JP4855696B2 - Negative electrode material for lithium ion secondary battery, method for producing the same, negative electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

黒鉛質物と金属を含むリチウムイオン二次電池用負極材料およびその製造方法ならびにそれを用いたリチウムイオン二次電池用負極およびそれを用いた放電容量やサイクル特性に優れるリチウムイオン二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode material for a lithium ion secondary battery containing graphite and a metal, a production method thereof, a negative electrode for a lithium ion secondary battery using the same, and a lithium ion secondary battery using the same and having excellent discharge capacity and cycle characteristics.

リチウムイオン二次電池は、他の二次電池に比べて高い電圧、高いエネルギー密度を有するので、電子機器の電源として広く普及している。近年、電子機器の小型化あるいは高性能化が急速に進み、リチウムイオン二次電池のエネルギー密度をさらに向上させる要望がますます高まっている。   Lithium ion secondary batteries have a higher voltage and higher energy density than other secondary batteries, and are therefore widely used as power sources for electronic devices. In recent years, electronic devices have been rapidly reduced in size and performance, and there is an increasing demand for further improving the energy density of lithium ion secondary batteries.

現在、リチウムイオン二次電池は、正極にLiCoO、負極に黒鉛を用いたものが一般的である。しかし、黒鉛負極は、充放電の可逆性に優れるものの、その放電容量はすでに層間化合物(LiC6)の理論値(372mAh/g)に近い値まで到達している。そこで、電池のエネルギー密度をさらに高めるためには、黒鉛より放電容量の大きい負極材料を開発する必要がある。 Currently, lithium ion secondary batteries generally use LiCoO 2 for the positive electrode and graphite for the negative electrode. However, although the graphite negative electrode is excellent in charge / discharge reversibility, the discharge capacity has already reached a value close to the theoretical value (372 mAh / g) of the intercalation compound (LiC 6 ). Therefore, in order to further increase the energy density of the battery, it is necessary to develop a negative electrode material having a discharge capacity larger than that of graphite.

金属リチウムは負極材料として最大の放電容量を有する。しかし、充電時にリチウムがデンドライト状に析出して負極が劣化するため、電池の充放電サイクルが短くなるという問題がある。また、デンドライト状に析出したリチウムがセパレータを貫通して正極に達し、電池が短絡する可能性もある。   Metallic lithium has the maximum discharge capacity as a negative electrode material. However, since lithium is deposited in a dendritic state during charging and the negative electrode is deteriorated, there is a problem that the charge / discharge cycle of the battery is shortened. In addition, lithium deposited in a dendrite shape may penetrate the separator and reach the positive electrode, and the battery may be short-circuited.

そのため、金属リチウムに代わる負極材料として、リチウムと合金を形成する、金属または金属化合物が検討されてきた。これらの合金負極の放電容量は、金属リチウムには及ばないものの黒鉛を遥かにしのぐ放電容量をもつ。しかし、合金化に伴う体積膨張により活物質の粉化・剥離が発生し、リチウムイオン二次電池のサイクル特性は未だに実用レベルに至っていない。   Therefore, a metal or a metal compound that forms an alloy with lithium has been studied as a negative electrode material replacing lithium metal. The discharge capacity of these alloy negative electrodes has a discharge capacity far exceeding that of graphite, although it does not reach that of metallic lithium. However, powder expansion and separation of the active material occur due to volume expansion accompanying alloying, and the cycle characteristics of the lithium ion secondary battery have not yet reached a practical level.

前述のような合金負極の欠点を解決するため、リチウムと合金化する金属または金属化合物と、黒鉛材料および/または炭素材料との複合化による負極の開発が検討されている。   In order to solve the drawbacks of the above-described alloy negative electrode, development of a negative electrode by combining a metal or metal compound that forms an alloy with lithium and a graphite material and / or a carbon material has been studied.

体積膨張に伴う金属の粉化・剥離を抑制するためには、金属と黒鉛材料および/または炭素材料界面の密着性を向上させることが有効である。しかし、金属と黒鉛材料を単純に混合するだけでは充分な密着性を得ることができず、充放電を繰り返すと金属が黒鉛から遊離し、サイクル特性が低下するという問題がある。   In order to suppress metal pulverization / peeling accompanying volume expansion, it is effective to improve the adhesion between the metal and the graphite material and / or carbon material interface. However, there is a problem that sufficient adhesion cannot be obtained by simply mixing the metal and the graphite material, and the metal is liberated from the graphite and the cycle characteristics are deteriorated when charging and discharging are repeated.

このような問題に対して、特許文献1(特開平11−279785号公報)には、粒子状黒鉛表面に、有機材料と金属化合物とに由来する被覆層を形成した複合炭素材料を電極として用いる技術が開示されている。この複合炭素材料において、有機材料に由来する被覆層は、黒鉛と金属の結合剤としての役割を担っている。   In order to solve such problems, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 11-279785) uses a composite carbon material in which a coating layer derived from an organic material and a metal compound is formed on the surface of particulate graphite as an electrode. Technology is disclosed. In this composite carbon material, the coating layer derived from the organic material plays a role as a binder of graphite and metal.

また、特許文献2(特開2004−185975号公報)には、黒鉛粒子表面に、リチウムと合金化可能な金属をメカノケミカル処理で固定化し、さらにその表面に炭素層を形成してなる3層構造の複合炭素材料を電極として用いる技術が開示されている。この複合炭素材料において、メカノケミカル処理は、黒鉛と金属の密着性を向上させる目的で実施されている。
特開平11−279785号公報 特開2004−185975号公報
Patent Document 2 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-185975) discloses a three-layer structure in which a metal that can be alloyed with lithium is fixed to a graphite particle surface by mechanochemical treatment, and a carbon layer is formed on the surface. A technique using a composite carbon material having a structure as an electrode is disclosed. In this composite carbon material, mechanochemical treatment is performed for the purpose of improving the adhesion between graphite and metal.
JP-A-11-279785 JP 2004-185975 A

しかし、上記特許文献1に記載の複合炭素材料であっても、充放電に伴う金属の膨張・収縮により被覆層が破壊されると、黒鉛と金属の界面には何ら密着性が確保されていないため両者の遊離を免れず、充放電効率やサイクル特性が低下してしまう。   However, even in the composite carbon material described in Patent Document 1, when the coating layer is broken due to the expansion / contraction of the metal accompanying charge / discharge, no adhesion is secured at the interface between the graphite and the metal. Therefore, the liberation of both cannot be avoided, and the charge / discharge efficiency and cycle characteristics deteriorate.

また、上記特許文献2に記載の複合炭素材料については、メカノケミカル処理は機械的にせん断力をかけて黒鉛と金属を一体化するものであり、金属の膨張・収縮に伴う金属と黒鉛の遊離を完全に抑制できるほどの界面密着性を持たない。それゆえ、この複合炭素材料であっても、充放電に伴う金属の膨張・収縮により被覆層が破壊されると、やはり充放電効率やサイクル特性が低下してしまう。   In the composite carbon material described in Patent Document 2, the mechanochemical treatment mechanically applies a shearing force to integrate the graphite and the metal, and releases the metal and the graphite due to the expansion and contraction of the metal. It does not have interfacial adhesion enough to completely suppress. Therefore, even with this composite carbon material, if the coating layer is destroyed due to metal expansion / contraction caused by charge / discharge, the charge / discharge efficiency and cycle characteristics are also lowered.

上述の通り、従来技術では、黒鉛とリチウムと合金化可能な金属の密着性を強化し、充放電効率やサイクル特性を向上させることが困難であるという問題を有している。   As described above, the prior art has a problem that it is difficult to enhance the adhesion between a metal that can be alloyed with graphite and lithium, and to improve the charge / discharge efficiency and cycle characteristics.

本発明は、上記のような状況を鑑みてなされたものであり、リチウムイオン二次電池用負極材料として用いて、放電容量が高く、優れたサイクル特性と初期充放電効率が得られる負極材料を提供することを目的とする。また、得られた負極材料を用いてなる、放電容量が高く、優れたサイクル特性と初期充放電効率を有するリチウムイオン二次電池用負極および該二次電池用負極を用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above situation, and is used as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery. A negative electrode material having a high discharge capacity and excellent cycle characteristics and initial charge / discharge efficiency is obtained. The purpose is to provide. Also, a negative electrode for a lithium ion secondary battery having a high discharge capacity, having excellent cycle characteristics and initial charge / discharge efficiency, and a lithium ion secondary battery using the negative electrode for the secondary battery, comprising the obtained negative electrode material The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明は以下のような特徴を有する。
[1]アスペクト比が5以下である塊状黒鉛質物の表面の少なくとも一部に、SiO が付着し、さらに、前記塊状黒鉛質物および前記SiO の表面の少なくとも一部に、Siが付着してい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。
アスペクト比が5以下である塊状黒鉛質物の表面の少なくとも一部に、SiO をメカノケミカル処理で付着した後、前記塊状黒鉛質物および前記SiO の表面の少なくとも一部に、Siを気相法で付着す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の製造方法。
]上記[1]に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料を用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極。
]上記[]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。
In order to achieve the above object, the present invention has the following features.
[1] SiO 2 adheres to at least a part of the surface of the massive graphite material having an aspect ratio of 5 or less, and Si adheres to at least a part of the surfaces of the massive graphite material and the SiO 2 A negative electrode material for a lithium ion secondary battery.
[ 2 ] After attaching SiO 2 by mechanochemical treatment to at least a part of the surface of the massive graphite material having an aspect ratio of 5 or less , Si is applied to at least a part of the surfaces of the massive graphite material and the SiO 2 A method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, characterized by being deposited by a vapor phase method.
[ 3 ] A negative electrode for a lithium ion secondary battery using the negative electrode material for a lithium ion secondary battery as described in [1] above.
[ 4 ] A lithium ion secondary battery using the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to [ 3 ] above.

本発明のリチウムイオン二次電池用負極材料を用いると、黒鉛の理論容量を超える優れた放電容量が得られ、同時に優れた初期充放電効率とサイクル特性を示すリチウムイオン二次電池を得ることができる。   By using the negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present invention, an excellent discharge capacity exceeding the theoretical capacity of graphite can be obtained, and at the same time, a lithium ion secondary battery exhibiting excellent initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics can be obtained. it can.

そのため、本発明の負極材料を用いてなるリチウムイオン二次電池は、近年の電池の高エネルギー密度化に対する要望を満たし、搭載する機器の小型化および高性能化に有効である。   Therefore, the lithium ion secondary battery using the negative electrode material of the present invention satisfies the recent demand for higher energy density of the battery, and is effective in reducing the size and performance of the mounted device.

以下、本発明をより具体的に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically.

[負極材料]
本発明の負極材料は、塊状黒鉛質物の表面の少なくとも一部に、リチウムと合金化しない金属化合物が付着し、さらに、前記塊状黒鉛質物および前記金属化合物の表面の少なくとも一部に、リチウムと合金化可能な金属が付着した複合型の負極材料である。ここで、前記金属化合物は、前記塊状黒鉛質物の平均粒径よりも小さな平均粒径を有することが好ましい。リチウムと合金化しない金属化合物はメカノケミカル処理で付着することが好ましく、前記リチウムと合金化可能な金属は気相法で付着することが好ましい。
[Negative electrode material]
In the negative electrode material of the present invention, a metal compound that does not alloy with lithium adheres to at least part of the surface of the massive graphite material, and further, lithium and an alloy adhere to at least part of the surfaces of the massive graphite material and the metal compound. It is a composite negative electrode material to which a metal that can be converted is attached. Here, the metal compound preferably has an average particle size smaller than the average particle size of the massive graphite material. The metal compound that is not alloyed with lithium is preferably deposited by mechanochemical treatment, and the metal that can be alloyed with lithium is preferably deposited by a vapor phase method.

前記負極材料においては、リチウムと合金化しない金属化合物が、塊状黒鉛質物およびリチウムと合金化可能な金属のいずれとも密着しているため、結果として前記塊状黒鉛質物と、リチウムと合金化可能な金属との界面が強化、つまり、接着性がよくなり、充放電による該金属の剥離、脱落を抑制することができ、充放電効率やサイクル特性が向上する。また、界面の強化に伴い負極材料内の導電性が向上するため、充放電効率やサイクル特性が向上する。また、前記黒鉛質物が塊状であるため負極材料間に空隙が生じ、前記リチウムと合金化可能な金属の充電膨張を吸収することができ、サイクル特性が向上する。さらに、リチウムと合金化しない金属化合物をメカノケミカル処理により、前記黒鉛質物の外表面に付着させると、研磨効果により前記黒鉛質物の表面積が大きくなるため、特にリチウムと合金化可能な金属が膜状で存在する場合、その膜厚を薄くできるという効果も有する。   In the negative electrode material, the metal compound that is not alloyed with lithium is in close contact with both the massive graphite material and the metal that can be alloyed with lithium, and as a result, the massive graphite material and the metal that can be alloyed with lithium are used. The interface is strengthened, that is, the adhesiveness is improved, and the metal can be prevented from peeling and falling off due to charge / discharge, and the charge / discharge efficiency and cycle characteristics are improved. Moreover, since the electrical conductivity in the negative electrode material is improved with the strengthening of the interface, the charge / discharge efficiency and the cycle characteristics are improved. Further, since the graphite material is in a lump shape, voids are generated between the negative electrode materials, and the charge expansion of the metal that can be alloyed with lithium can be absorbed, thereby improving the cycle characteristics. Furthermore, if a metal compound that does not alloy with lithium is attached to the outer surface of the graphite by mechanochemical treatment, the surface area of the graphite increases due to the polishing effect, so that a metal that can be alloyed with lithium in particular is in the form of a film. In the case where it exists, the film thickness can be reduced.

前記塊状黒鉛質物に対する前記リチウムと合金化しない金属化合物の付着は、どのような方法を用いてもよいが、例えばメカノケミカル処理などの機械的な方法を用いることが好ましい。前記付着形態はいかなる形態であってもよいが、前記リチウムと合金化しない金属化合物が一次粒子に近い状態に分散され、前記黒鉛質物の外表面に均一に分布していることが好ましい。また、前記リチウムと合金化しない金属化合物は、前記塊状黒鉛質物に埋設された状態で存在していてもよい。   Any method may be used to attach the metal compound not alloyed with lithium to the massive graphite material, but it is preferable to use a mechanical method such as mechanochemical treatment. The adhesion form may be any form, but it is preferable that the metal compound not alloyed with lithium is dispersed in a state close to primary particles and uniformly distributed on the outer surface of the graphite. Further, the metal compound that does not alloy with lithium may exist in a state of being embedded in the massive graphite material.

前記塊状黒鉛質物および前記リチウムと合金化しない金属化合物に対する前記リチウムと合金化可能な金属の付着は化学的結合、物理的結合、それらの複合のいずれでもよいが、化学的に結合した状態であることが好ましい。また、前記付着形態はいかなる形態であってもよいが、膜状であることが好ましい。   Attachment of the metal that can be alloyed with lithium to the massive graphite and the metal compound that is not alloyed with lithium may be a chemical bond, a physical bond, or a composite thereof, but is in a chemically bonded state. It is preferable. Moreover, although the said attachment form may be what form, it is preferable that it is a film | membrane form.

本発明の負極材料全体に占める前記リチウムと合金化しない金属化合物の質量割合は0.05〜10%、特に0.1〜5%であることが好ましい。質量割合が0.05%未満の場合には、前記黒鉛質物と、前記リチウムと合金化可能な金属との界面密着性が不足し、サイクル特性が低下することがある。一方、質量割合が10%超の場合には、放電容量が低下することがある。   The mass proportion of the metal compound not alloyed with lithium in the whole negative electrode material of the present invention is preferably 0.05 to 10%, particularly preferably 0.1 to 5%. When the mass ratio is less than 0.05%, the interfacial adhesion between the graphite material and the metal that can be alloyed with lithium may be insufficient, and cycle characteristics may be deteriorated. On the other hand, when the mass ratio exceeds 10%, the discharge capacity may be reduced.

また、本発明の負極材料全体に占める前記リチウムと合金化可能な金属の質量割合は3〜70%、特に5〜50%であることが好ましい。質量割合が3%未満の場合には、放電容量向上効果が小さくなることがある。一方、質量割合が70%超の場合には、サイクル特性が低下することがある。   Moreover, it is preferable that the mass ratio of the metal which can be alloyed with the said lithium to the whole negative electrode material of this invention is 3-70%, especially 5-50%. When the mass ratio is less than 3%, the effect of improving the discharge capacity may be reduced. On the other hand, when the mass ratio exceeds 70%, the cycle characteristics may deteriorate.

質量割合は公知の元素定量分析やX線回折法(XRD)などによる金属種の定性分析から換算して得ることができる。   The mass ratio can be obtained by conversion from a qualitative analysis of a metal species by a known elemental quantitative analysis or X-ray diffraction method (XRD).

前記リチウムと合金化可能な金属の付着状態が膜状の場合、前記金属の平均厚みは概ね1nm〜2μm、好ましくは10nm〜1μmの範囲である。   When the adhesion state of the metal that can be alloyed with lithium is a film, the average thickness of the metal is approximately 1 nm to 2 μm, preferably 10 nm to 1 μm.

前記平均厚みは負極材料の断面を走査型電子顕微鏡または透過型電子顕微鏡で観察したり、グロー放電発光分析装置(GDS)などにより深さ方向の元素濃度を分析することによって測定することができる。   The average thickness can be measured by observing the cross section of the negative electrode material with a scanning electron microscope or a transmission electron microscope, or analyzing the element concentration in the depth direction with a glow discharge emission spectrometer (GDS) or the like.

前記負極材料は、平均粒子径が1〜50μmであることが好ましい。平均粒子径が1μm未満の場合は、負極を形成するときの負極合剤ペーストの調整が難しくなるほか、黒鉛質物の活性なエッジが露出しやすくなり、初期充放電効率が低下することがある。平均粒子径が50μm超の場合には、負極の活物質層の厚みを調整することが難しくなる。より好ましい平均粒子径は3〜40μmである。平均粒子径はレーザー回折式粒度分布計によって測定することができる。   The negative electrode material preferably has an average particle size of 1 to 50 μm. When the average particle diameter is less than 1 μm, it is difficult to adjust the negative electrode mixture paste when forming the negative electrode, and active edges of the graphite are likely to be exposed, and the initial charge / discharge efficiency may be reduced. When the average particle diameter exceeds 50 μm, it is difficult to adjust the thickness of the active material layer of the negative electrode. A more preferable average particle diameter is 3 to 40 μm. The average particle diameter can be measured by a laser diffraction particle size distribution meter.

前記負極材料は、塊状黒鉛質物、リチウムと合金化しない金属化合物およびリチウムと合金化可能な金属を必須の構成成分とするが、これに加えて、異種の炭素質物、黒鉛質物、無機質物を含んでいてもよい。具体的には、異種の炭素質物や黒鉛質物との混合物、造粒物、被覆物、積層物であってもよい。また、液相、気相、固相における各種化学的処理、熱処理、酸化処理、物理的処理などを施したものであってもよい。この場合も負極材料全体として平均粒子径が1〜50μmであることが好ましい。   The negative electrode material includes a massive graphite material, a metal compound that is not alloyed with lithium, and a metal that can be alloyed with lithium as essential constituent components, but in addition to this, includes different types of carbonaceous materials, graphite materials, and inorganic materials. You may go out. Specifically, it may be a mixture of a different carbonaceous material or a graphite material, a granulated material, a coating material, or a laminate. Further, it may be subjected to various chemical treatments in the liquid phase, gas phase, and solid phase, heat treatment, oxidation treatment, physical treatment and the like. Also in this case, the average particle diameter of the negative electrode material as a whole is preferably 1 to 50 μm.

本発明の負極材料が、優れたサイクル特性を発現する理由は明らかではないが、前記リチウムと合金化可能な金属と黒鉛質物との界面がリチウムと合金化しない金属化合物によって強化されているため、リチウムと合金化可能な金属の膨張収縮に伴う前記金属の剥離や脱落が抑制されること、負極材料内の導電性が向上すること、リチウムと合金化可能な金属が充電によって膨張した場合に、充分な空間が負極材料間に確保されていること、リチウムと合金化可能な金属と電解液との接触が保たれていること、などが寄与しているものと考えられる。   The reason why the negative electrode material of the present invention exhibits excellent cycle characteristics is not clear, but because the interface between the metal that can be alloyed with lithium and the graphite is reinforced by a metal compound that does not alloy with lithium, When the metal can be alloyed with lithium is prevented from exfoliating and dropping due to expansion and contraction of the metal, the conductivity in the negative electrode material is improved, and when the metal that can be alloyed with lithium is expanded by charging, It is considered that the sufficient space is ensured between the negative electrode materials, the contact between the metal that can be alloyed with lithium and the electrolytic solution is maintained, and the like.

[リチウムと合金化しない金属化合物]
上記負極材料を構成するリチウムと合金化しない金属化合物としては、金属の酸化物、窒化物、炭化物、水酸化物などいかなる化合物でもよいが、酸化物が特に好ましい。例としては、SiOやSnOなどが挙げられ、粒径が小さく、入手も容易なSiOが特に好ましい。
[Metal compounds that do not alloy with lithium]
The metal compound that does not alloy with lithium constituting the negative electrode material may be any compound such as a metal oxide, nitride, carbide, or hydroxide, but an oxide is particularly preferable. Examples include such as SiO 2 and SnO 2, small particle size, is also easy SiO 2 particularly preferably obtained.

[リチウムと合金化可能な金属]
上記負極材料を構成するリチウムと合金化可能な金属としては、Al、Pb、Zn、Sn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Ag、Si、B、Au、Pt、Pd、Sb、Ge、Niなどを挙げることができ、好ましくはSi、Snであり、特に好ましくはSiである。また、前記リチウムと合金化可能な金属としては、該金属の2種以上の合金であってもよい。該合金中に、前記金属以外の元素が含有されていてもよく、酸化物や窒化物を形成していてもよい。また、前記金属は非晶質のものまたは非晶質のものを含むことが好ましい。金属が非晶質であると充電時の膨張が軽減される。そのため、非晶質シリコンを含む金属が最も好ましい。
[Metal that can be alloyed with lithium]
Examples of metals that can be alloyed with lithium constituting the negative electrode material include Al, Pb, Zn, Sn, Bi, In, Mg, Ga, Cd, Ag, Si, B, Au, Pt, Pd, Sb, Ge, Ni etc. can be mentioned, Preferably it is Si and Sn, Most preferably, it is Si. The metal that can be alloyed with lithium may be an alloy of two or more of the metals. In the alloy, an element other than the metal may be contained, and an oxide or a nitride may be formed. Moreover, it is preferable that the said metal contains an amorphous thing or an amorphous thing. When the metal is amorphous, expansion during charging is reduced. Therefore, a metal containing amorphous silicon is most preferable.

[黒鉛質物]
上記負極材料を構成する黒鉛質物は、負極活物質としてリチウムイオンを吸蔵・放出できて塊状である黒鉛質物であればよく、特に限定されない。
[Graphite]
The graphite material constituting the negative electrode material is not particularly limited as long as it is a graphite material that can occlude / release lithium ions as a negative electrode active material and is in a lump shape.

前記黒鉛質物として、その一部または全部が黒鉛質で形成されているもの、例えば、タール、ピッチ類を最終的に1500℃以上で熱処理してなる人造黒鉛が挙げられる。具体的には、易黒鉛化性炭素材料と言われる石油系、石炭系のタール、ピッチ類を原料として重縮合させたメソフェーズ焼成体、メソフェーズ小球体、メソフェーズ炭素繊維或いはコークス類を好ましくは1500℃以上、より好ましくは2800〜3300℃で黒鉛化処理して得たものを用いることができる。また、天然黒鉛などの鱗片状の黒鉛質物でも、機械的な処理で塊状とすることにより用いることができる。   Examples of the graphite material include those formed partly or entirely of graphite, for example, artificial graphite obtained by finally heat treating tar and pitch at 1500 ° C. or higher. Specifically, a mesophase calcined product, mesophase spherule, mesophase carbon fiber or coke obtained by polycondensation using petroleum-based and coal-based tars and pitches, which are called graphitizable carbon materials, is preferably 1500 ° C. As mentioned above, More preferably, what was obtained by graphitizing at 2800-3300 degreeC can be used. Further, even a scaly graphite material such as natural graphite can be used by making it into a lump by mechanical treatment.

ここで前記塊状とは、長軸長と、それに直交する短軸方向の長さ(短軸長)との比、つまりアスペクト比が5以下であることをいい、特に3以下であることが好ましい。前記アスペクト比は、負極材料を走査型電子顕微鏡で観察し、約50個の粒子の長軸長と短軸長を計測し、それを算術平均して求めた値を用いることができる。   Here, the lump means that the ratio of the major axis length to the length in the minor axis direction (minor axis length) orthogonal thereto, that is, the aspect ratio is 5 or less, and particularly preferably 3 or less. . As the aspect ratio, a value obtained by observing the negative electrode material with a scanning electron microscope, measuring the major axis length and minor axis length of about 50 particles, and arithmetically averaging them can be used.

前記黒鉛質物は高い放電容量を得る観点から、結晶性の高いものが好ましい。結晶性の指標としては、X線広角回折による(002)面の平均格子面間隔d002で0.34nm以下が好ましく、0.337nm以下が特に好ましい。   From the viewpoint of obtaining a high discharge capacity, the graphite material preferably has high crystallinity. The crystallinity index is preferably 0.34 nm or less, and particularly preferably 0.337 nm or less in terms of the average lattice spacing d002 of the (002) plane by X-ray wide angle diffraction.

なお、格子面間隔の測定は、CuKα線をX線源、高純度シリコンを標準物質に使用して、黒鉛質物の(002)面の回折ピークを測定し、そのピークの位置よりd002を算出する方法を用いることができる。算出方法としては、学振法(日本学術振興会第117委員会が定めた測定法)に従うものであり、具体的には、「大谷杉郎著、「炭素繊維」、近代編集社、1986年、第733〜742頁」などに記載された方法によって測定した値を用いることができる。   The lattice spacing is measured by measuring the diffraction peak on the (002) plane of the graphite using CuKα ray as the X-ray source and high-purity silicon as the standard substance, and calculating d002 from the peak position. The method can be used. The calculation method follows the Japan Science and Technology Act (measurement method defined by the 117th Committee of the Japan Society for the Promotion of Science). Specifically, “Suguro Otani,“ Carbon Fiber ”, Modern Editorial Company, 1986. , Pp. 733-742, etc., can be used.

また、前記黒鉛質物の比表面積は0.1〜50m/g、特に0.3〜5m/gの範囲であることが好ましい。比表面積が0.1m/g未満の場合には、必然的に前記リチウムと合金化可能な金属の単位面積当たりの付着量が多くなり、該金属の充電時の割れや粉化を生じることがある。比表面積が50m/g超の場合には、前記金属の単位面積当たりの付着量が少なくなるものの、黒鉛質物の活性なエッジ面の露出割合が増え、初期充放電効率が低下したり、負極を形成するときの負極合剤ペーストの調整が難しくなる。なお、前記比表面積は、窒素ガスの吸着によるBET法により測定した値を用いた。 The specific surface area of the graphite is preferably in the range of 0.1 to 50 m 2 / g, particularly 0.3 to 5 m 2 / g. When the specific surface area is less than 0.1 m 2 / g, the adhesion amount per unit area of the metal that can be alloyed with the lithium inevitably increases, and the metal is cracked or powdered during charging. There is. When the specific surface area is more than 50 m 2 / g, the amount of adhesion per unit area of the metal is reduced, but the exposure rate of the active edge surface of the graphite is increased, the initial charge / discharge efficiency is reduced, or the negative electrode It becomes difficult to adjust the negative electrode mixture paste when forming the film. In addition, the value measured by the BET method by adsorption of nitrogen gas was used for the specific surface area.

前記黒鉛質物は異種の炭素質物や黒鉛質物を含むものであってもよい。この場合、黒鉛質物全体の結晶性の平均値が、X線広角回折による(002)面の平均格子面間隔d002で0.34nm以下であることが好ましい。具体的には、異種の炭素質物や黒鉛質物との混合物、造粒物、被覆物、積層物であってもよく、特に炭素質物を被覆したものが好ましい。また、液相、気相、固相における各種化学的処理、熱処理、酸化処理、物理的処理などを施したものであってもよい。   The graphite material may include different types of carbonaceous materials and graphite materials. In this case, the average value of crystallinity of the entire graphite material is preferably 0.34 nm or less in terms of the average lattice spacing d002 of the (002) plane by X-ray wide angle diffraction. Specifically, it may be a mixture of a different carbonaceous material or a graphite material, a granulated material, a coated material, or a laminate, and a carbonaceous material-coated material is particularly preferable. Further, it may be subjected to various chemical treatments in the liquid phase, gas phase, and solid phase, heat treatment, oxidation treatment, physical treatment and the like.

[負極材料の製造方法]
本発明の負極材料の製造方法としては、前記塊状黒鉛質物の表面の少なくとも一部に、リチウムと合金化しない金属化合物が付着し、さらに、前記塊状黒鉛質物および前記金属化合物の表面の少なくとも一部にリチウムと合金化可能な金属が付着した構造が得られる方法であればいかなる方法を用いてもよいが、本発明の効果を最大限に発現する方法を以下に例示する。ここで、前記金属化合物は、前記塊状黒鉛質物の平均粒径よりも小さな平均粒径を有することが好ましい。
[Method for producing negative electrode material]
As a method for producing a negative electrode material of the present invention, a metal compound that does not alloy with lithium adheres to at least a part of the surface of the massive graphite material, and further, at least a part of the surfaces of the massive graphite material and the metal compound. Any method may be used as long as it can obtain a structure in which a metal capable of alloying with lithium is adhered, and a method for maximizing the effects of the present invention is illustrated below. Here, the metal compound preferably has an average particle size smaller than the average particle size of the massive graphite material.

リチウムと合金化しない金属化合物の付着は機械的、化学的、物理的、いずれの方法で行われてもよいが、特に、機械的方法が好ましい。機械的方法としては、例えば、圧縮、剪断、衝突、摩擦などの機械的エネルギーを付与するメカノケミカル処理が挙げられる。このような操作が可能な装置としては、例えば、GRANUREX(フロイント産業(株)製)、ニューグラマシン((株)セイシン企業製)、アグロマスター(ホソカワミクロン(株)製)などの造粒機、ロールミル、ハイブリダイゼーションシステム((株)奈良機械製作所製)、メカノマイクロシステム((株)奈良機械製作所製)、メカノフュージョシステム(ホソカワミクロン(株))などの圧縮剪断式加工装置などが挙げられる。   The adhesion of the metal compound not alloyed with lithium may be performed by any of mechanical, chemical, and physical methods, but a mechanical method is particularly preferable. Examples of the mechanical method include mechanochemical treatment that imparts mechanical energy such as compression, shearing, collision, and friction. Examples of such devices that can be operated include granulators such as GRANUREX (manufactured by Freund Sangyo Co., Ltd.), Newgra Machine (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.), Agromaster (manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.), and roll mills. And compression shearing processing devices such as a hybridization system (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), a mechanomicro system (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), and a mechano-fusion system (Hosokawa Micron Co., Ltd.).

前記リチウムと合金化可能な金属の付着は、気相または液相で金属または金属の有機化合物を黒鉛質物に付着することができる方法であれば特に限定されないが、気相法を用いることが好ましい。気相法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、分子線エピタキシー法などのPVD(Physical Vapor Deposition)法や、常圧CVD(Chemical Vapor Deposition) 法、減圧CVD法、プラズマCVD法、MO(Magneto-optic)CVD法、光CVDなどのCVD法が挙げられる。これらの中でも、スパッタリング法が最も好ましい。スパッタリング法としては、直流スパッタリング法、マグネトロンスパッタリング法、高周波スパッタリング法、反応性スパッタリング法、バイアススパッタリング法、イオンビームスパッタリング法などを用いることができる。   The attachment of the metal that can be alloyed with lithium is not particularly limited as long as it is a method capable of attaching a metal or a metal organic compound to a graphite material in a gas phase or a liquid phase, but it is preferable to use a gas phase method. . Gas phase methods include vacuum vapor deposition, sputtering, ion plating, molecular beam epitaxy, and other PVD (Physical Vapor Deposition) methods, atmospheric pressure CVD (Chemical Vapor Deposition) methods, low pressure CVD methods, and plasma CVD methods. , MO (Magneto-optic) CVD method, CVD method such as optical CVD. Among these, the sputtering method is most preferable. As the sputtering method, a direct current sputtering method, a magnetron sputtering method, a high frequency sputtering method, a reactive sputtering method, a bias sputtering method, an ion beam sputtering method, or the like can be used.

前記スパッタリング法は、カソード側に金属のターゲットを設置し、一般に1〜10−2Pa程度の不活性ガス雰囲気中で電極間にグロー放電を起こし、不活性ガスをイオン化させ、ターゲットの金属を叩き出して、アノード側に設置した黒鉛質物にターゲット金属を被覆する方法である。この場合、黒鉛質物を機械的に攪拌する、または超音波などの振動を与えることによって、黒鉛質物に動きを与え、黒鉛質物の表面に均一に金属を被覆することが有効である。金属は複数の金属を用いてもよい。すなわち、複数の金属をターゲットとして同時にスパッタリングして、合金を合成してもよいし、複数の金属を順に積層してもよい。 In the sputtering method, a metal target is installed on the cathode side, and generally a glow discharge is generated between electrodes in an inert gas atmosphere of about 1 to 10 −2 Pa to ionize the inert gas and strike the target metal. This is a method of coating the target metal on the graphite material placed on the anode side. In this case, it is effective to mechanically stir the graphite material or apply vibration such as ultrasonic waves to move the graphite material so that the surface of the graphite material is uniformly coated with metal. A plurality of metals may be used as the metal. That is, a plurality of metals may be simultaneously sputtered to synthesize an alloy, or a plurality of metals may be laminated in order.

このようにして得られた負極材料は、目的に応じて、さらに異種の炭素質物、黒鉛質物、無機質物などを混合、被覆、付着させることもできる。例えば、本発明の負極材料に、さらにCVD法によって、炭素質物を薄膜で被覆したり、炭素質物前駆体を液相で付着させ、焼成することもできる。   The negative electrode material obtained in this way can be further mixed, coated and adhered with different carbonaceous materials, graphite materials, inorganic materials and the like according to the purpose. For example, the negative electrode material of the present invention can be further baked by coating a carbonaceous material with a thin film by CVD or attaching a carbonaceous material precursor in a liquid phase.

[負極]
リチウムイオン二次電池の負極を構成する負極材料として、上述した本発明の負極材料以外に公知の負極材料や導電性材料を混合して用いることができる。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、メソフェーズ小球体の黒鉛質物、メソフェーズ炭素繊維の黒鉛質物、メソフェーズ焼成体の黒鉛質物などの各種負極材料や、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、気相成長炭素繊維などの導電性材料を混合して用いることができる。
[Negative electrode]
As a negative electrode material constituting the negative electrode of the lithium ion secondary battery, known negative electrode materials and conductive materials can be mixed and used in addition to the negative electrode material of the present invention described above. For example, various negative electrode materials such as natural graphite, artificial graphite, mesophase globular graphite, mesophase carbon fiber graphite, mesophase calcined graphite, carbon black, acetylene black, ketjen black, vapor grown carbon fiber A conductive material such as can be mixed and used.

リチウムイオン二次電池の負極の作製は、通常の負極の成形方法に準じて行うことができるが、化学的、電気化学的に安定な負極を得ることができる成形方法であれば何ら制限されない。   The production of the negative electrode of the lithium ion secondary battery can be performed according to a normal method of forming a negative electrode, but is not limited as long as it is a molding method capable of obtaining a chemically and electrochemically stable negative electrode.

また、負極の作製時には、該負極材料に結合剤を加えた負極合剤を用いることができる。結合剤としては、電解質に対して化学的安定性、電気化学的安定性を有するものを用いることが好ましく、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、スチレンブタジエンゴム、さらにはカルボキシメチルセルローズなどが用いられる。また、これらを併用することもできる。結合剤は、通常、負極合剤の全量中1〜20質量%程度の量で用いるのが好ましい。   Moreover, the negative electrode mixture which added the binder to this negative electrode material can be used at the time of preparation of a negative electrode. As the binder, those having chemical stability and electrochemical stability with respect to the electrolyte are preferably used. For example, fluorine-based resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, polyethylene, polyvinyl alcohol, and styrene Butadiene rubber, carboxymethyl cellulose and the like are used. Moreover, these can also be used together. In general, the binder is preferably used in an amount of about 1 to 20% by mass in the total amount of the negative electrode mixture.

負極の作製の具体例として、前記負極材料の粒子を結合剤と混合することによって負極合剤を調製し、この負極合剤を、通常、集電体の片面または両面に塗布することで負極合剤層を形成する方法が挙げられる。   As a specific example of the preparation of the negative electrode, a negative electrode mixture is prepared by mixing the particles of the negative electrode material with a binder, and this negative electrode mixture is usually applied to one or both sides of a current collector to form a negative electrode mixture. The method of forming an agent layer is mentioned.

負極の作製には、負極作製用の通常の溶媒を用いることができる。負極合剤を溶媒中に分散させ、ペースト状にした後、集電体に塗布、乾燥すれば、負極合剤層が均一かつ強固に集電体に接着される。より具体的には、例えば、前記負極材料の粒子とポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系樹脂粉末またはスチレンブタジエンゴムなどの水分散粘結剤、カルボキシメチルセルロースなどの水溶性粘結剤とを、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアルデヒドまたは水、アルコールなどの溶媒と混合してスラリーとした後、ニーダーなどで混練し、ペーストを調製する。該ペーストを集電材の片面または両面に塗布し、乾燥すれば、負極合剤層が均一かつ強固に接着した負極が得られる。前記負極合剤層の膜厚は10〜200μm、好ましくは30〜100μmである。   A normal solvent for preparing a negative electrode can be used for preparing the negative electrode. When the negative electrode mixture is dispersed in a solvent and made into a paste, and then applied to the current collector and dried, the negative electrode mixture layer is uniformly and firmly adhered to the current collector. More specifically, for example, the negative electrode material particles and a fluorine-based resin powder such as polyvinylidene fluoride or a water-dispersible binder such as styrene butadiene rubber, or a water-soluble binder such as carboxymethyl cellulose are used. A paste is prepared by mixing with pyrrolidone, dimethylformaldehyde or a solvent such as water or alcohol to form a slurry, and then kneading with a kneader. When the paste is applied to one or both sides of the current collector and dried, a negative electrode in which the negative electrode mixture layer is uniformly and firmly bonded can be obtained. The film thickness of the negative electrode mixture layer is 10 to 200 μm, preferably 30 to 100 μm.

また、前記負極材料の粒子と、結合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作製することもできる。ただし、乾式混合では、十分な負極の強度を得るために多くの結合剤を必要とし、結合剤が過多の場合は、リチウムイオン二次電池の放電容量や急速充放電効率が低下することがある。   Alternatively, the negative electrode material particles can be dry-mixed with resin powders such as polyethylene and polyvinyl alcohol as a binder, and hot-press molded in a mold to produce a negative electrode. However, dry mixing requires a large amount of binder to obtain sufficient strength of the negative electrode, and if the binder is excessive, the discharge capacity and rapid charge / discharge efficiency of the lithium ion secondary battery may be reduced. .

前記負極合剤層を形成した後、プレス加圧などの圧着を行うと、負極合剤層と集電体との接着強度をさらに高めることができる。   When the negative electrode mixture layer is formed and then pressure bonding such as pressurization is performed, the adhesive strength between the negative electrode mixture layer and the current collector can be further increased.

前記負極に用いる集電体の形状は、特に限定されないが、箔状、またはメッシュ、エキスパンダブルメタルなどの網状のものが挙げられる。集電体の材質としては、銅、ステンレス、ニッケルなどを挙げることができる。集電体の厚みは、箔状の場合、5〜20μm程度とすることが好ましい。   The shape of the current collector used for the negative electrode is not particularly limited, and examples thereof include a foil shape or a net-like shape such as a mesh or an expandable metal. Examples of the material for the current collector include copper, stainless steel, and nickel. In the case of a foil, the thickness of the current collector is preferably about 5 to 20 μm.

また、本発明は、前記リチウムイオン二次電池用負極を用いて形成されるリチウムイオン二次電池でもある。   Moreover, this invention is also a lithium ion secondary battery formed using the said negative electrode for lithium ion secondary batteries.

本発明のリチウムイオン二次電池は、前記負極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。   The lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited except that the negative electrode is used, and other battery components are in accordance with elements of a general lithium ion secondary battery.

[正極]
本発明のリチウムイオン二次電池に使用される正極材(正極活物質)としては、リチウム化合物が用いられるが、充分な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。例えば、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、その他のリチウム含有化合物、一般式MMo8−Y(式中Xは0≦X≦4、Yは0≦Y≦1の範囲の数値であり、Mは少なくとも一種の遷移金属を表す)で表されるシュブレル相化合物、活性炭、活性炭素繊維などを用いることができる。前記バナジウム酸化物としては、V、V13、V、Vで示されるものなどを用いることができる。
[Positive electrode]
As the positive electrode material (positive electrode active material) used in the lithium ion secondary battery of the present invention, a lithium compound is used, but it is preferable to select a material that can occlude / desorb a sufficient amount of lithium. For example, lithium-containing transition metal oxide, transition metal chalcogenide, vanadium oxide, other lithium-containing compounds, general formula M x Mo 6 S 8-Y (where X is 0 ≦ X ≦ 4, Y is 0 ≦ Y) A numerical value in the range of ≦ 1, and M represents at least one kind of transition metal) can be used. Examples of the vanadium oxide, or the like can be used those represented by V 2 O 5, V 6 O 13, V 2 O 4, V 3 O 8.

前記リチウム含有遷移金属酸化物は、リチウムと遷移金属との複合酸化物であり、リチウムと2種類以上の遷移金属を固溶したものであってもよい。複合酸化物は単独で使用しても、2種類以上を組み合わせて使用してもよい。リチウム含有遷移金属酸化物は、具体的には、LiM1 1-X2 2(式中Xは0≦X≦1の範囲の数値であり、M1、M2は少なくとも一種の遷移金属元素である)またはLiM1 1-Y2 Y4(式中Yは0≦Y≦1の範囲の数値であり、M1、M2は少なくとも一種の遷移金属元素である)で示される。式中M1、M2で示される遷移金属はCo、Ni、Mn、Cr、Ti、V、Fe、Zn、Al、In、Snなどである。好ましくはCo、Mn、Cr、Ti、V、Fe、Alなどである。具体例としては、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、LiNi0.9Co0.12、LiNi0.5Co0.52などを挙げることができる。 The lithium-containing transition metal oxide is a composite oxide of lithium and a transition metal, and may be a solid solution of lithium and two or more transition metals. The composite oxide may be used alone or in combination of two or more. Specifically, the lithium-containing transition metal oxide is LiM 1 1-X M 2 x O 2 (where X is a numerical value in the range of 0 ≦ X ≦ 1, and M 1 and M 2 are at least one kind of transition. A metal element) or LiM 1 1-Y M 2 Y O 4 (where Y is a numerical value in the range of 0 ≦ Y ≦ 1, and M 1 and M 2 are at least one transition metal element) It is. In the formula, transition metals represented by M 1 and M 2 are Co, Ni, Mn, Cr, Ti, V, Fe, Zn, Al, In, Sn, and the like. Preferably, Co, Mn, Cr, Ti, V, Fe, Al and the like are used. Specific examples include LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , LiNi 0.9 Co 0.1 O 2 , LiNi 0.5 Co 0.5 O 2 and the like.

また、前記リチウム含有遷移金属酸化物は、例えば、リチウム、遷移金属の酸化物、塩類などを出発原料とし、これら出発原料を所望の金属酸化物の組成に応じて混合し、酸素雰囲気下600〜1000℃の温度で焼成することにより得ることができる。なお、出発原料は酸化物および塩類に限定されず、水酸化物などであってもよい。   Further, the lithium-containing transition metal oxide is, for example, lithium, transition metal oxide, salts and the like as a starting material, these starting materials are mixed according to the composition of the desired metal oxide, and 600 ~ It can be obtained by firing at a temperature of 1000 ° C. The starting materials are not limited to oxides and salts, and may be hydroxides.

本発明のリチウムイオン二次電池においては、正極活物質は前記のリチウム化合物を単独で使用しても、2種類以上併用して使用してもよい。また、正極中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。   In the lithium ion secondary battery of the present invention, the positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more of the above lithium compounds. Further, an alkali carbonate such as lithium carbonate can be added to the positive electrode.

正極は、例えば、前記リチウム化合物と結合剤、および正極に導電性を付与するための導電剤よりなる正極合剤を、集電体の片面または両面に塗布して正極合剤層を形成して作製される。結合剤としては、負極の作製に使用されるものと同じものが使用可能である。導電剤としては、黒鉛やカーボンブラックなどの炭素材料が使用される。   The positive electrode is formed by, for example, applying a positive electrode mixture composed of the lithium compound, a binder, and a conductive agent for imparting conductivity to the positive electrode on one or both sides of the current collector to form a positive electrode mixture layer. Produced. As the binder, the same one as that used for producing the negative electrode can be used. As the conductive agent, a carbon material such as graphite or carbon black is used.

正極も負極と同様に、正極合剤を溶剤中に分散させペースト状にし、このペースト状の正極合剤を集電体に塗布、乾燥し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よい。これにより正極合剤層が均一且つ強固に集電体に接着される。   Similarly to the negative electrode, the positive electrode mixture may be formed in a paste by dispersing the positive electrode mixture in a solvent, and the paste-like positive electrode mixture may be applied to a current collector and dried to form a positive electrode mixture layer. After forming the agent layer, pressure bonding such as press pressing may be further performed. As a result, the positive electrode mixture layer is uniformly and firmly bonded to the current collector.

集電体の形状は特に限定されないが、箔状またはメッシュ、エキスパンドメタルなどの網状等のものが用いられる。集電体の材質はアルミニウム、ステンレス、ニッケルなどである。集電体の厚みは、箔状の場合、10〜40μm程度とすることが好ましい。   The shape of the current collector is not particularly limited, and a foil shape or a mesh shape such as a mesh or expanded metal is used. The current collector is made of aluminum, stainless steel, nickel, or the like. In the case of a foil, the thickness of the current collector is preferably about 10 to 40 μm.

[非水電解質]
本発明のリチウムイオン二次電池に用いられる非水電解質としては、通常の非水電解液に使用される電解質塩である、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiB(C65)、LiCl、LiBr、LiCF3SO3、LiCH3SO3、LiN(CF3SO22、LiC(CF3SO3、LiN(CF3CH2OSO22、LiN(CF3CF2OSO22、LiN(HCF2CF2CH2OSO22、LiN((CF32CHOSO22、LiB[{C63(CF32}]4、LiAlCl4 、LiSiF6などのリチウム塩を用いることができる。酸化安定性の点からは、特に、LiPF6、LiBF4が好ましい。
[Nonaqueous electrolyte]
The non-aqueous electrolyte used in the lithium ion secondary battery of the present invention, an electrolyte salt used in the conventional non-aqueous electrolyte, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiClO 4, LiB (C 6 H 5 ), LiCl, LiBr, LiCF 3 SO 3 , LiCH 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiN (CF 3 CH 2 OSO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 OSO 2) 2, LiN ( HCF 2 CF 2 CH 2 OSO 2) 2, LiN ((CF 3) 2 CHOSO 2) 2, LiB [{C 6 H 3 (CF 3) 2}] 4, LiAlCl 4, Lithium salts such as LiSiF 6 can be used. From the viewpoint of oxidation stability, LiPF 6 and LiBF 4 are particularly preferable.

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。   The electrolyte salt concentration in the electrolytic solution is preferably 0.1 to 5 mol / l, and more preferably 0.5 to 3.0 mol / l.

非水電解質は液状の非水電解質としてもよく、固体電解質またはゲル電解質などの高分子電解質としてもよい。前者の場合、非水電解質電池は、いわゆるリチウムイオン二次電池として構成され、後者の場合は、非水電解質電池は高分子固体電解質、高分子ゲル電解質電池などの高分子電解質電池として構成される。   The non-aqueous electrolyte may be a liquid non-aqueous electrolyte or a polymer electrolyte such as a solid electrolyte or a gel electrolyte. In the former case, the non-aqueous electrolyte battery is configured as a so-called lithium ion secondary battery, and in the latter case, the non-aqueous electrolyte battery is configured as a polymer electrolyte battery such as a polymer solid electrolyte or a polymer gel electrolyte battery. .

非水電解質液を調製するための溶媒としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどのカーボネート、1、1−または1、2−ジメトキシエタン、1、2−ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、γ−ブチロラクトン、1、3−ジオキソラン、4−メチル−1、3−ジオキソラン、アニソール、ジエチルエーテルなどのエーテル、スルホラン、メチルスルホランなどのチオエーテル、アセトニトリル、クロロニトリル、プロピオニトリルなどのニトリル、ホウ酸トリメチル、ケイ酸テトラメチル、ニトロメタン、ジメチルホルムアミド、N−メチルピロリドン、酢酸エチル、トリメチルオルトホルメート、ニトロベンゼン、塩化ベンゾイル、臭化ベンゾイル、テトラヒドロチオフェン、ジメチルスルホキシド、3−メチル−2−オキサゾリドン、エチレングリコール、ジメチルサルファイトなどの非プロトン性有機溶媒などを用いることができる。   As a solvent for preparing the nonaqueous electrolyte solution, carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, and diethyl carbonate, 1,1- or 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, γ-butyrolactone, 1,3-dioxolane, 4-methyl-1,3-dioxolane, ethers such as anisole and diethyl ether, thioethers such as sulfolane and methylsulfolane, acetonitrile, chloronitrile, propionitrile, etc. Nitrile, trimethyl borate, tetramethyl silicate, nitromethane, dimethylformamide, N-methylpyrrolidone, ethyl acetate, trimethyl orthoformate, nitrobenzene, benzoyl chloride, Benzoyl, tetrahydrothiophene, dimethyl sulfoxide, 3-methyl-2-oxazolidone, ethylene glycol, aprotic organic solvents such as dimethyl sulfite may be used.

非水電解質を高分子固体電解質または高分子ゲル電解質などの高分子電解質とする場合には、マトリクスとして可塑剤(非水電解液)でゲル化された高分子を用いることが好ましい。前記マトリクスを構成する高分子としては、ポリエチレンオキサイドやその架橋体などのエーテル系高分子化合物、ポリメタクリレート系高分子化合物、ポリアクリレート系高分子化合物、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などを用いることが特に好ましい。   When the non-aqueous electrolyte is a polymer electrolyte such as a polymer solid electrolyte or a polymer gel electrolyte, it is preferable to use a polymer gelled with a plasticizer (non-aqueous electrolyte) as a matrix. Examples of the polymer constituting the matrix include ether-based polymer compounds such as polyethylene oxide and cross-linked products thereof, polymethacrylate-based polymer compounds, polyacrylate-based polymer compounds, polyvinylidene fluoride, and vinylidene fluoride-hexafluoropropylene. It is particularly preferable to use a fluorine-based polymer compound such as a copolymer.

前記高分子固体電解質または高分子ゲル電解質には、可塑剤が配合されるが、該可塑剤としては、前記の電解質塩や非水溶媒が使用可能である。高分子ゲル電解質の場合、可塑剤である非水電解液中の電解質塩濃度は0.1〜5mol/lが好ましく、0.5〜2.0mol/lがより好ましい。   The polymer solid electrolyte or polymer gel electrolyte is mixed with a plasticizer, and as the plasticizer, the electrolyte salt and the non-aqueous solvent can be used. In the case of a polymer gel electrolyte, the electrolyte salt concentration in the non-aqueous electrolyte solution that is a plasticizer is preferably 0.1 to 5 mol / l, and more preferably 0.5 to 2.0 mol / l.

高分子固体電解質の作製方法は特に限定されないが、例えば、マトリクスを構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(可塑剤)を溶解させた後、混合用有機溶剤を蒸発させる方法、重合性モノマー、リチウム塩および非水溶媒(可塑剤)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、ポリマーを得る方法などを挙げることができる。   The method for producing the polymer solid electrolyte is not particularly limited. For example, a method of mixing a polymer compound constituting a matrix, a lithium salt, and a nonaqueous solvent (plasticizer) and heating to melt the polymer compound, an organic solvent A method in which a polymer compound, a lithium salt, and a non-aqueous solvent (plasticizer) are dissolved in, and an organic solvent for mixing is evaporated, a polymerizable monomer, a lithium salt, and a non-aqueous solvent (plasticizer) are mixed, and the mixture is mixed Examples thereof include a method of polymerizing a polymerizable monomer by irradiating an ultraviolet ray, an electron beam, a molecular beam or the like to obtain a polymer.

ここで、前記固体電解質中の非水溶媒(可塑剤)の割合は10〜90質量%が好ましく、30〜80質量%がより好ましい。10質量%未満であると導電率が低くなり、90質量%を超えると機械的強度が弱くなり、成膜しにくくなる。   Here, the ratio of the non-aqueous solvent (plasticizer) in the solid electrolyte is preferably 10 to 90% by mass, and more preferably 30 to 80% by mass. If it is less than 10% by mass, the electrical conductivity will be low, and if it exceeds 90% by mass, the mechanical strength will be weak and film formation will be difficult.

[セパレータ]
本発明のリチウムイオン二次電池においては、セパレータを使用することもできる。
[Separator]
In the lithium ion secondary battery of the present invention, a separator can also be used.

セパレータの材質は特に限定されるものではないが、例えば、織布、不織布、合成樹脂製微多孔膜などを用いることができる。前記セパレータの材質としては、合成樹脂製微多孔膜が好適であるが、なかでもポリオレフィン系微多孔膜が、厚さ、膜強度、膜抵抗の面で好適である。具体的には、ポリエチレンおよびポリプロピレン製微多孔膜、またはこれらを複合した微多孔膜等が好適である。   Although the material of a separator is not specifically limited, For example, a woven fabric, a nonwoven fabric, a synthetic resin microporous film, etc. can be used. As a material for the separator, a microporous membrane made of synthetic resin is suitable. Among them, a polyolefin microporous membrane is suitable in terms of thickness, membrane strength, and membrane resistance. Specifically, polyethylene and polypropylene microporous membranes, or microporous membranes composed of these are suitable.

[リチウムイオン二次電池]
本発明のリチウムイオン二次電池は、上述した構成の、黒鉛質物を含有する負極、正極および非水電解質を、例えば、負極、非水電解質、正極の順で積層し、電池の外装材内に収容することで構成される。さらに、負極と正極の外側に非水電解質を配するようにしてもよい。
[Lithium ion secondary battery]
The lithium ion secondary battery of the present invention comprises a negative electrode, a positive electrode, and a non-aqueous electrolyte containing a graphite material, which are configured as described above, in the order of, for example, a negative electrode, a non-aqueous electrolyte, and a positive electrode. Consists of housing. Further, a non-aqueous electrolyte may be disposed outside the negative electrode and the positive electrode.

また、本発明のリチウムイオン二次電池の構造は特に限定されず、その形状、形態についても特に限定されるものではなく、用途、搭載機器、要求される充放電容量などに応じて、円筒型、角型、コイン型、ボタン型などの中から任意に選択することができる。より安全性の高い密閉型非水電解液電池を得るためには、過充電などの異常時に電池内圧上昇を感知して電流を遮断させる手段を備えたものを用いることが好ましい。   In addition, the structure of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and the shape and form thereof are not particularly limited, and are cylindrical, depending on the application, mounted equipment, required charge / discharge capacity, and the like. , Square shape, coin shape, button shape, and the like. In order to obtain a sealed nonaqueous electrolyte battery with higher safety, it is preferable to use a battery equipped with means for detecting an increase in the internal pressure of the battery and shutting off the current when an abnormality such as overcharging occurs.

リチウムイオン二次電池が高分子固体電解質電池や高分子ゲル電解質電池の場合には、ラミネートフィルムに封入した構造とすることもできる。   In the case where the lithium ion secondary battery is a polymer solid electrolyte battery or a polymer gel electrolyte battery, a structure in which the lithium ion secondary battery is enclosed in a laminate film may be used.

次に本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。また以下の実施例および比較例では、図1に示すように、黒鉛質物を含有する作用電極(負極)2とリチウム箔よりなる対極(正極)4から構成される単極評価用のボタン型二次電池を作製して評価した。実電池は、本発明の概念に基づき、公知の方法に準じて作製することができる。   EXAMPLES Next, although an Example demonstrates this invention concretely, this invention is not limited to these Examples. Further, in the following examples and comparative examples, as shown in FIG. 1, a button type two for single electrode evaluation composed of a working electrode (negative electrode) 2 containing a graphite material and a counter electrode (positive electrode) 4 made of lithium foil. Next batteries were fabricated and evaluated. An actual battery can be produced according to a known method based on the concept of the present invention.

なお、負極材料の平均粒子径は、レーザー回折式粒度分布計により測定し、粒度分布の累積度数が体積百分率で50%となる粒子径とした。   The average particle size of the negative electrode material was measured with a laser diffraction particle size distribution meter, and the particle size was such that the cumulative frequency of the particle size distribution was 50% by volume.

黒鉛質物粒子の比表面積はBET法により測定した。   The specific surface area of the graphite particles was measured by the BET method.

黒鉛質物粒子のアスペクト比は8000倍の走査型電子顕微鏡観察により求めた、任意の100箇所の長軸長と短軸長の平均値である。アスペクト比は長軸長(平均値)と短軸長(平均値)との比である。   The aspect ratio of the graphite particles is an average value of the major axis length and minor axis length at arbitrary 100 positions, which was obtained by observation with a scanning electron microscope of 8000 times. The aspect ratio is the ratio of the major axis length (average value) to the minor axis length (average value).

負極材料中のリチウムと合金化可能な金属の質量割合は、負極材料を灰化したのち、発光分光法による元素分析を行って、金属としての濃度に換算して求めた。   The mass ratio of the metal that can be alloyed with lithium in the negative electrode material was obtained by ashing the negative electrode material, performing elemental analysis by emission spectroscopy, and converting it to a concentration as a metal.

〔実施例1〕
[負極材料の作製]
鱗片状天然黒鉛を球状に加工した黒鉛粉末((株)中越黒鉛工業所製、WF-025、平均粒径25μm)に、0.5質量%に相当する気相シリカ(「AEROSIL50」、日本アエロジル(株)製、平均粒径30nm))を加え、得られた混合物を乾式粉体複合化装置(メカノフュージョンシステム、ホソカワミクロン(株)製)を用いて、回転ドラムの周速20m/秒、処理時間60分、回転ドラムと内部部材との距離5mmの条件で、圧縮力、剪断力を繰り返し付与し、メカノケミカル処理して、前記黒鉛粉末表面に気相シリカが分散して付着した複合材料を製造した。
[Example 1]
[Production of negative electrode material]
Gas phase silica equivalent to 0.5% by mass (“AEROSIL50”, Nippon Aerosil Co., Ltd.) graphite powder obtained by processing scaly natural graphite into a spherical shape (manufactured by Chuetsu Graphite Industries, Ltd., WF-025, average particle size 25 μm) (Made by Co., Ltd., average particle size of 30 nm)), and the resulting mixture was processed at a peripheral speed of a rotating drum of 20 m / sec using a dry powder compounding device (Mechano-Fusion System, Hosokawa Micron Co., Ltd.). A composite material in which gas phase silica is dispersed and adhered to the surface of the graphite powder by applying compressive force and shear force repeatedly under conditions of a distance of 5 mm between the rotating drum and the internal member for 60 minutes, and performing mechanochemical treatment. Manufactured.

次いで、DC二極スパッタリング装置のアノード側ステージに前記複合材料を配置し、カソード側に99.999%の単結晶シリコンターゲットを配置して、圧力0.5Pa、電圧600V、電流0.5Aの条件でスパッタリングを2時間行った後、黒鉛質物を攪拌した。再び上記と同じ条件でスパッタリングを2時間行い、攪拌を繰返した。その後、さらに、同様なスパッタリングを2時間行った。   Next, the composite material is disposed on the anode side stage of the DC bipolar sputtering apparatus, the 99.999% single crystal silicon target is disposed on the cathode side, and the pressure is 0.5 Pa, the voltage is 600 V, and the current is 0.5 A. After sputtering for 2 hours, the graphite material was stirred. Again, sputtering was performed for 2 hours under the same conditions as described above, and stirring was repeated. Thereafter, similar sputtering was further performed for 2 hours.

黒鉛質物の表面に付着した金属シリコンについて、X線回折法による解析から、ほぼ全量が非晶性シリコンであることが確認された。発光分光分析による非晶性シリコンの付着量は10質量%であった。   As for the metal silicon adhering to the surface of the graphite material, it was confirmed from the analysis by the X-ray diffraction method that almost all the amount was amorphous silicon. The amount of amorphous silicon deposited by emission spectroscopic analysis was 10% by mass.

得られた負極材料についての走査型電子顕微鏡による目視観察では、非晶性シリコンが膜状で黒鉛質物の外表面に付着していることが観察された。前記負極材料の特性(黒鉛質物の平均粒子径、比表面積、アスペクト比、非晶性シリコンの付着量など)を下表1に示した。   When the obtained negative electrode material was visually observed with a scanning electron microscope, it was observed that amorphous silicon was film-like and adhered to the outer surface of the graphite material. The characteristics of the negative electrode material (average particle diameter, specific surface area, aspect ratio, amount of attached amorphous silicon, etc.) are shown in Table 1 below.

[作用電極(負極)の作製]
上記方法により作製した負極材料に4質量%の結合剤ポリフッ化ビニリデンを混合し、さらに、溶剤N−メチルピロリドンを加え、有機溶剤系負極合剤ペーストを作製した。これを銅箔上に均一な厚さに塗布し、さらに真空中90℃で溶剤を揮発させて乾燥した。次に、この銅箔上に塗布された負極合剤をハンドプレスによって加圧した。さらに直径15.5mmの円形状に打抜くことで、集電体銅箔(厚み16μm)に密着した負極合剤層(厚み50μm)からなる作用電極(負極)を作製した。
[Production of working electrode (negative electrode)]
4% by mass of the binder polyvinylidene fluoride was mixed with the negative electrode material prepared by the above method, and a solvent N-methylpyrrolidone was further added to prepare an organic solvent-based negative electrode mixture paste. This was applied to the copper foil to a uniform thickness, and further the solvent was volatilized at 90 ° C. in a vacuum and dried. Next, the negative electrode mixture applied on the copper foil was pressurized by a hand press. Furthermore, the working electrode (negative electrode) which consists of a negative mix layer (thickness 50 micrometers) closely_contact | adhered to collector copper foil (thickness 16 micrometers) was produced by punching in circular shape of diameter 15.5mm.

[対極(正極)の作製]
リチウム金属箔をニッケルネットに押付け、直径15.5mmの円形状に打抜いて、ニッケルネットからなる集電体と、該集電体に密着したリチウム金属箔(厚み0.5mm)からなる対極(正極)を作製した。
[Production of counter electrode (positive electrode)]
A lithium metal foil is pressed onto a nickel net and punched into a circular shape with a diameter of 15.5 mm, and a current collector made of nickel net and a counter electrode made of a lithium metal foil (thickness 0.5 mm) in close contact with the current collector ( Positive electrode) was prepared.

[電解液、セパレータ]
エチレンカーボネート33vol%−メチルエチルカーボネート67vol%の混合溶剤に、LiPFを1mol/lとなる濃度で溶解させ、非水電解液を調製した。得られた非水電解液をポリプロピレン多孔質体(厚み20μm)に含浸させ、電解液が含浸したセパレータを作製した。
[Electrolyte, separator]
LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / l in a mixed solvent of ethylene carbonate 33 vol% -methyl ethyl carbonate 67 vol% to prepare a non-aqueous electrolyte. The obtained nonaqueous electrolytic solution was impregnated into a polypropylene porous body (thickness 20 μm) to produce a separator impregnated with the electrolytic solution.

[評価電池の作製]
評価電池として図1に示すボタン型二次電池を作製した。
[Production of evaluation battery]
A button-type secondary battery shown in FIG. 1 was prepared as an evaluation battery.

外装カップ1と外装缶3は、その周縁部において絶縁ガスケット6を介在させ、両周縁部をかしめて密閉した。その内部に外装缶3の内面から順に、ニッケルネットからなる集電体7a、リチウム箔よりなる円筒状の対極(正極)4、電解液が含浸されたセパレータ5、負極合剤からなる円盤状の作用電極(負極)2および銅箔からなる集電体7bが積層された電池系である。   The exterior cup 1 and the exterior can 3 were sealed by interposing an insulating gasket 6 at the peripheral portion thereof and caulking both peripheral portions. Inside, in order from the inner surface of the outer can 3, a current collector 7 a made of nickel net, a cylindrical counter electrode (positive electrode) 4 made of lithium foil, a separator 5 impregnated with an electrolyte, and a disk-like made of a negative electrode mixture A battery system in which a working electrode (negative electrode) 2 and a current collector 7b made of copper foil are laminated.

前記評価電池は電解液を含浸させたセパレータ5を集電体7bに密着した作用電極2と、集電体7aに密着した対極4との間に挟んで積層した後、作用電極2を外装カップ1内に、対極4を外装缶3内に収容して、外装カップ1と外装缶3とを合わせ、さらに、外装カップ1と外装缶3との周縁部に絶縁ガスケット6を介在させ、両周縁部をかしめて密閉して作製した。   In the evaluation battery, the separator 5 impregnated with the electrolytic solution was stacked between the working electrode 2 in close contact with the current collector 7b and the counter electrode 4 in close contact with the current collector 7a, and then the working electrode 2 was attached to the exterior cup. 1, the counter electrode 4 is accommodated in the outer can 3, the outer cup 1 and the outer can 3 are combined, and an insulating gasket 6 is interposed between the outer peripheral portion of the outer cup 1 and the outer can 3. The part was crimped and sealed.

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物粒子を含有する作用電極2と、リチウム金属箔とからなる対極4とから構成される電池である。   The evaluation battery is a battery composed of a working electrode 2 containing graphite particles that can be used as a negative electrode active material in a real battery and a counter electrode 4 made of a lithium metal foil.

前記のように作製された評価電池について、25℃の温度下で下記のような充放電試験を行い、初期充放電効率とサイクル特性を計算した。評価結果(放電容量、初期充放電効率とサイクル特性)を下表1に示した。   The evaluation battery produced as described above was subjected to the following charge / discharge test at a temperature of 25 ° C., and the initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics were calculated. The evaluation results (discharge capacity, initial charge / discharge efficiency and cycle characteristics) are shown in Table 1 below.

[初期充放電効率]
回路電圧が0mVに達するまで0.9mA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になるその間の通電量から充電容量を求めた。その後、120分間休止した。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。なおこの試験では、リチウムイオンを負極材料に吸蔵する過程を充電、負極材料からリチウムイオンが脱離する過程を放電とした。
[Initial charge / discharge efficiency]
After constant current charging of 0.9 mA until the circuit voltage reaches 0 mV, switching to constant voltage charging when the circuit voltage reaches 0 mV, and the charge capacity is obtained from the amount of current during which the current value reaches 20 μA. It was. Then, it rested for 120 minutes. Next, constant current discharge was performed until the circuit voltage reached 1.5 V at a current value of 0.9 mA, and the discharge capacity was determined from the amount of electricity supplied during this period. This was the first cycle. The initial charge / discharge efficiency was calculated from the following equation (1). In this test, the process of occluding lithium ions in the negative electrode material was charged, and the process of detaching lithium ions from the negative electrode material was discharge.

初期充放電効率(%)=(第1サイクルの放電容量/第1サイクルの充電容量)
×100 ・・・(1)
[サイクル特性]
引き続き、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、120分間休止した。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った。この充放電を100回繰返し、得られた放電容量から、次式(2)を用いてサイクル特性を計算した。
Initial charge / discharge efficiency (%) = (first cycle discharge capacity / first cycle charge capacity)
× 100 (1)
[Cycle characteristics]
Subsequently, after performing constant current charging of 4.0 mA until the circuit voltage reaches 0 mV, switching to constant voltage charging when the circuit voltage reaches 0 mV, and further continuing charging until the current value reaches 20 μA, Paused for 120 minutes. Next, constant current discharge was performed until the circuit voltage reached 1.5 V at a current value of 4.0 mA. This charge / discharge was repeated 100 times, and the cycle characteristics were calculated from the obtained discharge capacity using the following equation (2).

サイクル特性(%)=(第100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 ・・・(2)
〔実施例2〕
上記実施例1において、鱗片状黒鉛を球状に加工したものに替えて、メソフェーズ小球体(JFEケミカル(株)製、KMFC)を3000℃で6時間かけて黒鉛化したもの(平均粒径20μm)を用いる以外は、実施例1と同様に負極合剤の調製、負極の作製、リチウムイオン二次電池の作製および電池の評価を行った。前記負極材料の特性と評価結果を同じく下表1に示した。
Cycle characteristics (%) = (discharge capacity in the 100th cycle / discharge capacity in the first cycle) × 100 (2)
[Example 2]
In Example 1 described above, mesophase microspheres (KMFC, manufactured by JFE Chemical Co., Ltd.) were graphitized at 3000 ° C. for 6 hours (average particle diameter 20 μm) instead of scaly graphite processed into a spherical shape. The negative electrode mixture was prepared, the negative electrode was produced, the lithium ion secondary battery was produced, and the battery was evaluated in the same manner as in Example 1 except that. The characteristics and evaluation results of the negative electrode material are also shown in Table 1 below.

実施例1〜2から、本発明の負極材料を用いたリチウムイオン二次電池は優れた放電容量、初期充放電効率およびサイクル特性を有していることがわかる。   From Examples 1-2, it can be seen that the lithium ion secondary battery using the negative electrode material of the present invention has excellent discharge capacity, initial charge / discharge efficiency, and cycle characteristics.

[比較例1]
実施例1において、メカノケミカル処理による気相シリカの黒鉛質物への付着を実施しない以外は、実施例1と同様に負極合剤の調製、負極の作製、リチウムイオン二次電池の作製および電池の評価を行った。前記負極材料の特性と評価結果を同じく下表1に示した。
[Comparative Example 1]
In Example 1, except that the adhesion of the vapor phase silica to the graphite material by mechanochemical treatment was not carried out, the preparation of the negative electrode mixture, the production of the negative electrode, the production of the lithium ion secondary battery, and the battery Evaluation was performed. The characteristics and evaluation results of the negative electrode material are also shown in Table 1 below.

実施例2と比較例1との対比から、リチウムと合金化しない金属化合物が存在すると、初期充放電効率とサイクル特性が向上することが分かる。   From the comparison between Example 2 and Comparative Example 1, it can be seen that the presence / absence of a metal compound that does not alloy with lithium improves the initial charge / discharge efficiency and the cycle characteristics.

[比較例2]
実施例1において、鱗片状黒鉛を球状に加工したものに替えて、鱗片状天然黒鉛((株)中越黒鉛工業所製、BF15A、平均粒径15μm)を用いる以外は、実施例1と同様に負極合剤の調製、負極の作製、リチウムイオン二次電池の作製および電池の評価を行った。前記負極材料の特性と評価結果を同じく下表1に示した。
[Comparative Example 2]
In Example 1, it replaced with what processed the scaly graphite into the spherical shape, and except using scaly natural graphite (Chuetsu Graphite Co., Ltd. make, BF15A, average particle diameter of 15 micrometers) similarly to Example 1. Preparation of the negative electrode mixture, preparation of the negative electrode, preparation of a lithium ion secondary battery, and evaluation of the battery were performed. The characteristics and evaluation results of the negative electrode material are also shown in Table 1 below.

実施例1と比較例2との対比から、黒鉛質物が塊状でアスペクト比が小さいと、初期充放電効率とサイクル特性が向上することが分かる。   From the comparison between Example 1 and Comparative Example 2, it can be seen that the initial charge / discharge efficiency and the cycle characteristics are improved when the graphite is agglomerated and the aspect ratio is small.

Figure 0004855696
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本発明のリチウムイオン二次電池用負極材料は、その特性を活かして、小型から大型までの高性能リチウムイオン二次電池に使用することができる。   The negative electrode material for lithium ion secondary batteries of the present invention can be used for high performance lithium ion secondary batteries ranging from small to large, taking advantage of the characteristics.

本発明の負極材料の電池特性を評価するための評価電池の断面図である。It is sectional drawing of the evaluation battery for evaluating the battery characteristic of the negative electrode material of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 外装カップ
2 作用電極
3 外装缶
4 対極
5 電解質溶液含浸セパレータ
6 絶縁ガスケット
7a、7b 集電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Exterior cup 2 Working electrode 3 Exterior can 4 Counter electrode 5 Electrolyte solution impregnation separator 6 Insulation gasket 7a, 7b Current collector

Claims (4)

アスペクト比が5以下である塊状黒鉛質物の表面の少なくとも一部に、SiO が付着し、さらに、前記塊状黒鉛質物および前記SiO の表面の少なくとも一部に、Siが付着してい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。 SiO 2 is attached to at least a part of the surface of the massive graphite material having an aspect ratio of 5 or less, and Si is attached to at least a part of the surfaces of the massive graphite material and the SiO 2. A negative electrode material for a lithium ion secondary battery. アスペクト比が5以下である塊状黒鉛質物の表面の少なくとも一部に、SiO をメカノケミカル処理で付着した後、前記塊状黒鉛質物および前記SiO の表面の少なくとも一部に、Siを気相法で付着す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の製造方法。 After attaching SiO 2 to at least part of the surface of the massive graphite material having an aspect ratio of 5 or less by mechanochemical treatment, Si is applied to at least part of the surface of the massive graphite material and the SiO 2 by a vapor phase method. A method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery. 請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料を用いることを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極。   A negative electrode for a lithium ion secondary battery, wherein the negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1 is used. 請求項3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。   A lithium ion secondary battery using the negative electrode for a lithium ion secondary battery according to claim 3.
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