JP4416070B2

JP4416070B2 - Negative electrode material, production method and use thereof

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Publication number: JP4416070B2
Application number: JP2002374271A
Authority: JP
Inventors: 洋一南波; 悟史飯生; 彰孝須藤
Original assignee: Showa Denko KK
Current assignee: Showa Denko KK
Priority date: 2002-12-25
Filing date: 2002-12-25
Publication date: 2010-02-17
Anticipated expiration: 2022-12-25
Also published as: JP2004207017A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充放電容量が大きく、充放電サイクル特性、大電流負荷特性に優れた非水電解質二次電池用の電極材料、それを用いた電極及び非水電解質二次電池に関し、特にリチウム二次電池の負極材、それを用いた負極及びリチウム二次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
携帯機器の小型軽量化及び高性能化に伴い、高いエネルギー密度を有するリチウムイオン二次電池、すなわちリチウムイオン二次電池の高容量化が益々求められている。リチウムイオン二次電池に使用する負極材料としては、主にリチウムイオンを層間に挿入可能な材料である黒鉛微粉が用いられている。黒鉛は結晶性が発達しているものほど高い放電容量を示すため、天然黒鉛を頂点とする結晶性の高い材料をリチウムイオン二次電池の負極材に使用する検討がなされている。黒鉛材料を使用したときの放電容量の理論容量は３７２ｍＡｈ／ｇであるが、近年では実用領域での放電容量が３５０〜３６０ｍＡｈ／ｇという理論容量に近い材料も開発されている。
【０００３】
しかし、黒鉛の結晶性が高くなるに伴い電解液の分解によると思われるクーロン効率（「１回目の放電容量／充電容量」）の低下、不可逆容量の増加が問題視されていた（非特許文献１）。そこでこの問題を解決すべく、結晶性の高い炭素材料の表面を非晶質炭素で覆うことにより、電解液の分解によると思われるクーロン効率の低下や不可逆容量の増加、サイクル特性の低下が抑えられ、結晶性の高い炭素材料を使用した負極材料が提案されている（特許文献１、特許文献２）。しかしながら、特許文献１の技術によれば、結晶性の高い炭素材料の表面にＣＶＤ法（気相法）により非晶質炭素層を形成するため、コスト面、量産性などの面で、実用上大きな問題がある。特許文献２などには、コスト面及び量産性からは有望である液相炭素化を利用した手法が記載されているが、液相の有機化合物と黒鉛粒子とを混合して焼成するのみでは、炭素化の際に黒鉛微粒子同士が融着・凝集するため粉砕する必要が生じ、粉砕により新たな結晶性の高い炭素材料の面が露出するため、クーロン効率の低下やサイクル特性の低下を招くことになる。
【０００４】
【非特許文献１】
J. Electrochem. Soc., 117巻, 1970年, 222頁
【特許文献１】
特許第２６４３０３５号公報
【特許文献２】
特許第２９７６２９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、比較的簡単な方法で炭素材料の表面に炭素質層を形成することにより、放電容量が大きく、クーロン効率、サイクル特性に優れ、不可逆容量の小さいリチウムイオン二次電池用負極材料を得ることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、従来技術の問題点に鑑みて上記課題を解決するために鋭意検討を重ねた結果、炭素質粉体が透過型電子顕微鏡における明視野像で高結晶性炭素部分と非結晶性炭素部分の両者を有する炭素材料を核として、表面に非結晶性炭素層を含んだ結晶性の炭素層とすることにより、放電容量が大きく、クーロン効率、サイクル特性に優れ、不可逆容量の小さいリチウムイオン二次電池用負極材料が得られることを見出し、本発明を完成した。
【０００７】
すなわち本発明は、
１．炭素質粉体からなる核の表面に炭素層を形成してなり、前記炭素層は透過型電子顕微鏡における明視野像に結晶質炭素部分と非晶質炭素部分とを有し、前記炭素層のレーザーラマンスペクトルによる1580ｃｍ^-1のピーク強度に対する1360ｃｍ^-1のピーク強度比が0.3以下であることを特徴とする負極材料。
２．炭素質粉体からなる核の透過型電子顕微鏡における明視野像から算出される結晶質炭素部分と非晶質炭素部分の比率が、面積比で９５〜５０：５〜５０である前項１に記載の負極材料。
３．表面の炭素層の透過型電子顕微鏡における明視野像で算出される結晶質炭素部分と非晶質炭素部分の比率が、面積比で９９〜６０：１〜４０である前項１記載の負極材料。
【０００８】
４．表面の炭素層のｃ軸方向の結晶子サイズＬｃ１と、核の炭素質粉体のｃ軸方向の結晶子サイズＬｃ２が式（１）
【数３】
Ｌｃ１＜Ｌｃ２（１）
の関係を充たす前項１記載の負極材料。
５．表面の炭素層のａ軸方向の結晶子サイズＬａ１と、核の炭素質粉末のａ軸方向の結晶子サイズＬａ２が式（２）
【数４】
Ｌａ１＜Ｌａ２（２）
の関係を充たす前項１記載の負極材料。
６．表面の炭素層の透過型電子顕微鏡における明視野像において、結晶質炭素部分に非結晶炭素部分がランダムに分散して存在している前項１乃至５のいずれかひとつに記載の負極材料。
７．表面の炭素層が、乾性油またはその脂肪酸及びフェノール樹脂を含む組成物を水の存在下で核の炭素質粉体に付着させたものを非酸化性雰囲気下で2500℃以上の温度で熱処理することにより得られるものである前項１記載の負極材料。
【０００９】
８．表面の炭素層が、乾性油またはその脂肪酸及びフェノール樹脂を含む組成物を水の存在下で核の炭素質粉体に付着させたもの及び気相法炭素繊維の混合物を非酸化性雰囲気下で2500℃以上の温度で熱処理することにより得られるものである前項１記載の負極材料。
９．炭素質粉体からなる核のフロー式粒子像解析装置によって測定される平均円形度が0.85〜0.99である前項１乃至８のいずれかひとつに記載の負極材料。
１０．核の炭素質粉体粒子のフロー式粒子像解析装置によって測定される円形度の値が、0.90未満の粒子の含有率が２〜２０個数％の範囲にある前項９に記載の負極材料。
１１．気相法炭素繊維の含有量が、0.01〜２０質量％の範囲である前項８に記載の負極材料。
１２．気相法炭素繊維が、内部に中空構造を有し、外径２〜1000ｎｍ、アスペクト比１０〜15000の繊維である前項８に記載の負極材料。
【００１０】
１３．気相法炭素繊維が、分岐状繊維である前項１１または１２に記載の負極材料。
１４．気相法炭素繊維が、Ｘ線回折法による（００２）面の平均面間隔ｄ₀₀₂が0.344ｎｍ以下の炭素からなる前項１１乃至１３のいずれかひとつに記載の負極材料。
１５．炭素質粉体からなる核の表面の高結晶性の炭素質材料が、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、フラン樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも１種を含む重合体を含む組成物を焼成して得られるものである前項１乃至１４のいずれかひとつに記載の負極材料。
【００１１】
１６．重合体を含む組成物を水の存在下で核となる炭素質粉体の表面の少なくとも一部に付着させる工程、前記炭素質粉体に気相法炭素繊維を混合する工程、次いで重合体を含む組成物が付着した該炭素質粉体を非酸化性雰囲気で熱処理する工程を含むことを特徴とする負極材料の製造方法。
１７．熱処理する工程が、2500℃以上の温度で行う焼成工程である前項１６に記載の負極材料の製造方法。
１８．前項１乃至１５のいずれかひとつに記載の負極材料とバインダーを含む電極ペースト。
１９．前項１８に記載の電極ペーストの成形体からなる電極。
２０．前項１９に記載の電極を構成要素として含む二次電池。
２１．非水電解液及び電解質を用い、前記非水電解液がエチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート及びプロピレンカーボネートからなる群から選ばれる少なくとも１種である前項２０に記載の二次電池。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
【００１３】
［炭素質粉体］
本発明において母材である核として使用するリチウムイオンの挿入可能な炭素質粉体は、透過型電子顕微鏡における明視野像で結晶質炭素部分と非晶質炭素部分の両者を有するものを使用する。透過型電子顕微鏡の技術は古くから炭素材料の構造解析に使用されてきた。なかでも結晶面を格子像として特に六角網面を００２格子像として観察できる高分解能技術によって約４０万倍以上に拡大することにより炭素の積層構造を直接観察できる。そのため炭素のキャラクタリゼーションの有力な手法として、結晶質炭素部分と非晶質炭素部分を透過型電子顕微鏡により解析することができる。
【００１４】
具体的には、明視野画像の中の判別すべき領域について、制限視野電子回折（ＳＡＤ）を実施し、そのパターンから判別を行う。詳細は、「最新の炭素材料実験技術（分析・解析編）」，炭素材料学会編（サイペック(株)），18-26頁,44-50頁、稲垣道夫他，「改訂炭素材料入門」，炭素材料学会編，29-40頁に記載されている。
【００１５】
結晶質の領域とは、例えば易黒鉛化炭素の2800℃処理における回折パターンの特徴を示すものを指し、非晶質とは、例えば難黒鉛化炭素の1200〜2800℃処理における回折パターンの特徴示すものを指す。
【００１６】
核となる炭素質粉体は、透過型電子顕微鏡における明視野像で結晶質炭素部分と非晶質炭素部分の比率が面積比で９５〜５０：５〜５０の範囲のものが好ましい。より好ましくは、９０〜５０：１０〜５０の範囲である。核となる炭素質粉体の結晶質炭素部分と非晶質炭素部分の比率が５０：５０より小さいと、負極材として高い放電容量が得られない。また、結晶質炭素部分と非晶質炭素部分の比率が９５：５より大きいと、結晶質の炭素部分が多いため表面を完全に炭素層で覆い尽くさないとクーロン効率、サイクル特性が低下する。
【００１７】
核となる炭素質粉体の粒子の形状は、塊状、鱗片状、球状、繊維状等の形状を有するものでよく、好ましくは球状、塊状がよい。
この核となる炭素質粉体はフロー式粒子像解析装置によって測定される平均円形度が0.85〜0.99であることが好ましい。平均円形度が0.85より小さいと電極成形時の充填密度が上がらないため体積当たりの放電容量が低下する。また、平均円形度が0.99より大きい場合は、微粉部分は円形度が低いため微粉部分がほとんど含まれないことになり、電極成形時の放電容量が上がらない。更に該円形度の値は、0.90未満の粒子の含有率が２〜２０個数％の範囲に制御されていることが好ましい。平均円形度は、例えば、メカノフージョン（表面融合）処理のような粒子形状制御装置を使用して調整することができる。
【００１８】
母材（核）である炭素質粉体の粒子の粒度分布は、フロー式粒子像解析装置による体積基準の粒度分布により中心粒径Ｄ５０が１〜８０μｍ程度であることが好ましい、より好ましくは５〜４０μｍであり、さらに好ましくは１０〜３０μｍである。また、１μｍ以下及び／または８０μｍ以上の粒子を実質的に含まない粒度分布がよい。これは粒度が大きいと充放電反応によって微粒子化が生じ、サイクル特性が低下するからである。また、粒度が小さいとリチウムイオンと電気化学的な反応に効率よく関与できない粒子となり、容量、サイクル特性が低下する。
【００１９】
粒度分布を調整するためには公知の粉砕方法、分級方法を利用することができる。粉砕装置としては、具体的にはハンマーミル、ジョークラッシャー、衝突式粉砕器等が挙げられる。また、分級方法としては、気流分級、篩による分級が可能である。気流分級装置としては例えばターボクライファイヤー、ターボプレックス等が挙げられる。
【００２０】
［表面炭素層］
母材（核）の表面を被覆する炭素層としては、乾性油またはその脂肪酸を混合したフェノール樹脂を用いて焼成することにより得られる緻密な炭素質材料が適している。これは、フェノール樹脂と乾性油中の不飽和脂結合の部分が化学反応を起こして、いわゆる乾性油変性フェノール樹脂となるが、これが熱処理（または焼成）過程において分解を和らげ、発泡を防ぐことによると推測される。また、乾性油は単に二重結合があると言うだけではなく、かなり長いアルキル基とエステル結合を有しており、これらも焼成過程におけるガスの抜け易さ等の面で関与していることが考えられる。
【００２１】
フェノール類とアルデヒド類との反応によりつくられるフェノール樹脂としては、ノボラック、レゾール等の未変性フェノール樹脂や一部変性されたフェノール樹脂が使用できる。また、必要に応じてニトリルゴム等のゴムをフェノール樹脂に混合して使用できる。原料フェノール類としては、フェノール、クレゾール、キシレノール、Ｃ２０以下のアルキル基を有するアルキルフェノール等が挙げられる。
【００２２】
本発明の乾性油またはその脂肪酸を混合したフェノール樹脂には、先にフェノール類と乾性油とを強酸触媒存在下に付加反応させ、その後に塩基性触媒を加えて系を塩基性とし、ホルマリンを付加反応させたもの、またはフェノール類とホルマリンを反応させ、その後に乾性油を加えたものでよい。
【００２３】
乾性油は薄膜にして空気中に放置すると比較的短時間に固化乾燥する性質を有する植物油であり、通常知られている桐油、アマニ油、脱水ヒマシ油、大豆油、カシューナッツ油等であり、これらはその脂肪酸でもよい。
【００２４】
フェノール樹脂に対する乾性油またはその脂肪酸の割合は、例えば、フェノールとホルマリンのと縮合物１００質量部に対し、乾性油またはその脂肪酸５〜５０質量部が適する。５０質量部より多くなると、核となる炭素質粉体及び繊維状炭素に対する接着性が下がる。
【００２５】
この重合体を水、アセトン、エタノール、トルエン等で希釈して粘度を調整した溶液とし、水の存在下で付着させることが好ましい。
付着時の雰囲気としては、大気圧下、加圧下、減圧下のいずれであっても良いが、炭素質粉体と重合体の親和性が向上することから減圧下で付着させる方法が好ましい。
【００２６】
本発明の表面炭素層を形成するための重合体は、核となる炭素質粉体及び繊維状炭素に接着性を有する重合体であることが好ましい。接着性を有する重合体とは、炭素質粉体及び繊維状炭素を離れないように接触させた状態に着けるためにその両物体の間に介在することで共有結合、ファンデルワールス力、水素結合等の化学接着、アンカー効果などの物理的吸着を含めて両物体を一体化した状態にするものである。混合、撹拌、溶媒除去、熱処理等の処理において、実質的に剥離が起きない程度に圧縮、曲げ、剥離、衝撃、引っ張り、引き裂き等の力に対して抵抗力を示すものであれば重合体として適用できる。例えば、重合体としては、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、フラン樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも１種がよい。好ましくは、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂である。
【００２７】
本発明における表面炭素層は、炭素表面層の状態を示す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のピーク強度比が0.3以下である結晶質に富んだ炭素層である。該ピーク強度比が0.3以上であると、表面炭素層の結晶性が充分でなく被覆炭素材料の放電容量、クーロン効率が低くなり好ましくない。
【００２８】
本発明における表面炭素の被覆層の厚さは１〜30000ｎｍ、好ましくは1000〜10000ｎｍである。被覆層の厚さが１ｎｍより小さいと核となる炭素質粉体を均一に被覆することができずクーロン効率、サイクル特性が低下する。被覆層の厚さが30000ｎｍより大きいと、リチウムイオン二次電池用の負極材として要求されている電極膜厚が７０〜１００μｍであるため、核となる炭素質粉体の好ましい粒子径が0.1〜８０μｍであることを考慮すると被覆後の粒子径が大きくなり過ぎて好ましくない。
【００２９】
黒鉛結晶のａ軸方向の結晶子の大きさＬａ、及びｃ軸方向の結晶子の厚さＬｃは、既知の方法により粉末Ｘ線回折（ＸＲＤ）法を用いて測定することができる（野田稲吉、稲垣道夫，日本学術振興会，第117委員会試料，117-71-A-1(1963)、稲垣道夫他，日本学術振興会，第117委員会試料，117-121-C-5(1972)、稲垣道夫，「炭素」，1963，No.36，25-34頁参照。）。
ただし、本発明のように核となる炭素粒子の表面に数ｎｍから数μｍ程度の炭素層をコーティングし、その局所的な構造の結晶パラメータを算出することは上記の方法では難しい場合がある。その場合には、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）像を用いて、その画像から算出することもできる。なお、ＸＲＤによる算出値とＴＥＭによる算出値はほぼ近い値になることが知られている（稲垣道夫他，「改訂炭素材料入門」，炭素材料学会編，33頁参照。）。
【００３０】
一般に黒鉛化した難黒鉛化性カーボンのＬａは７０〜８０Å以下、Ｌｃは３０〜４０Å以下である。本発明における炭素材料は結晶性の比較的良いカーボンとアモルファスの部分が局在化した非均一な組織からなるところに特徴があり、結晶性の良い組織は一般的な黒鉛化難黒鉛化性カーボンのＬａ、Ｌｃより大きいことが好ましい。具体的には、Ｌａは１００Å以上、Ｌｃは５０Å以上である。
【００３１】
本発明における表面炭素層のＬｃ１と核の炭素質粉体のＬｃ２は、式（１）
【数５】
Ｌｃ１＜Ｌｃ２（１）
の関係であることが好ましく、また、本発明における表面炭素層のＬａ１と核の炭素粉体のＬａ２は、式（２）
【数６】
Ｌａ１＜Ｌａ２（２）
の関係であることが好ましい。Ｌｃ１≧Ｌｃ２またはＬａ１≧Ｌａ２では、放電容量が低くなり好ましくない。
【００３２】
［混合方法］
本発明においては、核となる炭素質粉体に重合体が付着した炭素質粉と、気相法炭素繊維を含む混合物を含有する粒子を混合し、撹拌処理させることで気相法炭素繊維を分散させることができる。撹拌方法は特に限定されないが、例えば、リボンミキサー、スクリュー型ニーダー、スパルタンリューザー、レディゲミキサー、プラネタリーミキサー、万能ミキサー等の装置を使用することができる。
【００３３】
撹拌処理時の温度及び時間は、粒子に炭素質材料を被覆させる場合には、粒子及び重合体の成分及び粘度等に応じて適宜選択されるが、通常０℃〜５０℃程度、好ましくは１０℃〜３０℃程度の範囲とする。
あるいは混合物の粘度が混合温度下で５００Ｐａ・ｓ以下になるように混合時間及び組成物の溶媒希釈を行う。この場合溶媒としては重合体または繊維状炭素との親和性が良好なものであれば使用できるが、水、アルコール類、ケトン類、芳香族炭化水素、エステル類等が挙げられる。好ましくは水、メタノール、エタノール、ブタノール、アセトン、メチルエチルケトン、トルエン、酢酸エチル、酢酸ブチル等がよい。
【００３４】
撹拌後、溶剤の一部もしくは全部を除去することが好ましい。除去方法は、熱風乾燥、真空乾燥等公知の方法が使用できる。
また、乾燥温度は使用した溶媒の沸点、蒸気圧等によるが、具体的には５０℃以上、好ましくは１００℃以上1000℃以下、さらに好ましくは１５０℃以上５００℃以下である。
【００３５】
加熱硬化には公知の加熱装置のほとんどが使用できる。しかし、製造プロセスとしては連続処理が可能なロータリーキルンやベルト式連続炉などが生産性の点で好ましい。
例えば、フェノール樹脂添加量は、好ましくは２質量％〜３０質量％、さらに好ましくは４質量％〜２５質量％、さらに好ましくは６質量％〜１８質量％である。
【００３６】
［熱処理条件］
リチウムイオン等の挿入による充放電容量を高める為には炭素材料の結晶性を向上させることが必要である。炭素の結晶性は一般的に最高熱履歴と共に向上するため、電池性能を向上させるためには熱処理温度は高い方が好ましい。2500℃以上の熱処理温度が良いが、好ましくは2800℃以上、さらに好ましくは3000℃以上である。
【００３７】
核となる炭素質粉体が一度熱処理を実施した人造黒鉛や天然黒鉛などすでに炭素の結晶性が発達した母材である場合については、中心部までに最高温度が到達していなくてもよい。但し、その場合にも表面炭素層の結晶性を発達させるためある程度の熱処理は必要である。好ましくは2500℃以上の熱処理温度が良いが、好ましくは2800℃以上、さらに好ましくは3000℃以上である。熱処理温度が2500℃より低い場合には、表面炭素層の結晶性が十分に発達しないため、放電容量が低くなりクーロン効率も低下する。
【００３８】
熱処理のための昇温速度については、公知の装置における最速昇温速度及び最低昇温速度の範囲内では特に性能に大きく影響しない。しかし、粉体であるため、成形材等のようにひび割れの問題などが殆どないため、コスト的な観点からも昇温速度は早いほうがよい。常温から最高到達温度までの到達時間は好ましくは１２時間以下、さらに好ましくは６時間以下、特に好ましくは２時間以下である。
【００３９】
焼成のための熱処理装置は、アチソン炉、直接通電加熱炉など公知の装置が利用できる。また、これらの装置はコスト的にも有利である。しかし、窒素ガスの存在が粉体の抵抗を低下させたり、酸素による酸化によって炭素質材料の強度が低下することがあるため、好ましくは炉内雰囲気をアルゴン、ヘリウムなどの不活性ガスに保持できるような構造の炉が好ましい。例えば容器自体を真空引き後ガス置換可能なバッチ炉や、管状炉で炉内雰囲気をコントロール可能なバッチ炉あるいは連続炉などである。
【００４０】
［気相法炭素繊維］
本発明に使用する気相法炭素繊維は導電性に優れている必要があるので、結晶化度の高いものが望ましい。また、当該炭素材料を電極化し、リチウムイオン二次電池に組み込んだ場合、負極全体に素早く電流を流すことが必要であるので、気相法炭素繊維繊維の結晶成長方向は繊維軸に平行であり、繊維が枝分かれ（分岐状）をしていることが好ましい。また、分岐状繊維であれば炭素粒子間が繊維によって電気的に接合し易くなり、導電性が向上する。
【００４１】
本発明の目的を達成するためには、繊維軸方向に結晶が成長し、繊維が枝分かれをしている気相成長炭素繊維が適している。気相成長炭素繊維は、例えば、高温雰囲気下に、触媒となる鉄と共にガス化された有機化合物を吹き込むことで製造することができる。
【００４２】
気相成長炭素繊維は、製造した状態のままのもの、例えば８００〜1500℃で熱処理したもの、例えば2000〜3000℃で黒鉛化処理したもののいずれも使用可能であるが、製造した状態のままのもの、あるいは1500℃程度で熱処理されたものがより好適である。
【００４３】
また、本発明の気相成長炭素繊維の好ましい形態として、分岐状繊維があるが、分岐部分はその部分を含めて繊維全体が互いに連通した中空構造を有している箇所があってもよい。そのため繊維の円筒部分を構成している炭素層が連続している。中空構造とは炭素層が円筒状に巻いている構造であって、完全な円筒でないもの、部分的な切断箇所を有するもの、積層した２層の炭素層が１層に結合したものなどを含む。また、円筒の断面は完全な円に限らず楕円や多角化のものを含む。なお、炭素層の結晶性について炭素層の面間隔ｄ₀₀₂は限定されない。因みに、好ましいものはＸ線回折法によるｄ₀₀₂が0.344ｎｍ以下、好ましくは、0.339ｎｍ以下、より好ましくは0.338ｎｍ以下であって、結晶のＣ軸方向の厚さＬｃが４０ｎｍ以下のものである。
【００４４】
本発明で使用する気相成長炭素繊維は、繊維外径２〜1000ｎｍ、アスペクト比１０〜15000の炭素繊維であって、好ましくは繊維外径１０〜５００ｎｍ、繊維長１〜１００μｍ（アスペクト比２〜2000）、あるいは繊維外径２〜５０ｎｍであって繊維長0.5〜５０μｍ（アスペクト比１０〜25000）のものである。
【００４５】
気相炭素繊維製造後、2000℃以上の熱処理を行うことでさらに結晶化度を上げ、導電性を増すことができる。また、この場合においても、黒鉛化度を促進させる働きのあるホウ素などを熱処理前に添加しておくことが有効である。
【００４６】
負極における気相法炭素繊維の含有量は、0.01〜２０質量％の範囲がよく、好ましくは0.1〜１５質量％、より好ましくは0.5〜１０質量％である。含有量が２０質量％を超えると電気容量が小さくなり、0.01質量％未満では低温（例えば、−３５℃）における内部抵抗の値が大きくなってしまう。
【００４７】
気相法炭素繊維は、繊維表面の凹凸、乱れがあるものが多いが、核となる炭素質粉体粒子との密着性が向上し、充放電を繰り返しても負極活物質と導電性補助剤としての役割も兼ねている気相法炭素繊維が解離せず密着している状態を保つことができ、電子伝導性が保持できサイクル特性が向上する。
また、気相法炭素繊維が分岐状繊維を多く含む場合は、効率よくネットワークを形成することができ、高い電子伝導性や熱伝導性を得やすい。また、活物質を包むように分散することができ、負極の強度を高め、粒子間の接触も良好に保てる。
また、粒子間に気相法炭素繊維が入ることで、電解液の保液性が大きくなり、低温環境時でもスムーズにリチウムイオンのドープ・脱ドープが行われる。
【００４８】
［被覆炭素材料］
本発明における表面に結晶質に富んだ炭素層を被覆した炭素質粉体は、フロー式粒子像解析装置によって測定される平均円形度（算出方法は後述の実施例の項参照）が0.85〜0.99であることが好ましい。平均円形度が0.85より小さいと電極成形時の充填密度が上がらないため体積当たりの放電容量が低下する。また、平均円形度が0.99より大きい場合は、微粉部分は円形度が低いため微粉部分がほとんど含まれないことになり、電極成形時の放電容量が上がらない。更に該円形度の値が0.90未満の粒子の含有率が２〜２０個数％の範囲に制御されていることが好ましい。
【００４９】
表面に結晶質に富んだ炭素層を被覆した炭素質粉体の粒度は、フロー式粒子像解析装置による体積基準の粒度分布により中心粒径Ｄ５０が１〜８０μｍ程度であることが好ましい。より好ましくは５〜４０μｍであり、さらに好ましくは１０〜３０μｍである。
【００５０】
平均粒径が１μｍより小さいとアスペクト比が大きくなりやすく、比表面積が大きくなりやすい。また、例えば、電池の電極を作製する場合、一般に負極材料をバインダーによりペーストとし、それを塗布する方法が採られている。負極材料の平均粒径が１μｍ未満の場合だと、１μｍより小さい微粉がかなり含まれていることになり、ペーストの粘度が上がり塗布性も悪くなる。
【００５１】
さらに、平均粒径８０μｍ以上のような大きな粒子が混入していると電極表面に凹凸が多くなり、電池に使用されるセパレータを傷つける原因ともなる。例えば、１μｍ以下の粒子及び８０μｍ以上の粒子を実質的に含まないものが好適に使用できる。
【００５２】
［二次電池の作製］
本発明の炭素材料を用いて公知の方法によりリチウム二次電池を作製することができる。
リチウム電池の電極では炭素材料の比表面積は小さい方がよい。本発明の炭素材料の比表面積（ＢＥＴ法）は３ｍ²／ｇ以下である。比表面積が３ｍ²／ｇを超えると粒子の表面活性が高くなり、電解液の分解等によって、クーロン効率が低下する。さらに、電池の容量を高めるためには粒子の充填密度を上げることが重要である。そのためにもできるだけ球状に近いものが好ましい。この粒子の形状をアスペクト比（長軸の長さ／短軸の長さ）で表すとアスペクト比は６以下、好ましくは５以下である。アスペクト比は顕微鏡写真等から求めることができるが、レーザー回折散乱法で算出した平均粒子径Ａと電気的検知法（コールタ・カウンタ法）により算出した平均粒子径Ｂから粒子を円板と仮定し、この円板の底面直径をＡ、体積を４／３×（Ｂ／２）³π＝Ｃとした場合、円板の厚みＴ＝Ｃ／（Ａ／２）²πで算出できる。従って、アスペクト比はＡ／Ｔとして得られる。リチウム電池の電極では炭素材料の充填性がよい、嵩密度が高い方が単位体積当たりの放電容量は高くなる。
【００５３】
電極は、通常のように結合材（バインダー）を溶媒で希釈して負極材料と混練し、集電体（基材）に塗布することで作製できる。
バインダーについては、ポリフッ化ビニリデンやポリテトラフルオロエチレン等のフッ素系ポリマーや、ＳＢＲ（スチレンブタジエンラバー）等のゴム系等公知のものが使用できる。溶媒には、各々のバインダーに適した公知のもの、例えばフッ素系ポリマーならトルエン、Ｎ−メチルピロリドン等、ＳＢＲなら水等、公知のものが使用できる。
【００５４】
バインダーの使用量は、負極材料を１００質量部とした場合、１〜３０質量部が適当であるが、特に３〜２０質量部程度が好ましい。
負極材料とバインダーとの混錬には、リボンミキサー、スクリュー型ニーダー、スパルタンリューザー、レディゲミキサー、プラネタリーミキサー、万能ミキサー等公知の装置が使用できる。
【００５５】
混錬後の集電体への塗布は、公知の方法により実施できるが、例えばドクターブレードやバーコーターなどで塗布後、ロールプレス等で成形する方法等が挙げられる。
集電体としては、銅、アルミニウム、ステンレス、ニッケル及びそれらの合金など公知の材料が使用できる。
セパレーターは公知のものが使用できるが、特にポリエチレンやポリプロピレン性の不織布が好ましい。
【００５６】
本発明におけるリチウム二次電池における電解液及び電解質は公知の有機電解液、無機固体電解質、高分子固体電解質が使用できる。好ましくは、電気伝導性の観点から有機電解液が好ましい。
【００５７】
有機電解液としては、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル等のエーテル；ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピオンアミド、ヘキサメチルホスホリルアミド等のアミド；ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄化合物；メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のジアルキルケトン；エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、２−メトキシテトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン、１，３−ジオキソラン等の環状エーテル；エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート；γ−ブチロラクトン；Ｎ−メチルピロリドン；アセトニトリル、ニトロメタン等の有機溶媒の溶液が好ましい。さらに、好ましくはエチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジオキソラン、ジエチルエーテル、ジエトキシエタン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン等が挙げられ、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カーボネート系非水溶媒を用いることができる。これらの溶媒は、単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
【００５８】
これらの溶媒の溶質（電解質）には、リチウム塩が使用される。一般的に知られているリチウム塩にはＬｉＣｌＯ₄、ＬｉＢＦ₄、ＬｉＰＦ₆、ＬｉＡｌＣｌ₄、ＬｉＳｂＦ₆、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌ、ＬｉＣＦ₃ＳＯ₃、ＬｉＣＦ₃ＣＯ₂、ＬｉＮ（ＣＦ₃ＳＯ₂）₂等がある。
【００５９】
高分子固体電解質としては、ポリエチレンオキサイド誘導体及び該誘導体を含む重合体、ポリプロピレンオキサイド誘導体及び該誘導体を含む重合体、リン酸エステル重合体、ポリカーボネート誘導体及び該誘導体を含む重合体等が挙げられる。
【００６０】
本発明における負極材料を使用したリチウム二次電池において、用いられる正極材料はリチウム含有遷移金属酸化物である。好ましくは、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ及びＷから選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素とリチウムとを主として含有する酸化物であって、リチウムと遷移金属のモル比が0.3乃至2.2の化合物である。より好ましくは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ及びＮｉから選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素とリチウムとを主として含有する酸化物であって、リチウムと遷移金属のモル比が0.3乃至2.2の化合物である。なお、主として存在する遷移金属に対し３０モルパーセント未満の範囲でＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｐ、Ｂなどを含有していても良い。上記の正極活物質の中で、一般式Ｌｉ_xＭＯ₂（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎの少なくとも１種、ｘ＝０〜1.2。）、またはＬｉ_yＮ₂Ｏ₄（Ｎは少なくともＭｎを含む。ｙ＝０〜２。）で表されるスピネル構造を有する材料の少なくとも１種を用いることが好ましい。
【００６１】
さらに、正極活物質はＬｉ_yＭ_aＤ_1-aＯ₂（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎの少なくとも１種、ＤはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｗ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｂ、Ｐの中のＭ以外の少なくとも１種、ｙ＝０〜1.2、ａ＝0.5〜１。）を含む材料、またはＬｉ_z（Ｎ_bＥ_1-b)₂Ｏ₄（ＮはＭｎ、ＥはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｗ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｂ、Ｐの少なくとも１種、ｂ＝１〜0.2ｚ＝０〜２。）で表されるスピネル構造を有する材料の少なくとも１種を用いることが特に好ましい。
【００６２】
具体的には、Ｌｉ_xＣｏＯ₂、Ｌｉ_xＮｉＯ₂、Ｌｉ_xＭｎＯ₂、Ｌｉ_xＣｏ_aＮｉ_1-aＯ₂、Ｌｉ_xＣｏ_bＶ_1-bＯ_z、Ｌｉ_xＣｏ_bＦｅ_1-bＯ₂、Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄、Ｌｉ_xＭｎ_cＣｏ_2-cＯ₄、Ｌｉ_xＭｎ_cＮｉ_2-cＯ₄、Ｌｉ_xＭｎ_cＶ_2-cＯ₄、Ｌｉ_xＭｎ_cＦｅ_2-cＯ₄（ここでｘ＝0.02〜1.2、ａ＝0.1〜0.9、ｂ＝0.8〜0.98、ｃ＝1.6〜1.96、ｚ＝2.01〜2.3。）が挙げられる。最も好ましいリチウム含有遷移金属酸化物としては、Ｌｉ_xＣｏＯ₂、Ｌｉ_xＮｉＯ₂、Ｌｉ_xＭｎＯ₂、Ｌｉ_xＣｏ_aＮｉ_1-aＯ₂、Ｌｉ_xＭｎ₂Ｏ₄、Ｌｉ_xＣｏ_bＶ_1-bＯ_z（ｘ＝0.02〜1.2、ａ＝0.1〜0.9、ｂ＝0.9〜0.98、ｚ＝2.01〜2.3。）が挙げられる。なお、ｘの値は充放電開始前の値であり、充放電により増減する。
【００６３】
正極活物質の平均粒子サイズは特に限定されないが、0.1〜５０μｍが好ましい。0.5〜３０μｍの粒子の体積が９５％以上であることが好ましい。粒径３μｍ以下の粒子群の占める体積が全体積の１８％以下であり、かつ１５μｍ以上２５μｍ以下の粒子群の占める体積が、全体積の１８％以下であることが更に好ましい。比表面積は特に限定されないが、ＢＥＴ法で0.01〜５０ｍ²／ｇが好ましく、特に0.2ｍ²／ｇ〜１ｍ²／ｇが好ましい。また正極活物質５ｇを蒸留水１００ｍｌに溶かした時の上澄み液のｐＨとしては７以上１２以下が好ましい。
【００６４】
上記以外の電池構成上必要な部材の選択についてはなんら制約を受けるものではない。
【００６５】
【実施例】
以下に本発明について代表的な例を示し、さらに具体的に説明する。なお、これらは説明のための単なる例示であって、本発明はこれらに何等制限されるものではない。
【００６６】
付着用フェノール樹脂作成方法：
付着材には桐油で一部変性したフェノール樹脂（ワニス）を用いた。桐油１００質量部とフェノール１５０質量部、ノニルフェノール１５０質量部を混合して５０℃に保持する。これに0.5質量部の硫酸を加えて撹拌し、徐々に昇温して１２０℃で１時間保持し、桐油とフェノール類との付加反応を行った。その後温度を６０℃以下に下げ、ヘキサメチレンテトラミンを６質量部と３７質量％ホルマリン１００質量部を加え、９０℃で約２時間反応し、その後真空脱水した後、メタノール１００質量部、アセトン１００質量部を加えて希釈し、粘度２０ｍＰａ・ｓ（２０℃）のワニスを得た。以下、本ワニスをワニスＡという。
【００６７】
平均円形度、体積基準の粒子径の測定方法：
本発明における炭素材料の平均円形度、体積基準の粒子径は、フロー式粒子像分析装置ＦＰＩＡ−２１００（シスメックス社製）を用いて以下のように測定した。
測定用試料は１０６μｍのフィルターを通して微細なゴミを取り除いて精製した。試料0.1ｇを２０ｍｌのイオン交換水中に添加し、陰・非イオン界面活性剤0.1〜0.5質量％加えることによって均一に分散させて調整した。分散方法としては、超音波洗浄機ＵＴ−１０５Ｓ（シャープマニファクチャリングシステム社製）を用い、５分間処理し測定用試料分散液を調整した。
測定原理等の概略は、「粉体と工業」, VOL.32, No.2, 2000、特開平8-136439号公報などに記載されているが、以下の通りである。
測定試料の分散液がフラットで透明なフローセル（厚み約２００μｍ）の流路を通過したときにストロボ光が１／３０秒間隔で照射されＣＣＤカメラで撮像される。１／３０秒毎の静止画像は常に一定容積になることから、その静止画像を一定枚数撮像し画像解析することにより、単位体積当たりの粒子数を大きさ別に定量的に算出することができ体積基準の粒度分布を測定することができる。
また、円形度は下記式によって算出される。
【数７】
円形度＝（円相当径から求めた円の周囲長）／（粒子投影像の周囲長）
円相当径とは実際に撮像された粒子の周囲長さと同じ投影面積を持つ真円の直径であり、この円相当径から求めた円の周囲長を実際に撮像された粒子の周囲長で割った値である。例えば真円で１、形状が複雑になるほど小さい値となる。
平均円形度は、測定された粒子個々に円形度の平均値である。
【００６８】
電池評価方法：
（１）ペースト作成
負極材料１質量部に呉羽化学製ＫＦポリマーＬ１３２０（ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）を１２質量％含有したＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）溶液品）0.1質量部を加え、プラネタリーミキサーにて混練し主剤原液とした。
【００６９】
（２）電極作製
主剤原液にＮＭＰを加え、粘度を調整した後、高純度銅箔上でドクターブレードを用いて２５０μｍ厚に塗布した。これを１２０℃、１時間真空乾燥し、１８ｍｍφに打ち抜いた。さらに、打ち抜いた電極を超鋼製プレス板で挟み、プレス圧が電極に対して１×１０³〜３×１０³ｋｇ／ｃｍ²となるようにプレスした。その後、真空乾燥器で１２０℃、１２時間乾燥後し、評価用電極とした。
【００７０】
（３）電池作成
下記のようにして３極セルを作製した。なお以下の操作は露点−８０℃以下の乾燥アルゴン雰囲気下で実施した。
ポリプロピレン製のねじ込み式フタ付きのセル（内径約１８ｍｍ）内において、上記（２）で作製の銅箔付き炭素電極（正極）と金属リチウム箔（負極）をセパレーター（ポリプロピレン製マイクロポ−ラスフィルム（セルガ−ド2400））で挟み込んで積層した。さらにリファレンス用の金属リチウムを同様に積層した。これに電解液を加えて試験用セルとした。
【００７１】
（４）電解液
(i)ＥＣ系：ＥＣ（エチレンカーボネート）８質量部及びＤＥＣ（ジエチルカーボネート）１２質量部の混合品で、電解質としてＬｉＰＦ₆を１モル／リットル溶解した。
【００７２】
（５）充放電サイクル試験
電流密度0.2ｍＡ／ｃｍ²（0.1Ｃ相当）で定電流低電圧充放電試験を行った。充電（炭素へのリチウムの挿入）はレストポテンシャルから0.002Ｖまで0.2ｍＡ／ｃｍ²でＣＣ（コンスタントカレント：定電流）充電を行った。次に0.002ＶでＣＶ（コンスタントボルト：定電圧）充電に切り替え、電流値が25.4μＡに低下した時点で停止させた。
放電（炭素からの放出）は0.2ｍＡ／ｃｍ²（0.1Ｃ相当）でＣＣ放電を行い、電圧1.5Ｖでカットオフした。
【００７３】
実施例１：
核となる炭素材料として、体積基準の平均粒径（Ｄ５０）２０μｍ、平均円形度0.88に調整し、透過型電子顕微鏡における明視野像で結晶質炭素部分と非晶質炭素部分の面積の比率が８０：２０である炭素質粉体（１００ｇ）を使用し、これにワニスＡの樹脂固形分換算で5.5質量部に水5.0質量部を加えて撹拌し、十分に溶解させた溶液を変成フェノール樹脂固形分が炭素質粉体に対して１０質量％となるように加え、プラネタリーミキサーにて３０分間混練した。この混合物を真空乾燥機にて８０℃で２時間乾燥した。次にこの混合物を加熱炉にて、この内部を真空置換してアルゴン雰囲気下とした後、アルゴンガスを流しつつ昇温した。2900℃で１０分間保持してその後冷却した。室温まで冷却後、得られた熱処理品を目開き６３μｍの篩により篩分けし、篩下を負極材料サンプルとした。このようにして実施例１の負極材料を得た。この材料の透過型電子顕微鏡写真（×25,000）を図１に示す。この材料の表面の炭素層のレザーラマンスペクトルによる1580ｃｍ^-1のピーク強度に対する1360ｃｍ^-1のピーク強度比は、1580ｃｍ^-1ピーク強度／1360ｃｍ^-1ピーク強度＝0.24であった。
この試料を電池評価電解液としてＥＣ系を使用した単セル式の電池評価装置にかけた。
充放電サイクル試験１サイクル目の容量・クーロン効率、５０サイクル目の容量を調べた。結果を表１に示す。
【００７４】
実施例２：
実施例１の混合物に2800℃で黒鉛化した気相法炭素繊維（繊維径１５０ｎｍ、アスペクト比１００）を１質量％加えて撹拌、混合した以外は、実施例１と同様の方法で得た。これら試料を実施例１の試料と同様に電池評価電解液としてＥＣ系を使用した単セル式の電池評価装置にかけた。充放電サイクル試験１サイクル目の容量・クーロン効率、５０サイクル目の容量を調べた。結果を表１に示す。
【００７５】
実施例３：
気相法炭素繊維の添加量を１０質量％とした以外は、実施例２と同様の方法で得た。これら試料を実施例２の試料と同様に電池評価電解液としてＥＣ系を使用した単セル式の電池評価装置にかけた。充放電サイクル試験１サイクル目の容量・クーロン効率、５０サイクル目の容量を調べた。結果を表１に示す。
【００７６】
実施例４：
核となる炭素材料として、体積基準の平均粒径（Ｄ５０）２５μｍ、平均円形度0.93に調整し、透過型電子顕微鏡における明視野像で結晶質炭素部分と非晶質炭素部分の比率が５０：５０である炭素質粉体を使用した以外は、実施例１と同様の方法で得た。これら試料を実施例１の試料と同様に電池評価電解液としてＥＣ系を使用した単セル式の電池評価装置にかけた。充放電サイクル試験１サイクル目の容量・クーロン効率、５０サイクル目の容量を調べた。結果を表１に示す。
【００７７】
比較例１：
核となる炭素材料として、体積基準の平均粒径（Ｄ５０）２３μｍ、平均円形度0.93であり、透過型電子顕微鏡における明視野像で結晶質炭素部分と非晶質炭素部分の面積の比率が９７：３であるメソカーボンマイクロビーズ黒鉛化品（大阪ガス製）を使用した以外は、実施例１と同様の方法で得た。これら試料を実施例１の試料と同様に電池評価電解液としてＥＣ系を使用した単セル式の電池評価装置にかけた。充放電サイクル試験１サイクル目の容量・クーロン効率、５０サイクル目の容量を調べた。結果を表１に示す。
【００７８】
比較例２：
実施例１の核となる炭素質粉体（体積基準の平均粒径（Ｄ５０）２０μｍ、平均円形度0.88に調整し、透過型電子顕微鏡における明視野像で高結晶性炭素部分と非晶質炭素部分の比率が８０：２０）を表面炭素層をつけずに使用した。この材料の透過型電子顕微鏡写真（×25,000）を図２に示す。この材料の表面の炭素層のレザーラマンスペクトルによる1580ｃｍ^-1のピーク強度に対する1360ｃｍ^-1のピーク強度比は、1580ｃｍ^-1ピーク強度／1360ｃｍ^-1ピーク強度＝0.39であった。
これら試料を実施例１の試料と同様に電池評価電解液としてＥＣ系を使用した単セル式の電池評価装置にかけた。充放電サイクル試験１サイクル目の容量・クーロン効率、５０サイクル目の容量を調べた。結果を表１に示す。
【００７９】
【表１】

【００８０】
【発明の効果】
本発明によれば、透過型電子顕微鏡における明視野像で結晶質炭素部分と非結晶質炭素部分の両者を有する炭素材料を核として、表面に結晶質に富んだ炭素層を形成することにより、リチウムイオン二次電池用負極材料として放電容量が大きく、クーロン効率、サイクル特性に優れ、不可逆容量が小さく有用な炭素材料を得ることができる。また、本発明の炭素材料の製造方法は、経済性、量産性に優れ、使用する被覆材は取扱い易く、安全性も改善された方法である。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例１の負極材料の透過型電子顕微鏡写真（25,000倍）である。
【図２】比較例２の負極材料の透過型電子顕微鏡写真（25,000倍）である。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having a large charge / discharge capacity, excellent charge / discharge cycle characteristics and large current load characteristics, an electrode using the same, and a non-aqueous electrolyte secondary battery, in particular, lithium secondary battery. The present invention relates to a negative electrode material for a secondary battery, a negative electrode using the negative electrode material, and a lithium secondary battery.
[0002]
[Prior art]
As portable devices become smaller and lighter and have higher performance, there is an increasing demand for higher capacity lithium ion secondary batteries having high energy density, that is, lithium ion secondary batteries. As a negative electrode material used for a lithium ion secondary battery, graphite fine powder which is a material capable of inserting lithium ions between layers is mainly used. Since graphite having higher crystallinity exhibits a higher discharge capacity, studies have been made on the use of a material with high crystallinity centered on natural graphite for the negative electrode material of a lithium ion secondary battery. The theoretical capacity of the discharge capacity when using a graphite material is 372 mAh / g, but in recent years, a material close to the theoretical capacity of 350 to 360 mAh / g in the practical range has been developed.
[0003]
However, as the crystallinity of graphite increases, the decrease in coulomb efficiency (“first discharge capacity / charge capacity”) and the increase in irreversible capacity, which are thought to be due to decomposition of the electrolyte, have been regarded as problems (non-patent literature). 1). In order to solve this problem, the surface of a highly crystalline carbon material is covered with amorphous carbon to suppress the decrease in Coulomb efficiency, the increase in irreversible capacity, and the decrease in cycle characteristics, which are thought to be due to the decomposition of the electrolyte. Therefore, negative electrode materials using carbon materials with high crystallinity have been proposed (Patent Documents 1 and 2). However, according to the technique of Patent Document 1, since an amorphous carbon layer is formed on the surface of a highly crystalline carbon material by a CVD method (vapor phase method), in terms of cost and mass productivity, it is practically used. There is a big problem. Patent Document 2 and the like describe a method utilizing liquid phase carbonization which is promising from the viewpoint of cost and mass productivity, but only by mixing and firing a liquid phase organic compound and graphite particles, Since the fine particles of graphite are fused and aggregated during carbonization, it is necessary to pulverize, and the surface of a new carbon material with high crystallinity is exposed by pulverization, leading to a decrease in Coulomb efficiency and a decrease in cycle characteristics. become.
[0004]
[Non-Patent Document 1]
J. Electrochem. Soc., 117, 1970, 222
[Patent Document 1]
Japanese Patent No. 2643035
[Patent Document 2]
Japanese Patent No. 2976299
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By forming a carbonaceous layer on the surface of a carbon material by a relatively simple method, the present invention provides a negative electrode material for a lithium ion secondary battery having a large discharge capacity, excellent coulomb efficiency and cycle characteristics, and a small irreversible capacity. The purpose is to obtain.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
As a result of intensive studies to solve the above problems in view of the problems of the prior art, the inventors of the present invention have found that the carbonaceous powder is non-crystallized with a highly crystalline carbon portion in a bright field image in a transmission electron microscope. By using a carbon material having both crystalline carbon parts as a core and a crystalline carbon layer including an amorphous carbon layer on the surface, the discharge capacity is large, the coulomb efficiency and cycle characteristics are excellent, and the irreversible capacity is small. It discovered that the negative electrode material for lithium ion secondary batteries was obtained, and completed this invention.
[0007]
That is, the present invention
1. A carbon layer is formed on the surface of a nucleus made of carbonaceous powder, and the carbon layer has a crystalline carbon part and an amorphous carbon part in a bright-field image in a transmission electron microscope. 1580cm by laser Raman spectrum ^-1 1360cm against the peak intensity of ^-1 A negative electrode material characterized by having a peak intensity ratio of 0.3 or less.
2. The ratio of the crystalline carbon part and the amorphous carbon part calculated from the bright-field image in the transmission electron microscope of the nucleus composed of the carbonaceous powder is 95 to 50: 5 to 50 in the above item 1. Negative electrode material.
3. 2. The negative electrode material as described in 1 above, wherein the ratio of the crystalline carbon portion to the amorphous carbon portion calculated by a bright-field image of the surface carbon layer in a transmission electron microscope is 99 to 60: 1 to 40 in terms of area ratio.
[0008]
4). The crystallite size Lc1 in the c-axis direction of the surface carbon layer and the crystallite size Lc2 in the c-axis direction of the core carbonaceous powder are expressed by the formula (1).
[Equation 3]
Lc1 <Lc2 (1)
2. The negative electrode material according to item 1, which satisfies the above relationship.
5). The crystallite size La1 in the a-axis direction of the surface carbon layer and the crystallite size La2 in the a-axis direction of the core carbonaceous powder are expressed by the formula (2).
[Expression 4]
La1 <La2 (2)
2. The negative electrode material according to item 1, which satisfies the above relationship.
6). 6. The negative electrode material as described in any one of 1 to 5 above, wherein in the bright-field image of the surface carbon layer in a transmission electron microscope, the amorphous carbon portion is randomly dispersed in the crystalline carbon portion.
7). The carbon layer on the surface is a heat treatment at a temperature of 2500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere in which a composition containing a drying oil or a fatty acid thereof and a phenol resin is adhered to the core carbonaceous powder in the presence of water. 2. The negative electrode material as described in 1 above, which is obtained by
[0009]
8). A carbon layer on the surface is a mixture of a dry oil or a composition containing a fatty acid and a phenolic resin adhered to the core carbonaceous powder in the presence of water and a mixture of vapor grown carbon fibers in a non-oxidizing atmosphere. 2. The negative electrode material as described in 1 above, which is obtained by heat treatment at a temperature of 2500 ° C. or higher.
9. 9. The negative electrode material as described in any one of 1 to 8 above, wherein the average circularity measured by a flow type particle image analyzer of a nucleus made of carbonaceous powder is 0.85 to 0.99.
10. 10. The negative electrode material as described in 9 above, wherein the content of particles having a circularity value of less than 0.90 measured by a flow particle image analyzer of core carbonaceous powder particles is in the range of 2 to 20% by number.
11. 9. The negative electrode material as described in 8 above, wherein the content of vapor grown carbon fiber is in the range of 0.01 to 20% by mass.
12 9. The negative electrode material according to 8 above, wherein the vapor grown carbon fiber is a fiber having a hollow structure inside, an outer diameter of 2 to 1000 nm, and an aspect ratio of 10 to 15000.
[0010]
13. 13. The negative electrode material as described in 11 or 12 above, wherein the vapor grown carbon fiber is a branched fiber.
14 Vapor grown carbon fiber has an average interplanar spacing d of (002) plane by X-ray diffraction method. ₀₀₂ 14. The negative electrode material according to any one of the above items 11 to 13, wherein is made of carbon of 0.344 nm or less.
15. At least one selected from the group consisting of a phenolic resin, a polyvinyl alcohol resin, a furan resin, a cellulose resin, a polystyrene resin, a polyimide resin, and an epoxy resin, wherein the highly crystalline carbonaceous material on the surface of the core made of carbonaceous powder is used. 15. The negative electrode material as described in any one of 1 to 14 above, which is obtained by firing a composition containing a polymer containing.
[0011]
16. A step of adhering a composition containing a polymer to at least a part of the surface of a carbonaceous powder serving as a nucleus in the presence of water, a step of mixing vapor grown carbon fiber in the carbonaceous powder, A method for producing a negative electrode material, comprising a step of heat-treating the carbonaceous powder to which the composition containing the material is attached in a non-oxidizing atmosphere.
17. 17. The method for producing a negative electrode material as described in 16 above, wherein the heat treatment step is a firing step performed at a temperature of 2500 ° C. or higher.
18. 16. An electrode paste comprising the negative electrode material according to any one of 1 to 15 above and a binder.
19. 19. An electrode comprising a molded article of the electrode paste according to item 18 above.
20. A secondary battery comprising the electrode according to item 19 as a constituent element.
21. 21. The secondary battery according to item 20 above, wherein a non-aqueous electrolyte and an electrolyte are used, and the non-aqueous electrolyte is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and propylene carbonate.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
[0013]
[Carbonaceous powder]
In the present invention, a lithium ion-insertable carbonaceous powder used as a core as a base material in the present invention uses a bright-field image in a transmission electron microscope having both a crystalline carbon part and an amorphous carbon part. . Transmission electron microscope technology has long been used for structural analysis of carbon materials. In particular, the carbon laminate structure can be directly observed by enlarging it to about 400,000 times or more by a high resolution technique capable of observing a crystal plane as a lattice image, particularly a hexagonal mesh plane as a 002 lattice image. Therefore, as an effective method for characterizing carbon, a crystalline carbon portion and an amorphous carbon portion can be analyzed by a transmission electron microscope.
[0014]
Specifically, limited-field electron diffraction (SAD) is performed on a region to be discriminated in the bright-field image, and discrimination is performed from the pattern. For details, see "Latest Carbon Materials Experiment Technology (Analysis and Analysis)", Carbon Materials Society (Sipec Co., Ltd.), pages 18-26, 44-50, Michio Inagaki et al., "Introduction to Revised Carbon Materials", It is described on pages 29-40 of the Carbon Materials Society.
[0015]
The crystalline region refers to, for example, a characteristic of a diffraction pattern in graphitized carbon at 2800 ° C. treatment, and amorphous refers to, for example, the characteristic of a diffraction pattern in a graphitized carbon from 1200 to 2800 ° C. Refers to things.
[0016]
The carbonaceous powder serving as a nucleus is preferably a bright-field image in a transmission electron microscope in which the ratio of the crystalline carbon portion to the amorphous carbon portion is in the range of 95 to 50: 5 to 50 in terms of area ratio. More preferably, it is the range of 90-50: 10-50. When the ratio of the crystalline carbon portion to the amorphous carbon portion of the carbonaceous powder serving as the nucleus is smaller than 50:50, a high discharge capacity as a negative electrode material cannot be obtained. On the other hand, if the ratio of the crystalline carbon part to the amorphous carbon part is larger than 95: 5, since there are many crystalline carbon parts, the Coulomb efficiency and the cycle characteristics are deteriorated unless the surface is completely covered with the carbon layer.
[0017]
The shape of the particles of the carbonaceous powder serving as the nucleus may be a lump shape, a scale shape, a sphere shape, a fiber shape, or the like, and preferably a sphere shape or a lump shape.
The carbonaceous powder as the core preferably has an average circularity of 0.85 to 0.99 as measured by a flow type particle image analyzer. When the average circularity is less than 0.85, the packing density at the time of forming the electrode does not increase, so the discharge capacity per volume decreases. On the other hand, when the average circularity is larger than 0.99, the fine powder portion has a low circularity, and therefore the fine powder portion is hardly included, and the discharge capacity at the time of forming the electrode does not increase. Furthermore, the value of the circularity is preferably controlled so that the content of particles having a particle size of less than 0.90 is 2 to 20% by number. The average circularity can be adjusted using, for example, a particle shape control device such as a mechano-fusion (surface fusion) process.
[0018]
The particle size distribution of the carbonaceous powder particles as the base material (core) is preferably such that the center particle size D50 is about 1 to 80 μm, more preferably 5 based on the volume-based particle size distribution by a flow particle image analyzer. It is -40 micrometers, More preferably, it is 10-30 micrometers. Moreover, the particle size distribution which does not substantially contain particles of 1 μm or less and / or 80 μm or more is good. This is because, when the particle size is large, fine particles are generated by the charge / discharge reaction, and the cycle characteristics deteriorate. On the other hand, when the particle size is small, the particles cannot efficiently participate in the electrochemical reaction with lithium ions, and the capacity and cycle characteristics are lowered.
[0019]
In order to adjust the particle size distribution, known pulverization methods and classification methods can be used. Specific examples of the pulverizer include a hammer mill, a jaw crusher, and a collision pulverizer. As a classification method, airflow classification or classification using a sieve is possible. Examples of the airflow classifier include a turbo cryfire and a turboplex.
[0020]
[Surface carbon layer]
As the carbon layer covering the surface of the base material (core), a dense carbonaceous material obtained by firing using a phenol resin mixed with drying oil or its fatty acid is suitable. This is because the unsaturated fat bond portion in the phenolic resin and the drying oil undergoes a chemical reaction to become a so-called drying oil-modified phenolic resin. This is because the heat treatment (or firing) softens the decomposition and prevents foaming. It is guessed. In addition, drying oil does not just have double bonds, but has rather long alkyl groups and ester bonds, which are also involved in terms of ease of gas release during the firing process. Conceivable.
[0021]
As the phenol resin produced by the reaction of phenols and aldehydes, unmodified phenol resins such as novolak and resol and partially modified phenol resins can be used. Moreover, rubbers, such as a nitrile rubber, can be mixed and used for a phenol resin as needed. Examples of the raw material phenols include phenol, cresol, xylenol, and alkylphenol having a C20 or lower alkyl group.
[0022]
In the phenolic resin mixed with the drying oil or fatty acid of the present invention, phenols and drying oil are first subjected to an addition reaction in the presence of a strong acid catalyst, then a basic catalyst is added to make the system basic, and formalin is added. An addition reaction or a reaction of phenols with formalin followed by addition of drying oil may be used.
[0023]
Dry oil is a vegetable oil that has the property of solidifying and drying in a relatively short time when left in the air as a thin film, such as commonly known tung oil, linseed oil, dehydrated castor oil, soybean oil, cashew nut oil, etc. May be its fatty acid.
[0024]
The ratio of the drying oil or its fatty acid to the phenol resin is suitably 5 to 50 parts by mass of the drying oil or its fatty acid with respect to 100 parts by mass of the phenol and formalin condensate, for example. When the amount is more than 50 parts by mass, the adhesion to the carbonaceous powder and the fibrous carbon as the core is lowered.
[0025]
The polymer is preferably diluted with water, acetone, ethanol, toluene or the like to adjust the viscosity and attached in the presence of water.
The atmosphere at the time of attachment may be any of atmospheric pressure, increased pressure, and reduced pressure, but a method of attaching under reduced pressure is preferable because the affinity between the carbonaceous powder and the polymer is improved.
[0026]
The polymer for forming the surface carbon layer of the present invention is preferably a polymer having adhesiveness to the carbonaceous powder and fibrous carbon as the core. An adhesive polymer is a covalent bond, van der Waals force, or hydrogen bond by interposing between the two bodies in order to keep the carbonaceous powder and fibrous carbon in contact with each other so as not to leave. The two objects are integrated with each other including physical adhesion such as chemical bonding and anchor effect. Polymers that exhibit resistance to forces such as compression, bending, peeling, impact, pulling, and tearing to such an extent that peeling does not occur substantially during processing such as mixing, stirring, solvent removal, and heat treatment Applicable. For example, the polymer is preferably at least one selected from the group consisting of phenol resin, polyvinyl alcohol resin, furan resin, cellulose resin, polystyrene resin, polyimide resin, and epoxy resin. Preferable are phenol resin and polyvinyl alcohol resin.
[0027]
The surface carbon layer in the present invention is 1580 cm in a laser Raman spectrum indicating the state of the carbon surface layer. ^-1 1360cm against the peak intensity of ^-1 This is a carbon layer rich in crystallinity with a peak intensity ratio of 0.3 or less. If the peak intensity ratio is 0.3 or more, the crystallinity of the surface carbon layer is not sufficient, and the discharge capacity and Coulomb efficiency of the coated carbon material are lowered, which is not preferable.
[0028]
The thickness of the surface carbon coating layer in the present invention is 1 to 30000 nm, preferably 1000 to 10,000 nm. If the thickness of the coating layer is smaller than 1 nm, the carbonaceous powder as the core cannot be uniformly coated, and the Coulomb efficiency and cycle characteristics are deteriorated. When the thickness of the coating layer is larger than 30000 nm, the electrode film thickness required as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery is 70 to 100 μm. Considering that it is 80 μm, the particle diameter after coating becomes too large, which is not preferable.
[0029]
The crystallite size La in the a-axis direction and the crystallite thickness Lc in the c-axis direction of the graphite crystal can be measured by a known method using a powder X-ray diffraction (XRD) method (Inadayoshi Noda). Michio Inagaki, Japan Society for the Promotion of Science, 117th Committee Sample, 117-71-A-1 (1963), Michio Inagaki et al., Japan Society for the Promotion of Science, 117th Committee Sample, 117-121-C-5 (1972) ), Michio Inagaki, “Carbon”, 1963, No. 36, pages 25-34.)
However, it may be difficult by the above method to coat a carbon layer of several nm to several μm on the surface of the carbon particle as a nucleus as in the present invention and calculate the crystal parameters of the local structure. In that case, it can also calculate from the image using a transmission electron microscope (TEM) image. In addition, it is known that the calculated value by XRD and the calculated value by TEM are almost the same value (see Michio Inagaki et al., “Introduction to Revised Carbon Materials”, edited by Carbon Materials Society, page 33).
[0030]
Generally, La of graphitized non-graphitizable carbon is 70 to 80% or less, and Lc is 30 to 40% or less. The carbon material in the present invention is characterized in that it is composed of carbon having relatively good crystallinity and a non-uniform structure in which amorphous portions are localized, and the structure having good crystallinity is generally graphitized non-graphitizable carbon. It is preferable that it is larger than La and Lc. Specifically, La is 100 mm or more, and Lc is 50 mm or more.
[0031]
In the present invention, Lc1 of the surface carbon layer and Lc2 of the core carbonaceous powder are expressed by the formula (1).
[Equation 5]
Lc1 <Lc2 (1)
The La1 of the surface carbon layer and La2 of the core carbon powder in the present invention are preferably represented by the formula (2).
[Formula 6]
La1 <La2 (2)
It is preferable that When Lc1 ≧ Lc2 or La1 ≧ La2, the discharge capacity is lowered, which is not preferable.
[0032]
[Mixing method]
In the present invention, the carbonaceous powder having a polymer attached to the carbonaceous powder serving as a nucleus and the particles containing the mixture containing the vapor-grown carbon fiber are mixed and stirred to obtain the vapor-grown carbon fiber. Can be dispersed. Although the stirring method is not particularly limited, for example, apparatuses such as a ribbon mixer, a screw type kneader, a spartan luzer, a redige mixer, a planetary mixer, and a universal mixer can be used.
[0033]
When the particles are coated with a carbonaceous material, the temperature and time during the stirring treatment are appropriately selected according to the components and viscosity of the particles and the polymer, but are usually about 0 ° C. to 50 ° C., preferably 10 It is set as the range of about -30 degreeC.
Alternatively, the mixing time and the solvent dilution of the composition are performed so that the viscosity of the mixture is 500 Pa · s or less at the mixing temperature. In this case, any solvent can be used as long as it has a good affinity with the polymer or fibrous carbon, and examples thereof include water, alcohols, ketones, aromatic hydrocarbons and esters. Preferably, water, methanol, ethanol, butanol, acetone, methyl ethyl ketone, toluene, ethyl acetate, butyl acetate and the like are preferable.
[0034]
After stirring, it is preferable to remove part or all of the solvent. As the removing method, known methods such as hot air drying and vacuum drying can be used.
The drying temperature depends on the boiling point, vapor pressure, etc. of the solvent used, but is specifically 50 ° C. or higher, preferably 100 ° C. or higher and 1000 ° C. or lower, more preferably 150 ° C. or higher and 500 ° C. or lower.
[0035]
Most of the known heating devices can be used for heat curing. However, as a manufacturing process, a rotary kiln capable of continuous processing or a belt-type continuous furnace is preferable in terms of productivity.
For example, the phenol resin addition amount is preferably 2% by mass to 30% by mass, more preferably 4% by mass to 25% by mass, and further preferably 6% by mass to 18% by mass.
[0036]
[Heat treatment conditions]
In order to increase the charge / discharge capacity by inserting lithium ions or the like, it is necessary to improve the crystallinity of the carbon material. Since the crystallinity of carbon generally improves with the highest thermal history, it is preferable that the heat treatment temperature be higher in order to improve battery performance. A heat treatment temperature of 2500 ° C. or higher is good, but it is preferably 2800 ° C. or higher, more preferably 3000 ° C. or higher.
[0037]
In the case where the core carbonaceous powder is a base material having already developed carbon crystallinity such as artificial graphite or natural graphite that has been heat-treated once, the maximum temperature may not reach the center. However, even in that case, a certain amount of heat treatment is required to develop the crystallinity of the surface carbon layer. The heat treatment temperature is preferably 2500 ° C. or higher, preferably 2800 ° C. or higher, more preferably 3000 ° C. or higher. When the heat treatment temperature is lower than 2500 ° C., the crystallinity of the surface carbon layer is not sufficiently developed, so that the discharge capacity is lowered and the coulomb efficiency is also lowered.
[0038]
The temperature increase rate for the heat treatment does not particularly affect the performance within the range of the maximum temperature increase rate and the minimum temperature increase rate in a known apparatus. However, since it is a powder, there is almost no problem of cracking as in the case of a molding material or the like, so that the heating rate should be fast from the viewpoint of cost. The arrival time from the normal temperature to the maximum temperature is preferably 12 hours or less, more preferably 6 hours or less, and particularly preferably 2 hours or less.
[0039]
As a heat treatment apparatus for firing, a known apparatus such as an Atchison furnace or a direct current heating furnace can be used. These devices are also advantageous in terms of cost. However, since the presence of nitrogen gas may decrease the resistance of the powder or the strength of the carbonaceous material may decrease due to oxidation by oxygen, the furnace atmosphere can be preferably maintained in an inert gas such as argon or helium. A furnace having such a structure is preferred. For example, a batch furnace in which the container itself can be evacuated and replaced with gas, a batch furnace in which a furnace atmosphere can be controlled with a tubular furnace, or a continuous furnace.
[0040]
[Vapor grown carbon fiber]
Since the vapor grown carbon fiber used in the present invention needs to be excellent in conductivity, one having a high degree of crystallinity is desirable. In addition, when the carbon material is made into an electrode and incorporated in a lithium ion secondary battery, it is necessary to quickly pass a current through the entire negative electrode, so the crystal growth direction of vapor grown carbon fiber fibers is parallel to the fiber axis. The fibers are preferably branched (branched). Moreover, if it is a branched fiber, it will become easy to electrically join between carbon particles with a fiber, and electroconductivity will improve.
[0041]
In order to achieve the object of the present invention, vapor-grown carbon fibers in which crystals grow in the fiber axis direction and the fibers branch are suitable. Vapor growth carbon fiber can be manufactured, for example, by blowing a gasified organic compound together with iron as a catalyst in a high temperature atmosphere.
[0042]
Vapor-grown carbon fibers can be used as they are, such as those heat-treated at 800-1500 ° C., for example, graphitized at 2000-3000 ° C. Those having been heat-treated at about 1500 ° C. are more preferable.
[0043]
Further, as a preferred form of the vapor-grown carbon fiber of the present invention, there is a branched fiber, but the branched portion may include a portion having a hollow structure in which the entire fiber including the portion is in communication with each other. Therefore, the carbon layer which comprises the cylindrical part of a fiber is continuing. A hollow structure is a structure in which a carbon layer is wound in a cylindrical shape, and includes a structure that is not a complete cylinder, a structure that has a partial cut portion, and a structure in which two stacked carbon layers are bonded to one layer. . Further, the cross section of the cylinder is not limited to a perfect circle, but includes an ellipse or a polygon. In addition, about the crystallinity of a carbon layer, the surface interval d of a carbon layer ₀₀₂ Is not limited. Incidentally, a preferable one is d by X-ray diffraction method. ₀₀₂ Is 0.344 nm or less, preferably 0.339 nm or less, more preferably 0.338 nm or less, and the thickness Lc in the C-axis direction of the crystal is 40 nm or less.
[0044]
The vapor grown carbon fiber used in the present invention is a carbon fiber having a fiber outer diameter of 2 to 1000 nm and an aspect ratio of 10 to 15000, preferably a fiber outer diameter of 10 to 500 nm and a fiber length of 1 to 100 μm (aspect ratio of 2 to 2). 2000) or a fiber outer diameter of 2 to 50 nm and a fiber length of 0.5 to 50 μm (aspect ratio of 10 to 25000).
[0045]
After the vapor-phase carbon fiber is produced, the crystallinity can be further increased and the conductivity can be increased by performing a heat treatment at 2000 ° C. or higher. Also in this case, it is effective to add boron or the like having a function of promoting the degree of graphitization before the heat treatment.
[0046]
The content of vapor grown carbon fiber in the negative electrode is preferably in the range of 0.01 to 20% by mass, preferably 0.1 to 15% by mass, and more preferably 0.5 to 10% by mass. When the content exceeds 20% by mass, the electric capacity decreases, and when the content is less than 0.01% by mass, the value of internal resistance at a low temperature (for example, −35 ° C.) increases.
[0047]
Vapor-grown carbon fibers often have irregularities and disturbances on the fiber surface, but the adhesion to the carbonaceous powder particles that are the core improves, and the negative electrode active material and the conductive auxiliary agent even after repeated charge and discharge Thus, the vapor grown carbon fiber that also serves as a non-dissociating carbon fiber can be kept in close contact with each other, the electron conductivity can be maintained, and the cycle characteristics can be improved.
In addition, when the vapor grown carbon fiber contains a lot of branched fibers, a network can be formed efficiently, and high electronic conductivity and thermal conductivity are easily obtained. Further, the active material can be dispersed so as to be wrapped, the strength of the negative electrode is increased, and the contact between the particles can be maintained well.
In addition, since the vapor grown carbon fiber enters between the particles, the liquid retaining property of the electrolytic solution is increased, and lithium ions are smoothly doped and undoped even in a low temperature environment.
[0048]
[Coated carbon material]
The carbonaceous powder having a surface coated with a crystalline carbon layer on the surface of the present invention has an average circularity measured by a flow-type particle image analyzer (refer to the section of Examples described later for the calculation method) of 0.85 to 0.99. It is preferable that When the average circularity is less than 0.85, the packing density at the time of forming the electrode does not increase, so the discharge capacity per volume decreases. On the other hand, when the average circularity is larger than 0.99, the fine powder portion has a low circularity, and therefore the fine powder portion is hardly included, and the discharge capacity at the time of forming the electrode does not increase. Furthermore, it is preferable that the content ratio of particles having a circularity value of less than 0.90 is controlled in the range of 2 to 20% by number.
[0049]
The particle size of the carbonaceous powder whose surface is coated with a crystalline carbon layer is preferably such that the center particle size D50 is about 1 to 80 μm due to the volume-based particle size distribution by a flow type particle image analyzer. More preferably, it is 5-40 micrometers, More preferably, it is 10-30 micrometers.
[0050]
When the average particle size is smaller than 1 μm, the aspect ratio tends to increase and the specific surface area tends to increase. Further, for example, when producing an electrode of a battery, a method is generally employed in which a negative electrode material is made into a paste with a binder and applied. When the average particle diameter of the negative electrode material is less than 1 μm, fine powder smaller than 1 μm is contained considerably, and the viscosity of the paste increases and the applicability also deteriorates.
[0051]
Further, when large particles having an average particle size of 80 μm or more are mixed, irregularities are increased on the electrode surface, which may cause damage to the separator used in the battery. For example, those substantially free of particles of 1 μm or less and particles of 80 μm or more can be suitably used.
[0052]
[Production of secondary battery]
A lithium secondary battery can be produced by a known method using the carbon material of the present invention.
In the electrode of a lithium battery, it is better that the specific surface area of the carbon material is small. The specific surface area (BET method) of the carbon material of the present invention is 3 m. ² / G or less. Specific surface area is 3m ² When the amount exceeds / g, the surface activity of the particles increases, and the Coulomb efficiency decreases due to decomposition of the electrolyte and the like. Furthermore, it is important to increase the packing density of the particles in order to increase the capacity of the battery. For that purpose, a spherical shape as close as possible is preferable. When the shape of the particles is expressed by an aspect ratio (long axis length / short axis length), the aspect ratio is 6 or less, preferably 5 or less. The aspect ratio can be obtained from a micrograph, etc., but the particle is assumed to be a disk from the average particle diameter A calculated by the laser diffraction scattering method and the average particle diameter B calculated by the electrical detection method (Coulter counter method). The bottom diameter of this disk is A, and the volume is 4/3 × (B / 2). ^Three When π = C, disc thickness T = C / (A / 2) ² It can be calculated by π. Therefore, the aspect ratio is obtained as A / T. In the electrode of a lithium battery, the charge capacity of the carbon material is good, and the higher the bulk density, the higher the discharge capacity per unit volume.
[0053]
The electrode can be produced by diluting a binder (binder) with a solvent and kneading it with a negative electrode material as usual and applying it to a current collector (base material).
As the binder, known polymers such as a fluorine-based polymer such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, and a rubber-based material such as SBR (styrene butadiene rubber) can be used. As the solvent, a known solvent suitable for each binder, for example, a fluorine-based polymer such as toluene and N-methylpyrrolidone, and a SBR that is known in water can be used.
[0054]
When the negative electrode material is 100 parts by mass, the amount of the binder used is suitably 1 to 30 parts by mass, and particularly preferably about 3 to 20 parts by mass.
For kneading the negative electrode material and the binder, a known apparatus such as a ribbon mixer, a screw type kneader, a Spartan rewinder, a redige mixer, a planetary mixer, or a universal mixer can be used.
[0055]
Application to the current collector after kneading can be carried out by a known method. For example, a method of forming by a roll press or the like after applying with a doctor blade or a bar coater can be mentioned.
As the current collector, known materials such as copper, aluminum, stainless steel, nickel, and alloys thereof can be used.
Although a well-known thing can be used for a separator, especially polyethylene and a polypropylene nonwoven fabric are preferable.
[0056]
As the electrolyte and electrolyte in the lithium secondary battery of the present invention, known organic electrolytes, inorganic solid electrolytes, and polymer solid electrolytes can be used. Preferably, an organic electrolyte is preferable from the viewpoint of electrical conductivity.
[0057]
Examples of organic electrolytes include diethyl ether, dibutyl ether, ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol monomethyl ether, diethylene glycol monoethyl ether, diethylene glycol monobutyl ether, diethylene glycol dimethyl ether, and ethylene glycol phenyl ether. Ether; formamide, N-methylformamide, N, N-dimethylformamide, N-ethylformamide, N, N-diethylformamide, N-methylacetamide, N, N-dimethylacetamide, N-ethylacetamide, N, N-diethyl Acetamide, N, N-dimethylpropionamide, hexamethylphosphorylamide Amides such as dimethyl sulfoxide, sulfolane, etc .; dialkyl ketones such as methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone; ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran, 2-methoxytetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, 1,3-dioxolane, etc. Cyclic ethers; carbonates such as ethylene carbonate and propylene carbonate; γ-butyrolactone; N-methylpyrrolidone; solutions of organic solvents such as acetonitrile and nitromethane are preferred. Furthermore, preferably ethylene carbonate, butylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, propylene carbonate, vinylene carbonate, esters such as γ-butyrolactone, ethers such as dioxolane, diethyl ether, diethoxyethane, dimethyl sulfoxide, acetonitrile, tetrahydrofuran, etc. Particularly preferred are carbonate-based non-aqueous solvents such as ethylene carbonate and propylene carbonate. These solvents can be used alone or in admixture of two or more.
[0058]
Lithium salts are used as solutes (electrolytes) for these solvents. Commonly known lithium salts include LiClO _Four , LiBF _Four , LiPF ₆ LiAlCl _Four , LiSbF ₆ , LiSCN, LiCl, LiCF _Three SO _Three , LiCF _Three CO ₂ , LiN (CF _Three SO ₂ ) ₂ Etc.
[0059]
Examples of the polymer solid electrolyte include a polyethylene oxide derivative and a polymer containing the derivative, a polypropylene oxide derivative and a polymer containing the derivative, a phosphate ester polymer, a polycarbonate derivative and a polymer containing the derivative.
[0060]
In the lithium secondary battery using the negative electrode material in the present invention, the positive electrode material used is a lithium-containing transition metal oxide. Preferably, an oxide mainly containing at least one transition metal element selected from Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Mo and W and lithium, wherein the molar ratio of lithium to the transition metal Is a compound of 0.3 to 2.2. More preferably, it is an oxide mainly containing at least one transition metal element selected from V, Cr, Mn, Fe, Co and Ni, and a molar ratio of lithium to transition metal of 0.3 to 2.2. A compound. In addition, Al, Ga, In, Ge, Sn, Pb, Sb, Bi, Si, P, B, or the like may be contained in a range of less than 30 mole percent with respect to the transition metal present mainly. Among the above positive electrode active materials, the general formula Li _x MO ₂ (M is at least one of Co, Ni, Fe, Mn, x = 0 to 1.2), or Li _y N ₂ O _Four It is preferable to use at least one material having a spinel structure represented by (N includes at least Mn, y = 0 to 2).
[0061]
Further, the positive electrode active material is Li _y M _a D _1-a O ₂ (M is at least one of Co, Ni, Fe, Mn, D is Co, Ni, Fe, Mn, Al, Zn, Cu, Mo, Ag, W, Ga, In, Sn, Pb, Sb, Sr, B , A material containing at least one element other than M in P, y = 0 to 1.2, a = 0.5 to 1), or Li _z (N _b E _1-b ) ₂ O _Four (N is Mn, E is Co, Ni, Fe, Mn, Al, Zn, Cu, Mo, Ag, W, Ga, In, Sn, Pb, Sb, Sr, B, P, b = 1 It is particularly preferable to use at least one material having a spinel structure represented by -0.2z = 0-2.
[0062]
Specifically, Li _x CoO ₂ , Li _x NiO ₂ , Li _x MnO ₂ , Li _x Co _a Ni _1-a O ₂ , Li _x Co _b V _1-b O _z , Li _x Co _b Fe _1-b O ₂ , Li _x Mn ₂ O _Four , Li _x Mn _c Co _2-c O _Four , Li _x Mn _c Ni _2-c O _Four , Li _x Mn _c V _2-c O _Four , Li _x Mn _c Fe _2-c O _Four (Where x = 0.02 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.8 to 0.98, c = 1.6 to 1.96, z = 2.01 to 2.3). The most preferred lithium-containing transition metal oxide is Li _x CoO ₂ , Li _x NiO ₂ , Li _x MnO ₂ , Li _x Co _a Ni _1-a O ₂ , Li _x Mn ₂ O _Four , Li _x Co _b V _1-b O _z (X = 0.02 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.9 to 0.98, z = 2.01 to 2.3). In addition, the value of x is a value before the start of charging / discharging, and increases / decreases by charging / discharging.
[0063]
The average particle size of the positive electrode active material is not particularly limited, but is preferably 0.1 to 50 μm. The volume of particles of 0.5 to 30 μm is preferably 95% or more. More preferably, the volume occupied by a particle group having a particle size of 3 μm or less is 18% or less of the total volume, and the volume occupied by a particle group of 15 μm or more and 25 μm or less is 18% or less of the total volume. Although specific surface area is not specifically limited, it is 0.01-50m in BET method ² / G is preferred, especially 0.2 m ² / G-1m ² / G is preferred. The pH of the supernatant when 5 g of the positive electrode active material is dissolved in 100 ml of distilled water is preferably 7 or more and 12 or less.
[0064]
There are no restrictions on the selection of members necessary for battery configuration other than those described above.
[0065]
【Example】
The present invention will be described in more detail below with typical examples. Note that these are merely illustrative examples, and the present invention is not limited thereto.
[0066]
How to make phenolic resin for adhesion:
A phenol resin (varnish) partially modified with tung oil was used as the adhesive. 100 parts by mass of tung oil, 150 parts by mass of phenol, and 150 parts by mass of nonylphenol are mixed and maintained at 50 ° C. 0.5 parts by mass of sulfuric acid was added and stirred, and the temperature was gradually raised and maintained at 120 ° C. for 1 hour to carry out an addition reaction between tung oil and phenols. Thereafter, the temperature was lowered to 60 ° C. or less, 6 parts by mass of hexamethylenetetramine and 100 parts by mass of 37% by weight formalin were added, the reaction was carried out at 90 ° C. for about 2 hours, and then vacuum dehydration was performed. A varnish having a viscosity of 20 mPa · s (20 ° C.) was obtained. Hereinafter, this varnish is called varnish A.
[0067]
Method for measuring average circularity and volume-based particle size:
The average circularity and volume-based particle diameter of the carbon material in the present invention were measured as follows using a flow particle image analyzer FPIA-2100 (manufactured by Sysmex Corporation).
The sample for measurement was purified by removing fine dust through a 106 μm filter. A sample (0.1 g) was added to 20 ml of ion-exchanged water, and 0.1 to 0.5% by mass of an anionic / nonionic surfactant was added and uniformly dispersed. As a dispersion method, an ultrasonic cleaning machine UT-105S (manufactured by Sharp Manufacturing System) was used for 5 minutes to prepare a sample dispersion for measurement.
The outline of the measurement principle and the like is described in “Powder and Industry”, VOL. 32, No. 2, 2000, Japanese Patent Laid-Open No. 8-136439, etc., and is as follows.
When the dispersion of the measurement sample passes through the flow path of a flat and transparent flow cell (thickness: about 200 μm), strobe light is irradiated at 1/30 second intervals and imaged with a CCD camera. Since still images every 1/30 seconds always have a constant volume, the number of particles per unit volume can be calculated quantitatively by size by capturing a fixed number of still images and analyzing the volume. A standard particle size distribution can be measured.
The circularity is calculated by the following formula.
[Expression 7]
Circularity = (circle circumference obtained from equivalent circle diameter) / (perimeter of particle projection image)
The equivalent circle diameter is the diameter of a true circle having the same projected area as the circumference of the actually imaged particle, and the circumference of the circle obtained from this equivalent circle diameter is divided by the circumference of the actually imaged particle. Value. For example, the value is 1 for a perfect circle, and the value becomes smaller as the shape becomes more complicated.
The average circularity is an average value of circularity of each measured particle.
[0068]
Battery evaluation method:
(1) Paste creation
Add 0.1 parts by mass of KF polymer L1320 (N-methylpyrrolidone (NMP) solution containing 12% by mass of polyvinylidene fluoride (PVDF)) to 1 part by mass of the negative electrode material, and knead with a planetary mixer. The stock solution was used.
[0069]
(2) Electrode fabrication
NMP was added to the main agent stock solution to adjust the viscosity, and then applied onto a high purity copper foil to a thickness of 250 μm using a doctor blade. This was vacuum-dried at 120 ° C. for 1 hour and punched out to 18 mmφ. Further, the punched electrode is sandwiched between super steel press plates, and the press pressure is 1 × 10 against the electrode. ^Three ~ 3x10 ^Three kg / cm ² It pressed so that it might become. Then, it dried at 120 degreeC and 12 hours with the vacuum dryer, and was set as the electrode for evaluation.
[0070]
(3) Battery creation
A triode cell was produced as follows. The following operation was carried out in a dry argon atmosphere with a dew point of -80 ° C or lower.
In a cell (with an inner diameter of about 18 mm) with a screwed lid made of polypropylene, the carbon electrode with copper foil (positive electrode) and the metal lithium foil (negative electrode) produced in (2) above were separated by a separator (polypropylene microporous film (Selga -Sandwiched at 2400)) and laminated. Further, metallic lithium for reference was laminated in the same manner. An electrolytic solution was added thereto to obtain a test cell.
[0071]
(4) Electrolyte
(i) EC system: a mixture of 8 parts by mass of EC (ethylene carbonate) and 12 parts by mass of DEC (diethyl carbonate), and LiPF as an electrolyte ₆ 1 mol / liter was dissolved.
[0072]
(5) Charge / discharge cycle test
Current density 0.2mA / cm ² (Equivalent to 0.1 C) A constant current low voltage charge / discharge test was performed. Charging (insertion of lithium into carbon) is 0.2 mA / cm from rest potential to 0.002 V ² Then, CC (constant current: constant current) charging was performed. Next, it was switched to CV (constant voltage: constant voltage) charging at 0.002 V and stopped when the current value decreased to 25.4 μA.
Discharge (release from carbon) is 0.2 mA / cm ² CC discharge was performed at (corresponding to 0.1 C) and cut off at a voltage of 1.5V.
[0073]
Example 1:
The core carbon material is adjusted to a volume-based average particle diameter (D50) of 20 μm and an average circularity of 0.88, and the ratio of the area of the crystalline carbon portion to the amorphous carbon portion in a bright-field image in a transmission electron microscope is Carbonaceous powder (100 g) of 80:20 was used, and 5.0 parts by mass of water was added to 5.5 parts by mass in terms of resin solid content of varnish A, and the resulting solution was sufficiently dissolved to obtain a modified phenolic resin. The solid content was added to 10% by mass with respect to the carbonaceous powder, and kneaded for 30 minutes with a planetary mixer. This mixture was dried in a vacuum dryer at 80 ° C. for 2 hours. Next, the mixture was vacuum-replaced in an oven to create an argon atmosphere, and then heated while flowing argon gas. It was kept at 2900 ° C. for 10 minutes and then cooled. After cooling to room temperature, the obtained heat-treated product was sieved with a sieve having a mesh size of 63 μm, and the lower sieve was used as a negative electrode material sample. Thus, the negative electrode material of Example 1 was obtained. A transmission electron micrograph (× 25,000) of this material is shown in FIG. 1580cm according to the leather Raman spectrum of the carbon layer on the surface of this material ^-1 1360cm against the peak intensity of ^-1 The peak intensity ratio is 1580cm ^-1 Peak intensity / 1360cm ^-1 The peak intensity was 0.24.
This sample was applied to a single cell type battery evaluation apparatus using an EC system as a battery evaluation electrolyte.
The capacity / coulomb efficiency of the first charge / discharge cycle test and the capacity of the 50th cycle were examined. The results are shown in Table 1.
[0074]
Example 2:
The mixture was obtained in the same manner as in Example 1 except that 1% by mass of vapor grown carbon fiber graphitized at 2800 ° C. (fiber diameter 150 nm, aspect ratio 100) was added to the mixture of Example 1 and stirred and mixed. Similar to the sample of Example 1, these samples were applied to a single cell type battery evaluation apparatus using an EC system as a battery evaluation electrolyte. The capacity / coulomb efficiency of the first charge / discharge cycle test and the capacity of the 50th cycle were examined. The results are shown in Table 1.
[0075]
Example 3:
It was obtained in the same manner as in Example 2 except that the amount of vapor grown carbon fiber was changed to 10% by mass. Similar to the sample of Example 2, these samples were subjected to a single cell type battery evaluation apparatus using an EC system as a battery evaluation electrolyte. The capacity / coulomb efficiency of the first charge / discharge cycle test and the capacity of the 50th cycle were examined. The results are shown in Table 1.
[0076]
Example 4:
The core carbon material is adjusted to have a volume-based average particle diameter (D50) of 25 μm and an average circularity of 0.93, and the ratio of the crystalline carbon portion to the amorphous carbon portion is 50: It was obtained in the same manner as in Example 1 except that 50 carbonaceous powder was used. Similar to the sample of Example 1, these samples were applied to a single cell type battery evaluation apparatus using an EC system as a battery evaluation electrolyte. The capacity / coulomb efficiency of the first charge / discharge cycle test and the capacity of the 50th cycle were examined. The results are shown in Table 1.
[0077]
Comparative Example 1:
The core carbon material has a volume-based average particle diameter (D50) of 23 μm and an average circularity of 0.93, and the ratio of the area of the crystalline carbon portion to the amorphous carbon portion is 97 in a bright-field image in a transmission electron microscope. : A mesocarbon microbead graphitized product (manufactured by Osaka Gas Co., Ltd.) that is 3, was obtained in the same manner as in Example 1. Similar to the sample of Example 1, these samples were applied to a single cell type battery evaluation apparatus using an EC system as a battery evaluation electrolyte. The capacity / coulomb efficiency of the first charge / discharge cycle test and the capacity of the 50th cycle were examined. The results are shown in Table 1.
[0078]
Comparative Example 2:
Carbonaceous powder as a core of Example 1 (volume-based average particle size (D50) 20 μm, average circularity 0.88 adjusted, high crystalline carbon portion and amorphous carbon in bright field image in transmission electron microscope) A part ratio of 80:20) was used without a surface carbon layer. A transmission electron micrograph (× 25,000) of this material is shown in FIG. 1580cm according to the leather Raman spectrum of the carbon layer on the surface of this material ^-1 1360cm against the peak intensity of ^-1 The peak intensity ratio is 1580cm ^-1 Peak intensity / 1360cm ^-1 The peak intensity was 0.39.
Similar to the sample of Example 1, these samples were applied to a single cell type battery evaluation apparatus using an EC system as a battery evaluation electrolyte. The capacity / coulomb efficiency of the first charge / discharge cycle test and the capacity of the 50th cycle were examined. The results are shown in Table 1.
[0079]
[Table 1]

[0080]
【The invention's effect】
According to the present invention, by using a carbon material having both a crystalline carbon part and an amorphous carbon part as a nucleus in a bright-field image in a transmission electron microscope, a carbon layer rich in crystalline is formed on the surface, As a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, a useful carbon material having a large discharge capacity, excellent Coulomb efficiency and cycle characteristics, and a small irreversible capacity can be obtained. Moreover, the method for producing a carbon material of the present invention is excellent in economic efficiency and mass productivity, the covering material used is easy to handle, and the safety is improved.
[Brief description of the drawings]
1 is a transmission electron micrograph (25,000 times) of a negative electrode material of Example 1. FIG.
2 is a transmission electron micrograph (25,000 times) of the negative electrode material of Comparative Example 2. FIG.

Claims

A carbon layer is formed on the surface of a nucleus made of carbonaceous powder, and the carbon layer has a crystalline carbon part and an amorphous carbon part in a bright-field image in a transmission electron microscope. and the peak intensity ratio of 1360 cm ^-1 to the peak intensity of 1580 cm ^-1 by laser Raman spectrum of 0.3 or less, crystalline carbon portion and a non-calculated from the bright-field image in a transmission electron microscope nucleus consisting carbonaceous particles The ratio of the crystalline carbon part is 95-50: 5-50 in area ratio, The negative electrode material for lithium ion secondary batteries characterized by the above-mentioned.

2. The negative electrode material according to claim 1, wherein the ratio of the crystalline carbon portion to the amorphous carbon portion calculated by a bright-field image of the surface carbon layer in a transmission electron microscope is 99 to 60: 1 to 40 in terms of area ratio. .

The crystallite size Lc1 in the c-axis direction of the surface carbon layer and the crystallite size Lc2 in the c-axis direction of the core carbonaceous powder are expressed by the formula (1).
Lc1 <Lc2 (1)
The negative electrode material according to claim 1, wherein the relationship is satisfied.

The crystallite size La1 in the a-axis direction of the surface carbon layer and the crystallite size La2 in the a-axis direction of the core carbonaceous powder are expressed by the formula (2).
La1 <La2 (2)
The negative electrode material according to any one of claims 1 to 3 , which satisfies the following relationship.

5. The negative electrode material according to claim 1, wherein in the bright-field image of the carbon layer on the surface in a transmission electron microscope, the amorphous carbon portion is randomly dispersed in the crystalline carbon portion.

The carbon layer on the surface is a heat treatment at a temperature of 2500 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere in which a composition containing a drying oil or a fatty acid thereof and a phenol resin is adhered to the core carbonaceous powder in the presence of water. The negative electrode material according to claim 1, which is obtained by:

A carbon layer on the surface is a mixture of a dry oil or a composition containing a fatty acid and a phenolic resin adhered to the core carbonaceous powder in the presence of water and a mixture of vapor grown carbon fibers in a non-oxidizing atmosphere. The negative electrode material according to claim 1, which is obtained by heat treatment at a temperature of 2500 ° C. or higher.

2. The negative electrode material according to claim 1, wherein the average circularity measured by a flow type particle image analyzer of nuclei made of carbonaceous powder is 0.85 to 0.99.

9. The negative electrode material according to claim 8 , wherein the content of particles having a degree of circularity measured by a flow type particle image analyzer of core carbonaceous powder particles of less than 0.90 is in the range of 2 to 20% by number.

The negative electrode material according to claim 7 , wherein the content of vapor grown carbon fiber is in the range of 0.01 to 20 mass%.

The negative electrode material according to claim 7 , wherein the vapor grown carbon fiber is a fiber having a hollow structure therein, an outer diameter of 2 to 1000 nm, and an aspect ratio of 10 to 15000.

The negative electrode material according to claim 10 or 11 , wherein the vapor grown carbon fiber is a branched fiber.

Vapor grown carbon fiber, a negative electrode material according to any one of claims 10 to 12 average spacing d ₀₀₂ of the X-ray diffraction (002) plane is from the carbon 0.344 nm.

At least one selected from the group consisting of a phenolic resin, a polyvinyl alcohol resin, a furan resin, a cellulose resin, a polystyrene resin, a polyimide resin, and an epoxy resin, wherein the highly crystalline carbonaceous material on the surface of the core made of carbonaceous powder is used. The negative electrode material according to claim 1 , wherein the negative electrode material is obtained by firing a composition containing a polymer containing.

2. The method for producing a negative electrode material according to claim 1, wherein the polymer-containing composition is attached to at least a part of the surface of the carbonaceous powder as a nucleus in the presence of water, the carbonaceous powder. A method of producing a negative electrode material, comprising: mixing a vapor-grown carbon fiber, and then heat-treating the carbonaceous powder to which the composition containing the polymer is adhered in a non-oxidizing atmosphere.

The method for producing a negative electrode material according to claim 15 , wherein the heat treatment step is a firing step performed at a temperature of 2500 ° C. or higher.

An electrode paste comprising the negative electrode material according to any one of claims 1 to 14 and a binder.

The electrode which consists of a molded object of the electrode paste of Claim 17 .

A secondary battery comprising the electrode according to claim 18 as a constituent element.

The secondary battery according to claim 19 , wherein a non-aqueous electrolyte and an electrolyte are used, and the non-aqueous electrolyte is at least one selected from the group consisting of ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, and propylene carbonate. .