JP5386666B2 - Negative electrode material for lithium secondary battery, method for producing the same, and lithium secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム二次電池用負極材、リチウム二次電池用負極材の製造方法およびリチウム二次電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode material for a lithium secondary battery, a method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, and a lithium secondary battery.

リチウム二次電池は軽量でエネルギー密度が高く、携帯用小型電子機器の電源をはじめ近年ではハイブリッドカーや電気自動車などの動力用電源として期待されている。当初、リチウム二次電池の負極材には金属リチウムが用いられていたが、充電時にリチウムイオンが負極面にデンドライト(樹枝)状に析出、成長し、脱落して容量低下をもたらしたり、ショートの原因となるため、このようなデンドライト状の析出を生じない炭素材が提案されてきた。   Lithium secondary batteries are lightweight and have high energy density, and in recent years, they are expected to be used as power sources for power sources of portable small electronic devices, such as hybrid cars and electric vehicles. Initially, lithium metal was used as the negative electrode material for lithium secondary batteries, but during charging, lithium ions precipitated and grew in the form of dendrites (dendrites) on the negative electrode surface. For this reason, carbon materials that do not cause such dendritic precipitation have been proposed.

黒鉛材はリチウムイオンのドープ・アンドープ性(脱・挿入性)が優れていることから充放電の効率が高く、更に、充放電時の電位も金属リチウムとほぼ等しく、高電圧の電池が得られるなどの利点がある。   The graphite material has excellent lithium ion doping / undoping properties (desorption / insertion properties), so the charging / discharging efficiency is high, and the potential during charging / discharging is almost equal to that of metallic lithium, resulting in a high-voltage battery. There are advantages such as.

しかし、黒鉛化度が高く六角網面構造が高度に発達した黒鉛材は電解液と反応を生じて充放電効率が低下するなど電池出力が損なわれやすく、特に、低温環境下で作動させるために、例えば融点が−50℃と低いプロピレンカーボネート系(以下、PC系とも略記)の電解液を使用した場合に、分解し易いという特性を有している。これは、黒鉛化度の高い炭素材の結晶面(黒鉛層)間に、PC系電解液等の電解液で溶媒和されたリチウムイオンがインターカレーション(コインターカレーション )することにより、黒鉛層が剥離したり、分解する現象が生じるためとされている。   However, a graphite material with a high degree of graphitization and a highly developed hexagonal network structure is liable to damage the battery output, for example, because it reacts with the electrolyte and decreases the charge / discharge efficiency. For example, when a propylene carbonate-based (hereinafter also abbreviated as PC-based) electrolytic solution having a melting point as low as −50 ° C. is used, it has a characteristic of being easily decomposed. This is because the lithium ions solvated with an electrolyte such as a PC-based electrolyte intercalate (co-intercalate) between the crystal planes (graphite layer) of a carbon material having a high degree of graphitization. This is due to the phenomenon of peeling or decomposing.

一方、黒鉛化度の低い非晶質炭素材はPC系電解液との反応性は低いが、リチウムイオンがドープするサイトが少ないために電池容量が極めて低くなってしまう。   On the other hand, an amorphous carbon material with a low degree of graphitization has low reactivity with the PC electrolyte, but the battery capacity becomes extremely low because there are few sites doped with lithium ions.

このような状況下、本出願人は、PC系電解液中でも安定で、リチウムイオンのドープ・アンドープ速度が速く、また電池容量も高く、高密度充填が可能なリチウム二次電池用負極材を提案している(特許文献1参照)。
しかしながら、リチウム二次電池の更なる高性能化の要望から、PC系電解液中で安定であるとともに、リチウムイオンのドープ・アンドープ速度、電池容量、電池効率がより優れたリチウム二次電池用負極材が求められるようになっている。
特開2005−243410号公報
Under such circumstances, the present applicant has proposed a negative electrode material for a lithium secondary battery that is stable even in a PC-based electrolyte, has a high lithium ion doping / undoping rate, has a high battery capacity, and can be filled with high density. (See Patent Document 1).
However, due to the demand for higher performance of lithium secondary batteries, the anode for lithium secondary batteries is more stable in PC-based electrolyte and has better lithium ion doping / undoping speed, battery capacity, and battery efficiency. Materials are being sought.
Japanese Patent Laying-Open No. 2005-243410

本発明は、このような事情のもとで、PC系電解液中で安定であり、かつ、リチウムイオンのドープ・アンドープ速度、電池容量、電池効率により優れたリチウム二次電池用負極材を提供するとともに、リチウム二次電池用負極材の製造方法およびリチウム二次電池を提供することを目的とするものである。   Under such circumstances, the present invention provides a negative electrode material for a lithium secondary battery that is stable in a PC-based electrolyte and that is superior in lithium ion doping / undoping rate, battery capacity, and battery efficiency. In addition, an object of the present invention is to provide a method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery.

上記の目的を達成するために、本発明者が鋭意検討したところ、複数の稜線状ひだ部が連続して伸長することにより多角形状開口部を有する凹部が表面に複数設けられてなり、ディスクセントリフュージ装置により測定したストークスモード粒子径Dstが500nm以上、Dstに対するX線回折法により測定した結晶子サイズLaの比La/Dstが0.04以上である炭素微小球からなるリチウム二次電池用負極材により、上記課題を解決し得ることを見出し、本知見に基いて本発明を完成するに至った。   In order to achieve the above object, the present inventor has intensively studied. As a result, a plurality of concave portions having polygonal openings are formed on the surface by continuously extending a plurality of ridge-line pleats, and a disc centrifuging is provided. Negative electrode material for lithium secondary battery comprising Stokes mode particle diameter Dst measured by apparatus of 500 nm or more, and ratio La / Dst of crystallite size La measured by X-ray diffractometry with respect to Dst is 0.04 or more Thus, the inventors have found that the above-described problems can be solved, and have completed the present invention based on this finding.

すなわち、本発明は、
(1)複数の稜線状ひだ部が連続して伸長することにより多角形状開口部を有する凹部が表面に複数設けられてなり、
ディスクセントリフュージ装置により測定したストークスモード粒子径Dstが500nm以上、
前記Dstに対するX線回折法により測定した結晶子サイズLaの比La/Dstが0.04以上である炭素微小球
からなることを特徴とするリチウム二次電池用負極材、
(2)前記多角形状開口部を構成する角部の少なくとも一部が三本の稜線状ひだ部により構成されてなる上記(1)に記載のリチウム二次電池用負極材、
(3)前記凹部の最大深さが10〜200nmである上記(1)または(2)に記載のリチウム二次電池用負極材、
(4)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法であって、
一次原料炭化水素ガスを熱分解して一次炭素球を析出させる一次炭素球析出工程と、
前記一次炭素球と二次原料炭化水素ガスとを接触させた状態で熱分解することにより複合炭素球を析出させる複合炭素球析出工程と、
前期複合炭素球を2000℃以上の温度で熱処理して炭素微小球を得る炭素微小球生成工程と
を含むことを特徴とするリチウム二次電池用負極材の製造方法、
(5)前記一次炭素球析出工程が、一次原料炭化水素のガス濃度30〜100vol%、一次原料炭化水素のガス供給線速度0.02〜4.0m/sec、雰囲気温度900〜1200℃の条件下で実施され、
前記複合炭素球析出工程が、雰囲気温度900〜1200℃、二次原料炭化水素ガスの滞留時間1〜20秒間となるように実施される
上記(4)に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法、および
(6)上記(1)〜(3)のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極材からなる負極を有することを特徴とするリチウム二次電池
を提供するものである。
That is, the present invention
(1) A plurality of concave portions having polygonal openings are provided on the surface by continuously extending a plurality of ridge-line pleats,
Stokes mode particle diameter Dst measured by a disc centrifuging device is 500 nm or more,
A negative electrode material for a lithium secondary battery, comprising a carbon microsphere having a ratio La / Dst of a crystallite size La measured by an X-ray diffraction method with respect to Dst of 0.04 or more,
(2) The negative electrode material for a lithium secondary battery according to (1) above, wherein at least a part of the corners constituting the polygonal opening is constituted by three ridge-line pleats,
(3) The negative electrode material for a lithium secondary battery according to the above (1) or (2), wherein the maximum depth of the recess is 10 to 200 nm,
(4) A method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to any one of (1) to (3) above,
A primary carbon sphere deposition step of thermally decomposing primary raw material hydrocarbon gas to deposit primary carbon spheres;
A composite carbon sphere deposition step of precipitating composite carbon spheres by pyrolyzing the primary carbon spheres and the secondary raw material hydrocarbon gas in contact with each other;
A method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, comprising: a carbon microsphere generation step of obtaining carbon microspheres by heat-treating the composite carbon spheres at a temperature of 2000 ° C. or more,
(5) The primary carbon sphere deposition step is performed under the conditions of a primary raw material hydrocarbon gas concentration of 30 to 100 vol%, a primary raw material hydrocarbon gas supply linear velocity of 0.02 to 4.0 m / sec, and an ambient temperature of 900 to 1200 ° C. Carried out below,
The negative electrode material for a lithium secondary battery according to (4), wherein the composite carbon sphere deposition step is performed such that the atmospheric temperature is 900 to 1200 ° C and the residence time of the secondary raw material hydrocarbon gas is 1 to 20 seconds. A production method and (6) a lithium secondary battery comprising a negative electrode comprising the negative electrode material for a lithium secondary battery according to any one of (1) to (3).

本発明によれば、リチウム二次電池用負極材を、特定の表面形状を有し、ディスクセントリフュージ装置により測定したストークスモード粒子径Dstが500nm以上で、Dstに対するX線回折法により測定した結晶子サイズLaの比La/Dstが0.04以上である炭素微小球により構成することにより、PC系電解液中で安定であり、かつ、リチウムイオンのドープ・アンドープ速度、電池容量、電池効率により優れたリチウム二次電池用負極材を提供することができる。また、本発明によれば、上記優れた特性を有するリチウム二次電池用負極材を製造する方法およびリチウム二次電池を提供することができる。   According to the present invention, a negative electrode material for a lithium secondary battery has a specific surface shape, a Stokes mode particle diameter Dst measured by a disc centrifuging apparatus of 500 nm or more, and a crystallite measured by an X-ray diffraction method with respect to Dst By comprising carbon microspheres with a ratio La / Dst of size La of 0.04 or more, it is stable in a PC-based electrolyte and is excellent in lithium ion doping / undoping speed, battery capacity, and battery efficiency. In addition, a negative electrode material for a lithium secondary battery can be provided. Moreover, according to this invention, the method and lithium secondary battery which manufacture the negative electrode material for lithium secondary batteries which has the said outstanding characteristic can be provided.

本発明のリチウム二次電池用負極材は、複数の稜線状ひだ部が連続して伸長することにより多角形状の開口部を有する凹部が表面に複数設けられてなり、ディスクセントリフュージ装置により測定したストークスモード粒子径Dstが500nm以上、前記Dstに対するX線回折法により測定した結晶子サイズLaの比La/Dstが0.04以上である炭素微小球からなることを特徴とするものである。   The negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention has a plurality of concave portions having polygonal openings by continuously extending a plurality of ridge-line pleats, and the Stokes measured by a disc centrifuging device. It is characterized by comprising carbon microspheres having a mode particle diameter Dst of 500 nm or more and a ratio La / Dst of crystallite size La measured by X-ray diffraction with respect to Dst of 0.04 or more.

図1に例示するように、本発明のリチウム二次電池用負極材を構成する炭素微小球表面は、複数の稜線状ひだ部が連続して伸長することにより、多角形状の開口部を有する凹部が複数設けられてなる。   As illustrated in FIG. 1, the surface of the carbon microsphere constituting the negative electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention has a concave portion having a polygonal opening by continuously extending a plurality of ridge-line pleats. Are provided.

各稜線状ひだ部は、それぞれ10〜500nm程度の長さを有するものであり、50〜400nm程度の長さを有することがより適当であり、100〜150nm程度の長さを有するものがさらに適当である。   Each ridge-like pleat has a length of about 10 to 500 nm, more preferably has a length of about 50 to 400 nm, and more preferably has a length of about 100 to 150 nm. It is.

図1に示すように、この稜線状ひだ部が複数交差することによって、多角形状の開口部を形成する。開口部の形状は、特に限定されないが、例えば、三角形状、四角形状、五角形状、六角形状、七角形状等を挙げることができる。   As shown in FIG. 1, a polygonal opening is formed by a plurality of intersections of the ridgeline pleats. Although the shape of an opening part is not specifically limited, For example, triangle shape, quadrangle shape, pentagon shape, hexagon shape, heptagon shape etc. can be mentioned.

上記多角形状開口部を構成する角部の少なくとも一部は、三本の稜線状ひだ部により構成されてなるものであることが適当であり、上記多角形状開口部を構成する角部の50〜100%が三本の稜線状ひだ部により構成されてなるものであることがより適当であり、上記多角形状開口部を構成する角部の全てが三本の稜線状ひだ部により構成されてなるものであることがさらに適当である。   It is appropriate that at least a part of the corners constituting the polygonal opening is constituted by three ridge lines, and 50 to 50 of the corners constituting the polygonal opening. It is more appropriate that 100% is constituted by three ridge-line pleats, and all corners constituting the polygonal opening are constituted by three ridge-line folds. It is more appropriate that it is.

また、上記凹部の最大深さは10〜200nmであることが好ましく、10〜150nmであることがより好ましく、10〜100nmであることがより好ましい。   Moreover, it is preferable that the maximum depth of the said recessed part is 10-200 nm, It is more preferable that it is 10-150 nm, It is more preferable that it is 10-100 nm.

上記開口部直径は、50〜600nmであることが好ましく、50〜500nmであることがより好ましく、150〜400nmであることがさらに好ましい。なお、本明細書において、開口部直径とは、開口部の最大径を意味する。   The opening diameter is preferably 50 to 600 nm, more preferably 50 to 500 nm, and still more preferably 150 to 400 nm. In the present specification, the opening diameter means the maximum diameter of the opening.

上記稜線状ひだ部の長さ、開口部形状、凹部の最大深さ、開口部直径等は、走査型電子顕微鏡(SEM)により確認することができる。   The length of the ridge-shaped pleat, the shape of the opening, the maximum depth of the recess, the diameter of the opening, and the like can be confirmed with a scanning electron microscope (SEM).

本発明のリチウム二次電池用負極材を構成する炭素微小球の表面基底部は、断面透過型電子顕微鏡観察したときに、1〜3000個の連続平行黒鉛層からなるものであることが適当であり、700〜1800個の連続平行黒鉛層からなるものであることがより好ましく、800〜1400個の連続平行黒鉛層からなるものであることがさらに好ましい。   The surface base portion of the carbon microspheres constituting the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention is suitably composed of 1 to 3000 continuous parallel graphite layers when observed with a cross-sectional transmission electron microscope. And more preferably 700 to 1800 continuous parallel graphite layers, and still more preferably 800 to 1400 continuous parallel graphite layers.

本発明のリチウム二次電池用負極材を構成する炭素微小球は、その表面に上記複数の稜線状ひだ部からなる凹部を有するものであり、この稜線状ひだ部により構成される凹部は、黒鉛結晶格子歪により生ずるものと考えられる。そして、炭素微小球表面に形成されるこの凹部は、リチウムイオンの入出力が可能なものであることから、リチウムイオンの入出力サイトが増大して、充放電効率が向上すると考えられ、また、上記凹部が黒鉛結晶の格子歪により構成されることにより、PC系電解液への耐性(PC系電解液中における安定性)を向上することができると考えられる。   The carbon microsphere constituting the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention has a concave portion composed of the plurality of ridge-line pleat portions on the surface thereof, and the concave portion constituted by the ridge-line pleat portions is made of graphite. It is thought to be caused by crystal lattice distortion. And, since this concave portion formed on the surface of the carbon microsphere is capable of inputting and outputting lithium ions, it is considered that the input and output sites of lithium ions are increased, and the charge and discharge efficiency is improved. It is considered that the resistance to the PC-based electrolyte (stability in the PC-based electrolyte) can be improved by forming the concave portion by the lattice strain of the graphite crystal.

本発明のリチウム二次電池用負極材を構成する炭素微小球は、ディスクセントリフュージ装置により測定したストークスモード粒子径Dstが500nm以上であるものであり、上記Dstは、500〜1200nmであることが好ましく、600〜900nmであることがより好ましい。   The carbon microspheres constituting the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention have a Stokes mode particle diameter Dst measured by a disc centrifuging apparatus of 500 nm or more, and the Dst is preferably 500 to 1200 nm. More preferably, the thickness is 600 to 900 nm.

本発明において、上記ストークスモード粒子径Dstは、ディスクセントリフュージ装置を用いて以下の方法により測定されるものである。
乾燥した炭素微小球を少量の界面活性剤を含む20容量%エタノール水溶液と混合して炭素濃度0.1kg/m3 の分散液を作成し、これを超音波で十分に分散して測定試料とする。この測定試料を回転数8〜166 s−1に設定したディスクセントリフュージ装置(英国JoyesLobel社製)に設置し、スピン液(2重量%グリセリン水溶液、25℃)を0.015dm加えた後、0.001dmのバッファー液(20容量%エタノール水溶液、25℃)を注入する。次いで、温度25℃の炭素分散液0.0005dmを注射器で加えた後、遠心沈降を開始し、同時に記録計を作動させて図2に示すような分布曲線(横軸;炭素分散液を注射器で加えてからの経過時間、縦軸;炭素試料の遠心沈降に伴い変化した特定点での吸光度)を作成する。そして、この分布曲線により各時間Tを読み取り、次式に代入して各時間に対応するストークス相当径を算出する。
In the present invention, the Stokes mode particle diameter Dst is measured by the following method using a disc centrifuging apparatus.
The dried carbon microspheres are mixed with a 20% by volume ethanol aqueous solution containing a small amount of a surfactant to prepare a dispersion having a carbon concentration of 0.1 kg / m 3. To do. This measurement sample was placed in a disc centrifuging apparatus (manufactured by JoysLabel, UK) set at a rotational speed of 8 to 166 s −1, and after adding 0.015 dm 3 of spin solution (2 wt% glycerin aqueous solution, 25 ° C.), 0 .001 dm 3 buffer solution (20 vol% ethanol aqueous solution, 25 ° C.) is injected. Next, after adding 0.0005 dm 3 of carbon dispersion liquid at a temperature of 25 ° C. with a syringe, centrifugal sedimentation was started, and at the same time, the recorder was operated to show a distribution curve (horizontal axis; carbon dispersion liquid into the syringe). Elapsed time since addition in step ordinate, vertical axis; absorbance at a specific point changed with centrifugal sedimentation of the carbon sample). Then, each time T is read from this distribution curve and substituted into the following equation to calculate the Stokes equivalent diameter corresponding to each time.

(ただし、数1において、ηはスピン液の粘度(0.935×10−3Pa・S)、Nはディスク回転スピード(8〜166s−1)、rは分散液注入点の半径(0.0456m)、rは吸光度測定点までの半径(0.0482m)、ρCBは炭素の密度(kg/m)、ρはスピン液の密度(1.00178kg/m)である。) (In Equation 1 , η is the viscosity of the spin liquid (0.935 × 10 −3 Pa · S), N is the disk rotation speed (8 to 166 s −1 ), and r 1 is the radius of the dispersion injection point (0 .0456m), r 2 is the radius to the absorbance measuring point (0.0482m), ρ CB is the density of carbon (kg / m 3), ρ 1 is the density of the spin fluid (1.00178kg / m 3). )

このようにして得られたストークス相当径と吸光度の分布曲線(図2)における最大頻度のストークス相当径をストークスモード粒子径Dst(nm)とする。
ストークスモード粒子径Dstは、一次炭素球が凝集した凝集構造体の大きさを表す指標となるもので、この値が大きくなると凝集した一次炭素球の個数が多く、凝集体径が大きいことを示す。
The maximum Stokes equivalent diameter in the Stokes equivalent diameter and absorbance distribution curve (FIG. 2) thus obtained is defined as the Stokes mode particle diameter Dst (nm).
The Stokes mode particle diameter Dst is an index indicating the size of the aggregate structure in which primary carbon spheres are aggregated. When this value is large, the number of aggregated primary carbon spheres is large and the aggregate diameter is large. .

後述するように、本発明のリチウム二次電池用負極材を構成する炭素微小球は、一次粒子炭素球が凝集してなる構造を有していると考えられ、このように炭素微小球が大粒径化することにより、比表面積を低減させて、クーロン効率を向上することができる。一般に、大粒径化した炭素微小球は、端面の減少によりリチウムイオンの入出力特性が低下したり、結晶の歪みが小さくなってPC系電解液への耐性が低下するが、上述したように、本発明のリチウム二次電池用負極材を構成する炭素微小球は、特有の表面構造を有するために、ストークスモード粒子径Dstが500nm以上と大粒径なものであっても、クーロン効率を向上させつつリチウムイオンの入出力特性およびPC系電解液への耐性も向上させることができる。   As will be described later, the carbon microspheres constituting the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention are considered to have a structure formed by agglomeration of primary particle carbon spheres. By making the particle size, the specific surface area can be reduced and the coulomb efficiency can be improved. In general, carbon microspheres with larger particle sizes have reduced input / output characteristics of lithium ions due to a decrease in the end face, and crystal distortion is reduced and resistance to PC electrolytes is reduced. Since the carbon microspheres constituting the negative electrode material for lithium secondary batteries of the present invention have a specific surface structure, even when the Stokes mode particle diameter Dst is as large as 500 nm or more, the Coulomb efficiency is improved. While improving, the input / output characteristics of lithium ions and the resistance to the PC electrolyte can also be improved.

本発明のリチウム二次電池用負極材を構成する炭素微小球は、上記ストークスモード粒子径Dstに対するX線回折法により測定した結晶子サイズLaの比La/Dstが0.04以上であるものである。   The carbon microspheres constituting the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention have a ratio La / Dst of the crystallite size La measured by the X-ray diffraction method with respect to the Stokes mode particle diameter Dst of 0.04 or more. is there.

本明細書において、X線回折法により測定した結晶子サイズLaは、グラファイトモノクロメータで単色化したCuKα線を用い、反射式ディフラクトメータ法によって広角X線回折曲線を測定し、学振法により求めることができる。
上記ストークスモード粒子径Dstに対する結晶子サイズLaの比La/Dstは、0.04〜0.09であることが好ましい。
In this specification, the crystallite size La measured by the X-ray diffraction method is obtained by measuring a wide-angle X-ray diffraction curve by a reflective diffractometer method using a CuKα ray monochromatized by a graphite monochromator, Can be sought.
The ratio La / Dst of the crystallite size La to the Stokes mode particle diameter Dst is preferably 0.04 to 0.09.

ストークスモード粒子径Dstに対する結晶子サイズLaの比La/Dstは、リチウム二次電子用負極材を構成する炭素微小球粒子の単位径あたりの結晶子の大きさを表し、この数値が大きいほど、結晶子が発達していることを意味する。   The ratio La / Dst of the crystallite size La to the Stokes mode particle diameter Dst represents the size of the crystallite per unit diameter of the carbon microsphere particles constituting the negative electrode material for lithium secondary electrons. It means that the crystallite has developed.

ストークスモード粒子径Dstに対する結晶子サイズLaの比La/Dstが0.04以上であることにより、負極材におけるリチウムイオンのドープ・アンドープ性(脱・挿入性)を向上することができる。   When the ratio La / Dst of the crystallite size La to the Stokes mode particle diameter Dst is 0.04 or more, doping / undoping (de-insertion) of lithium ions in the negative electrode material can be improved.

本発明のリチウム二次電池用負極材を構成する炭素微小球は、上記特性に加えて、X線回折法により測定した結晶子格子面間隔(d002)が0.350nm以下であることが好ましい。すなわち、黒鉛結晶化度が高いものであることが好ましい。結晶子格子面間隔(d002)が0.350nmを越える場合には、黒鉛の結晶化度が低いためにリチウムイオンがドープされるサイトが少なくなり、電池容量が低下してしまう。   In addition to the above characteristics, the carbon microspheres constituting the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention preferably have a crystallite lattice spacing (d002) of 0.350 nm or less as measured by an X-ray diffraction method. That is, it is preferable that the degree of graphite crystallinity is high. When the crystallite lattice spacing (d002) exceeds 0.350 nm, the crystallinity of graphite is low, so the number of sites doped with lithium ions decreases, and the battery capacity decreases.

次に、本発明のリチウム二次電子用負極材の製造方法について説明する。   Next, the manufacturing method of the negative electrode material for lithium secondary electrons of this invention is demonstrated.

本発明のリチウム二次電池用負極材の製造方法は、本発明のリチウム二次電池用負極材を製造する方法に関するものであって、一次原料炭化水素ガスを熱分解して一次炭素球を析出させる一次炭素球析出工程と、前記一次炭素球と二次原料炭化水素ガスとを接触させた状態で熱分解することにより複合炭素球を析出させる複合炭素球析出工程と、前期複合炭素球を2000℃以上の温度で熱処理して炭素微小球を得る炭素微小球生成工程とを含むことを特徴とするものである。   The method for producing a negative electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention relates to a method for producing the negative electrode material for a lithium secondary battery according to the present invention, and thermally decomposes a primary raw material hydrocarbon gas to deposit primary carbon spheres. A primary carbon sphere deposition step, a composite carbon sphere deposition step of depositing composite carbon spheres by thermally decomposing the primary carbon spheres in contact with the secondary raw material hydrocarbon gas, And a carbon microsphere generation step of obtaining carbon microspheres by heat treatment at a temperature of at least ° C.

以下、本発明のリチウム二次電子用負極材の製造方法を、適宜図面を用いつつ説明するものとする。   Hereinafter, the manufacturing method of the negative electrode material for lithium secondary electrons of the present invention will be described with reference to the drawings as appropriate.

図3は、本発明のリチウム二次電子用負極材を構成する炭素微小球を製造する装置の一例を示す図である。   FIG. 3 is a view showing an example of an apparatus for producing carbon microspheres constituting the negative electrode material for lithium secondary electrons of the present invention.

図3において、11は原料炭化水素ガスが充填されたガスボンベ、12はキャリアーガスが充填されたガスボンベであり、13は流量計を示している。また、14は一次原料炭化水素ガスを、例えば液状で貯蔵している一次原料タンクであり、15は液体炭化水素原料の予熱装置であり、予熱することで、液体原料ガスの気化の補助をしている。   In FIG. 3, 11 is a gas cylinder filled with raw material hydrocarbon gas, 12 is a gas cylinder filled with carrier gas, and 13 is a flow meter. Reference numeral 14 denotes a primary raw material tank that stores the primary raw material hydrocarbon gas, for example, in a liquid state. Reference numeral 15 denotes a preheating device for the liquid hydrocarbon raw material, which assists vaporization of the liquid raw material gas by preheating. ing.

本発明の方法において、一次原料炭化水素ガスとしては、メタンガス(天然ガス、都市ガス、LNG(液化天然ガス)等)、エタンガス、プロパン・ブタンガス(LPG(液化石油ガス)等)、エチレンガス、プロピレンガス、ブタジエンガス等の不飽和脂肪族炭化水素ガス、ベンゼンガス、トルエンガス、キシレンガス等の単環式芳香族炭化水素ガス、ナフタレンガス、アントラセンガス等の多環式芳香族炭化水素ガス、あるいはこれらの混合物を挙げることができる。また、常温で液体または固体の場合炭化水素を一次原料炭化水素ガスとして用いる場合には、その沸点以上の温度に加熱して気化させ、ガス状にすることにより用いることができる。
また、キャリアーガスとしては、窒素ガス、アルゴンガス、ヘリウムガス、ネオンガス、キセノンガス、クリプトンガスなどの不活性ガスや、空気などを挙げることができ、水素ガスは用いないことが好ましい。
In the method of the present invention, the primary raw material hydrocarbon gas includes methane gas (natural gas, city gas, LNG (liquefied natural gas), etc.), ethane gas, propane / butane gas (LPG (liquefied petroleum gas), etc.), ethylene gas, propylene Gas, unsaturated aliphatic hydrocarbon gas such as butadiene gas, monocyclic aromatic hydrocarbon gas such as benzene gas, toluene gas and xylene gas, polycyclic aromatic hydrocarbon gas such as naphthalene gas and anthracene gas, or Mention may be made of these mixtures. In the case of liquid or solid at normal temperature, when hydrocarbon is used as the primary raw material hydrocarbon gas, it can be used by heating to a temperature equal to or higher than its boiling point to vaporize it.
Examples of the carrier gas include an inert gas such as nitrogen gas, argon gas, helium gas, neon gas, xenon gas, and krypton gas, and air, and it is preferable not to use hydrogen gas.

そして、図3に示すガスボンベ11または一次原料タンク14等から一次原料炭化水素ガスを、単独でもしくはガスボンベ12等からキャリアーガスとともに、加熱炉17内に供給する。   Then, the primary raw material hydrocarbon gas is supplied from the gas cylinder 11 or the primary raw material tank 14 shown in FIG. 3 into the heating furnace 17 alone or together with the carrier gas from the gas cylinder 12 or the like.

加熱炉17は、原料である炭化水素ガスを熱分解して炭素微小球に転化するためのものであり、上流部(加熱炉17の下段部)に一次炭素球析出部、中流部(加熱炉17の中段部)に複合炭素球析出部、下流部(加熱炉17の上段部)に炭素微小球生成部を有するものであって、各部において、加熱温度を制御し得るものである。加熱炉17は、例えば内径145mm、長さ1500mmの不透明石英管からなり、混合ガスの流速を制御するために、加熱炉17内に、反応管径が異なるムライト管を内挿することが好ましいが、一次原料炭化水素ガスの流量や、キャリアーガスの流量を流量計13を用いて任意に変更することにより流速を制御してもよい。また、加熱炉17の内部は予め真空ポンプ23等により脱酸素しておくことが好ましい。   The heating furnace 17 is for pyrolyzing a hydrocarbon gas as a raw material and converting it into carbon microspheres. A primary carbon sphere precipitation part and a middle stream part (heating furnace) are provided in an upstream part (lower stage part of the heating furnace 17). 17 has a composite carbon sphere precipitation part in the middle part) and a carbon microsphere production part in the downstream part (upper part of the heating furnace 17), and the heating temperature can be controlled in each part. The heating furnace 17 is made of, for example, an opaque quartz tube having an inner diameter of 145 mm and a length of 1500 mm. In order to control the flow rate of the mixed gas, it is preferable to insert a mullite tube having a different reaction tube diameter in the heating furnace 17. The flow rate may be controlled by arbitrarily changing the flow rate of the primary raw material hydrocarbon gas or the flow rate of the carrier gas using the flow meter 13. Moreover, it is preferable that the inside of the heating furnace 17 is deoxygenated in advance by the vacuum pump 23 or the like.

図3に示すように、加熱炉17の外側には、外熱加熱用の熱発生源18を設置して、加熱炉17内に所望の熱を供給することが好ましい。外熱方式としては、高周波誘導加熱方式や、電熱加熱方式、更には燃焼ガスを流通する方式を適用することができる。   As shown in FIG. 3, it is preferable that a heat generation source 18 for external heat heating is installed outside the heating furnace 17 to supply desired heat into the heating furnace 17. As the external heating method, a high-frequency induction heating method, an electrothermal heating method, or a method of circulating a combustion gas can be applied.

本発明の方法においては、一次原料炭化水素ガスを、一次原料炭化水素ガス濃度が30〜100vol%、一次原料炭化水素ガスの供給線速度が0.02〜4.0m/sec、雰囲気温度が900〜1200℃になるように、加熱し、熱分解して、一次炭素球を析出させることが好ましい。   In the method of the present invention, the primary raw material hydrocarbon gas has a primary raw material hydrocarbon gas concentration of 30 to 100 vol%, a primary raw material hydrocarbon gas supply line speed of 0.02 to 4.0 m / sec, and an ambient temperature of 900. It is preferable that the primary carbon spheres are deposited by heating and thermal decomposition so that the temperature becomes ˜1200 ° C.

このとき、図3に示すように、加熱炉17の上流部である一次炭素球析出部に一次原料炭化水素ガスを導入し、熱分解して、一次炭素球を析出させることが好ましい。一次原料炭化水素ガス濃度は50〜100vol%であることが好ましく、70〜100%であることがより好ましい。一次原料炭化水素ガスの供給線速度は0.02〜2.0m/secであることが好ましく、0.02〜1.0m/secであることがより好ましい。また、一次原料炭化水素ガスを熱分解する雰囲気温度は950〜1100℃であることが好ましく、1000〜1100℃であることがより好ましい。   At this time, as shown in FIG. 3, it is preferable to introduce the primary raw material hydrocarbon gas into the primary carbon sphere depositing portion, which is the upstream portion of the heating furnace 17, and to thermally decompose to deposit the primary carbon spheres. The primary raw material hydrocarbon gas concentration is preferably 50 to 100 vol%, more preferably 70 to 100%. The supply linear velocity of the primary raw material hydrocarbon gas is preferably 0.02 to 2.0 m / sec, and more preferably 0.02 to 1.0 m / sec. Moreover, it is preferable that the atmospheric temperature which thermally decomposes primary raw material hydrocarbon gas is 950-1100 degreeC, and it is more preferable that it is 1000-1100 degreeC.

一次原料炭化水素ガス濃度30vol%を下回る場合には一次原料炭化水素ガスが不足する為に析出する炭素球が微粒化し易くなる。また、一次原料炭化水素ガス供給線速度が0.02m/secを下回ると、反応管壁への中間生成物の付着が顕著となって経路閉塞を引き起こし易くなり、4.0m/secを上回ると、一次原料ガスの充分な滞留時間が得られず、その結果熱分解物中の中間生成物量が多くなり、ガスの流れが不均一化して得られる一次炭素球の粒度分布もブロード化してしまう。さらに、一次原料炭化水素ガスを熱分解する雰囲気温度が900℃を下回る場合には一次原料炭化水素ガスの熱分解反応が充分に進行しないため一次炭素球が得られず、1200℃を上回ると熱分解反応の進行が速すぎるので、微粒化しやすくなる。   When the concentration of the primary raw material hydrocarbon gas is less than 30 vol%, the primary raw material hydrocarbon gas is insufficient, and the precipitated carbon spheres are easily atomized. Moreover, when the primary raw material hydrocarbon gas supply linear velocity is less than 0.02 m / sec, the adhesion of the intermediate product to the reaction tube wall becomes prominent and the passage is likely to be blocked, and when it exceeds 4.0 m / sec. A sufficient residence time of the primary raw material gas cannot be obtained, and as a result, the amount of intermediate products in the pyrolyzate increases, and the particle size distribution of the primary carbon spheres obtained by non-uniform gas flow also becomes broad. Furthermore, when the atmospheric temperature for pyrolyzing the primary raw material hydrocarbon gas is lower than 900 ° C., the primary carbon spheres cannot be obtained because the thermal decomposition reaction of the primary raw material hydrocarbon gas does not proceed sufficiently. Since the progress of the decomposition reaction is too fast, it becomes easy to atomize.

次いで、得られた一次炭素球と、二次原料炭化水素ガスとを接触させた状態で熱分解することにより複合炭素球を析出させる。   Next, composite carbon spheres are deposited by thermal decomposition in a state where the obtained primary carbon spheres and the secondary raw material hydrocarbon gas are in contact with each other.

この際、雰囲気温度を900〜1200℃、二次原料炭化水素ガスの滞留時間が1〜20秒間になるように制御して実施することが好ましい。二次原料炭化水素ガスを熱分解する雰囲気温度は950〜1100℃であることがより好ましく、1000〜1100℃であることがより好ましい。二次原料炭化水素ガスの滞留時間は1.0〜8.0秒間であることが好ましく、2.0〜5.0秒間であることがより好ましい。
雰囲気温度が900℃を下回る場合は、二次原料炭化水素ガスの熱分解が充分に進まないので複合炭素球を析出させることが出来ず、1200℃を超えると熱分解反応の進行が早いので析出した炭素球が微粒化しやすくなる。
At this time, it is preferable to carry out by controlling the atmospheric temperature to be 900 to 1200 ° C. and the residence time of the secondary raw material hydrocarbon gas to be 1 to 20 seconds. The atmospheric temperature for thermally decomposing the secondary raw material hydrocarbon gas is more preferably 950 to 1100 ° C, and more preferably 1000 to 1100 ° C. The residence time of the secondary raw material hydrocarbon gas is preferably 1.0 to 8.0 seconds, and more preferably 2.0 to 5.0 seconds.
If the ambient temperature is lower than 900 ° C, the thermal decomposition of the secondary raw material hydrocarbon gas does not proceed sufficiently, so that the composite carbon spheres cannot be precipitated, and if the temperature exceeds 1200 ° C, the thermal decomposition reaction proceeds rapidly. The carbon spheres are easily atomized.

二次原料炭化水素ガスとしては、上述した一次原料炭化水素ガスと同様のものを挙げることができ、二次原料炭化水素ガスをキャリアーガスと共に供給することができる点、二次原料炭化水素ガスの供給濃度等についても一次原料炭化水素ガスを供給する場合と同様である。   Examples of the secondary raw material hydrocarbon gas include those similar to the primary raw material hydrocarbon gas described above, and the secondary raw material hydrocarbon gas can be supplied together with the carrier gas. The supply concentration and the like are the same as in the case of supplying the primary raw material hydrocarbon gas.

図3に示すように、二次原料炭化水素ガスは、加熱炉17に設けられた二次原料ガス導入口19から、反応炉17の中流部である複合炭素球析出部に供給して、上流部で生成した一次炭素球と接触させ、熱分解して、複合炭素球を析出することが好ましい。このとき、加熱炉17内の温度は熱電対または放射温度計で検出して温度検出器20で所定温度に制御したり、加熱炉17内への二次原料炭化水素ガスの供給速度を変化させることにより、二次原料炭化水素ガスの滞留時間を調整することが好ましい。上記複合炭素球の生成条件を制御することにより、得られる炭素微小球のストークスモード粒子径Dstを制御することができる。   As shown in FIG. 3, the secondary raw material hydrocarbon gas is supplied from the secondary raw material gas inlet 19 provided in the heating furnace 17 to the composite carbon sphere precipitation part, which is the middle part of the reaction furnace 17, and upstream. It is preferable that the composite carbon spheres are deposited by contacting with the primary carbon spheres generated in the part and pyrolyzing. At this time, the temperature in the heating furnace 17 is detected by a thermocouple or a radiation thermometer and controlled to a predetermined temperature by the temperature detector 20, or the supply rate of the secondary raw material hydrocarbon gas into the heating furnace 17 is changed. Therefore, it is preferable to adjust the residence time of the secondary raw material hydrocarbon gas. By controlling the generation conditions of the composite carbon sphere, the Stokes mode particle diameter Dst of the obtained carbon microsphere can be controlled.

一次炭素球と、二次原料炭化水素ガスとを接触させ、熱分解することにより得られた複合炭素球は、2000℃以上の温度で熱処理することにより、炭素微小球を得ることができる。上記熱処理温度は2000〜3000℃であることが好ましく、2500〜3000℃であることがより好ましい。上記熱処理温度が2000℃を下回ると、炭素球表面の凹状化が十分に進行せず、所望効果を得ることができなくなる。   The composite carbon sphere obtained by bringing the primary carbon sphere and the secondary raw material hydrocarbon gas into contact with each other and pyrolyzing can be subjected to a heat treatment at a temperature of 2000 ° C. or more to obtain carbon microspheres. The heat treatment temperature is preferably 2000 to 3000 ° C, and more preferably 2500 to 3000 ° C. When the heat treatment temperature is lower than 2000 ° C., the concave shape of the carbon sphere surface does not proceed sufficiently and the desired effect cannot be obtained.

図3に示すように、加熱炉17の下流部に設けられた加熱域において、2000℃以上に加熱することにより、炭素微小球を得ることができる。上記加熱処理温度を制御することにより、結晶子サイズLaを制御することができる。すなわち、上記熱処理温度を上げると、アモルファス状態から黒鉛結晶化状態への状態変化が進み易くなって、結晶子サイズであるLa値が大きくなり、La/Dstを制御することも可能になる。   As shown in FIG. 3, carbon microspheres can be obtained by heating to 2000 ° C. or higher in the heating zone provided in the downstream portion of the heating furnace 17. The crystallite size La can be controlled by controlling the heat treatment temperature. That is, when the heat treatment temperature is raised, the state change from the amorphous state to the graphite crystallization state easily proceeds, the La value as the crystallite size increases, and La / Dst can be controlled.

加熱炉17で得られた炭素微小球は、その他の分解ガスとともに冷却管21で冷却された後、捕集室24で分離捕集され、その他の分解ガスは水槽25を経由して燃焼装置26で完全燃焼された後、系外に排出される。   The carbon microspheres obtained in the heating furnace 17 are cooled by the cooling pipe 21 together with the other cracked gas, and then separated and collected in the collection chamber 24. The other cracked gas passes through the water tank 25 and is combusted by the combustion device 26. After being completely burned in, it is discharged out of the system.

このように、本発明の方法においては、一次炭素球同士を接触、衝突させることにより、ストークスモード粒子径Dstが500nm以上である巨大粒子を得ることができ、衝突時に生じる格子歪により、得られる炭素微小球にPC系電解液中での安定性を付与することができる。また、一次粒子が接触、衝突してなる複合炭素球を2000℃以上の高温度で熱処理することにより、黒鉛化度を向上させてリチウム電池の充放電効率を向上することができる。   As described above, in the method of the present invention, giant particles having a Stokes mode particle diameter Dst of 500 nm or more can be obtained by bringing primary carbon spheres into contact with each other and colliding with each other. Stability in the PC electrolyte can be imparted to the carbon microspheres. Moreover, the composite carbon sphere formed by contacting and colliding with the primary particles is heat-treated at a high temperature of 2000 ° C. or higher, thereby improving the graphitization degree and improving the charge / discharge efficiency of the lithium battery.

次に、本発明のリチウム二次電池について説明する。   Next, the lithium secondary battery of the present invention will be described.

本発明のリチウム二次電池は、本発明のリチウム二次電池用負極材からなる負極を有することを特徴とするものである。   The lithium secondary battery of the present invention has a negative electrode made of the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention.

本発明のリチウム二次電池は、上記負極材とともに、通常、正極及び電解液を有している。   The lithium secondary battery of this invention has a positive electrode and electrolyte solution normally with the said negative electrode material.

上記正極は、通常、正極集電体上に正極活物質、導電剤及び極板成形用バインダーを含有する活物質層を形成してなるものであり、活物質層は、正極活物質、導電剤及び極板成形用バインダーを含有するスラリーを調製し、これを集電体上に塗布、乾燥することにより作製することができる。   The positive electrode is usually formed by forming an active material layer containing a positive electrode active material, a conductive agent and a binder for forming an electrode plate on a positive electrode current collector, and the active material layer includes a positive electrode active material and a conductive agent. And the slurry containing the binder for electrode plate shaping | molding can be prepared, and this can be produced by apply | coating and drying on a collector.

正極活物質としては、例えば、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物材料や、二酸化マンガン等の遷移金属酸化物材料や、フッ化黒鉛等の炭素質材料等、リチウムを吸蔵・放出可能な材料を使用することができる。   Examples of the positive electrode active material include lithium transition metal composite oxide materials such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and lithium manganese oxide, transition metal oxide materials such as manganese dioxide, and carbon such as fluorinated graphite. Materials that can occlude and release lithium, such as quality materials, can be used.

上記電解液としては、非水系溶媒に溶質を溶解した非水系電解液が好ましく、非水系電解液を構成する溶質としては、アルカリ金属塩や4級アンモニウム塩等を挙げることができ、具体的には、例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)、LiC(CFSOから選ばれる1種以上を挙げることができる。また、非水系電解液を構成する非水系溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネートや、γ−ブチロラクトン等の環状エステル化合物、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネート等の鎖状カーボネートから選ばれる1種以上を挙げることができる。 The electrolyte solution is preferably a non-aqueous electrolyte solution in which a solute is dissolved in a non-aqueous solvent, and examples of the solute constituting the non-aqueous electrolyte solution include alkali metal salts and quaternary ammonium salts. For example, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 One or more kinds selected from SO 2 ) and LiC (CF 3 SO 2 ) 3 can be mentioned. Examples of the non-aqueous solvent constituting the non-aqueous electrolyte include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate, cyclic ester compounds such as γ-butyrolactone, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate, and the like. One or more selected from the chain carbonates can be mentioned.

電解液中の溶質の含有量は、0.2mol/L以上が好ましく、特に0.5mol/L以上が好ましく、2mol/L以下が好ましく、特に1.5mol/L以下であることが好ましい。   The content of the solute in the electrolytic solution is preferably 0.2 mol / L or more, particularly preferably 0.5 mol / L or more, more preferably 2 mol / L or less, and particularly preferably 1.5 mol / L or less.

また、正極と負極との間には、通常、正極と負極が物理的に接触しないようにするためにセパレータが設けられる。セパレータはイオン透過性が高く、電気抵抗が低いものであるのが好ましい。セパレータの材質及び形状は、特に限定されないが、電解液に対して安定で、保液性が優れたものが好ましい。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを原料とする多孔性シート又は不織布が挙げられる。   Further, a separator is usually provided between the positive electrode and the negative electrode so that the positive electrode and the negative electrode are not in physical contact. The separator preferably has high ion permeability and low electrical resistance. The material and shape of the separator are not particularly limited, but those that are stable with respect to the electrolyte and excellent in liquid retention are preferable. Specifically, a porous sheet or a non-woven fabric made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene is used.

本発明のリチウム二次電池の形状は特に制限されず、例えば、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダー形状、ペレット電極 及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダー形状、ペレット電極及びセパレータを積層したコイン形状等を挙げることができる。   The shape of the lithium secondary battery of the present invention is not particularly limited. For example, a cylindrical shape in which a sheet electrode and a separator are spiraled, a cylinder shape having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a pellet electrode and a separator are stacked. A coin shape etc. can be mentioned.

以下、本発明の実施例を比較例と対比して詳細に説明する。   Hereinafter, examples of the present invention will be described in detail in comparison with comparative examples.

(実施例1)リチウム二次電池用負極材の製造例
図3に示す装置構成を有する熱分解装置を用いてリチウム二次電池用負極材を作製した。
Example 1 Production Example of Negative Electrode Material for Lithium Secondary Battery A negative electrode material for a lithium secondary battery was produced using a thermal decomposition apparatus having the apparatus configuration shown in FIG.

(一次炭素球析出工程)
先ず、ガスボンベ11から、一次原料炭化水素ガスであるプロパンガスを、一次原料炭化水素ガス濃度100vol%、ガス供給速度0.05m/secで加熱炉17の上流部(一次炭素球析出部)に供給した。
加熱炉17は、内径145mm、長さ1500mmの不透明石英管からなり、内部に、反応管径が異なるムライト管を内挿してなるものであり、予め内部を真空ポンプ23により脱酸素してなるものである。
図3に示すように、加熱炉17の外側に設けた外熱加熱用の熱発生源18により、加熱炉17の上流部(一次炭素球析出部)に供給した一次原料炭化水素ガス(プロパンガス)を1200℃の温度雰囲気下で加熱し、熱分解して、一次炭素球を析出させた。
(Primary carbon sphere deposition process)
First, propane gas, which is a primary raw material hydrocarbon gas, is supplied from the gas cylinder 11 to the upstream portion (primary carbon sphere deposition portion) of the heating furnace 17 at a primary raw material hydrocarbon gas concentration of 100 vol% and a gas supply rate of 0.05 m / sec. did.
The heating furnace 17 is made of an opaque quartz tube having an inner diameter of 145 mm and a length of 1500 mm, and is formed by inserting a mullite tube having a different reaction tube diameter inside, and deoxidizing the inside with a vacuum pump 23 in advance. It is.
As shown in FIG. 3, the primary raw material hydrocarbon gas (propane gas) supplied to the upstream portion (primary carbon sphere precipitation portion) of the heating furnace 17 by the heat generation source 18 for external heating provided outside the heating furnace 17. ) Was heated in a temperature atmosphere of 1200 ° C. and pyrolyzed to precipitate primary carbon spheres.

(複合炭素球析出工程)
次いで、加熱炉17の中流部(複合炭素球析出部)に二次原料ガス導入口19を介して二次原料ガスであるプロパンガスを、二次原料ガス濃度100vol%、炉内における滞留時間が10秒間になるように供給し、1000℃の温度雰囲気下で一次炭素球と接触、衝突させることにより、複合炭素球を得た。
(Composite carbon sphere deposition process)
Next, propane gas, which is a secondary raw material gas, is supplied to the middle portion (composite carbon sphere precipitation portion) of the heating furnace 17 through a secondary raw material gas inlet 19, a secondary raw material gas concentration of 100 vol%, and a residence time in the furnace. The composite carbon sphere was obtained by supplying for 10 seconds and bringing it into contact with and colliding with the primary carbon sphere in a temperature atmosphere of 1000 ° C.

(炭素微小球生成工程)
得られた複合炭素球は、加熱炉17の下流部(炭素微小球生成部)において2800℃で加熱されることにより、所望の炭素微小球を得た。
(Carbon microsphere generation process)
The obtained composite carbon sphere was heated at 2800 ° C. in the downstream part (carbon microsphere generating part) of the heating furnace 17 to obtain a desired carbon microsphere.

加熱路17で得られた炭素微小球を、その他の分解ガスとともに冷却管21で冷却した後、捕集室24で分離捕集することにより、リチウム二次電池用負極材を得た。   The carbon microspheres obtained in the heating path 17 were cooled together with other decomposition gases in the cooling pipe 21, and then separated and collected in the collection chamber 24, whereby a negative electrode material for a lithium secondary battery was obtained.

得られた炭素微粒子のSEM写真を図4に示す。図4に示すように、得られた炭素微粒子は、表面に複数の稜線状ひだ部が伸長することにより、多角形状の開口部を有する凹部が形成されてなるものであった。この凹部の最大深さは100nm、開口部直径は400nmであった。   An SEM photograph of the obtained carbon fine particles is shown in FIG. As shown in FIG. 4, the obtained carbon fine particles were formed by forming concave portions having polygonal openings by extending a plurality of ridge-line pleats on the surface. The maximum depth of the recess was 100 nm, and the opening diameter was 400 nm.

上記炭素微小球のストークスモード粒子径Dstおよび結晶子サイズLaを以下の方法で測定した。X線回折法により測定した結晶子格子面間隔(d002 )とともに、結果を表2に示す。   The Stokes mode particle diameter Dst and crystallite size La of the carbon microspheres were measured by the following methods. The results are shown in Table 2 together with the crystallite lattice spacing (d002) measured by the X-ray diffraction method.

(ストークスモード粒子径Dstの測定方法)
得られた炭素微小球を乾燥させた後、少量の界面活性剤を含む20容量%エタノール水溶液と混合して炭素濃度0.1kg/m3 の分散液を作成し、これを超音波で十分に分散して測定試料とする。この測定試料を回転数100s−1に設定したディスクセントリフュージ装置(英国JoyesLobel社製)に設置し、スピン液(2重量%グリセリン水溶液、25℃)を0.015dm加えた後、0.001dmのバッファー液(20容量%エタノール水溶液、25℃)を注入した。次いで、温度25℃の炭素分散液0.0005dmを注射器で加えた後、遠心沈降を開始し、同時に記録計を作動させることにより分布曲線(横軸;炭素分散液を注射器で加えてからの経過時間、縦軸;炭素試料の遠心沈降に伴い変化した特定点での吸光度)を作成し、この分布曲線により各時間Tを取り、次式に代入して各時間に対応するストークス相当径を算出した。
(Measuring method of Stokes mode particle diameter Dst)
The obtained carbon microspheres were dried and then mixed with a 20 volume% ethanol aqueous solution containing a small amount of a surfactant to prepare a dispersion having a carbon concentration of 0.1 kg / m 3. Disperse to obtain a measurement sample. This measurement sample was placed in a disc centrifuging apparatus (manufactured by Joyes Robert, UK) set at a rotational speed of 100 s −1, and after adding 0.015 dm 3 of a spin solution (2 wt% glycerin aqueous solution, 25 ° C.), 0.001 dm 3 Buffer solution (20% by volume ethanol aqueous solution, 25 ° C.) was injected. Next, after adding 0.0005 dm 3 of carbon dispersion liquid at a temperature of 25 ° C. with a syringe, centrifugal sedimentation was started, and at the same time, a distribution curve (horizontal axis; carbon dispersion liquid after being added with a syringe) Elapsed time, vertical axis; absorbance at a specific point changed with centrifugal sedimentation of the carbon sample), and taking each time T from this distribution curve, substituting into the following equation, Stokes equivalent diameter corresponding to each time Calculated.

(ただし、上式において、ηはスピン液の粘度(0.935×10−3Pa・S)、Nはディスク回転スピード(100s−1)、rは分散液注入点の半径(0.0456m)、rは吸光度測定点までの半径(0.0482m)、ρCBは炭素の密度(kg/m)、ρはスピン液の密度(1.00178kg/m)である。) (Where, η is the viscosity of the spin liquid (0.935 × 10 −3 Pa · S), N is the disk rotation speed (100 s −1 ), and r 1 is the radius of the dispersion injection point (0.0456 m). ), r 2 is the radius to the absorbance measuring point (0.0482m), ρ CB carbon densities (kg / m 3), ρ 1 is the density of the spin fluid (1.00178kg / m 3).)

このようにして得られたストークス相当径と吸光度の分布曲線における最大頻度のストークス相当径をストークスモード粒子径Dst(nm)とした。   The Stokes equivalent particle diameter Dst (nm) was defined as the Stokes equivalent diameter of the maximum frequency in the distribution curve of the Stokes equivalent diameter and absorbance thus obtained.

(結晶子サイズLaの測定方法)
得られた炭素微小球を、X線回折法により、グラファイトモノクロメータで単色化したCuKα線を用い、反射式ディフラクトメータ法によって広角X線回折曲線を測定し、学振法により求めた。
(Measurement method of crystallite size La)
The obtained carbon microspheres were obtained by the Gakushin method by measuring a wide-angle X-ray diffraction curve by a reflective diffractometer method using CuKα rays monochromatized by a graphite monochromator by the X-ray diffraction method.

(実施例2〜実施例5)リチウム二次電池用負極材の製造例
一次炭素球析出工程における雰囲気温度、一次原料炭化水素ガス供給速度および一次原料炭化水素ガス濃度と、複合炭素析出工程における雰囲気温度および滞留時間と、炭素微小球生成工程における加熱処理温度を表1に記載の通り変更した以外は、実施例1と同様にして炭素微小球を作製し、リチウム二次電池用負極材とした。なお、実施例4においては、一次炭素球析出工程においてキャリアーガスとして窒素ガスを使用した。
(Examples 2 to 5) Example of production of negative electrode material for lithium secondary battery Atmospheric temperature in primary carbon sphere deposition step, primary raw material hydrocarbon gas supply rate and primary raw material hydrocarbon gas concentration, and atmosphere in composite carbon precipitation step Carbon microspheres were produced in the same manner as in Example 1 except that the temperature and residence time and the heat treatment temperature in the carbon microsphere production step were changed as shown in Table 1, and used as a negative electrode material for a lithium secondary battery. . In Example 4, nitrogen gas was used as a carrier gas in the primary carbon sphere deposition step.

得られた炭素微粒子をSEM写真で確認したところ、表面に複数の稜線状ひだ部が伸長することにより、多角形状の開口部を有する凹部が形成されてなるものであることを確認できた。実施例4で得られた炭素微粒子のSEM写真を図5に示す。   When the obtained carbon fine particle was confirmed with the SEM photograph, it has confirmed that the recessed part which has a polygonal opening part was formed when the some ridgeline-shaped pleat part expand | extends on the surface. An SEM photograph of the carbon microparticles obtained in Example 4 is shown in FIG.

上記各炭素微小球のストークスモード粒子径Dstおよび結晶子サイズLaを実施例1と同様の方法により測定した。X線回折法により測定した結晶子格子面間隔(d002 )とともに、結果を表2に示す。   The Stokes mode particle diameter Dst and crystallite size La of each carbon microsphere were measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2 together with the crystallite lattice spacing (d002) measured by the X-ray diffraction method.

(比較例1)リチウム二次電池用負極材の比較製造例
図3に示した装置により、一次原料炭化水素ガスにプロパンガスを、キャリアーガスに窒素ガスを用いて、一次炭素球析出工程における雰囲気温度を1250℃に、原料ガス濃度を30vol%に、炉内を通過するプロパンガスの線速度を0.12m/secに設定して2時間熱分解して一次炭素微小球を作製した後、複合酸素析出工程を行わなかった以外は、実施例1と同様にして炭素微小球を作製した。
(Comparative Example 1) Comparative Production Example of Negative Electrode Material for Lithium Secondary Battery Using the apparatus shown in FIG. 3, the atmosphere in the primary carbon sphere deposition step using propane gas as the primary raw material hydrocarbon gas and nitrogen gas as the carrier gas A primary carbon microsphere was produced by pyrolysis for 2 hours at a temperature of 1250 ° C., a raw material gas concentration of 30 vol%, and a linear velocity of propane gas passing through the furnace of 0.12 m / sec. Carbon microspheres were produced in the same manner as in Example 1 except that the oxygen precipitation step was not performed.

得られた炭素微小球の上記炭素微小球のストークスモード粒子径Dstおよび結晶子サイズLaを実施例1と同様の方法により測定した。X線回折法により測定した結晶子格子面間隔(d002)とともに、結果を表2に示す。   The Stokes mode particle diameter Dst and crystallite size La of the carbon microspheres of the obtained carbon microspheres were measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2 together with the crystallite lattice spacing (d002) measured by the X-ray diffraction method.

(比較例2)リチウム二次電池用負極材の比較製造例
市販の天然黒鉛(中越黒鉛工業所社製、BF10A)を粒度調整した粉末を用いて、ストークスモード粒子径Dstおよび結晶子サイズLaを実施例1と同様の方法により測定した。X線回折法により測定した結晶子格子面間隔(d002)とともに、結果を表2に示す。
Comparative Example 2 Comparative Production Example of Negative Electrode Material for Lithium Secondary Battery Using a powder obtained by adjusting the particle size of commercially available natural graphite (manufactured by Chuetsu Graphite Industry Co., Ltd., BF10A), Stokes mode particle diameter Dst and crystallite size La are The measurement was performed in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2 together with the crystallite lattice spacing (d002) measured by the X-ray diffraction method.

(比較例3)リチウム二次電池用負極材の比較製造例
一次炭素球析出工程における雰囲気温度、複合炭素析出工程における雰囲気温度と滞留時間を表1に記載のとおり変更し、炭素微小球生成工程における加熱処理温度を本発明の方法の範囲外である1900℃に変更した以外は、実施例1と同様にして炭素微小球を作製し、リチウム二次電池用負極材とした。
(Comparative example 3) Comparative production example of negative electrode material for lithium secondary battery The atmospheric temperature in the primary carbon sphere deposition step, the atmospheric temperature and residence time in the composite carbon deposition step were changed as shown in Table 1, and the carbon microsphere production step Carbon microspheres were produced in the same manner as in Example 1 except that the heat treatment temperature in was changed to 1900 ° C., which is outside the range of the method of the present invention, and used as a negative electrode material for a lithium secondary battery.

作製した炭素微小球の上記炭素微小球のストークスモード粒子径Dstおよび結晶子サイズLaを実施例1と同様の方法により測定した。X線回折法により測定した結晶子格子面間隔(d002)とともに、結果を表2に示す。   The Stokes mode particle diameter Dst and crystallite size La of the produced carbon microspheres were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 2 together with the crystallite lattice spacing (d002) measured by the X-ray diffraction method.

(比較例4)リチウム二次電池用負極材の比較製造例
市販のカーボンブラック(東海カーボン社製、シーストTA)を2600℃で加熱処理し、粒度調整した粉末を用いて、ストークスモード粒子径Dstおよび結晶子サイズLaを実施例1と同様の方法により測定した。X線回折法により測定した結晶子格子面間隔(d002)とともに、結果を表2に示す。
(Comparative Example 4) Comparative Production Example of Negative Electrode Material for Lithium Secondary Battery Commercially available carbon black (manufactured by Tokai Carbon Co., Ltd., Seast TA) was heated at 2600 ° C., and the particle size adjusted powder was used for Stokes mode particle diameter Dst. The crystallite size La was measured by the same method as in Example 1. The results are shown in Table 2 together with the crystallite lattice spacing (d002) measured by the X-ray diffraction method.

(実施例6〜実施例10)リチウム二次電池の製造例
(1)負極の作製
実施例1〜実施例5で得られた各炭素微小球に対し、N−メチルー2−ピロリドンに溶解したポリフッ化ビニリデン(PVDF)を固形分で10重量%加え、混練して炭素ペーストを作成した。このペーストを厚さ18μmの圧延銅箔に塗布し、乾燥した後、ロールプレスでプレスした。このシートから直径約16mmの円形に切り出したものを負極電極とした。
(2)正極の作製
正極材としてコバルト酸リチウム(LiCoO)を用い、コバルト酸リチウム(LiCoO)粉末にポリフッ化ビニリデン粉末を5重量%、導電剤(ケッチェンブラックEC)を5重量%加え、N−メチルピロリドンを用いて混合してスラリーを調製し、アルミ箔の上に均一に塗布、乾燥することにより電極シートを作成した。このシートから直径約16mmの円形に切り出したものを正極電極とした。
(3)電池の作製
上記した負極電極および正極電極を用い、電解液としてエチレンカーボネートとジメチルカーボネートの混合溶媒(体積比1:1混合)にLiPF6 を1モル/リットルの濃度で溶解したものを用い、セパレーターとしてポリプロピレンの不織布を用いて簡易型コイン形状電池 を作成した。
(4)初期効率、可逆容量、レート特性の評価
上記(1)と同様にして作製した各負極を用いて、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートを1:1で混合したものを電解液溶媒とし、金属リチウムを正極としてリチウムイオン二次電池を作製し、充放電サイクル試験を実施して、以下の手法により、初期効率、放電容量、レート特性を測定した。結果を表2に示す。
<初期効率>
リチウム参照極に対して0.002Vまで一定電流で充電した後、1.2Vまで一定電流で放電させ、初回の充電電気量と放電電気量を測定して、下記式により求めた。
初期効率(%)=(初回の放電電気量/初回の充電電気量)×100
<放電容量>
同条件で充放電を繰り返し行い、3サイクル目の放電できた電気量から可逆容量を
可逆容量(mAh/g)=3サイクル目の放電電気量として算出して、これを放電容量とした。
<レート特性>
放電容量100mAh/gを下限として、二次電池としての充放電能力を維持できる最小の充放電サイクル時間でレート特性(min)を評価した。
(5)プロピレンカーボネート系電解液に対する耐性
上記(1)と同様にして作製した各負極を用いて、プロピレンカーボネート系電解液を電解液とし、金属リチウムを正極としてリチウムイオン二次電池を作製し、以下の手法により、プロピレンカーボネート系電解液に対する耐性を測定した。結果を表2に示す。
<三極式のテストセルの作製>
炭素微小球に、N−メチル−2−ピロリドンに溶解したポリフッ化ビニリデン(PVDF)を固形分で20重量%加え、混練して炭素ペーストを作製し、この炭素ペーストを厚さ18μmの圧延銅箔に塗布し、乾燥した後、ロールプレスでプレスした。このシートから直径約16mmの円形に切り出して負極とし、金属リチウムを正極および参照極、1M LiClO/プロピレンカーボネートを電解液とする三極式のテストセルを作製した。
(Examples 6 to 10) Production Examples of Lithium Secondary Batteries (1) Production of Negative Electrode Polycarbons dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone were prepared for each carbon microsphere obtained in Examples 1 to 5. 10% by weight of vinylidene chloride (PVDF) was added as a solid content and kneaded to prepare a carbon paste. This paste was applied to a rolled copper foil having a thickness of 18 μm, dried, and then pressed with a roll press. A sheet cut into a circle having a diameter of about 16 mm was used as the negative electrode.
(2) Preparation of positive electrode Lithium cobaltate (LiCoO 2 ) was used as a positive electrode material, and 5% by weight of polyvinylidene fluoride powder and 5% by weight of a conductive agent (Ketjen Black EC) were added to lithium cobaltate (LiCoO 2 ) powder. , N-methylpyrrolidone was used to prepare a slurry, which was uniformly coated on an aluminum foil and dried to prepare an electrode sheet. What was cut out into a circle having a diameter of about 16 mm from this sheet was used as a positive electrode.
(3) Production of battery Using the negative electrode and the positive electrode described above, a solution obtained by dissolving LiPF6 at a concentration of 1 mol / liter in a mixed solvent of ethylene carbonate and dimethyl carbonate (volume ratio 1: 1 mixture) as an electrolytic solution was used. A simple coin-shaped battery was prepared using a polypropylene nonwoven fabric as a separator.
(4) Evaluation of initial efficiency, reversible capacity, and rate characteristics Using each negative electrode produced in the same manner as in (1) above, a mixture of ethylene carbonate and dimethyl carbonate in a ratio of 1: 1 was used as an electrolyte solvent, and lithium metal A lithium ion secondary battery was prepared using as a positive electrode, a charge / discharge cycle test was performed, and initial efficiency, discharge capacity, and rate characteristics were measured by the following methods. The results are shown in Table 2.
<Initial efficiency>
The lithium reference electrode was charged at a constant current of up to 0.002 V, then discharged at a constant current of up to 1.2 V, the initial charge electricity amount and the discharge electricity amount were measured, and the following formula was obtained.
Initial efficiency (%) = (initial discharge electricity amount / initial charge electricity amount) × 100
<Discharge capacity>
Charging / discharging was repeated under the same conditions, and the reversible capacity was calculated as the reversible capacity (mAh / g) = the discharged electric quantity at the third cycle from the amount of electricity that could be discharged at the third cycle.
<Rate characteristics>
With a discharge capacity of 100 mAh / g as the lower limit, the rate characteristic (min) was evaluated with the minimum charge / discharge cycle time that can maintain the charge / discharge capacity as the secondary battery.
(5) Resistance to Propylene Carbonate Electrolyte Using each negative electrode produced in the same manner as in (1) above, a lithium ion secondary battery is produced using a propylene carbonate electrolyte as an electrolyte and metallic lithium as a positive electrode. The resistance to the propylene carbonate electrolyte was measured by the following method. The results are shown in Table 2.
<Production of tripolar test cell>
Polyvinylidene fluoride (PVDF) dissolved in N-methyl-2-pyrrolidone is added to carbon microspheres in a solid content of 20% by weight and kneaded to prepare a carbon paste. This carbon paste is rolled copper foil having a thickness of 18 μm. After being applied to and dried, it was pressed with a roll press. From this sheet, a three-electrode test cell having a diameter of about 16 mm was cut into a negative electrode, and metallic lithium was used as a positive electrode and a reference electrode, and 1M LiClO 4 / propylene carbonate was used as an electrolyte.

この三極式テストセルでサイクリックボルタモグラムを測定して 安定した充放電サイクルが得られるかを評価することで、プロピレンカーボネート系電解液に対する耐久性を測定した。結果を表2に示す。
なお、表2においては、各実施例で用いた炭素微小球に対応するように、実施例6〜実施例10で得られた結果を、実施例1〜実施例5の欄に記載している。
The durability against propylene carbonate electrolyte was measured by measuring cyclic voltammograms with this tripolar test cell and evaluating whether a stable charge / discharge cycle can be obtained. The results are shown in Table 2.
In Table 2, the results obtained in Examples 6 to 10 are described in the columns of Examples 1 to 5 so as to correspond to the carbon microspheres used in each Example. .

(比較例5〜比較例8) 比較リチウム二次電池の製造例
比較例1〜比較例4で用いたものと同様の材料を用いて、実施例4〜実施例6と同様にして電池を作製し、初期効率、可逆容量、レート特性、プロピレンカーボネート系電解液に対する耐性を評価した。結果を表2に示す。
なお、表2においては、各比較例例で用いた炭素微小球に対応するように、比較例5〜比較例8で得られた結果を、比較例1〜比較例4の欄に記載している。
(Comparative Example 5 to Comparative Example 8) Production Example of Comparative Lithium Secondary Battery Using the same materials as those used in Comparative Examples 1 to 4, batteries were produced in the same manner as in Examples 4 to 6. Then, initial efficiency, reversible capacity, rate characteristics, and resistance to propylene carbonate electrolyte were evaluated. The results are shown in Table 2.
In Table 2, the results obtained in Comparative Examples 5 to 8 are described in the columns of Comparative Examples 1 to 4 so as to correspond to the carbon microspheres used in each Comparative Example. Yes.

*安定な充放電サイクルが得られたものを「○」評価とし、充放電サイクルが安定せず、黒鉛層の剥離が観察されたものを「×」評価とした。 * A case where a stable charge / discharge cycle was obtained was evaluated as “◯”, and a case where the charge / discharge cycle was not stable and peeling of the graphite layer was observed was evaluated as “x”.

実施例1〜実施例10および比較例1〜比較例8の結果を対比することにより、本件発明においては、リチウム二次電池用負極材として、複数の稜線状ひだ部が連続して伸長して多角形状開口部を有する凹部が表面に複数設けられてなるという、特定の表面形状を有し、ディスクセントリフュージ装置により測定したストークスモード粒子径Dstが500nm以上で、Dstに対するX線回折法により測定した結晶子サイズLaの比La/Dstが0.04以上である炭素微小球により構成することにより、PC系電解液中で安定であり、かつ、放電効率、電池容量、リチウムイオンのドープ・アンドープ速度により優れたリチウム二次電池を提供し得ることが分かる。   By comparing the results of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 to 8, in the present invention, as a negative electrode material for a lithium secondary battery, a plurality of ridge-line pleats are continuously extended. It has a specific surface shape that a plurality of concave portions having polygonal openings are provided on the surface, and the Stokes mode particle diameter Dst measured by a disc centrifuging apparatus is 500 nm or more, and measured by an X-ray diffraction method for Dst. By being composed of carbon microspheres having a crystallite size La ratio La / Dst of 0.04 or more, it is stable in a PC-based electrolyte, and discharge efficiency, battery capacity, lithium ion doping / undoping speed It can be seen that an excellent lithium secondary battery can be provided.

本発明のリチウム二次電池用負極材を構成する炭素微小球の1例を示す図である。It is a figure which shows one example of the carbon microsphere which comprises the negative electrode material for lithium secondary batteries of this invention. ストークス相当径と吸光度の分布曲線を示す図である。It is a figure which shows the Stokes equivalent diameter and the distribution curve of a light absorbency. 本発明のリチウム二次電池用負極材を構成する炭素微小球の製造方法を実施するための装置の全体構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the whole structure of the apparatus for enforcing the manufacturing method of the carbon microsphere which comprises the negative electrode material for lithium secondary batteries of this invention. 本発明の実施例で得られた炭素微小球のSEM写真である。It is a SEM photograph of the carbon microsphere obtained in the example of the present invention. 本発明の実施例で得られた炭素微小球のSEM写真である。It is a SEM photograph of the carbon microsphere obtained in the example of the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

11 原料ガスボンベ
12 キャリアガスボンベ
13 流量計
14 原料タンク
16 圧力計
17 加熱炉
15、18 ヒータ
20 温度調節器
21 冷却管
22 バルブ
24 捕集室
23 真空ポンプ
25 水槽
26 燃焼装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Raw material gas cylinder 12 Carrier gas cylinder 13 Flowmeter 14 Raw material tank 16 Pressure gauge 17 Heating furnace 15, 18 Heater 20 Temperature controller 21 Cooling pipe 22 Valve 24 Collection chamber 23 Vacuum pump 25 Water tank 26 Combustion device

Claims (6)

複数の稜線状ひだ部が連続して伸長することにより多角形状開口部を有する凹部が表面に複数設けられてなり、
ディスクセントリフュージ装置により測定したストークスモード粒子径Dstが500nm以上、
前記Dstに対するX線回折法により測定した結晶子サイズLaの比La/Dstが0.04以上である炭素微小球
からなることを特徴とするリチウム二次電池用負極材。
A plurality of concave portions having polygonal openings are provided on the surface by continuously extending a plurality of ridgeline pleats,
Stokes mode particle diameter Dst measured by a disc centrifuging device is 500 nm or more,
A negative electrode material for a lithium secondary battery, comprising carbon microspheres having a ratio La / Dst of a crystallite size La measured by an X-ray diffraction method for Dst of 0.04 or more.
前記多角形状開口部を構成する角部の少なくとも一部が三本の稜線状ひだ部により構成されてなる請求項1に記載のリチウム二次電池用負極材。   2. The negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein at least a part of the corners constituting the polygonal opening is constituted by three ridge lines. 前記凹部の最大深さが10〜200nmである請求項1または請求項2に記載のリチウム二次電池用負極材。   The negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1 or 2, wherein a maximum depth of the concave portion is 10 to 200 nm. 請求項1〜請求項3のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法であって、
一次原料炭化水素ガスを熱分解して一次炭素球を析出させる一次炭素球析出工程と、
前記一次炭素球と二次原料炭化水素ガスとを接触させた状態で熱分解することにより複合炭素球を析出させる複合炭素球析出工程と、
前記複合炭素球を2000℃以上の温度で熱処理して炭素微小球を得る炭素微小球生成工程と
を含むことを特徴とするリチウム二次電池用負極材の製造方法。
It is a manufacturing method of the negative electrode material for lithium secondary batteries in any one of Claims 1-3,
A primary carbon sphere deposition step of thermally decomposing primary raw material hydrocarbon gas to deposit primary carbon spheres;
A composite carbon sphere deposition step of precipitating composite carbon spheres by pyrolyzing the primary carbon spheres and the secondary raw material hydrocarbon gas in contact with each other;
A method of producing a negative electrode material for a lithium secondary battery, comprising: a carbon microsphere generation step of obtaining carbon microspheres by heat-treating the composite carbon spheres at a temperature of 2000 ° C. or higher.
前記一次炭素球析出工程が、一次原料炭化水素のガス濃度30〜100vol%、一次原料炭化水素のガス供給線速度0.02〜4.0m/sec、雰囲気温度900〜1200℃の条件下で実施され、
前記複合炭素球析出工程が、雰囲気温度900〜1200℃、二次原料炭化水素ガスの滞留時間1〜20秒間となるように実施される
請求項4に記載のリチウム二次電池用負極材の製造方法。
The primary carbon sphere deposition step is performed under the conditions of a gas concentration of primary raw material hydrocarbon of 30 to 100 vol%, a primary raw material hydrocarbon gas supply linear velocity of 0.02 to 4.0 m / sec, and an ambient temperature of 900 to 1200 ° C. And
5. The production of a negative electrode material for a lithium secondary battery according to claim 4, wherein the composite carbon sphere deposition step is performed such that the atmospheric temperature is 900 to 1200 ° C. and the residence time of the secondary raw material hydrocarbon gas is 1 to 20 seconds. Method.
請求項1〜請求項3のいずれかに記載のリチウム二次電池用負極材からなる負極を有することを特徴とするリチウム二次電池。   A lithium secondary battery comprising a negative electrode comprising the negative electrode material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 3.
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