JP5525419B2 - Negative electrode material for lithium ion secondary battery and method for producing the same - Google Patents

Negative electrode material for lithium ion secondary battery and method for producing the same Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン2次電池用負極材料及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a negative electrode material for a lithium ion secondary battery and a method for producing the same.

近年、電気自動車やハイブリッド車の他、各種電子機器の駆動源として、リチウムイオン2次電池が多用されている。このリチウムイオン2次電池は、正極と、負極と、電解質とを含んで構成され、電解質中のリチウムイオンが電気伝導の役割を担う。   2. Description of the Related Art In recent years, lithium ion secondary batteries have been frequently used as drive sources for various electronic devices in addition to electric vehicles and hybrid vehicles. The lithium ion secondary battery includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and lithium ions in the electrolyte play a role of electrical conduction.

放電時及び充電時におけるリチウムイオン2次電池の動作は、次の通りである。
先ず、放電時には、負極に吸蔵されていたリチウム分子がイオン化し、生成したリチウムイオンが電解質を通って正極に達する。正極に達したリチウムイオンは、電子を放出してリチウム化合物となり、正極に吸蔵される。一方、充電時には、正極に吸蔵されていたリチウム化合物がイオン化し、生成したリチウムイオンが電解質を通って負極に達する。負極に達したリチウムイオンは、電子を受け取ってリチウム分子となり、負極に吸蔵される。
The operation of the lithium ion secondary battery during discharging and charging is as follows.
First, at the time of discharge, lithium molecules occluded in the negative electrode are ionized, and the generated lithium ions reach the positive electrode through the electrolyte. The lithium ions that have reached the positive electrode release electrons to become a lithium compound and are occluded by the positive electrode. On the other hand, at the time of charging, the lithium compound stored in the positive electrode is ionized, and the generated lithium ion reaches the negative electrode through the electrolyte. The lithium ions that have reached the negative electrode receive electrons and become lithium molecules, which are occluded by the negative electrode.

このように、リチウムイオン2次電池の負極材料としては、リチウムイオンを吸蔵放出可能な材料であることが求められ、通常、炭素系材料が用いられている。中でも、高結晶性の黒鉛が好ましく用いられており、黒鉛を負極材料として用いた場合には、低い負極電位が得られ、高い平均電圧(正極電位と負極電位の電位差)が得られる。   Thus, as a negative electrode material of a lithium ion secondary battery, it is calculated | required that it is a material which can occlude / release lithium ion, and a carbonaceous material is usually used. Among these, highly crystalline graphite is preferably used. When graphite is used as the negative electrode material, a low negative electrode potential is obtained, and a high average voltage (potential difference between the positive electrode potential and the negative electrode potential) is obtained.

ところで、電池性能の評価指標としては、単位重量あたりのエネルギ蓄積量を表すエネルギ密度が利用される。エネルギ密度は、平均電圧と容量の乗算値を重量で除することにより算出され、このエネルギ密度が高いほど、優れた電池であることを意味する。従って、エネルギ密度を高めるためには、平均電圧を高め、容量を大きくすることが不可欠である。   By the way, as an evaluation index of battery performance, an energy density representing an energy storage amount per unit weight is used. The energy density is calculated by dividing the product of the average voltage and the capacity by the weight, and the higher the energy density, the better the battery. Therefore, to increase the energy density, it is essential to increase the average voltage and increase the capacity.

そこで、黒鉛以外にも、例えば芳香族系の有機高分子化合物を還元性ガス中で熱処理して得た炭素系材料や(特許文献1参照)、キシレン樹脂を不活性雰囲気中で加熱重合して得た炭素系材料(特許文献2参照)、ピッチを主成分とする原料を熱処理して得た炭素系材料(特許文献3参照)について、負極材料としての検討がなされている。これらの炭素系材料は、いずれも比較的低温で熱処理された低結晶性の炭素系材料であり、これらを負極として用いることで、黒鉛よりも大きな容量のリチウムイオン2次電池が得られる。   Therefore, in addition to graphite, for example, a carbon-based material obtained by heat-treating an aromatic organic polymer compound in a reducing gas (see Patent Document 1) or xylene resin is heated and polymerized in an inert atmosphere. The obtained carbon-based material (see Patent Document 2) and the carbon-based material (see Patent Document 3) obtained by heat-treating a raw material mainly composed of pitch have been studied as negative electrode materials. All of these carbon-based materials are low crystalline carbon-based materials that have been heat-treated at a relatively low temperature. By using these as the negative electrode, a lithium ion secondary battery having a capacity larger than that of graphite can be obtained.

特許第3363959号公報Japanese Patent No. 3363959 特開2008−66259号公報JP 2008-66259 A 特開2000−251885号公報JP 2000-251885 A

しかしながら、特許文献1〜3のような低結晶性の炭素系材料では、放電深度が深くなるに従って、負極電位が高くなる特性がある。図1は、ポリパラフェニレンを比較的低温(300〜1000℃)で焼成して得た低結晶性のポリパラフェニレン焼成物と、黒鉛とをそれぞれ負極として用いた場合の電池容量と負極電位との関係を示す図である。図1に示すように、黒鉛は、ポリパラフェニレン焼成物と比べて容量は小さいものの、放電深度によらず安定して低い負極電位を示す。これに対して、ポリパラフェニレン焼成物は、黒鉛と比べて容量は大きいものの、放電深度が深くなるに従い負極電位が高くなっていることが分かる。   However, low-crystalline carbon-based materials such as Patent Documents 1 to 3 have a characteristic that the negative electrode potential increases as the discharge depth increases. FIG. 1 shows the battery capacity and negative electrode potential when a low crystalline polyparaphenylene fired product obtained by firing polyparaphenylene at a relatively low temperature (300 to 1000 ° C.) and graphite are used as the negative electrode. It is a figure which shows the relationship. As shown in FIG. 1, graphite has a smaller capacity than the calcined polyparaphenylene, but stably exhibits a low negative electrode potential regardless of the depth of discharge. In contrast, the calcined polyparaphenylene has a larger capacity than graphite, but the negative electrode potential increases as the depth of discharge increases.

負極電位が高くなると、次のような問題が生じる。
図2は、ポリパラフェニレン焼成物及び黒鉛をそれぞれ、負極として用いたときの負極電位と正極電位との関係を示す図である。図2の正極電位は、LiNiCoMnOを正極として用いたときの正極電位である。ここで、電池の平均電圧は、正極電位と負極電位との電位差により決定され、この電位差が大きいほど高い平均電圧が得られる。図2に示すように、ポリパラフェニレン焼成物を負極として用いた場合には、放電深度が深くなるに従い負極電位が高くなるため、正極電位との電位差が、黒鉛よりも図2の斜線で示す分だけ小さくなる。即ち、ポリパラフェニレン焼成物を負極として用いた場合には、高い平均電圧が得られない、という問題が生じる。
When the negative electrode potential becomes high, the following problems occur.
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the negative electrode potential and the positive electrode potential when the fired polyparaphenylene and graphite are used as the negative electrode, respectively. The positive electrode potential in FIG. 2 is a positive electrode potential when LiNiCoMnO 2 is used as the positive electrode. Here, the average voltage of the battery is determined by the potential difference between the positive electrode potential and the negative electrode potential, and the higher this potential difference, the higher the average voltage. As shown in FIG. 2, when the polyparaphenylene fired product is used as the negative electrode, the negative electrode potential increases as the depth of discharge increases, so the potential difference from the positive electrode potential is indicated by the oblique lines in FIG. 2 rather than graphite. It gets smaller by the minute. That is, when a polyparaphenylene fired product is used as a negative electrode, there arises a problem that a high average voltage cannot be obtained.

上記の問題が生じるのは、次のような要因による。
低結晶性の炭素系材料と高結晶性の炭素系材料とでは、放電時においてリチウムイオンが脱離して放出される放電電位が異なる。このため、容量を電位で微分することで単位電圧あたりのリチウムイオンの脱離量を調査した結果を図3に示す。図3は、ポリパラフェニレン焼成物及び黒鉛の負極電位と、単位電圧あたりのリチウムイオンの脱離量dQ/dVとの関係を示す図である。図3に示すように、黒鉛では0.2V付近でリチウムイオンの脱離が生じているのに対して、ポリパラフェニレン焼成物では0.2V付近からリチウムイオンの脱離が生じ、特に1V付近に多くのリチウムイオンの脱離が生じている。このように、ポリパラフェニレン焼成物を負極として用いた場合に高い平均電圧が得られないのは、吸蔵したリチウムイオンの放電電位が高いためである。
The above problems are caused by the following factors.
A low crystalline carbon-based material and a highly crystalline carbon-based material have different discharge potentials from which lithium ions are released during discharge. For this reason, the result of investigating the amount of lithium ions desorbed per unit voltage by differentiating the capacity with the potential is shown in FIG. FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the negative electrode potential of the fired polyparaphenylene and graphite, and the desorption amount dQ / dV of lithium ions per unit voltage. As shown in FIG. 3, lithium ions are desorbed at around 0.2 V in graphite, whereas lithium ions are desorbed from around 0.2 V in the fired polyparaphenylene, especially around 1 V. Many lithium ions are desorbed. Thus, when a polyparaphenylene baked product is used as a negative electrode, the high average voltage cannot be obtained because the discharge potential of the occluded lithium ions is high.

従って、低結晶性の炭素系材料の放電電位を低下させて負極電位を低下させることにより、高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料を開発することが望まれる。   Therefore, a negative electrode material for a lithium ion secondary battery having a high energy density and high energy density is developed by reducing the discharge potential of the low crystalline carbon-based material to lower the negative electrode potential. It is desirable.

本発明は上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料及びその製造方法を提供することにある。   This invention is made | formed in view of the above, The objective is to provide the negative electrode material for lithium ion secondary batteries which has a high average voltage and a large capacity | capacitance, and has a high energy density, and its manufacturing method. .

上記目的を達成するため本発明に係るリチウムイオン2次電池用負極材料は、導電性炭素と、当該導電性炭素を被覆しかつリチウムイオンを吸蔵放出する炭素活物質と、を含み、前記炭素活物質は、前記導電性炭素よりも結晶化度が低い、ポリパラフェニレンの焼成物またはキシレン樹脂の焼成物であり、前記導電性炭素は、気相成長炭素繊維であり、前記導電性炭素の含有量は、負極材料全体に対して1〜質量%であることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present invention includes conductive carbon and a carbon active material that covers the conductive carbon and absorbs and releases lithium ions. material, the conductive crystallinity than carbon has a low, a fired product of the burned material or xylene resin polyparaphenylene, the conductive carbon is vapor grown carbon fiber, the conductive carbon Content is 1-3 mass% with respect to the whole negative electrode material, It is characterized by the above-mentioned.

本発明では、導電性炭素と、この導電性炭素を被覆しかつリチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素活物質とで負極材料を構成した。また、炭素活物質を導電性炭素よりも結晶化度の低いものとし、導電性炭素の含有量を負極材料全体に対して1〜質量%とした。ここで、本発明における「結晶化度」とは、炭素系材料が部分的に結晶化しているときに、材料全体に対するその結晶化部分の割合を意味する。
これにより、炭素活物質と導電性炭素との界面において、低結晶性の炭素活物質の結晶構造が、高結晶性の導電性炭素の影響を受けて変化し、黒鉛のように高結晶化する。すると、高結晶化して形成された結晶層間にリチウムイオンが出入りし易くなる結果、放電電位が低下して負極電位が低下し、高い平均電圧が得られるようになる。従って、本発明によれば、高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料を提供できる。
In the present invention, the negative electrode material is composed of conductive carbon and a carbon active material that covers the conductive carbon and can occlude and release lithium ions. In addition, the carbon active material had a crystallinity lower than that of conductive carbon, and the content of conductive carbon was 1 to 3 % by mass with respect to the whole negative electrode material. Here, the “crystallinity” in the present invention means the ratio of the crystallized portion to the entire material when the carbon-based material is partially crystallized.
As a result, at the interface between the carbon active material and the conductive carbon, the crystal structure of the low crystalline carbon active material changes under the influence of the high crystalline conductive carbon and becomes highly crystalline like graphite. . As a result, lithium ions easily enter and exit between the crystal layers formed by high crystallization. As a result, the discharge potential is lowered, the negative electrode potential is lowered, and a high average voltage can be obtained. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that has a high average voltage and a large capacity and has a high energy density.

また、本発明では、炭素活物質をポリパラフェニレンの焼成物またはキシレン樹脂の焼成物で構成し、導電性炭素を気相成長炭素繊維で構成した。
発明によれば、結晶性の低い炭素系材料であるポリパラフェニレンの焼成物またはキシレン樹脂の焼成物と、非常に結晶性の高い炭素系材料である気相成長炭素繊維と、を用いることにより、上記効果がさらに高められる。即ち、上記焼成物と気相成長炭素繊維との界面において、上記焼成物の結晶構造が気相成長炭素繊維の影響を大きく受けて変化し、黒鉛のように高結晶化する。すると、高結晶化して形成された結晶層間にリチウムイオンが出入りし易くなる結果、放電電位が大きく低下して負極電位が大きく低下し、より高い平均電圧が得られるようになる。従って、本発明によれば、より高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、より高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料を提供できる。
In the present invention, the carbon active material is composed of a fired product of polyparaphenylene or a fired product of xylene resin, and the conductive carbon is composed of vapor grown carbon fiber.
According to the present invention, a fired product of polyparaphenylene or xylene resin, which is a carbon-based material having low crystallinity, and vapor-grown carbon fiber, which is a carbon-based material having very high crystallinity, are used. Thus, the above effect can be further enhanced. That is, at the interface between the fired product and the vapor-grown carbon fiber, the crystal structure of the fired product is greatly influenced by the vapor-grown carbon fiber and is highly crystallized like graphite. As a result, lithium ions easily enter and exit between crystal layers formed by high crystallization, and as a result, the discharge potential is greatly reduced, the negative electrode potential is greatly reduced, and a higher average voltage can be obtained. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that has a higher average voltage and a larger capacity and has a higher energy density.

また、本発明に係る製造方法は、上記発明に係るリチウムイオン2次電池用負極材料の製造方法であって、前記炭素活物質の原材料中に前記導電性炭素を添加し、前記導電性炭素の存在下で前記炭素活物質の前駆体樹脂を合成する工程と、前記前駆体樹脂を焼成することにより、前記導電性炭素を被覆する前記炭素活物質を得る工程と、を有することを特徴とする。   The manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the above invention, wherein the conductive carbon is added to a raw material of the carbon active material, and the conductive carbon A step of synthesizing a precursor resin of the carbon active material in the presence, and a step of obtaining the carbon active material covering the conductive carbon by firing the precursor resin. .

この発明では、導電性炭素の存在下で炭素活物質の前駆体樹脂を合成する工程と、前駆体樹脂を焼成し、導電性炭素を被覆する炭素活物質を得る工程と、を経ることにより、上記発明に係るリチウムイオン2次電池用負極材料を製造した。
この発明によれば、導電性炭素の存在下で炭素活物質の前駆体樹脂を合成することにより、導電性炭素が炭素活物質の前駆体樹脂によって被覆された状態となる。そして、この状態で焼成を行うことによって、導電性炭素を被覆する炭素活物質が確実に得られる。従って、この発明によれば、より高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料が確実に得られる。
In this invention, by passing through a step of synthesizing a precursor resin of a carbon active material in the presence of conductive carbon, and a step of obtaining a carbon active material covering the conductive carbon by firing the precursor resin, A negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the above invention was produced.
According to the present invention, by synthesizing a carbon active material precursor resin in the presence of conductive carbon, the conductive carbon is coated with the carbon active material precursor resin. And the carbon active material which coat | covers electroconductive carbon is reliably obtained by baking in this state. Therefore, according to the present invention, a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that has both a higher average voltage and a large capacity and a high energy density can be obtained with certainty.

また、本発明に係る製造方法は、上記発明に係るリチウムイオン2次電池用負極材料の製造方法であって、前記炭素活物質の前駆体樹脂と前記導電性炭素とを混合する工程と、前記工程で得られた混合物を焼成することにより、前記導電性炭素を被覆する前記炭素活物質を得る工程と、を有することを特徴とする。   The manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the above invention, wherein the step of mixing the precursor resin of the carbon active material and the conductive carbon, And calcining the mixture obtained in the step to obtain the carbon active material covering the conductive carbon.

この発明では、炭素活物質の前駆体樹脂と導電性炭素とを混合する工程と、得られた混合物を焼成することにより、導電性炭素を被覆する炭素活物質を得る工程と、を経ることにより、上記発明に係るリチウムイオン2次電池用負極材料を製造した。
この発明によれば、炭素活物質の前駆体樹脂と導電性炭素とを混合することにより、導電性炭素が炭素活物質の前駆体樹脂によって被覆された状態となる。そして、この状態で焼成を行うことによって、導電性炭素を被覆する炭素活物質が確実に得られる。従って、この発明によれば、より高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料が確実に得られる。
In this invention, by passing through the process of mixing the precursor resin of carbon active material and conductive carbon, and the process of obtaining the carbon active material which coat | covers conductive carbon by baking the obtained mixture. A negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the above invention was manufactured.
According to the present invention, by mixing the carbon active material precursor resin and the conductive carbon, the conductive carbon is covered with the carbon active material precursor resin. And the carbon active material which coat | covers electroconductive carbon is reliably obtained by baking in this state. Therefore, according to the present invention, a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that has both a higher average voltage and a large capacity and a high energy density can be obtained with certainty.

また、本発明に係る製造方法は、上記発明に係るリチウムイオン2次電池用負極材料の製造方法であって、前記炭素活物質の前駆体樹脂を焼成することにより、前記炭素活物質を得る工程と、前記炭素活物質に前記導電性炭素を添加して粉砕及び混合することにより、前記導電性炭素を被覆する前記炭素活物質を得る工程と、を有することを特徴とする。   The manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the above-described invention, wherein the carbon active material is obtained by firing the precursor resin of the carbon active material. And the step of obtaining the carbon active material covering the conductive carbon by adding the conductive carbon to the carbon active material, and pulverizing and mixing the conductive carbon.

この発明では、炭素活物質の前駆体樹脂を焼成して炭素活物質を得る工程と、得られた炭素活物質に導電性炭素を添加して粉砕及び混合することにより、導電性炭素を被覆する炭素活物質を得る工程と、を経ることにより、上記発明に係るリチウムイオン2次電池用負極材料を製造した。
この発明によれば、炭素活物質に導電性炭素を添加して粉砕及び混合することにより、導電性炭素が炭素活物質によって被覆された状態とすることができ、導電性炭素を被覆する炭素活物質が確実に得られる。従って、この発明によれば、より高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料が確実に得られる。
In this invention, the step of obtaining a carbon active material by baking a precursor resin of the carbon active material, and adding the conductive carbon to the obtained carbon active material, pulverizing and mixing, thereby covering the conductive carbon The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the above-described invention was manufactured through a step of obtaining a carbon active material.
According to the present invention, by adding conductive carbon to the carbon active material, and pulverizing and mixing the conductive carbon, the conductive carbon can be coated with the carbon active material. The material is reliably obtained. Therefore, according to the present invention, a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that has both a higher average voltage and a large capacity and a high energy density can be obtained with certainty.

本発明によれば、高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料及びその製造方法を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode material for lithium ion secondary batteries which has a high average voltage and a big capacity | capacitance and has a high energy density, and its manufacturing method can be provided.

ポリパラフェニレン焼成物及び黒鉛を負極に用いた場合の容量と負極電位との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the capacity | capacitance at the time of using a polyparaphenylene baked material and graphite for a negative electrode, and a negative electrode electric potential. ポリパラフェニレン焼成物及び黒鉛を負極に用いた場合の負極電位と正極電位との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the negative electrode potential at the time of using a polyparaphenylene baked material and graphite for a negative electrode, and a positive electrode potential. ポリパラフェニレン焼成物及び黒鉛を負極に用いた場合の負極電位と単位電圧あたりのリチウムイオンの脱離量dQ/dVとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the negative electrode electric potential at the time of using a polyparaphenylene baked material and graphite for a negative electrode, and the desorption amount dQ / dV of lithium ion per unit voltage. VGCFとポリパラフェニレン焼成物の界面部分の表面拡大像である。It is a surface enlarged image of the interface part of VGCF and a polyparaphenylene baked product. 図4に示したVGCF及びポリパラフェニレン焼成物の結晶構造を模式的に示す図であり、(A)は界面部分から離れた領域のVGCFの結晶構造の模式図であり、(B)は界面部分におけるVGCF及びポリパラフェニレン焼成物の結晶構造の模式図であり、(C)は界面部分から離れた領域のポリパラフェニレン焼成物の結晶構造の模式図である。It is a figure which shows typically the crystal structure of VGCF and polyparaphenylene baking products shown in FIG. 4, (A) is a schematic diagram of the crystal structure of VGCF of the area | region away from the interface part, (B) is an interface. It is a schematic diagram of the crystal structure of VGCF and a polyparaphenylene baked product in a part, (C) is a schematic diagram of the crystal structure of the polyparaphenylene baked product of the area | region away from the interface part. 本発明の一実施形態に係る製造方法1のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method 1 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る製造方法2のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method 2 which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る製造方法3のフローチャートである。It is a flowchart of the manufacturing method 3 which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例1〜2、参考例1〜3及び比較例1における負極電位と単位電圧あたりのリチウムイオンの脱離量dQ/dVとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the negative electrode electric potential in Examples 1-2, the reference examples 1-3, and the comparative example 1, and the desorption amount dQ / dV of lithium ion per unit voltage. 参考及びと比較例1〜2における容量と負極電位との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the capacity | capacitance and negative electrode potential in Reference Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1-2. 実施例1〜2、参考例1〜3及び比較例1〜2におけるVGCFの含有量と容量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between content of VGCF and the capacity | capacitance in Examples 1-2 , Reference Examples 1-3, and Comparative Examples 1-2. 実施例6〜7、参考例4〜6及び比較例3における負極電位と単位電圧あたりのリチウムイオンの脱離量dQ/dVとの関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the negative electrode electric potential in Examples 6-7 , the reference examples 4-6, and the comparative example 3, and the desorption amount dQ / dV of lithium ion per unit voltage. 参考及びと比較例2及び3における容量と負極電位との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the capacity | capacitance and negative electrode potential in the reference examples 4 and 6 and the comparative examples 2 and 3. FIG.

以下、本発明の一実施形態について、図面を参照して詳しく説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

<負極材料>
本発明の一実施形態に係るリチウムイオン2次電池用負極材料は、導電性炭素と、炭素活物質と、を含んで構成される。
<Negative electrode material>
A negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to an embodiment of the present invention includes conductive carbon and a carbon active material.

導電性炭素は、後述の炭素活物質に被覆された状態で、負極材料中に含有されている。導電性炭素は、結晶性の高い炭素材料であり、後述の炭素活物質よりも結晶化度が高い。導電性炭素の形状としては、例えば繊維状のものや球状のものが挙げられ、好ましくは繊維状のものが用いられる。導電性炭素の具体例としては、従来公知の気相法により合成された高結晶性のカーボンファイバである気相成長炭素繊維が挙げられ、例えば昭和電工株式会社製の「VGCF」が好ましく用いられる。なお、導電性炭素は、1種類を単独で使用してもよく、複数の種類を併用してもよい。   Conductive carbon is contained in the negative electrode material in a state of being covered with a carbon active material described later. Conductive carbon is a carbon material with high crystallinity and has a higher crystallinity than a carbon active material described later. Examples of the shape of the conductive carbon include a fibrous one and a spherical one, and a fibrous one is preferably used. Specific examples of conductive carbon include vapor-grown carbon fibers, which are highly crystalline carbon fibers synthesized by a conventionally known vapor phase method. For example, “VGCF” manufactured by Showa Denko KK is preferably used. . In addition, electroconductive carbon may be used individually by 1 type, and may use several types together.

導電性炭素は、負極材料全体に対して1〜20質量%の割合で含有されている。導電性炭素の含有量が1質量%未満である場合には、放電電位及び負極電位を十分に低下させることができず、高い平均電圧が得られない。一方、導電性炭素の含有量が20質量%を超える場合には、放電電位及び負極電位を十分に低下させることができるものの、容量が導電性炭素と同等にまで低下してしまう。より好ましい導電性炭素の含有量は、5〜20質量%である。   Conductive carbon is contained in a proportion of 1 to 20% by mass with respect to the whole negative electrode material. When the conductive carbon content is less than 1% by mass, the discharge potential and the negative electrode potential cannot be sufficiently lowered, and a high average voltage cannot be obtained. On the other hand, when the content of the conductive carbon exceeds 20% by mass, the discharge potential and the negative electrode potential can be sufficiently reduced, but the capacity is reduced to the same level as that of the conductive carbon. A more preferable conductive carbon content is 5 to 20% by mass.

炭素活物質は、リチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素系材料であり、上述の導電性炭素よりも結晶化度が低い低結晶性の炭素系材料である。この炭素活物質は、上述の導電性炭素を被覆した状態で、負極材料中に含有されている。ここで、「被覆した状態」とは、導電性炭素の表面の全部が炭素活物質に被覆された状態の他、導電性炭素の表面の一部が炭素活物質に被覆された状態も含まれる。   The carbon active material is a carbon-based material capable of occluding and releasing lithium ions, and is a low-crystalline carbon-based material having a crystallinity lower than that of the conductive carbon described above. This carbon active material is contained in the negative electrode material in a state of covering the conductive carbon described above. Here, the “covered state” includes not only a state where the entire surface of the conductive carbon is covered with the carbon active material but also a state where a part of the surface of the conductive carbon is covered with the carbon active material. .

炭素活物質としては、結晶性の高い黒鉛にはなり難い熱硬化型の難黒鉛性樹脂の焼成物が好ましく用いられ、具体的には、ポリパラフェニレンの焼成物やキシレン樹脂の焼成物が好ましく用いられる。これら樹脂の焼成物は、黒鉛のように高結晶化せず、結晶性の低い炭素材料である。   As the carbon active material, a fired product of a thermosetting non-graphitizable resin that is difficult to become highly crystalline graphite is preferably used. Specifically, a fired product of polyparaphenylene or a fired product of xylene resin is preferable. Used. The fired product of these resins is a carbon material that is not highly crystallized and has low crystallinity unlike graphite.

導電性炭素を被覆する炭素活物質の結晶構造について、図4及び図5を参照して説明する。
図4は、導電性炭素のVGCFと、このVGCFを被覆する炭素活物質であるポリパラフェニレン焼成物の界面部分の表面拡大像である。また、図5は、図4に示したVGCF及びポリパラフェニレン焼成物の結晶構造を模式的に示す図であり、(A)は、図4の(A)の部分、即ち界面部分から離れた領域のVGCFの結晶構造の模式図であり、(B)は、図4の(B)の部分、即ち界面部分におけるVGCF及びポリパラフェニレン焼成物の結晶構造の模式図であり、(C)は、図4の(C)の部分、即ち界面部分から離れた領域のポリパラフェニレン焼成物の結晶構造の模式図である。
The crystal structure of the carbon active material covering the conductive carbon will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is an enlarged image of the surface of the interface portion between the conductive carbon VGCF and the polyparaphenylene fired product which is a carbon active material covering the VGCF. FIG. 5 is a diagram schematically showing the crystal structure of the fired product of VGCF and polyparaphenylene shown in FIG. 4. FIG. 5 (A) is away from the portion (A) of FIG. 4, that is, the interface portion. It is a schematic diagram of the crystal structure of the VGCF in the region, (B) is a schematic diagram of the crystal structure of the VGCF and the polyparaphenylene fired product in the part (B) of FIG. 4, that is, the interface part, (C) FIG. 5 is a schematic diagram of the crystal structure of the fired polyparaphenylene product in the part (C) of FIG.

図4及び図5(A)に示すように、界面部分から離れた領域のVGCFでは、これらの図の上下方向への結晶の配向が認められ、結晶が層状に規則的に配向している。このため、これらの結晶層間にリチウムイオンが出入りし易く、リチウムイオンを吸蔵放出し易い構造となっている。   As shown in FIGS. 4 and 5A, in the VGCF in the region away from the interface portion, the crystal orientation in the vertical direction in these figures is recognized, and the crystals are regularly oriented in layers. For this reason, it has a structure in which lithium ions easily enter and exit these crystal layers and easily absorb and release lithium ions.

一方、図4及び図5(C)に示すように、界面部分から離れた領域のポリパラフェニレン焼成物では、結晶の配向が認められず、結晶層が不規則に存在している。このため、結晶層間にリチウムイオンが出入りし難く、リチウムイオンを吸蔵放出し難い構造となっている。   On the other hand, as shown in FIG. 4 and FIG. 5 (C), in the polyparaphenylene fired product in a region away from the interface portion, no crystal orientation is observed, and the crystal layer is present irregularly. For this reason, it has a structure in which lithium ions do not easily enter and exit between crystal layers, and lithium ions are difficult to occlude and release.

これに対して、図4及び図5(B)に示すように、界面部分におけるポリパラフェニレン焼成物では、VGCFの影響を受けて結晶の配向が認められ、結晶が層状に規則的に配向している。即ち、界面部分におけるポリパラフェニレン焼成物の結晶構造は、VGCFと同様にリチウムイオンが出入りし易く、リチウムイオンを吸蔵放出し易い構造となっている。これにより、導電性炭素を被覆する炭素活物質では、放電電位及び負極電位を低下させることができ、高い平均電圧が得られるようになっている。   On the other hand, as shown in FIG. 4 and FIG. 5 (B), in the polyparaphenylene fired product at the interface portion, the orientation of the crystal is recognized under the influence of VGCF, and the crystal is regularly oriented in a layered manner. ing. In other words, the crystal structure of the polyparaphenylene fired product at the interface portion is a structure in which lithium ions can easily enter and exit, and lithium ions can be easily stored and released, like VGCF. Thereby, in the carbon active material which coat | covers electroconductive carbon, a discharge potential and a negative electrode potential can be reduced, and a high average voltage is obtained.

なお、本実施形態に係るリチウムイオン2次電池用負極材料は、導電性炭素及び炭素活物質以外にも、本実施形態の効果が奏される範囲内において他の成分を含有していてもよい。   In addition, the negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present embodiment may contain other components in addition to the conductive carbon and the carbon active material within a range where the effects of the present embodiment are exhibited. .

<製造方法>
本実施形態に係るリチウムイオン2次電池用負極材料の製造方法としては特に限定されないが、好ましくは、次の製造方法1〜3が採用される。以下、製造方法1〜3について説明する。
<Manufacturing method>
Although it does not specifically limit as a manufacturing method of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries which concerns on this embodiment, Preferably, the following manufacturing methods 1-3 are employ | adopted. Hereinafter, production methods 1 to 3 will be described.

[製造方法1]
図6は、本発明の一実施形態に係る製造方法1のフローチャートである。
図6に示すように、製造方法1は、ステップS11と、ステップS12とを有する。また、負極シートを作製する場合には、ステップS13をさらに有する。
[Production Method 1]
FIG. 6 is a flowchart of the manufacturing method 1 according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 6, the manufacturing method 1 has step S11 and step S12. Moreover, when producing a negative electrode sheet, it has further step S13.

ステップS11では、炭素活物質の前駆体樹脂に相当する熱硬化型難黒鉛性樹脂を合成する。具体的には、先ず、熱硬化型難黒鉛性樹脂の各合成原料を、所定のモル比で配合する。次いで、配合物をよく混合した後、導電性炭素を添加して均一に混合する。このとき、導電性炭素は、負極材料全体に対して1〜20質量%の含有量となるように添加する。導電性炭素の添加量は、熱硬化型難黒鉛性樹脂の炭化収率を考慮して、熱硬化型黒鉛性樹脂の炭化後の質量に対する導電性炭素の質量が1〜20質量%となるように算出する。即ち、熱硬化型難黒鉛性樹脂の質量に、目的とする導電性炭素の質量比(0.01〜0.2の範囲)と、熱硬化型難黒鉛性樹脂の炭化収率(例えば、ポリパラフェニレンであれば炭化収率は約0.85)とを乗じることにより、導電性炭素の添加量を算出する。   In step S11, a thermosetting non-graphitizable resin corresponding to the precursor resin of the carbon active material is synthesized. Specifically, first, each synthetic raw material of thermosetting non-graphitic resin is blended in a predetermined molar ratio. Next, after the blend is mixed well, conductive carbon is added and mixed uniformly. At this time, conductive carbon is added so that it may become 1-20 mass% content with respect to the whole negative electrode material. In consideration of the carbonization yield of the thermosetting non-graphitic resin, the amount of conductive carbon added is such that the mass of the conductive carbon is 1 to 20% by mass relative to the mass after carbonization of the thermosetting graphitic resin. To calculate. That is, the mass ratio of the target conductive carbon (in the range of 0.01 to 0.2) and the carbonization yield of the thermosetting non-graphitic resin (for example, poly In the case of paraphenylene, the amount of conductive carbon added is calculated by multiplying the carbonization yield by about 0.85).

次いで、導電性炭素の存在下で、熱硬化型難黒鉛性樹脂を合成する。具体的には、導電性炭素の存在下で熱硬化型難黒鉛性樹脂の合成反応を進行させる。これにより、炭素活物質の前駆体樹脂に相当する熱硬化型難黒鉛性樹脂を得る。このとき、熱硬化型難黒鉛性樹脂は、導電性炭素の表面を被覆した状態で形成される。   Next, a thermosetting non-graphite resin is synthesized in the presence of conductive carbon. Specifically, the synthesis reaction of the thermosetting non-graphite resin is advanced in the presence of conductive carbon. Thereby, a thermosetting non-graphitizable resin corresponding to the precursor resin of the carbon active material is obtained. At this time, the thermosetting non-graphitic resin is formed in a state where the surface of the conductive carbon is coated.

ステップS12では、熱硬化型難黒鉛性樹脂を焼成することにより、導電性炭素と、導電性炭素を被覆しかつ当該導電性炭素よりも結晶化度が低い炭素活物質とから構成される負極材料を得る。具体的には、ステップS11にて導電性炭素の表面を被覆した状態で形成された炭素活物質を、不活性ガスの雰囲気中で、所定の条件で焼成する。これにより、導電性炭素と、導電性炭素を被覆しかつ当該導電性炭素よりも結晶化度が低い炭素活物質とから構成される負極材料を得る。
なお、焼成温度としては、300℃〜1000℃であれば、低結晶性の炭素材料が得られ易いため好ましい。
In step S12, a negative electrode material composed of conductive carbon and a carbon active material that covers the conductive carbon and has a lower crystallinity than the conductive carbon by firing a thermosetting non-graphite resin. Get. Specifically, the carbon active material formed in a state where the surface of the conductive carbon is coated in step S11 is fired under a predetermined condition in an inert gas atmosphere. Thereby, a negative electrode material composed of conductive carbon and a carbon active material that covers the conductive carbon and has a lower crystallinity than the conductive carbon is obtained.
Note that the firing temperature is preferably 300 ° C. to 1000 ° C. because a low crystalline carbon material is easily obtained.

ステップS13では、ステップS12で得た負極材料から負極シートを作製する。具体的には、先ず、ステップS12で得た負極材料に対して、PVdF等の結着材を所定量添加して混合する。次いで、NMP等の希釈溶媒を所定量添加し、ホモジナイザー等で混錬してスラリーを作製する。作製したスラリーを、集電体である銅箔等の上に均一に塗布して乾燥することにより、負極シートを作製する。   In step S13, a negative electrode sheet is produced from the negative electrode material obtained in step S12. Specifically, first, a predetermined amount of a binder such as PVdF is added to and mixed with the negative electrode material obtained in step S12. Next, a predetermined amount of a diluent solvent such as NMP is added and kneaded with a homogenizer or the like to prepare a slurry. The prepared slurry is uniformly coated on a copper foil or the like as a current collector and dried to prepare a negative electrode sheet.

[製造方法2]
図7は、本発明の一実施形態に係る製造方法2のフローチャートである。
図7に示すように、製造方法2は、ステップS21と、ステップS22とを有する。また、負極シートを作製する場合には、ステップS23をさらに有する。
[Production Method 2]
FIG. 7 is a flowchart of the manufacturing method 2 according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 7, the manufacturing method 2 has step S21 and step S22. Moreover, when producing a negative electrode sheet, it has further step S23.

ステップS21では、炭素活物質の前駆体樹脂に相当する熱硬化型難黒鉛性樹脂に、導電性炭素を添加し、均一に混合する。このとき、導電性炭素は、負極材料全体に対して1〜20質量%の含有量となるように添加する。導電性炭素の添加量は、上記の製造方法1と同様の算出方法により算出される。熱硬化型難黒鉛性樹脂としては、市販のものを用いることができる。   In step S21, conductive carbon is added to a thermosetting non-graphitizable resin corresponding to the precursor resin of the carbon active material and mixed uniformly. At this time, conductive carbon is added so that it may become 1-20 mass% content with respect to the whole negative electrode material. The amount of conductive carbon added is calculated by the same calculation method as in manufacturing method 1 described above. A commercially available thing can be used as a thermosetting type non-graphite resin.

ステップS22では、ステップS21で得た混合物を、不活性ガスの雰囲気中で、上記の製造方法1と同様の焼成条件で焼成する。これにより、導電性炭素と、導電性炭素を被覆しかつ当該導電性炭素よりも結晶化度が低い炭素活物質とから構成される負極材料を得る。   In step S22, the mixture obtained in step S21 is fired under the same firing conditions as in manufacturing method 1 in an inert gas atmosphere. Thereby, a negative electrode material composed of conductive carbon and a carbon active material that covers the conductive carbon and has a lower crystallinity than the conductive carbon is obtained.

ステップS23では、上記の製造方法1のステップS13と同様の処理を行うことにより、負極シートを作製する。   In step S23, a negative electrode sheet is produced by performing the same process as in step S13 of manufacturing method 1 described above.

[製造方法3]
図8は、本発明の一実施形態に係る製造方法3のフローチャートである。
図8に示すように、製造方法3は、ステップS31と、ステップS32と、ステップS33とを有する。また、負極シートを作製する場合には、ステップS34をさらに有する。
[Production Method 3]
FIG. 8 is a flowchart of the manufacturing method 3 according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 8, the manufacturing method 3 has step S31, step S32, and step S33. Moreover, when producing a negative electrode sheet, it has further step S34.

ステップS31では、炭素活物質の前駆体樹脂に相当する熱硬化型難黒鉛性樹脂を合成する。具体的には、先ず、熱硬化型難黒鉛性樹脂の各合成原料を、所定のモル比で配合する。次いで、配合物をよく混合した後、熱硬化型難黒鉛性樹脂の合成反応を進行させる。これにより、炭素活物質の前駆体樹脂に相当する熱硬化型難黒鉛性樹脂を得る。
なお、本ステップは必須ではなく、熱硬化型難黒鉛性樹脂を合成する代わりに、市販の熱硬化型難黒鉛性樹脂を用いてもよい。
In step S31, a thermosetting non-graphite resin corresponding to the precursor resin of the carbon active material is synthesized. Specifically, first, each synthetic raw material of thermosetting non-graphitic resin is blended in a predetermined molar ratio. Next, after the mixture is mixed well, the synthesis reaction of the thermosetting non-graphitic resin proceeds. Thereby, a thermosetting non-graphitizable resin corresponding to the precursor resin of the carbon active material is obtained.
This step is not essential, and a commercially available thermosetting non-graphitic resin may be used instead of synthesizing the thermosetting non-graphitic resin.

ステップS32では、熱硬化型難黒鉛性樹脂を焼成することにより、炭素活物質を得る。具体的には、ステップS31で得た熱硬化型難黒鉛性樹脂を、不活性ガスの雰囲気中で、上記の製造方法1と同様の焼成条件で焼成する。これにより、炭素活物質を得る。   In step S32, a carbon active material is obtained by baking a thermosetting non-graphite resin. Specifically, the thermosetting non-graphitic resin obtained in step S31 is baked under the same baking conditions as in manufacturing method 1 in an inert gas atmosphere. Thereby, a carbon active material is obtained.

ステップS33では、ステップS32で得た炭素活物質に、導電性炭素を添加して負極材料を得る。具体的には、ステップS32で得た炭素活物質に、導電性炭素を負極材料全体に対して1〜20質量%の含有量となるように添加する。次いで、所定のボールミル条件でボールミル処理を実施する。これにより、導電性炭素と、導電性炭素を被覆する炭素活物質とから構成される負極材料を得る。   In step S33, conductive carbon is added to the carbon active material obtained in step S32 to obtain a negative electrode material. Specifically, conductive carbon is added to the carbon active material obtained in step S32 so as to have a content of 1 to 20% by mass with respect to the entire negative electrode material. Next, ball milling is performed under predetermined ball mill conditions. Thereby, the negative electrode material comprised from a conductive carbon and the carbon active material which coat | covers a conductive carbon is obtained.

ステップS34では、上記の製造方法1のステップS13と同様の処理を行うことにより、負極シートを作製する。   In step S34, a negative electrode sheet is produced by performing the same process as in step S13 of manufacturing method 1 described above.

以上のようにして製造される本実施形態に係るリチウムイオン2次電池用負極材料は、例えば次のようにしてリチウムイオン2次電池の製造に用いられる。
先ず、上記のようにして作製した負極シートを、別途作製した正極シートと、セパレータを介して交互に積層することにより、蓄電素子を作製する。次いで、作製した蓄電素子と、電解液とを電池ケース内に収容する。最後に、正極及び負極を外部回路と接続することにより、リチウムイオン2次電池を製造する。
The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to this embodiment manufactured as described above is used for manufacturing a lithium ion secondary battery as follows, for example.
First, the negative electrode sheet produced as described above is alternately laminated via a separately produced positive electrode sheet and a separator to produce an electricity storage device. Subsequently, the produced electrical storage element and electrolyte solution are accommodated in a battery case. Finally, a lithium ion secondary battery is manufactured by connecting the positive electrode and the negative electrode to an external circuit.

本実施形態によれば、次の効果が奏される。
本実施形態では、導電性炭素と、この導電性炭素を被覆しかつリチウムイオンを吸蔵放出可能な炭素活物質とで負極材料を構成した。また、炭素活物質を導電性炭素よりも結晶化度の低いものとし、導電性炭素の含有量を負極材料全体に対して1〜20質量%とした。
これにより、炭素活部物質と導電性炭素との界面において、低結晶性の炭素活物質の結晶構造が、高結晶性の導電性炭素の影響を受けて変化し、黒鉛のように高結晶化する。すると、高結晶化して形成された結晶層間にリチウムイオンが出入りし易くなる結果、放電電位が低下して負極電位が低下し、高い平均電圧が得られるようになる。従って、本実施形態によれば、高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料を提供できる。
According to this embodiment, the following effects are produced.
In the present embodiment, the negative electrode material is composed of conductive carbon and a carbon active material that covers the conductive carbon and can occlude and release lithium ions. In addition, the carbon active material had a lower crystallinity than that of conductive carbon, and the content of conductive carbon was 1 to 20% by mass with respect to the entire negative electrode material.
As a result, the crystal structure of the low crystalline carbon active material changes under the influence of the high crystalline conductive carbon at the interface between the carbon active material and the conductive carbon, and the crystal structure becomes highly crystalline like graphite. To do. As a result, lithium ions easily enter and exit between the crystal layers formed by high crystallization. As a result, the discharge potential is lowered, the negative electrode potential is lowered, and a high average voltage can be obtained. Therefore, according to this embodiment, it is possible to provide a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that has both a high average voltage and a large capacity and has a high energy density.

また、結晶性の低い炭素系材料であるポリパラフェニレンの焼成物またはキシレン樹脂の焼成物と、非常に結晶性の高い炭素系材料である気相成長炭素繊維と、を用いることにより、上記の効果がさらに高められる。即ち、上記焼成物と気相成長炭素繊維との界面において、上記焼成物の結晶構造が気相成長炭素繊維の影響を大きく受けて変化し、黒鉛のように高結晶化する。すると、高結晶化して形成された結晶層間にリチウムイオンが出入りし易くなる結果、放電電位が大きく低下して負極電位が大きく低下し、より高い平均電圧が得られるようになる。   Further, by using a fired product of polyparaphenylene or xylene resin, which is a carbon material having low crystallinity, and vapor-grown carbon fiber, which is a carbon material having very high crystallinity, The effect is further enhanced. That is, at the interface between the fired product and the vapor-grown carbon fiber, the crystal structure of the fired product is greatly influenced by the vapor-grown carbon fiber and is highly crystallized like graphite. As a result, lithium ions easily enter and exit between crystal layers formed by high crystallization, and as a result, the discharge potential is greatly reduced, the negative electrode potential is greatly reduced, and a higher average voltage can be obtained.

また、製造方法1では、導電性炭素の存在下で炭素活物質の前駆体樹脂を合成する工程と、前駆体樹脂を焼成し、導電性炭素を被覆する炭素活物質を得る工程と、を経ることにより、本実施形態に係るリチウムイオン2次電池用負極材料を製造した。
この製造方法1によれば、導電性炭素の存在下で炭素活物質の前駆体樹脂を合成することにより、導電性炭素が炭素活物質の前駆体樹脂によって被覆された状態となる。そして、この状態で焼成を行うことによって、導電性炭素を被覆する炭素活物質が確実に得られる。従って、この製造方法1によれば、より高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料が確実に得られる。
Moreover, in the manufacturing method 1, it passes through the process of synthesize | combining the precursor resin of carbon active material in presence of electroconductive carbon, and the process of baking a precursor resin and obtaining the carbon active material which coat | covers electroconductive carbon. Thus, the negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to this embodiment was produced.
According to the manufacturing method 1, by synthesizing a carbon active material precursor resin in the presence of conductive carbon, the conductive carbon is covered with the carbon active material precursor resin. And the carbon active material which coat | covers electroconductive carbon is reliably obtained by baking in this state. Therefore, according to this production method 1, a negative electrode material for a lithium ion secondary battery having a higher average voltage and a large capacity and having a high energy density can be obtained with certainty.

また、製造方法2では、炭素活物質の前駆体樹脂と導電性炭素とを混合する工程と、得られた混合物を焼成することにより、導電性炭素を被覆する炭素活物質を得る工程と、を経ることにより、本実施形態に係るリチウムイオン2次電池用負極材料を製造した。
この製造方法2によれば、炭素活物質の前駆体樹脂と導電性炭素とを混合することにより、導電性炭素が炭素活物質の前駆体樹脂によって被覆された状態となる。そして、この状態で焼成を行うことによって、導電性炭素を被覆する炭素活物質が確実に得られる。従って、この発明によれば、より高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料が確実に得られる。
Moreover, in the manufacturing method 2, the process of mixing the precursor resin of carbon active material and conductive carbon, and the process of obtaining the carbon active material which coat | covers conductive carbon by baking the obtained mixture, By passing, the negative electrode material for lithium ion secondary batteries which concerns on this embodiment was manufactured.
According to this production method 2, by mixing the carbon active material precursor resin and the conductive carbon, the conductive carbon is coated with the carbon active material precursor resin. And the carbon active material which coat | covers electroconductive carbon is reliably obtained by baking in this state. Therefore, according to the present invention, a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that has both a higher average voltage and a large capacity and a high energy density can be obtained with certainty.

また、製造方法3では、炭素活物質の前駆体樹脂を焼成して炭素活物質を得る工程と、得られた炭素活物質に導電性炭素を添加して粉砕及び混合することにより、導電性炭素を被覆する炭素活物質を得る工程と、を経ることにより、本実施形態に係るリチウムイオン2次電池用負極材料を製造した。
この製造方法3によれば、炭素活物質に導電性炭素を添加して粉砕及び混合することにより、導電性炭素が炭素活物質によって被覆された状態とすることができ、導電性炭素を被覆する炭素活物質が確実に得られる。従って、この製造方法3によれば、より高い平均電圧と大きな容量とを兼ね備え、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池用負極材料が確実に得られる。
In addition, in the production method 3, the carbon active material precursor resin is baked to obtain the carbon active material, and conductive carbon is added to the obtained carbon active material and pulverized and mixed. The negative electrode material for lithium ion secondary batteries according to the present embodiment was manufactured through a step of obtaining a carbon active material that coats.
According to this production method 3, by adding conductive carbon to the carbon active material, pulverizing and mixing, the conductive carbon can be covered with the carbon active material, and the conductive carbon is coated. A carbon active material is obtained reliably. Therefore, according to this production method 3, a negative electrode material for a lithium ion secondary battery having a higher energy density and a higher energy density can be obtained with certainty.

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良は本発明に含まれる。   It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications and improvements within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.

以下、本発明の実施例について説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。   Examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited to the following examples.

<実施例1>
先ず、炭素活物質の前駆体樹脂合成原料として、ベンゼン、無水塩化アルミニウム及び無水塩化銅を、モル比4:1:1で混合した。混合した後、導電性炭素として昭和電工株式会社製の「VGCF」を、負極材料全体に対して1質量%の含有量となるように添加し、均一に混合した。
<Example 1>
First, benzene, anhydrous aluminum chloride and anhydrous copper chloride were mixed at a molar ratio of 4: 1: 1 as a precursor resin synthesis raw material for a carbon active material. After mixing, “VGCF” manufactured by Showa Denko KK as conductive carbon was added so as to have a content of 1% by mass with respect to the whole negative electrode material, and mixed uniformly.

均一に混合した後、VGCFの存在下でKovacic法による合成反応を進行させた。これにより、炭素活物質の前駆体樹脂に相当する熱硬化型難黒鉛性樹脂のポリパラフェニレンを得た。得られたポリパラフェニレンは、VGCFの表面を被覆した状態で形成されていた。   After uniformly mixing, the synthesis reaction by Kovacic method was allowed to proceed in the presence of VGCF. As a result, polyparaphenylene, a thermosetting non-graphite resin, corresponding to the precursor resin of the carbon active material was obtained. The obtained polyparaphenylene was formed in the state which coat | covered the surface of VGCF.

次いで、VGCFを被覆した状態で形成されたポリパラフェニレンを、不活性ガスの雰囲気中で、下記の条件に従って焼成した。これにより、VGCFと、VGCFを被覆する炭素活物質に相当するポリパラフェニレン焼成物と、から構成される負極材料を得た。
[焼成条件]
昇温速度:10℃/分
焼成温度:640℃
保持時間:6時間
Next, the polyparaphenylene formed in a state where VGCF was coated was fired in an inert gas atmosphere according to the following conditions. As a result, a negative electrode material composed of VGCF and a fired polyparaphenylene corresponding to a carbon active material covering VGCF was obtained.
[Baking conditions]
Temperature increase rate: 10 ° C / min Firing temperature: 640 ° C
Retention time: 6 hours

最後に、上記で得た負極材料から負極シートを作製した。具体的には、以下の手順に従って、負極シートを作製した。
先ず、上記で得た負極材料に対して、結着材としてPVdFを添加して混合した。添加量は、質量比で、負極材料90に対してPVdFを10とした。次いで、希釈溶媒としてNMPを添加し、ホモジナイザーで混錬してスラリーを作製した。作製したスラリーを、集電体である銅箔上に均一に塗布して乾燥することにより、負極シートを作製した。
Finally, a negative electrode sheet was prepared from the negative electrode material obtained above. Specifically, a negative electrode sheet was produced according to the following procedure.
First, PVdF was added and mixed as a binder to the negative electrode material obtained above. The addition amount was 10 by PVdF with respect to the negative electrode material 90 by mass ratio. Next, NMP was added as a diluent solvent and kneaded with a homogenizer to prepare a slurry. The prepared slurry was uniformly applied onto a copper foil as a current collector and dried to prepare a negative electrode sheet.

<実施例2>
実施例1におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して3質量%となるように添加した以外は、実施例1と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
<Example 2>
A negative electrode sheet was prepared after obtaining a negative electrode material in the same manner as in Example 1 except that the content of VGCF in Example 1 was changed and added so as to be 3% by mass with respect to the entire negative electrode material.

参考例1
実施例1におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して5質量%となるように添加した以外は、実施例1と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 1 >
A negative electrode sheet was prepared after obtaining a negative electrode material in the same manner as in Example 1 except that the content of VGCF in Example 1 was changed and added so as to be 5% by mass with respect to the whole negative electrode material.

参考例2
実施例1におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して10質量%となるように添加した以外は、実施例1と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 2 >
A negative electrode sheet was prepared after obtaining a negative electrode material in the same manner as in Example 1 except that the content of VGCF in Example 1 was changed and added so as to be 10% by mass with respect to the entire negative electrode material.

参考例3
実施例1におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して20質量%となるように添加した以外は、実施例1と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 3 >
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 1 except that the content of VGCF in Example 1 was changed and added so as to be 20% by mass with respect to the entire negative electrode material.

<実施例6>
先ず、炭素活物質の前駆体樹脂材料として、フドー株式会社製の「ニカノール NP140」をエタノールと混合した。混合した後、導電性炭素として昭和電工株式会社製の「VGCF」を、負極材料全体に対して1質量%の含有量となるように添加し、均一に混合した。
<Example 6>
First, “Nicanol NP140” manufactured by Fudou Co., Ltd. was mixed with ethanol as a precursor resin material for a carbon active material. After mixing, “VGCF” manufactured by Showa Denko KK as conductive carbon was added so as to have a content of 1% by mass with respect to the whole negative electrode material, and mixed uniformly.

均一に混合した後、VGCFの存在下でエタノールを乾燥させた。これにより、炭素活物質の前駆体樹脂に相当する熱硬化型難黒鉛性樹脂のキシレン樹脂を得た。得られたキシレン樹脂は、VGCFの表面を被覆した状態で形成されていた。   After mixing uniformly, ethanol was dried in the presence of VGCF. Thereby, a xylene resin of a thermosetting non-graphite resin corresponding to a precursor resin of a carbon active material was obtained. The obtained xylene resin was formed in the state which coat | covered the surface of VGCF.

次いで、VGCFを被覆した状態で形成されたキシレン樹脂を、不活性ガスの雰囲気中で、実施例1と同様の条件に従って焼成した。これにより、VGCFと、VGCFを被覆する炭素活物質に相当するキシレン樹脂焼成物と、から構成される負極材料を得た。   Next, the xylene resin formed in a state where VGCF was coated was baked according to the same conditions as in Example 1 in an inert gas atmosphere. As a result, a negative electrode material composed of VGCF and a fired xylene resin corresponding to the carbon active material covering VGCF was obtained.

最後に、上記で得た負極材料から負極シートを作製した。具体的には、実施例1と同様の手順に従って、負極シートを作製した。   Finally, a negative electrode sheet was prepared from the negative electrode material obtained above. Specifically, a negative electrode sheet was produced according to the same procedure as in Example 1.

<実施例7>
実施例6におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して3質量%となるように添加した以外は、実施例6と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
<Example 7>
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 6 except that the content of VGCF in Example 6 was changed and added so as to be 3% by mass with respect to the entire negative electrode material, and then a negative electrode sheet was produced.

参考例4
実施例6におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して5質量%となるように添加した以外は、実施例6と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 4 >
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 6 except that the content of VGCF in Example 6 was changed and added so as to be 5% by mass with respect to the entire negative electrode material.

参考例5
実施例6におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して10質量%となるように添加した以外は、実施例6と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 5 >
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 6 except that the content of VGCF in Example 6 was changed and added so as to be 10% by mass with respect to the whole negative electrode material.

参考例6
実施例6におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して20質量%となるように添加した以外は、実施例6と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 6 >
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 6 except that the content of VGCF in Example 6 was changed and added so as to be 20% by mass with respect to the entire negative electrode material.

<実施例11>
先ず、炭素活物質の前駆体樹脂合成原料として、ベンゼン、無水塩化アルミニウム及び無水塩化銅を、モル比4:1:1で混合した。よく混合した後、Kovacic法による合成反応を進行させた。これにより、炭素活物質の前駆体樹脂に相当する熱硬化型難黒鉛性樹脂のポリパラフェニレンを得た。
<Example 11>
First, benzene, anhydrous aluminum chloride and anhydrous copper chloride were mixed at a molar ratio of 4: 1: 1 as a precursor resin synthesis raw material for a carbon active material. After mixing well, the synthesis reaction by Kovacic method was allowed to proceed. As a result, polyparaphenylene, a thermosetting non-graphite resin, corresponding to the precursor resin of the carbon active material was obtained.

上記で得たポリパラフェニレンを、不活性ガスの雰囲気中で、実施例1と同様の焼成条件で焼成した。これにより、炭素活物質に相当するポリパラフェニレン焼成物を得た。   The polyparaphenylene obtained above was fired under the same firing conditions as in Example 1 in an inert gas atmosphere. Thereby, a polyparaphenylene fired product corresponding to the carbon active material was obtained.

上記で得たポリパラフェニレン焼成物に、導電性炭素としてVGCFを、負極材料全体に対して1質量%の含有量となるように添加した。次いで、下記のボールミル条件に従ってボールミル処理を実施した。これにより、VGCFと、VGCFを被覆するポリパラフェニレン焼成物とから構成される負極材料を得た。
[ボールミル条件]
回転数:200rpm
処理時間:2時間
To the polyparaphenylene fired product obtained above, VGCF as conductive carbon was added so as to have a content of 1% by mass with respect to the whole negative electrode material. Subsequently, the ball mill process was implemented according to the following ball mill conditions. This obtained the negative electrode material comprised from VGCF and the polyparaphenylene baked material which coat | covers VGCF.
[Ball mill conditions]
Rotation speed: 200rpm
Processing time: 2 hours

最後に、上記で得た負極材料から負極シートを作製した。具体的には、実施例1と同様の手順に従って、負極シートを作製した。   Finally, a negative electrode sheet was prepared from the negative electrode material obtained above. Specifically, a negative electrode sheet was produced according to the same procedure as in Example 1.

<実施例12>
実施例11におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して3質量%となるように添加した以外は、実施例11と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
<Example 12>
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 11 except that the content of VGCF in Example 11 was changed and added so as to be 3% by mass with respect to the entire negative electrode material, and then a negative electrode sheet was produced.

参考例7
実施例11におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して5質量%となるように添加した以外は、実施例11と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 7 >
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 11 except that the content of VGCF in Example 11 was changed and added so as to be 5% by mass with respect to the whole negative electrode material, and then a negative electrode sheet was produced.

参考例8
実施例11におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して10質量%となるように添加した以外は、実施例11と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 8 >
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 11 except that the content of VGCF in Example 11 was changed and added so as to be 10% by mass with respect to the entire negative electrode material.

参考例9
実施例11におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して20質量%となるように添加した以外は、実施例11と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 9 >
A negative electrode sheet was prepared after obtaining a negative electrode material in the same manner as in Example 11 except that the content of VGCF in Example 11 was changed and added so as to be 20% by mass with respect to the entire negative electrode material.

<実施例16>
先ず、炭素活物質の前駆体樹脂材料として、フドー株式会社製の「ニカノール NP140」を不活性ガスの雰囲気中で、実施例1と同様の焼成条件で焼成した。これにより、炭素活物質に相当するキシレン樹脂焼成物を得た。
<Example 16>
First, as a precursor resin material of a carbon active material, “Nicanol NP140” manufactured by Fudou Co., Ltd. was fired under the same firing conditions as in Example 1 in an inert gas atmosphere. Thus, a fired xylene resin corresponding to the carbon active material was obtained.

上記で得たキシレン樹脂焼成物に、導電性炭素としてVGCFを、負極材料全体に対して1質量%の含有量となるように添加した。次いで、実施例11と同様の条件に従ってボールミル処理を実施した。これにより、VGCFと、VGCFを被覆するキシレン樹脂焼成物とから構成される負極材料を得た。   VGCF as conductive carbon was added to the fired xylene resin obtained above so as to have a content of 1% by mass with respect to the whole negative electrode material. Next, ball milling was performed under the same conditions as in Example 11. This obtained the negative electrode material comprised from VGCF and the xylene resin baking products which coat | cover VGCF.

最後に、上記で得た負極材料から負極シートを作製した。具体的には、実施例1と同様の手順に従って、負極シートを作製した。   Finally, a negative electrode sheet was prepared from the negative electrode material obtained above. Specifically, a negative electrode sheet was produced according to the same procedure as in Example 1.

<実施例17>
実施例16におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して3質量%となるように添加した以外は、実施例16と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
<Example 17>
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 16 except that the content of VGCF in Example 16 was changed and added so as to be 3% by mass with respect to the entire negative electrode material, and then a negative electrode sheet was produced.

参考例10
実施例16におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して5質量%となるように添加した以外は、実施例16と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 10 >
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 16 except that the content of VGCF in Example 16 was changed and added so as to be 5% by mass with respect to the entire negative electrode material, and then a negative electrode sheet was produced.

参考例11
実施例16におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して10質量%となるように添加した以外は、実施例16と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 11 >
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 16 except that the content of VGCF in Example 16 was changed and added so as to be 10% by mass with respect to the entire negative electrode material, and then a negative electrode sheet was produced.

参考例12
実施例16におけるVGCFの含有量を変更し、負極材料全体に対して20質量%となるように添加した以外は、実施例16と同様にして負極材料を得た後、負極シートを作製した。
< Reference Example 12 >
A negative electrode material was obtained in the same manner as in Example 16 except that the content of VGCF in Example 16 was changed and added so as to be 20% by mass with respect to the whole negative electrode material, and then a negative electrode sheet was produced.

<比較例1>
先ず、ベンゼン、無水塩化アルミニウム及び無水塩化銅を、モル比4:1:1で混合した。よく混合した後、Kovacic法による合成反応を進行させた。これにより、熱硬化型難黒鉛性樹脂のポリパラフェニレンを得た。
<Comparative Example 1>
First, benzene, anhydrous aluminum chloride and anhydrous copper chloride were mixed at a molar ratio of 4: 1: 1. After mixing well, the synthesis reaction by Kovacic method was allowed to proceed. As a result, polyparaphenylene, a thermosetting non-graphite resin, was obtained.

上記で得たポリパラフェニレンを、不活性ガスの雰囲気中で、実施例1と同様の焼成条件で焼成した。これにより得られたポリパラフェニレン焼成物を、比較例1の負極材料とした。また、実施例1と同様の手順に従って、負極シートを作製した。なお、この比較例1の負極材料は、VGCFの含有量が0%のものに相当する。   The polyparaphenylene obtained above was fired under the same firing conditions as in Example 1 in an inert gas atmosphere. The resulting polyparaphenylene fired product was used as the negative electrode material of Comparative Example 1. In addition, a negative electrode sheet was produced according to the same procedure as in Example 1. The negative electrode material of Comparative Example 1 corresponds to a material having a VGCF content of 0%.

<比較例2>
VGCFを、比較例2の負極材料とした。また、実施例1と同様の手順に従って、負極シートを作製した。なお、この比較例2の負極材料は、VGCFの含有量が100%のものに相当する。
<Comparative example 2>
VGCF was used as the negative electrode material of Comparative Example 2. In addition, a negative electrode sheet was produced according to the same procedure as in Example 1. The negative electrode material of Comparative Example 2 corresponds to a material having a VGCF content of 100%.

<比較例3>
先ず、炭素活物質の前駆体樹脂材料として、フドー株式会社製の「ニカノール NP140」を不活性ガスの雰囲気中で、実施例1と同様の焼成条件で焼成した。これにより得られた炭素活物質に相当するキシレン樹脂焼成物を、比較例3の負極材料とした。また、実施例1と同様の手順に従って、負極シートを作製した。なお、この比較例3の負極材料は、VGCFの含有量が0%のものに相当する。
<Comparative Example 3>
First, as a precursor resin material of a carbon active material, “Nicanol NP140” manufactured by Fudou Co., Ltd. was fired under the same firing conditions as in Example 1 in an inert gas atmosphere. The fired xylene resin corresponding to the carbon active material thus obtained was used as the negative electrode material of Comparative Example 3. In addition, a negative electrode sheet was produced according to the same procedure as in Example 1. The negative electrode material of Comparative Example 3 corresponds to a material having a VGCF content of 0%.

<評価>
各実施例、参考例及び比較例で作製した負極シートを用いてリチウムイオン2次電池を作製し、電池性能を評価した。具体的には、2次電池の作製及び評価は次のような手順に従って実施した。
<Evaluation>
Lithium ion secondary batteries were produced using the negative electrode sheets produced in the examples , reference examples and comparative examples, and the battery performance was evaluated. Specifically, the production and evaluation of the secondary battery were performed according to the following procedure.

先ず、各実施例、参考例及び比較例で作製した負極シートを、直径14mmφに打ち抜いた。打ち抜いた負極シートを、ハンドプレス機でプレス処理を行い、これを負極とした。 First, the negative electrode sheets produced in each example , reference example and comparative example were punched out to a diameter of 14 mmφ. The punched negative electrode sheet was pressed with a hand press machine, and this was used as the negative electrode.

次いで、コイン型ケース内に、リチウム金属を入れて圧着させた。電解液として、1モルLiPF/エチレンカーボネートEC:エチルメチルカーボネートEMC(3:7容量比)を用い、この電解液に浸したセパレータをリチウム金属上に置いてガスケットを入れた。 Next, lithium metal was put into a coin-type case and pressed. As the electrolytic solution, 1 mol LiPF 6 / ethylene carbonate EC: ethyl methyl carbonate EMC (3: 7 volume ratio) was used, and a separator immersed in this electrolytic solution was placed on lithium metal and a gasket was put.

次いで、プレス処理後の負極を、リチウム金属と対向するようにセパレータ上に置いた。さらに、スペーサー、ワッシャーを入れた後、ケースに蓋をかぶせてカシメ機で密閉することにより、コイン型のリチウムイオン2次電池(以下、「コインセル」という)を作製した。   Next, the negative electrode after the press treatment was placed on the separator so as to face the lithium metal. Furthermore, after inserting a spacer and a washer, the case was covered with a lid and sealed with a caulking machine to produce a coin-type lithium ion secondary battery (hereinafter referred to as “coin cell”).

作製したコインセルを、充放電装置にセットし、下記の条件に従って充放電試験を実施した。なお、リチウムイオンの炭素中へのIntercalation及びDope反応を充電とし、Deintercalation及びUndope反応を放電とした。
[充放電試験条件]
電流値:30mA/g
充電終止電位:0V、CCCV(定電流定電圧)充電
CV(定電圧)充電時間:50時間
放電終止電位:2.8V、CC(定電流)放電
The produced coin cell was set in a charge / discharge device, and a charge / discharge test was performed according to the following conditions. In addition, the intercalation and the Dope reaction of lithium ions into carbon were set as charging, and the deintercalation and the Undope reaction were discharged.
[Charge / discharge test conditions]
Current value: 30 mA / g
Charge end potential: 0V, CCCV (constant current constant voltage) Charge CV (constant voltage) Charge time: 50 hours Discharge end potential: 2.8V, CC (constant current) discharge

<評価結果>
先ず、炭素活物質としてポリパラフェニレン焼成物を用いるとともに、製造方法1により負極材料を製造した実施例1〜2及び参考例1〜3の評価結果について説明する。
図9は、実施例1〜2、参考例1〜3及び比較例1における負極電位と単位電圧あたりのリチウムイオンの脱離量dQ/dVとの関係を示す図である。図9に示すように、VGCFを添加せずにポリパラフェニレン焼成物そのものを負極に用いた比較例1では、0.2V付近と1V付近に大きなピークが認められ、0.2V付近と1V付近でリチウムイオンが脱離して放出されていた。これに対して、所定量のVGCFをポリパラフェニレン焼成物で被覆する構成からなる負極材料を負極に用いた実施例1〜2及び参考例1〜3では、VGCFの含有量が増加するに従って、上記の比較例1で認められた1V付近のピークが小さくなって消失した。また、比較例1で認められた0.2V付近のピークが、VGCFの含有量が増加するに従って、より低電位側にシフトしていた。
<Evaluation results>
First, the evaluation results of Examples 1-2 and Reference Examples 1-3 in which a negative electrode material was produced by the production method 1 while using a polyparaphenylene fired product as the carbon active material will be described.
FIG. 9 is a graph showing the relationship between the negative electrode potential and the desorption amount dQ / dV of lithium ions per unit voltage in Examples 1-2, Reference Examples 1-3, and Comparative Example 1. As shown in FIG. 9, in Comparative Example 1 in which the fired polyparaphenylene itself was used for the negative electrode without adding VGCF, large peaks were observed around 0.2 V and 1 V, and around 0.2 V and 1 V. Lithium ions were desorbed and released. On the other hand, in Examples 1-2 and Reference Examples 1-3 in which the negative electrode material having a configuration in which a predetermined amount of VGCF is coated with the fired polyparaphenylene is used for the negative electrode, as the content of VGCF increases, The peak near 1 V observed in Comparative Example 1 was reduced and disappeared. Further, the peak near 0.2 V observed in Comparative Example 1 was shifted to the lower potential side as the content of VGCF increased.

図9の結果から、VGCFを1〜20質量%含有するとともに、このVGCFをポリパラフェニレン焼成物で被覆する構成からなる負極材料によれば、吸蔵したリチウムイオンがより低電位で脱離して放出されることが分かった。ひいては、実施例1〜2及び参考例1〜3によれば、放電電位及び負極電位を低下でき、高い平均電圧が得られることが分かった。なお、VGCFの含有量を5〜20質量%とすることにより、1V付近のピークが完全に消失し、より低電位でリチウムイオンを脱離、放出でき、より高い平均電圧が得られることも分かった。 From the results shown in FIG. 9, according to the negative electrode material containing 1 to 20% by mass of VGCF and covering this VGCF with a fired polyparaphenylene, the occluded lithium ions are desorbed and released at a lower potential. I found out that As a result, according to Examples 1-2 and Reference Examples 1-3 , it turned out that a discharge potential and a negative electrode potential can be reduced and a high average voltage is obtained. It is also found that by setting the content of VGCF to 5 to 20% by mass, the peak near 1V disappears completely, lithium ions can be desorbed and released at a lower potential, and a higher average voltage can be obtained. It was.

図10は、参考例1及び3と比較例1及び2における容量と負極電位との関係を示す図である。図10に示すように、VGCFを添加せずにポリパラフェニレン焼成物そのものを負極に用いた比較例1では、負極電位が高い一方で容量は大きく、VGCFを負極に用いた比較例2では、負極電位は低い一方で容量が小さいことが確認された。これに対して、VGCFをポリパラフェニレン焼成物で被覆する構成からなる負極材料を負極に用いた参考例1及び3では、比較例1と比べて、負極電位が低下していた。また、参考例3のようにVGCFの含有量が20質量%になると、VGCFを負極に用いた比較例2とほぼ同等にまで容量が低下していた。 FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the capacity and the negative electrode potential in Reference Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 2. As shown in FIG. 10, in Comparative Example 1 in which the fired polyparaphenylene itself without adding VGCF was used as the negative electrode, the negative electrode potential was high while the capacity was large, and in Comparative Example 2 in which VGCF was used as the negative electrode, It was confirmed that the capacity was small while the negative electrode potential was low. On the other hand, in Reference Examples 1 and 3 in which the negative electrode material having a configuration in which VGCF was coated with a fired polyparaphenylene was used for the negative electrode, the negative electrode potential was lower than that of Comparative Example 1. Further, when the content of VGCF was 20% by mass as in Reference Example 3, the capacity was reduced to almost the same as Comparative Example 2 in which VGCF was used for the negative electrode.

また、図11は、実施例1〜2、参考例1〜3及び比較例1〜2におけるVGCFの含有量と容量との関係を示す図である。図11に示すように、VGCFをポリパラフェニレン焼成物で被覆する構成からなる負極材料を負極に用いた実施例1〜2及び参考例1〜3では、VGCFの含有量が増加するに従い、容量が低下していた。 Moreover, FIG. 11 is a figure which shows the relationship between content of VGCF and capacity | capacitance in Examples 1-2 , Reference Examples 1-3, and Comparative Examples 1-2. As shown in FIG. 11, in Examples 1 to 2 and Reference Examples 1 to 3 in which a negative electrode material composed of VGCF coated with a fired polyparaphenylene was used for the negative electrode, the capacity increased as the content of VGCF increased. Had fallen.

図10及び図11の結果から、VGCFをポリパラフェニレン焼成物で被覆する構成からなる負極材料において、VGCFの含有量を1〜20質量%とすることにより、負極電位を低下でき高い平均電圧が得られるとともに、大きな容量が得られ、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池が得られることが分かった。   From the results of FIGS. 10 and 11, in the negative electrode material having a configuration in which VGCF is coated with the fired polyparaphenylene, by setting the content of VGCF to 1 to 20% by mass, the negative electrode potential can be lowered and a high average voltage is obtained. As a result, it was found that a lithium ion secondary battery having a large capacity and a high energy density was obtained.

なお、炭素活物質としてポリパラフェニレン焼成物を用いるとともに、製造方法3により負極材料を製造した実施例11〜12及び参考例7〜9については、上記の実施例1〜2及び参考例1〜3と同様の評価結果であった。 In addition, about Example 11-12 and Reference Examples 7-9 which manufactured the negative electrode material with the manufacturing method 3 while using a polyparaphenylene baked material as a carbon active material, said Examples 1-2 and Reference Example 1 were mentioned. It was the same evaluation result as -3 .

次に、炭素活物質としてキシレン樹脂焼成物を用いるとともに、製造方法2により負極材料を製造した実施例6〜7及び参考例4〜6の評価結果について説明する。
図12は、実施例6〜7、参考例4〜6及び比較例3における負極電位と単位電圧あたりのリチウムイオンの脱離量dQ/dVとの関係を示す図である。図12に示すように、VGCFを添加せずにキシレン樹脂焼成物そのものを負極に用いた比較例3では、1V付近に大きなピークが認められ、1V付近でリチウムイオンが脱離して放出されていた。これに対して、所定量のVGCFをキシレン樹脂焼成物で被覆する構成からなる負極材料を負極に用いた実施例6〜7及び参考例4〜6では、VGCFの含有量が増加するに従って、上記の比較例3で認められた1V付近のピークが小さくなって消失し、より低電位側にピークがシフトしていた。
Next, the evaluation results of Examples 6 to 7 and Reference Examples 4 to 6 in which the negative electrode material was manufactured by the manufacturing method 2 while using a fired xylene resin as the carbon active material will be described.
FIG. 12 is a graph showing the relationship between the negative electrode potential and the lithium ion desorption amount dQ / dV per unit voltage in Examples 6 to 7, Reference Examples 4 to 6 and Comparative Example 3. As shown in FIG. 12, in Comparative Example 3 in which the baked xylene resin itself was used as the negative electrode without adding VGCF, a large peak was observed near 1V, and lithium ions were desorbed and released near 1V. . On the other hand, in Examples 6 to 7 and Reference Examples 4 to 6 in which the negative electrode material having a configuration in which a predetermined amount of VGCF is coated with a fired xylene resin is used for the negative electrode, the content of VGCF increases as the content of VGCF increases. The peak near 1 V observed in Comparative Example 3 was reduced and disappeared, and the peak was shifted to the lower potential side.

図12の結果から、VGCFを1〜20質量%含有するとともに、このVGCFをキシレン樹脂焼成物で被覆する構成からなる負極材料によれば、吸蔵したリチウムイオンがより低電位で脱離して放出されることが分かった。ひいては、実施例6〜7及び参考例4〜6によれば、放電電位及び負極電位を低下でき、高い平均電圧が得られることが分かった。なお、VGCFの含有量を5〜20質量%、さらには10〜20質量%とすることにより、1V付近のピークがほぼ消失し、より低電位でリチウムイオンを脱離、放出でき、より高い平均電圧が得られることも分かった。 From the results shown in FIG. 12, according to the negative electrode material containing 1 to 20% by mass of VGCF and covering this VGCF with a fired xylene resin, the occluded lithium ions are desorbed and released at a lower potential. I found out. As a result, according to Examples 6-7 and Reference Examples 4-6 , it turned out that a discharge potential and a negative electrode potential can be reduced and a high average voltage is obtained. In addition, by setting the content of VGCF to 5 to 20% by mass, and further to 10 to 20% by mass, the peak near 1V almost disappears, and lithium ions can be desorbed and released at a lower potential. It was also found that voltage could be obtained.

図13は、参考例4及び6と比較例2及び3における容量と負極電位との関係を示す図である。図13に示すように、VGCFを添加せずにキシレン樹脂焼成物そのものを負極に用いた比較例3では、負極電位が高い一方で容量は大きく、VGCFを負極に用いた比較例2では、負極電位は低い一方で容量が小さいことが確認された。これに対して、VGCFをキシレン樹脂焼成物で被覆する構成からなる負極材料を負極に用いた参考例4及び6では、比較例3と比べて、VGCFの含有量が増加するに従って、負極電位が低下していた。また、参考例6のようにVGCFの含有量が20質量%になると、VGCFを負極に用いた比較例2とほぼ同等にまで容量が低下していた。 FIG. 13 is a diagram showing the relationship between the capacity and the negative electrode potential in Reference Examples 4 and 6 and Comparative Examples 2 and 3. As shown in FIG. 13, in Comparative Example 3 in which the baked xylene resin itself was used as the negative electrode without adding VGCF, the negative electrode potential was high but the capacity was large. In Comparative Example 2 in which VGCF was used as the negative electrode, the negative electrode It was confirmed that the capacitance was small while the potential was low. On the other hand, in Reference Examples 4 and 6 in which the negative electrode material formed by coating VGCF with a fired xylene resin was used for the negative electrode, the negative electrode potential increased as the content of VGCF increased compared to Comparative Example 3. It was falling. Further, when the content of VGCF was 20% by mass as in Reference Example 6, the capacity was reduced to almost the same as Comparative Example 2 in which VGCF was used for the negative electrode.

図13の結果から、VGCFをキシレン樹脂焼成物で被覆する構成からなる負極材料において、VGCFの含有量を1〜20質量%とすることにより、負極電位を低下でき高い平均電圧が得られるとともに、大きな容量が得られ、高いエネルギ密度を有するリチウムイオン2次電池が得られることが分かった。   From the result of FIG. 13, in the negative electrode material composed of VGCF coated with a fired xylene resin, by setting the content of VGCF to 1 to 20% by mass, the negative electrode potential can be lowered and a high average voltage can be obtained. It has been found that a lithium ion secondary battery having a large capacity and a high energy density can be obtained.

なお、炭素活物質としてキシレン樹脂焼成物を用いるとともに、製造方法3により負極材料を製造した実施例16〜17及び参考例10〜12については、上記の実施例6〜7及び参考例4〜6と同様の評価結果であった。 In addition, about Example 16-17 and Reference Examples 10-12 which used the xylene resin baked material as a carbon active material, and manufactured the negative electrode material with the manufacturing method 3, said Examples 6-7 and Reference Examples 4-6 It was the same evaluation result.

Claims (4)

導電性炭素と、当該導電性炭素を被覆しかつリチウムイオンを吸蔵放出する炭素活物質と、を含み、
前記炭素活物質は、前記導電性炭素よりも結晶化度が低い、ポリパラフェニレンの焼成物またはキシレン樹脂の焼成物であり、
前記導電性炭素は、気相成長炭素繊維であり、
前記導電性炭素の含有量は、負極材料全体に対して1〜質量%であることを特徴とするリチウムイオン2次電池用負極材料。
A conductive carbon, and a carbon active material that covers the conductive carbon and absorbs and releases lithium ions,
The carbon active material, the conductive crystallinity than carbon has a low, a fired product of the burned material or xylene resin polyparaphenylene,
The conductive carbon is vapor grown carbon fiber,
Content of the said conductive carbon is 1-3 mass% with respect to the whole negative electrode material, The negative electrode material for lithium ion secondary batteries characterized by the above-mentioned.
請求項記載のリチウムイオン2次電池用負極材料の製造方法であって、
前記炭素活物質の原材料中に前記導電性炭素を添加し、前記導電性炭素の存在下で前記炭素活物質の前駆体樹脂を合成する工程と、
前記前駆体樹脂を焼成することにより、前記導電性炭素を被覆する前記炭素活物質を得る工程と、を有することを特徴とするリチウムイオン2次電池用負極材料の製造方法。
It is a manufacturing method of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries of Claim 1 ,
Adding the conductive carbon to the raw material of the carbon active material, and synthesizing a precursor resin of the carbon active material in the presence of the conductive carbon;
And a step of obtaining the carbon active material covering the conductive carbon by firing the precursor resin. A method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery.
請求項記載のリチウムイオン2次電池用負極材料の製造方法であって、
前記炭素活物質の前駆体樹脂と前記導電性炭素とを混合する工程と、
前記工程で得られた混合物を焼成することにより、前記導電性炭素を被覆する前記炭素活物質を得る工程と、を有することを特徴とするリチウムイオン2次電池用負極材料の製造方法。
It is a manufacturing method of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries of Claim 1 ,
Mixing the precursor resin of the carbon active material and the conductive carbon;
And baking the mixture obtained in the step to obtain the carbon active material covering the conductive carbon. The method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, comprising:
請求項記載のリチウムイオン2次電池用負極材料の製造方法であって、
前記炭素活物質の前駆体樹脂を焼成することにより、前記炭素活物質を得る工程と、
前記炭素活物質に前記導電性炭素を添加して粉砕及び混合することにより、前記導電性炭素を被覆する前記炭素活物質を得る工程と、を有することを特徴とするリチウムイオン2次電池用負極材料の製造方法。
It is a manufacturing method of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries of Claim 1 ,
Firing the carbon active material precursor resin to obtain the carbon active material;
And a step of obtaining the carbon active material covering the conductive carbon by adding the conductive carbon to the carbon active material and pulverizing and mixing the negative electrode for a lithium ion secondary battery. Material manufacturing method.
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