛質粒子A2を得、これを用いて参考例1と同様に負極合剤ペーストH4(負極合剤H4)の調製を行い、かつそれ以後の諸工程も参考例1と同様に実施して負極材料、負極および評価電池を作製し、電池特性などの評価も同様に行った。評価結果を表2に示した。
参考例4のメソフェーズ小球体を熱処理して作製した黒鉛質粒子E2 100質量部と、硬質微粒子Fとして無水シリカ(「AEROSIL 300 」:日本アエロジル(株)製、平均粒径7μm、硬さ相対値4.2)0.2質量部とを混合し、処理時間を20min とする以外は、参考例1と同様にメカノケミカル処理を行ない親水化された黒鉛質粒子A3を得た。平均粒径は14μm、浸透量(親水性)は3.2g(30sec )であった。
鱗片状天然黒鉛(平均粒径30μm)を、カウンタジェットミル(200AFG;ホソカワミクロン(株)製)に入れ、空気圧力300KPa で1時間機内循環させて造粒した。これから風力分級装置を用い、粒径5μm以下の微粉を除去し、さらに75μmの目開きのふるいを通して、平均粒径20μmの球状化黒鉛B3を得た。これの格子面間隔d002 は0.3356nm、R値は0.88、アスペクト比は2.0、比表面積は3.8m2/gであった。
フェノール39gと37質量%ホルマリン水溶液66gとヘキサメチレンテトラミン4gとからなる溶液に、実施例1の球状化黒鉛B3 110gを加え、分散状態で攪拌し、90℃に加熱した。重縮合により得られた難黒鉛化性炭素前駆体であるフェノール樹脂G2が球状化黒鉛B3を被覆した複合黒鉛質炭素材料の前駆体を得た。ろ過により複合黒鉛質炭素材料の前駆体を分離した。被覆層は該フェノール樹脂G2分として20質量%(残炭素分で10質量%)であった。複合黒鉛質炭素材料の前駆体を空気中で270℃まで5時間かけて昇温し、さらに270℃に2時間保持し、被覆層を硬化させた。得られた該複合黒鉛質炭素材料D4を75μmふるい下になるように解砕した。ついで、窒素雰囲気中1000℃で熱処理(炭化処理)を行い、さらに3000℃で熱処理を行うことによって、該球状化黒鉛B3の表面の一部が難黒鉛化性炭素前駆体G2を熱処理して得られた炭素材料C2で被覆された複合黒鉛質炭素材料D4(R値0.18)を得た。複合黒鉛質炭素材料D4中の炭素材料C2は10質量%であった。
参考例1において、メソフェーズ小球体の黒鉛質粒子E1(平均粒径:25μm)のメカノケミカル処理を省略した黒鉛質粒子A4(=E1)を用いる以外は、参考例1と同様に負極合剤ペーストH7(負極合剤H7)の調製を行い、かつそれ以後の諸工程も参考例1と同様に実施して負極および評価電池を作製し、電池特性などの評価も同様に行った。評価結果を表2に示した。
参考例1において、親水化された黒鉛質粒子A1を用いることなく、参考例1と同様に負極材料ペーストH8(負極合剤H8)の調製を行い、かつそれ以後の諸工程も参考例1と同様に実施して負極および評価電池を作製し、電池特性などの評価も同様に行った。評価結果を表2に示した。
12 内部部材(インナーピース)
13 被処理物
14 被処理物の循環機構
15 被処理物の排出機構
21 固定ドラム
22 ローター
23 被処理物
24 被処理物の循環機構
25 被処理物の排出機構
26 ブレード
27 ステーター
28 ジャケット
31 外装カップ
32 作用電極
33 外装缶
34 対極
35 電解質溶液含浸セパレータ
36 絶縁ガスケット
37a、37b 集電体
Claims (7)
- メソフェーズ小球体またはその粉砕物を黒鉛化したのち、硬質微粒子Fの共存下でメカノケミカル処理により親水化された黒鉛質粒子Aと、該黒鉛質粒子Aの表面近傍に埋設された硬質微粒子Fと、黒鉛Bの少なくとも一部に、低い結晶性の炭素材料Cの被覆を有する複合黒鉛質炭素材料Dとを含有し、前記複合黒鉛質炭素材料Dのアルゴンレーザーを用いたラマン分光法により測定された1360cm-1ピーク強度(ID)と1580cm-1ピーク強度(IG)の比ID/IGが0.1以上0.3未満であることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料。
- 前記複合黒鉛質炭素材料Dが、黒鉛Bに有機化合物Gを付着および/または含浸させた後、900℃以上の温度で熱処理して得られた炭素材料Cの被覆を有する複合黒鉛質炭素材料Dである請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。
- 前記複合黒鉛質炭素材料Dが、黒鉛Bに有機化合物Gを付着および/または含浸させた後、900℃以上2800℃未満の温度で熱処理して得られた炭素材料Cの被覆を有する複合黒鉛質炭素材料Dである請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。
- 前記複合黒鉛質炭素材料Dが、黒鉛Bに難黒鉛化性炭素前駆体を付着および/または含浸させた後、2800℃以上の温度で熱処理して得られた炭素材料Cの被覆を有する複合黒鉛質炭素材料Dである請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。
- 前記複合黒鉛質炭素材料Dの平均粒径が1〜30μmである請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料。
- 請求項1〜5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料からなることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極。
- 請求項6に記載のリチウムイオン二次電池用負極を用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
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