JP5671773B2 - Lithium ion secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池に関するものであり、更に詳細には、特定の非水系電解液と特定の負極活物質とを用いたリチウムイオン二次電池に関するものである。   The present invention relates to a lithium ion secondary battery, and more particularly, to a lithium ion secondary battery using a specific non-aqueous electrolyte and a specific negative electrode active material.

情報関連機器、通信機器の分野では、パソコン、ビデオカメラ、携帯電話等の小型化に伴い、これらの機器に用いる電源として、高エネルギー密度であるという点から、リチウムイオン二次電池が実用化され広く普及するに至っている。   In the field of information-related equipment and communication equipment, along with the downsizing of personal computers, video cameras, mobile phones, etc., lithium-ion secondary batteries have been put to practical use because of their high energy density as the power source used for these equipment. It has become widespread.

近年では、上記の分野に加えて、自動車の分野においても、特に、環境問題、資源問題を背景に開発が急がれている電気自動車用の電源としての利用を中心に、リチウムイオン二次電池が検討されている。   In recent years, in addition to the above fields, in the field of automobiles, lithium ion secondary batteries have been developed mainly for use as power sources for electric vehicles, which are urgently developed against the background of environmental and resource problems. Is being considered.

リチウムイオン二次電池のうち、金属リチウムを負極とする二次電池は、高容量化を達成できる電池として古くから盛んに研究が行われている。しかし、これらの電池には、金属リチウムが充放電の繰り返しによりデンドライト状に成長し、最終的に正極に達して電池内部において短絡が生じてしまうという問題があり、この問題は金属リチウムイオン二次電池を実用化する際の最大の技術的な課題となっている。   Among lithium ion secondary batteries, secondary batteries using metallic lithium as a negative electrode have been actively studied since long ago as batteries capable of achieving high capacity. However, these batteries have a problem that metallic lithium grows in a dendrite shape due to repeated charge and discharge, eventually reaches the positive electrode and causes a short circuit inside the battery. This is the biggest technical challenge when putting batteries into practical use.

そこで負極に、例えばコークス、人造黒鉛、天然黒鉛等のリチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能な炭素質材料を用いた非水系電解液二次電池が提案されている。このような非水系電解液二次電池では、リチウムが金属状態で存在しないためデンドライトの形成が抑制され、電池寿命と安全性を向上することができる。特に、人造黒鉛や天然黒鉛等の黒鉛系炭素質材料は、単位体積当たりのエネルギー密度を向上させることができる材料として期待されている。   Therefore, a nonaqueous electrolyte secondary battery using a carbonaceous material capable of inserting and extracting lithium ions such as coke, artificial graphite, and natural graphite has been proposed for the negative electrode. In such a non-aqueous electrolyte secondary battery, since lithium does not exist in a metal state, formation of dendrites is suppressed, and battery life and safety can be improved. In particular, graphite-based carbonaceous materials such as artificial graphite and natural graphite are expected as materials capable of improving the energy density per unit volume.

しかしながら、黒鉛系の種々の電極材料を単独で、あるいはリチウムを吸蔵及び放出することが可能な他の負極材料と混合して負極とした非水系電解液二次電池に、リチウム一次電池で一般に好んで使用されるプロピレンカーボネートを主溶媒とする非水系電解液を用いると、黒鉛電極表面で溶媒の分解反応が激しく進行し、黒鉛電極へのスムーズなリチウムの吸蔵及び放出が不可能になる。一方、エチレンカーボネートはこのような分解が少ないことから、非水系電解液二次電池の電解液の主溶媒として多用されているが、エチレンカーボネートを主溶媒としても、充放電過程において、電極表面で電解液が分解するために充放電効率やサイクル特性の低下を招くといった問題がある。   However, lithium primary batteries are generally preferred as non-aqueous electrolyte secondary batteries using various graphite-based electrode materials alone or mixed with other negative electrode materials capable of occluding and releasing lithium as negative electrodes. When a non-aqueous electrolyte containing propylene carbonate used as a main solvent is used, the decomposition reaction of the solvent proceeds vigorously on the surface of the graphite electrode, making it impossible to smoothly occlude and release lithium into the graphite electrode. On the other hand, ethylene carbonate is often used as the main solvent of the electrolyte of non-aqueous electrolyte secondary batteries because of such a small amount of decomposition. However, even when ethylene carbonate is used as the main solvent, the surface of the electrode is charged and discharged. Since the electrolytic solution is decomposed, there is a problem in that charge / discharge efficiency and cycle characteristics are deteriorated.

更に電気自動車用電源としてリチウムイオン二次電池を使用する場合、屋外での使用時に、低温状態で保管された車載されたリチウムイオン二次電池も低温になることが想定される。現在、自動車の始動直後の低温時では、電池の出力が常温時より低下し、十分な性能が発揮できない問題があり、この低出力状態から高出力状態まで回復するのに要する時間が短いことも重要な性能となる。   Further, when a lithium ion secondary battery is used as a power source for an electric vehicle, it is assumed that a lithium ion secondary battery mounted on the vehicle stored in a low temperature state also becomes low temperature when used outdoors. Currently, there is a problem that the battery output is lower than at normal temperature at the low temperature immediately after the start of the car, and sufficient performance cannot be demonstrated, and the time required to recover from this low output state to the high output state is also short. It becomes important performance.

そこでこれまで、リチウムイオン二次電池の入出力特性を改善するための手段として、正極や負極の活物質を始めとする様々な電池の構成要素について、数多くの技術が検討されている。   Thus, as a means for improving the input / output characteristics of a lithium ion secondary battery, many techniques have been studied for various battery components including positive and negative active materials.

負極活物質に関する技術としては、特許文献1に、電極の性能を改善するために、黒鉛粒子内部が高結晶でかつ板状をしている黒鉛粒子の厚み方向が比較的厚いこと、また粒子表面に近い部分特にベーサル面が荒れている(ベーサル面にクラックや折り曲がりを有し結晶のエッジ部が露出した粒子にする)ことによりエッジ部の存在比率の高くなっている黒鉛粒子を用いることで、リチウムイオンの出入りできる部分の量を増加させ、更には黒鉛粒子形状がより球状に近く充填性が高い炭素材料を用いることで粒子のより等方的な配置すなわちエッジ部分の等方的な配置を高めることで、高容量急速充放電性、サイクル特性の優れた電極が得られるという記載がある。しかし、この方法でも低温状態からの出力の回復の早さは十分とはいえなかった。   As a technique related to the negative electrode active material, Patent Document 1 discloses that, in order to improve the performance of the electrode, the graphite particles inside are highly crystalline and plate-shaped, and the thickness direction of the graphite particles is relatively thick. By using graphite particles with a high abundance ratio of the edge portion by making the basal surface rough, especially the basal surface is rough (because the basal surface has cracks and bends and the edge portion of the crystal is exposed) , Increase the amount of lithium ions that can enter and exit, and further use a carbon material with a more spherical graphite particle shape and a higher filling property to make particles more isotropic, that is, isotropic arrangement of edges There is a description that an electrode excellent in high-capacity rapid charge / discharge characteristics and cycle characteristics can be obtained by increasing the A However, even with this method, the recovery of the output from the low temperature state is not fast enough.

非水系電解液に関する技術としては、特許文献2に、非水系電解液二次電池において、非水系電解液にモノフルオロリン酸リチウムやジフルオロリン酸リチウムを添加すると、電極界面に良質な被膜が形成されることにより電解液の分解が抑制されて、保存特性が向上した電池が得られることが記載されている。   As a technique related to the non-aqueous electrolyte solution, Patent Document 2 discloses that in a non-aqueous electrolyte secondary battery, when lithium monofluorophosphate or lithium difluorophosphate is added to the non-aqueous electrolyte solution, a good film is formed at the electrode interface. As a result, it is described that the decomposition of the electrolytic solution is suppressed and a battery having improved storage characteristics can be obtained.

しかしながら、これらの方法でも、低温状態からの出力の回復の早さは十分とは言えなかった。
特開2000−340232号公報 特開平11−067270号公報
However, even with these methods, the recovery of the output from the low temperature state is not fast enough.
JP 2000-340232 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-067270

本発明は、かかる背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、低温時の低出力状態からの出力の回復が早いリチウムイオン二次電池を提供することにある。   This invention is made | formed in view of this background art, The subject is providing the lithium ion secondary battery with which the recovery | restoration of the output from the low output state at the time of low temperature is quick.

本発明者は、上記課題に鑑み鋭意研究した結果、低温からの早期出力回復については、負極活物質の熱伝導性が重要であると考えられ、その因子として負極活物質の充填性、すなわち円形度が高く、また、同時に結晶性が高く、同時にラマンR値が高いことが重要であると導いた。更に、同時に非水系電解液中に特定の化合物を含有させ、かつ、特定の物性を有する黒鉛質炭素粒子を用いることにより、低温時の低出力状態からの出力の回復が早くなることを見出し、本発明を完成した。   As a result of diligent research in view of the above problems, the present inventor considered that the thermal conductivity of the negative electrode active material is important for early output recovery from a low temperature, and the negative electrode active material filling property, that is, circularity as the factor. It was found that it is important that the degree of heat treatment is high, the crystallinity is high, and the Raman R value is high at the same time. Furthermore, by simultaneously containing a specific compound in the non-aqueous electrolyte solution and using graphitic carbon particles having specific physical properties, it has been found that output recovery from a low output state at low temperatures is accelerated, The present invention has been completed.

すなわち本発明は、非水溶媒とリチウム塩を含有する非水系電解液、正極活物質及び負極活物質を有するリチウムイオン二次電池であって、該非水系電解液が、一般式(1)で表される環状シロキサン化合物、一般式(2)で表されるフルオロシラン化合物、一般式(3)で表される化合物、分子内にS−F結合を有する化合物、硝酸塩、亜硝酸塩、モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩、酢酸塩及びプロピオン酸塩からなる群より選ばれた少なくとも1種以上の化合物を、非水系電解液全体中に10ppm以上含有するものであり、かつ、該負極活物質が、円形度0.85以上であり、広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.337nm未満であり、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトル法における1580cm-1のピーク強度に対する1360cm-1のピーク強度の比として定義されるラマンR値が0.12以上0.8以下である黒鉛質炭素粒子を含有するものであることを特徴とするリチウムイオン二次電池を提供するものである。

Figure 0005671773
[一般式(1)中、R及びRは互いに同一であっても異なっていてもよい炭素数1〜12の有機基を表し、nは3〜10の整数を表す。]
Figure 0005671773
[一般式(2)中、R〜Rは互いに同一であっても異なっていてもよい炭素数1〜12の有機基を表し、xは1〜3の整数を表し、p、q及びrはそれぞれ0〜3の整数を表し、1≦p+q+r≦3である。]
Figure 0005671773
[一般式(3)中、R〜Rは互いに同一であっても異なっていてもよい炭素数1〜12の有機基を表し、AはH、C、N、O、F、S、Si及び/又はPから構成される基を表す。] That is, the present invention is a lithium ion secondary battery having a nonaqueous electrolyte solution containing a nonaqueous solvent and a lithium salt, a positive electrode active material, and a negative electrode active material, and the nonaqueous electrolyte solution is represented by the general formula (1). Cyclic siloxane compound represented by formula (2), compound represented by formula (3), compound having SF bond in molecule, nitrate, nitrite, monofluorophosphoric acid And at least one compound selected from the group consisting of a salt, a difluorophosphate, an acetate and a propionate in an amount of 10 ppm or more in the whole non-aqueous electrolyte, and the negative electrode active material is The circularity is 0.85 or more, and the (002) plane spacing (d002) by the wide-angle X-ray diffraction method is less than 0.337 nm, which is 15 in the argon ion laser Raman spectrum method. Lithium ions Raman R value, defined as the ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 to the peak intensity of the 0 cm -1 is characterized in that containing graphitic carbon particles is 0.12 to 0.8 A secondary battery is provided.
Figure 0005671773
[In General Formula (1), R 1 and R 2 represent the same or different organic group having 1 to 12 carbon atoms, and n represents an integer of 3 to 10. ]
Figure 0005671773
[In General Formula (2), R 3 to R 5 represent an organic group having 1 to 12 carbon atoms which may be the same or different from each other, x represents an integer of 1 to 3, p, q and Each r represents an integer of 0 to 3, and 1 ≦ p + q + r ≦ 3. ]
Figure 0005671773
[In General Formula (3), R 6 to R 8 represent an organic group having 1 to 12 carbon atoms which may be the same as or different from each other, and A represents H, C, N, O, F, S, Represents a group composed of Si and / or P; ]

本発明によれば、低温時の低出力状態からの出力の回復が早いリチウムイオン二次電池を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the recovery | restoration of the output from the low output state at the time of low temperature can be provided quickly.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明するが、以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はこれらの具体的内容に限定はされず、その要旨の範囲内で種々変形して実施することができる。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. However, the description of the constituent elements described below is an example (representative example) of an embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these specific contents. However, various modifications can be made within the scope of the gist.

<非水系電解液>
本発明のリチウムイオン二次電池に用いられる非水系電解液は、リチウム塩及びこれを溶解する非水溶媒を含有する。
[リチウム塩]
リチウム塩としては、リチウムイオン二次電池用非水系電解液の電解質として用い得ることが知られているリチウム塩であれば特に制限はないが、例えば次のものが挙げられる。
<Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte used in the lithium ion secondary battery of the present invention contains a lithium salt and a non-aqueous solvent that dissolves the lithium salt.
[Lithium salt]
The lithium salt is not particularly limited as long as it is known to be used as an electrolyte of a non-aqueous electrolyte solution for a lithium ion secondary battery, and examples thereof include the following.

無機リチウム塩:
LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6等の無機フッ化物塩;LiClO4、LiBrO4、LiIO4等の過ハロゲン酸塩;LiAlCl4等の無機塩化物塩等。
含フッ素有機リチウム塩:
LiCF3SO3等のパーフルオロアルカンスルホン酸塩;LiN(CF3SO22、LiN(CF3CF2SO22、LiN(CF3SO2)(C49SO2)等のパーフルオロアルカンスルホニルイミド塩;LiC(CF3SO23等のパーフルオロアルカンスルホニルメチド塩;Li[PF5(CF2CF2CF3)]、Li[PF4(CF2CF2CF32]、Li[PF3(CF2CF2CF33]、Li[PF5(CF2CF2CF2CF3)]、Li[PF4(CF2CF2CF2CF32]、Li[PF3(CF2CF2CF2CF33]等のフルオロアルキルフッ化リン酸塩等。
オキサラトボレート塩:
リチウムジフルオロオキサラトボレート、リチウムビス(オキサラト)ボレート等。
Inorganic lithium salt:
Inorganic fluoride salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiSbF 6 ; perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 , LiIO 4 ; inorganic chloride salts such as LiAlCl 4 .
Fluorine-containing organic lithium salt:
Perfluoroalkane sulfonates such as 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 SO 2 ), etc. Perfluoroalkanesulfonylimide salt; Perfluoroalkanesulfonylmethide salt such as LiC (CF 3 SO 2 ) 3 ; Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 (CF 2 CF 2 CF 3) 2 ], Li [PF 3 (CF 2 CF 2 CF 3 ) 3 ], Li [PF 5 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 )], Li [PF 4 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 ) 2 ], Fluoroalkyl fluorophosphates such as Li [PF 3 (CF 2 CF 2 CF 2 CF 3 ) 3 ].
Oxalatoborate salt:
Lithium difluorooxalatoborate, lithium bis (oxalato) borate and the like.

これらは、1種を単独で使用しても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。これらのなかでも、非水溶媒に対する溶解性、二次電池とした場合の充放電特性、出力特性、サイクル特性等を総合的に判断すると、LiPF6、LiBF4等が好ましく、LiPF6が特に好ましい。 These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios. Among these, LiPF 6 , LiBF 4 and the like are preferable, and LiPF 6 is particularly preferable when comprehensively judging the solubility in the non-aqueous solvent, the charge / discharge characteristics in the case of the secondary battery, the output characteristics, the cycle characteristics, and the like. .

非水系電解液中の上記リチウム塩の濃度は、特に制限はないが、通常0.3mol/L以上、好ましくは0.6mol/L以上、より好ましくは0.7mol/L以上である。また、その上限は、通常2mol/L以下、好ましくは1.8mol/L以下、より好ましくは1.7mol/L以下である。濃度が低すぎると、非水系電解液の電気伝導率が不十分の場合があり、一方、濃度が高すぎると、粘度上昇のため電気伝導度が低下する場合があり、リチウムイオン二次電池の性能が低下する場合がある。   The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolytic solution is not particularly limited, but is usually 0.3 mol / L or more, preferably 0.6 mol / L or more, more preferably 0.7 mol / L or more. Moreover, the upper limit is 2 mol / L or less normally, Preferably it is 1.8 mol / L or less, More preferably, it is 1.7 mol / L or less. If the concentration is too low, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte may be insufficient. On the other hand, if the concentration is too high, the electrical conductivity may decrease due to an increase in viscosity. Performance may be degraded.

非水系電解液中には、リチウム塩として、含フッ素リチウム塩を含有することが好ましく、非水系電解液中の含フッ素リチウム塩の濃度は、特に制限はないが、0.5mol/L以上が好ましく、特に好ましくは0.7mol/L以上である。また、その上限は、2mol/L以下が好ましく、1.7mol/L以下が特に好ましい。濃度が低すぎると、非水系電解液の電気伝導率が不十分となる場合があり、一方、濃度が高すぎると、粘度上昇のため電気伝導度が低下して、リチウムイオン二次電池の性能が低下する場合がある。   The non-aqueous electrolyte preferably contains a fluorine-containing lithium salt as the lithium salt, and the concentration of the fluorine-containing lithium salt in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, but is 0.5 mol / L or more. The amount is particularly preferably 0.7 mol / L or more. Moreover, the upper limit is preferably 2 mol / L or less, particularly preferably 1.7 mol / L or less. If the concentration is too low, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte solution may be insufficient. On the other hand, if the concentration is too high, the electrical conductivity decreases due to an increase in viscosity, and the performance of the lithium ion secondary battery May decrease.

リチウム塩は、1種を単独で使用しても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良いが、リチウム塩を2種以上併用する場合の好ましい一例は、LiPF6とLiBF4との併用であり、この場合には、両者の合計に占めるLiBF4の割合が、0.01質量%以上、20質量%以下であることが特に好ましく、0.1質量%以上、5質量%以下であるのが更に好ましい。また、他の好ましい一例は、無機フッ化物塩とパーフルオロアルカンスルホニルイミド塩との併用であり、この場合には、両者の合計に占める無機フッ化物塩の割合は、70質量%以上、99質量%以下であることが特に好ましく、80質量%以上、98質量%以下であることがより更に好ましい。この両者の併用は、高温保存による劣化を抑制する効果がある。 Lithium salts may be used singly or in combination of two or more in any combination and ratio. Preferred examples when two or more lithium salts are used are LiPF 6 and LiBF 4. In this case, the proportion of LiBF 4 in the total of both is particularly preferably 0.01% by mass or more and 20% by mass or less, more preferably 0.1% by mass or more and 5% by mass. More preferably, it is as follows. Another preferred example is the combined use of an inorganic fluoride salt and a perfluoroalkanesulfonylimide salt. In this case, the proportion of the inorganic fluoride salt in the total of both is 70% by mass or more and 99% by mass. % Or less, particularly preferably 80% by mass or more and 98% by mass or less. The combined use of both has the effect of suppressing deterioration due to high temperature storage.

[非水溶媒]
非水溶媒としても従来から非水系電解液の溶媒として提案されているものの中から、適宜選択して用いることができる。例えば、次のものが挙げられる。
1)環状カーボネート:
環状カーボネートを構成するアルキレン基の炭素数は2〜6が好ましく、特に好ましくは2〜4である。具体的には例えば、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が挙げられる。中でも、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが好ましい。
2)鎖状カーボネート:
鎖状カーボネートとしては、ジアルキルカーボネートが好ましく、構成するアルキル基の炭素数は、それぞれ、1〜5が好ましく、特に好ましくは1〜4である。具体的には例えば、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジ−n−プロピルカーボネート対称鎖状カーボネート類;エチルメチルカーボネート、メチル−n−プロピルカーボネート、エチル−n−プロピルカーボネート等の非対称鎖状カーボネート類等のジアルキルカーボネートが挙げられる。中でも、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートが好ましい。
3)環状エステル:
具体的には例えば、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等が挙げられる。
4)鎖状エステル:
具体的には例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、プロピオン酸メチル等が挙げられる。
5)環状エーテル:
具体的には例えば、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン等が挙げられる。
6)鎖状エーテル:
具体的には例えば、ジメトキシエタン、ジメトキシメタン等が挙げられる。
7)含硫黄有機溶媒:
具体的には例えば、スルフォラン、ジエチルスルホン等が挙げられる。
[Nonaqueous solvent]
As the non-aqueous solvent, it can be appropriately selected from those conventionally proposed as solvents for non-aqueous electrolyte solutions. For example, the following are mentioned.
1) Cyclic carbonate:
As for carbon number of the alkylene group which comprises a cyclic carbonate, 2-6 are preferable, Most preferably, it is 2-4. Specific examples include ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and the like. Of these, ethylene carbonate and propylene carbonate are preferable.
2) Chain carbonate:
As the chain carbonate, dialkyl carbonate is preferable, and the number of carbon atoms of the alkyl group is preferably 1 to 5, and particularly preferably 1 to 4, respectively. Specifically, for example, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, di-n-propyl carbonate symmetrical chain carbonates; asymmetric chain carbonates such as ethyl methyl carbonate, methyl-n-propyl carbonate, ethyl-n-propyl carbonate, etc. A dialkyl carbonate is mentioned. Of these, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate are preferable.
3) Cyclic ester:
Specific examples include γ-butyrolactone and γ-valerolactone.
4) Chain ester:
Specific examples include methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, and methyl propionate.
5) Cyclic ether:
Specific examples include tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydropyran and the like.
6) Chain ether:
Specific examples include dimethoxyethane and dimethoxymethane.
7) Sulfur-containing organic solvent:
Specific examples include sulfolane and diethylsulfone.

これらは単独で用いても、2種類以上を併用してもよいが、2種以上の化合物を併用するのが好ましい。例えば、環状カーボネート類や環状エステル類等の高誘電率溶媒と、鎖状カーボネート類や鎖状エステル類等の低粘度溶媒とを併用するのが好ましい。   These may be used alone or in combination of two or more, but it is preferable to use in combination of two or more. For example, it is preferable to use a high dielectric constant solvent such as cyclic carbonates and cyclic esters in combination with a low viscosity solvent such as chain carbonates and chain esters.

非水溶媒の好ましい組合せの一つは、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類を主体とする組合せである。なかでも、非水溶媒に占める環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との合計が、85容量%以上、好ましくは90容量%以上、より好ましくは95容量%以上である。また、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類との合計に対する環状カーボネート類の容量が5%以上、好ましくは10%以上、より好ましくは15%以上であり、通常50%以下、好ましくは35%以下、より好ましくは30%以下のものである。非水溶媒全体に占めるカーボネート類の合計の上記好ましい容量範囲と、環状及び鎖状カーボネート類に対する環状カーボネート類の好ましい上記容量範囲は、組み合わされていることが特に好ましい。   One preferred combination of non-aqueous solvents is a combination mainly composed of cyclic carbonates and chain carbonates. Among them, the total of the cyclic carbonates and the chain carbonates in the nonaqueous solvent is 85% by volume or more, preferably 90% by volume or more, and more preferably 95% by volume or more. Further, the capacity of the cyclic carbonate with respect to the total of the cyclic carbonate and the chain carbonate is 5% or more, preferably 10% or more, more preferably 15% or more, usually 50% or less, preferably 35% or less, More preferably, it is 30% or less. It is particularly preferred that the above preferred volume range of the total amount of carbonates occupying the entire non-aqueous solvent is combined with the preferred above volume range of cyclic carbonates relative to cyclic and chain carbonates.

環状カーボネート類と鎖状カーボネート類の好ましい組み合わせの具体例としては、エチレンカーボネートとジメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート等が挙げられる。これらのエチレンカーボネートと鎖状カーボネート類との組み合わせに、更にプロピレンカーボネートを加えた組み合わせも、好ましい組み合わせとして挙げられる。プロピレンカーボネートを含有する場合には、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの容量比は、99:1〜40:60が好ましく、特に好ましくは95:5〜50:50である。   Specific examples of preferred combinations of cyclic carbonates and chain carbonates include ethylene carbonate and dimethyl carbonate, ethylene carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate and diethyl carbonate, ethylene carbonate and dimethyl carbonate And ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate. A combination in which propylene carbonate is further added to the combination of these ethylene carbonates and chain carbonates is also a preferable combination. In the case of containing propylene carbonate, the volume ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is preferably 99: 1 to 40:60, particularly preferably 95: 5 to 50:50.

これらの中で、非対称鎖状カーボネート類を含有するものが更に好ましく、特に、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネート、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとジエチルカーボネートとエチルメチルカーボネートといったエチレンカーボネートと対称鎖状カーボネート類と非対称鎖状カーボネート類を含有するものが、サイクル特性と大電流放電特性のバランスが良いので好ましい。中でも、非対称鎖状カーボネート類がエチルメチルカーボネートであるものが好ましく、また、ジアルキルカーボネートを構成するアルキル基の炭素数は1〜2が好ましい。   Among these, those containing asymmetric chain carbonates are more preferable, particularly ethylene carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate and ethyl methyl carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate and ethyl. Those containing ethylene carbonate such as methyl carbonate, symmetric chain carbonates, and asymmetric chain carbonates are preferred because of a good balance between cycle characteristics and large current discharge characteristics. Among these, those in which the asymmetric chain carbonate is ethyl methyl carbonate are preferable, and the alkyl group constituting the dialkyl carbonate preferably has 1 to 2 carbon atoms.

好ましい非水溶媒の他の例は、鎖状エステルを含有するものである。特に、上記、環状カーボネート類と鎖状カーボネート類の混合溶媒に、鎖状エステルを含有するものが、電池の低温特性向上の観点から好ましく、鎖状エステルとしては,酢酸メチル、酢酸エチルが、特に好ましい。非水溶媒に占める鎖状エステルの容量は、通常5%以上、好ましくは8%以上、より好ましくは15%以上であり、通常50%以下、好ましくは35%以下、より好ましくは30%以下、更に好ましくは25%以下である。   Other examples of preferred non-aqueous solvents are those containing chain esters. In particular, those containing a chain ester in the mixed solvent of cyclic carbonates and chain carbonates are preferable from the viewpoint of improving the low-temperature characteristics of the battery. Examples of the chain esters include methyl acetate and ethyl acetate. preferable. The capacity of the chain ester in the non-aqueous solvent is usually 5% or more, preferably 8% or more, more preferably 15% or more, usually 50% or less, preferably 35% or less, more preferably 30% or less, More preferably, it is 25% or less.

他の好ましい非水溶媒の例は、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブチロラクトン及びγ−バレロラクトンよりなる群から選ばれた1種の有機溶媒、又は該群から選ばれた2以上の有機溶媒からなる混合溶媒を全体の60容量%以上を占めるものである。こうした混合溶媒は、引火点が50℃以上であるものが好ましく、中でも70℃以上であるものが特に好ましい。この溶媒を用いた非水系電解液は、高温で使用しても溶媒の蒸発や液漏れが少なくなる。中でも、非水溶媒に占めるγ−ブチロラクトンの量が60容量%以上であるものや、非水溶媒に占めるエチレンカーボネートとγ−ブチロラクトンとの合計が、80容量%以上、好ましくは90容量%以上であり、かつエチレンカーボネートとγ−ブチロラクトンとの容量比が5:95〜45:55であるもの、又は非水溶媒に占めるエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートとの合計が、80容量%以上、好ましくは90容量%以上であり、かつエチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの容量比が30:70〜60:40であるものを用いると、一般にサイクル特性と大電流放電特性等のバランスがよくなる。   Examples of other preferable non-aqueous solvents include one organic solvent selected from the group consisting of ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone and γ-valerolactone, or two or more organic solvents selected from the group. The mixed solvent becomes 60% by volume or more of the whole. Such a mixed solvent preferably has a flash point of 50 ° C. or higher, and particularly preferably has a flash point of 70 ° C. or higher. A non-aqueous electrolyte using this solvent reduces evaporation of the solvent and leakage even when used at high temperatures. Among them, the amount of γ-butyrolactone in the nonaqueous solvent is 60% by volume or more, and the total of ethylene carbonate and γ-butyrolactone in the nonaqueous solvent is 80% by volume or more, preferably 90% by volume or more. And the volume ratio of ethylene carbonate to γ-butyrolactone is 5:95 to 45:55, or the total of ethylene carbonate and propylene carbonate in the non-aqueous solvent is 80% by volume or more, preferably 90% When the ratio of ethylene carbonate to propylene carbonate is 30:70 to 60:40, the balance between cycle characteristics and large current discharge characteristics is generally improved.

[特定化合物]
本発明のリチウムイオン二次電池に用いられる非水系電解液は、一般式(1)で表される環状シロキサン化合物、一般式(2)で表されるフルオロシラン化合物、一般式(3)で表される化合物、分子内にS−F結合を有する化合物、硝酸塩、亜硝酸塩、モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩、酢酸塩及びプロピオン酸塩からなる群より選ばれた少なくとも1種以上の化合物(以下、これらを「特定化合物」と略記することがある)を、10ppm以上含有することが必須である。
[Specific compounds]
The non-aqueous electrolyte used for the lithium ion secondary battery of the present invention is represented by the cyclic siloxane compound represented by the general formula (1), the fluorosilane compound represented by the general formula (2), and the general formula (3). A compound having an SF bond in the molecule, at least one compound selected from the group consisting of nitrate, nitrite, monofluorophosphate, difluorophosphate, acetate, and propionate (Hereinafter, these may be abbreviated as “specific compounds”) 10 ppm or more is essential.

かかる特定化合物が含有された非水系電解液と、負極活物質として後述する特定の物性を有する黒鉛系炭素粒子とを組み合わせることによって、低温時の低出力状態からの出力の回復が早いリチウムイオン二次電池を提供することができる。   By combining a non-aqueous electrolyte containing such a specific compound with graphite-based carbon particles having specific physical properties, which will be described later, as a negative electrode active material, the recovery of the output from a low output state at low temperatures is quick. A secondary battery can be provided.

[[一般式(1)で表される環状シロキサン化合物]]
一般式(1)で表される環状シロキサン化合物におけるR及びRは互いに同一であっても異なっていてもよい炭素数1〜12の有機基であるが、R及びRとしては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、sec−ブチル基、t−ブチル基等の鎖状アルキル基;シクロヘキシル基、ノルボルニル基等の環状アルキル基;ビニル基、1−プロペニル基、アリル基、ブテニル基、1,3−ブタジエニル基等のアルケニル基;エチニル基、プロピニル基、ブチニル基等のアルキニル基;トリフルオロメチル基等のハロゲン化アルキル基;3−ピロリジノプロピル基等の飽和複素環基を有するアルキル基;アルキル置換基を有していてもよいフェニル基等のアリール基;フェニルメチル基、フェニルエチル基等のアラルキル基;トリメチルシリル基等のトリアルキルシリル基;トリメチルシロキシ基等のトリアルキルシロキシ基等が挙げられる。
[[Cyclic Siloxane Compound Represented by General Formula (1)]]
R 1 and although R 2 are identical there may be different even if an organic group having 1 to 12 carbon atoms with each other, as R 1 and R 2 in the general formula (1) cyclic siloxane compound represented by, Chain alkyl groups such as methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, butyl group, isobutyl group, sec-butyl group and t-butyl group; cyclic alkyl groups such as cyclohexyl group and norbornyl group; vinyl group, Alkenyl groups such as 1-propenyl group, allyl group, butenyl group, 1,3-butadienyl group; alkynyl groups such as ethynyl group, propynyl group, butynyl group; halogenated alkyl groups such as trifluoromethyl group; 3-pyrrolidino An alkyl group having a saturated heterocyclic group such as a propyl group; an aryl group such as a phenyl group optionally having an alkyl substituent; a phenylmethyl group; Examples thereof include aralkyl groups such as nylethyl group; trialkylsilyl groups such as trimethylsilyl group; trialkylsiloxy groups such as trimethylsiloxy group.

中でも、炭素数が少ないものの方が特性が発現しやすく、炭素数1〜6の有機基が好ましい。また、アルケニル基は非水系電解液や電極表面の被膜に作用して入出力特性を向上させ、アリール基は充放電時に電池内で発生するラジカルを捕捉して電池性能全般を向上させる作用を有するので好ましい。従って、R及びRとしては、メチル基、ビニル基又はフェニル基が特に好ましい。 Among them, those having a smaller number of carbon atoms are more likely to exhibit characteristics, and organic groups having 1 to 6 carbon atoms are preferable. Alkenyl groups act on non-aqueous electrolytes and coatings on electrode surfaces to improve input / output characteristics, and aryl groups have the effect of capturing radicals generated in the battery during charge and discharge to improve overall battery performance. Therefore, it is preferable. Accordingly, R 1 and R 2 are particularly preferably a methyl group, a vinyl group, or a phenyl group.

一般式(1)中、nは3〜10の整数を表すが、3〜6の整数が好ましく、3又は4が特に好ましい。   In general formula (1), n represents an integer of 3 to 10, but an integer of 3 to 6 is preferable, and 3 or 4 is particularly preferable.

一般式(1)で表される環状シロキサン化合物の例としては、例えば、ヘキサメチルシクロトリシロキサン、ヘキサエチルシクロトリシロキサン、ヘキサフェニルシクロトリシロキサン、1,3,5−トリメチル−1,3,5−トリビニルシクロトリシロキサン等のシクロトリシロキサン、オクタメチルシクロテトラシロキサン等のシクロテトラシロキサン、デカメチルシクロペンタシロキサン等のシクロペンタシロキサン等が挙げられる。このうち、シクロトリシロキサンが特に好ましい。   Examples of the cyclic siloxane compound represented by the general formula (1) include, for example, hexamethylcyclotrisiloxane, hexaethylcyclotrisiloxane, hexaphenylcyclotrisiloxane, 1,3,5-trimethyl-1,3,5. -Cyclotrisiloxane such as trivinylcyclotrisiloxane, cyclotetrasiloxane such as octamethylcyclotetrasiloxane, cyclopentasiloxane such as decamethylcyclopentasiloxane, and the like. Of these, cyclotrisiloxane is particularly preferred.

[[一般式(2)で表されるフルオロシラン化合物]]
一般式(2)で表されるフルオロシラン化合物におけるR〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよい炭素数1〜12の有機基であるが、一般式(1)におけるR及びRの例として挙げた鎖状アルキル基、環状アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロゲン化アルキル基、飽和複素環基を有するアルキル基、アルキル基を有していてもよいフェニル基等のアリール基、アラルキル基、トリアルキルシリル基、トリアルキルシロキシ基に加え、エトキシカルボニルエチル基等のカルボニル基;アセトキシ基、アセトキシメチル基、トリフルオロアセトキシ基等のカルボキシル基;メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基、ブトキシ基、フェノキシ基、アリロキシ基等のオキシ基;アリルアミノ基等のアミノ基;ベンジル基等を挙げることができる。
[[Fluorosilane compound represented by general formula (2)]]
R 3 to R 5 in the fluorosilane compound represented by the general formula (2) are organic groups having 1 to 12 carbon atoms which may be the same as or different from each other, but R in the general formula (1) Examples of the chain alkyl group, cyclic alkyl group, alkenyl group, alkynyl group, halogenated alkyl group, alkyl group having a saturated heterocyclic group, phenyl group optionally having an alkyl group, etc. mentioned as examples of 1 and R 2 In addition to aryl groups, aralkyl groups, trialkylsilyl groups, trialkylsiloxy groups, carbonyl groups such as ethoxycarbonylethyl groups; carboxyl groups such as acetoxy groups, acetoxymethyl groups, trifluoroacetoxy groups; methoxy groups, ethoxy groups, Oxy group such as propoxy group, butoxy group, phenoxy group, allyloxy group; amino group such as allylamino group; Mention may be made of the group, and the like.

一般式(2)中、xは1〜3の整数を表し、p、q及びrはそれぞれ0〜3の整数を表し、1≦p+q+r≦3である。また必然的に、x+p+q+r=4である。   In general formula (2), x represents an integer of 1 to 3, p, q, and r each represents an integer of 0 to 3, and 1 ≦ p + q + r ≦ 3. Inevitably, x + p + q + r = 4.

一般式(2)で表されるフルオロシラン化合物の例としては、トリメチルフルオロシラン、トリエチルフルオロシラン、トリプロピルフルオロシラン、フェニルジメチルフルオロシラン、トリフェニルフルオロシラン、ビニルジメチルフルオロシラン、ビニルジエチルフルオロシラン、ビニルジフェニルフルオロシラン、トリメトキシフルオロシラン、トリエトキシフルオロシラン等のモノフルオロシラン類の他、ジメチルジフルオロシラン、ジエチルジフルオロシラン、ジビニルジフルオロシラン、エチルビニルジフルオロシラン等のジフルオロシラン類;メチルトリフルオロシラン、エチルトリフルオロシラン等のトリフルオロシラン類も挙げられる。   Examples of the fluorosilane compound represented by the general formula (2) include trimethylfluorosilane, triethylfluorosilane, tripropylfluorosilane, phenyldimethylfluorosilane, triphenylfluorosilane, vinyldimethylfluorosilane, vinyldiethylfluorosilane, In addition to monofluorosilanes such as vinyldiphenylfluorosilane, trimethoxyfluorosilane, and triethoxyfluorosilane, difluorosilanes such as dimethyldifluorosilane, diethyldifluorosilane, divinyldifluorosilane, and ethylvinyldifluorosilane; methyltrifluorosilane, Also included are trifluorosilanes such as ethyltrifluorosilane.

一般式(2)で表されるフルオロシラン化合物は、沸点が低いと、揮発してしまうため非水系電解液に所定量含有させるのが難しくなる場合がある。また、非水系電解液に含有させた後も、充放電による電池の発熱や外部環境が高温になる様な条件下で揮発してしまう可能性がある。よって、1気圧で、50℃以上の沸点を持つものが好ましく、中でも60℃以上の沸点を持つものが特に好ましい。   If the boiling point of the fluorosilane compound represented by the general formula (2) is low, it will volatilize, and therefore it may be difficult to contain a predetermined amount in the non-aqueous electrolyte. Moreover, even if it is made to contain in a non-aqueous electrolyte solution, there exists a possibility that it may volatilize on the conditions that the heat_generation | fever of a battery by charging / discharging or external environment becomes high temperature. Accordingly, those having a boiling point of 50 ° C. or higher at 1 atm are preferable, and those having a boiling point of 60 ° C. or higher are particularly preferable.

また、一般式(1)の化合物と同様に、有機基としては炭素数の少ないものの方が効果が発現しやすく、炭素数1〜6のアルケニル基は非水系電解液や電極表面の被膜に作用して入出力特性を向上させ、アリール基は充放電時に電池内で発生するラジカルを捕捉して電池性能全般を向上させる作用を有する。従って、この観点からは有機基としては、メチル基、ビニル基又はフェニル基が好ましく、化合物の例としては、トリメチルフルオロシラン、ビニルジメチルフルオロシラン、フェニルジメチルフルオロシラン、ビニルジフェニルフルオロシラン等が特に好ましい。   Further, like the compound of the general formula (1), the organic group having a smaller number of carbon atoms is more effective, and the alkenyl group having 1 to 6 carbon atoms acts on the non-aqueous electrolyte solution or the electrode surface coating. Thus, the input / output characteristics are improved, and the aryl group has the effect of capturing radicals generated in the battery during charge / discharge and improving the overall battery performance. Therefore, from this viewpoint, the organic group is preferably a methyl group, a vinyl group, or a phenyl group, and examples of the compound include trimethylfluorosilane, vinyldimethylfluorosilane, phenyldimethylfluorosilane, and vinyldiphenylfluorosilane. .

[[一般式(3)で表される化合物]]
一般式(3)で表される化合物におけるR〜Rは、互いに同一であっても異なっていてもよい炭素数1〜12の有機基であるが、その例としては、一般式(2)のR〜Rの例として挙げた鎖状アルキル基、環状アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロゲン化アルキル基、飽和複素環基を有するアルキル基、アルキル基を有していてもよいフェニル基等のアリール基、アラルキル基、トリアルキルシリル基、トリアルキルシロキシ基、カルボニル基、カルボキシル基、オキシ基、アミノ基、ベンジル基等を同様に挙げることができる。
[[Compound represented by formula (3)]]
R 6 to R 8 in the compound represented by the general formula (3) are organic groups having 1 to 12 carbon atoms which may be the same as or different from each other. A chain alkyl group, a cyclic alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a halogenated alkyl group, an alkyl group having a saturated heterocyclic group, or an alkyl group, which are mentioned as examples of R 3 to R 5 Aryl groups such as phenyl groups, aralkyl groups, trialkylsilyl groups, trialkylsiloxy groups, carbonyl groups, carboxyl groups, oxy groups, amino groups, benzyl groups, and the like can be similarly exemplified.

一般式(3)で表される化合物におけるAは、H、C、N、O、F、S、Si及び/又はPから構成される基であれば特に制限はないが、一般式(3)中の酸素原子に直接結合する元素としては、C、S、Si又はPが好ましい。これら原子の存在形態としては、例えば、鎖状アルキル基、環状アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、ハロゲン化アルキル基、カルボニル基、スルホニル基、トリアルキルシリル基、ホスホリル基、ホスフィニル基等に含まれるものが好ましい。また、一般式(3)で表される化合物の分子量は、1000以下が好ましく、中でも800以下が特に好ましく、500以下が更に好ましい。   A in the compound represented by the general formula (3) is not particularly limited as long as A is a group composed of H, C, N, O, F, S, Si and / or P, but the general formula (3) C, S, Si or P is preferable as the element directly bonded to the oxygen atom therein. Examples of the existence form of these atoms include a chain alkyl group, a cyclic alkyl group, an alkenyl group, an alkynyl group, a halogenated alkyl group, a carbonyl group, a sulfonyl group, a trialkylsilyl group, a phosphoryl group, and a phosphinyl group. Those are preferred. The molecular weight of the compound represented by the general formula (3) is preferably 1000 or less, particularly preferably 800 or less, and more preferably 500 or less.

一般式(3)で表される化合物の例としては、ヘキサメチルジシロキサン、1,3−ジエチルテトラメチルジシロキサン、ヘキサエチルジシロキサン、オクタメチルトリシロキサン等のシロキサン化合物類;メトキシトリメチルシラン、エトキシトリメチルシラン等のアルコキシシラン類;ビス(トリメチルシリル)パーオキサイド等の過酸化物類;酢酸トリメチルシリル、酢酸トリエチルシリル、プロピオン酸トリメチルシリル、メタクリル酸トリメチルシリル、トリフルオロ酢酸トリメチルシリル等のカルボン酸エステル類;メタンスルホン酸トリメチルシリル、エタンスルホン酸トリメチルシリル、メタンスルホン酸トリエチルシリル、フルオロメタンスルホン酸トリメチルシリル等のスルホン酸エステル類;ビス(トリメチルシリル)スルフェート等の硫酸エステル類;トリス(トリメチルシロキシ)ボロン等のホウ酸エステル類;トリス(トリメチルシリル)ホスフェート、トリス(トリメチルシリル)ホスファイト等のリン酸若しくは亜リン酸エステル類等が挙げられる。   Examples of the compound represented by the general formula (3) include siloxane compounds such as hexamethyldisiloxane, 1,3-diethyltetramethyldisiloxane, hexaethyldisiloxane, and octamethyltrisiloxane; methoxytrimethylsilane, ethoxy Alkoxysilanes such as trimethylsilane; peroxides such as bis (trimethylsilyl) peroxide; carboxylic acid esters such as trimethylsilyl acetate, triethylsilyl acetate, trimethylsilyl propionate, trimethylsilyl methacrylate, and trimethylsilyl trifluoroacetate; methanesulfonic acid Sulfonic acid esters such as trimethylsilyl, trimethylsilyl ethanesulfonate, triethylsilyl methanesulfonate, trimethylsilyl fluoromethanesulfonate; bis (trimethylsilyl) Sulfuric esters such as sulfates; tris (trimethylsiloxy) borate esters such as boron; tris (trimethylsilyl) phosphate, tris (trimethylsilyl) phosphite phosphoric acid or phosphorous acid esters such as phosphite and the like.

このうち、シロキサン化合物類、スルホン酸エステル類、硫酸エステル類が好ましく、スルホン酸エステル類が特に好ましい。シロキサン化合物類としては、ヘキサメチルジシロキサンが好ましく、スルホン酸エステル類としては、メタンスルホン酸トリメチルシリルが好ましく、硫酸エステル類としては、ビス(トリメチルシリル)スルフェートが好ましい。   Of these, siloxane compounds, sulfonic acid esters, and sulfuric acid esters are preferable, and sulfonic acid esters are particularly preferable. The siloxane compound is preferably hexamethyldisiloxane, the sulfonic acid ester is preferably trimethylsilyl methanesulfonate, and the sulfuric acid ester is preferably bis (trimethylsilyl) sulfate.

[[分子内にS−F結合を有する化合物]]
分子内にS−F結合を有する化合物としては特に限定はないが、スルホニルフルオライド類、フルオロスルホン酸エステル類が好ましい。例えば、メタンスルホニルフルオライド、エタンスルホニルフルオライド、メタンビス(スルホニルフルオライド)、エタン−1,2−ビス(スルホニルフルオライド)、プロパン−1,3−ビス(スルホニルフルオライド)、ブタン−1,4−ビス(スルホニルフルオライド)、ジフルオロメタンビス(スルホニルフルオライド)、1,1,2,2−テトラフルオロエタン−1,2−ビス(スルホニルフルオライド)、1,1,2,2,3,3−ヘキサフルオロプロパン−1,3−ビス(スルホニルフルオライド)、フルオロスルホン酸メチル、フルオロスルホン酸エチル等が挙げられる。中でも、メタンスルホニルフルオライド、メタンビス(スルホニルフルオライド)又はフルオロスルホン酸メチルが好ましい。
[[Compound with SF bond in molecule]]
The compound having an S—F bond in the molecule is not particularly limited, but sulfonyl fluorides and fluorosulfonic acid esters are preferable. For example, methanesulfonyl fluoride, ethanesulfonyl fluoride, methanebis (sulfonylfluoride), ethane-1,2-bis (sulfonylfluoride), propane-1,3-bis (sulfonylfluoride), butane-1,4 -Bis (sulfonyl fluoride), difluoromethane bis (sulfonyl fluoride), 1,1,2,2-tetrafluoroethane-1,2-bis (sulfonyl fluoride), 1,1,2,2,3 Examples include 3-hexafluoropropane-1,3-bis (sulfonyl fluoride), methyl fluorosulfonate, ethyl fluorosulfonate, and the like. Of these, methanesulfonyl fluoride, methanebis (sulfonyl fluoride) or methyl fluorosulfonate is preferable.

[[硝酸塩、亜硝酸塩、モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩]]
硝酸塩、亜硝酸塩、モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩、酢酸塩、プロピオン酸塩のカウンターカチオンとしては特に限定はないが、Li、Na、K、Mg、Ca、Fe、Cu等の金属元素の他、NR9101112(式中、R9〜R12は、各々独立に、水素原子又は炭素数1〜12の有機基を表わす。)で表現されるアンモニウム、4級アンモニウムが挙げられる。ここで、R9〜R12の炭素数1〜12の有機基としては、ハロゲン原子で置換されていてもよいアルキル基、ハロゲン原子で置換されていてもよいシクロアルキル基、ハロゲン原子で置換されていてもよいアリール基、窒素原子含有複素環基等が挙げられる。R9〜R12としては、それぞれ、水素原子、アルキル基、シクロアルキル基、窒素原子含有複素環基等が好ましい。これらのカウンターカチオン中でも、リチウムイオン二次電池に用いたときの電池特性の点から、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム又はNR9101112が好ましく、リチウムが特に好ましい。また、中でも、硝酸塩又はジフルオロリン酸塩が、出力向上効果が大きい上、電池のサイクル、高温保存特性の点で好ましく、ジフルオロリン酸リチウムが特に好ましい。また、これらの化合物は非水溶媒中で合成されたものを実質的にそのまま用いてもよく、別途合成して実質的に単離されたものを非水溶媒中又は非水系電解液中に添加してもよい。
[[Nitrate, nitrite, monofluorophosphate, difluorophosphate, acetate, propionate]]
The counter cation of nitrate, nitrite, monofluorophosphate, difluorophosphate, acetate, propionate is not particularly limited, but metal elements such as Li, Na, K, Mg, Ca, Fe, Cu, etc. In addition, ammonium or quaternary ammonium represented by NR 9 R 10 R 11 R 12 (wherein R 9 to R 12 each independently represents a hydrogen atom or an organic group having 1 to 12 carbon atoms). Is mentioned. Here, the organic group having 1 to 12 carbon atoms of R 9 to R 12 is an alkyl group which may be substituted with a halogen atom, a cycloalkyl group which may be substituted with a halogen atom, or a halogen atom. An aryl group which may be present, a nitrogen atom-containing heterocyclic group, and the like. R 9 to R 12 are each preferably a hydrogen atom, an alkyl group, a cycloalkyl group, a nitrogen atom-containing heterocyclic group, or the like. Among these counter cations, lithium, sodium, potassium, magnesium, calcium, or NR 9 R 10 R 11 R 12 is preferable, and lithium is particularly preferable from the viewpoint of battery characteristics when used in a lithium ion secondary battery. Of these, nitrate or difluorophosphate is preferable in terms of the effect of improving output, battery cycle and high-temperature storage characteristics, and lithium difluorophosphate is particularly preferable. These compounds synthesized in a non-aqueous solvent may be used as they are, or those synthesized separately and substantially isolated are added in a non-aqueous solvent or a non-aqueous electrolyte. May be.

特定化合物、すなわち、一般式(1)で表される環状シロキサン化合物、一般式(2)で表されるフルオロシラン化合物、一般式(3)で表される化合物、分子内にS−F結合を有する化合物、硝酸塩、亜硝酸塩、モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩、酢酸塩又はプロピオン酸塩は、1種を単独で用いてもよく、2種類以上の化合物を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。また、特定化合物で、上記それぞれに分類される化合物の中であっても、1種を単独で用いてもよく、2種類以上の化合物を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。   A specific compound, that is, a cyclic siloxane compound represented by the general formula (1), a fluorosilane compound represented by the general formula (2), a compound represented by the general formula (3), and an SF bond in the molecule. Compound, nitrate, nitrite, monofluorophosphate, difluorophosphate, acetate or propionate may be used alone, or two or more compounds may be used in any combination and ratio May be. Moreover, even if it is a compound classified into said each with a specific compound, 1 type may be used independently and 2 or more types of compounds may be used together by arbitrary combinations and ratios.

非水系電解液中のこれら特定化合物の割合は、全非水系電解液に対して、合計で10ppm以上(0.001質量%以上)が必須であるが、好ましくは0.01質量%以上、より好ましくは0.05質量%以上、更に好ましくは0.1質量%以上である。また、上限は、好ましくは5質量%以下、より好ましくは4質量%以下、更に好ましくは3質量%以下である。特定化合物の濃度が低すぎると、長期間使用した後でも、出力特性が維持される効果が得られ難い場合があり、一方、濃度が高すぎると充放電効率の低下を招く場合がある。   The ratio of these specific compounds in the non-aqueous electrolyte solution is essential to be 10 ppm or more (0.001 mass% or more) in total with respect to the total non-aqueous electrolyte solution, but is preferably 0.01 mass% or more. Preferably it is 0.05 mass% or more, More preferably, it is 0.1 mass% or more. The upper limit is preferably 5% by mass or less, more preferably 4% by mass or less, and still more preferably 3% by mass or less. If the concentration of the specific compound is too low, it may be difficult to obtain the effect of maintaining the output characteristics even after long-term use. On the other hand, if the concentration is too high, the charge / discharge efficiency may be reduced.

また、これら特定化合物は、非水系電解液として実際に二次電池作製に供すると、その電池を解体して再び非水系電解液を取り出しても、その中の含有量が著しく低下している場合が多い。そのため、電池から抜き出した非水系電解液から、少なくとも上記特定化合物が検出できるものは本発明に含まれるとみなされる。   In addition, when these specific compounds are actually used in the production of secondary batteries as non-aqueous electrolytes, the content of the specific compounds is significantly reduced even if the battery is disassembled and the non-aqueous electrolyte is taken out again. There are many. Therefore, what can detect the said specific compound at least from the non-aqueous electrolyte solution extracted from the battery is considered to be included in this invention.

[他の化合物]
本発明のリチウムイオン二次電池における非水系電解液は、電解質であるリチウム塩及び特定化合物を必須成分として含有するが、必要に応じて他の化合物を、本発明の効果を損なわない範囲で、任意の量で含有させることができる。このような他の化合物としては、具体的には、例えば、
(1)ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物;2−フルオロビフェニル、o−シクロヘキシルフルオロベンゼン、p−シクロヘキシルフルオロベンゼン等の前記芳香族化合物の部分フッ素化物;2,4−ジフルオロアニソール、2,5−ジフルオロアニソール、2,6−ジフルオロアニソール、3,5−ジフルオロアニソール等の含フッ素アニソール化合物等の過充電防止剤;
(2)ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、トリフルオロプロピレンカーボネート、無水コハク酸、無水グルタル酸、無水マレイン酸、無水シトラコン酸、無水グルタコン酸、無水イタコン酸、シクロヘキサンジカルボン酸無水物等の負極被膜形成剤;
(3)亜硫酸エチレン、亜硫酸プロピレン、亜硫酸ジメチル、プロパンスルトン、ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブスルファン、トルエンスルホン酸メチル、硫酸ジメチル、硫酸エチレン、スルホラン、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、テトラメチレンスルホキシド、ジフェニルスルフィド、チオアニソール、ジフェニルジスルフィド、ジピリジニウムジスルフィド等の正極保護剤;
等が挙げられる。
[Other compounds]
The non-aqueous electrolyte solution in the lithium ion secondary battery of the present invention contains a lithium salt that is an electrolyte and a specific compound as essential components. It can be contained in any amount. As such other compounds, specifically, for example,
(1) Aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, dibenzofuran; 2-fluorobiphenyl, o-cyclohexylfluoro Partially fluorinated products of the above-mentioned aromatic compounds such as benzene and p-cyclohexylfluorobenzene; fluorinated anisole such as 2,4-difluoroanisole, 2,5-difluoroanisole, 2,6-difluoroanisole, and 3,5-difluoroanisole Overcharge inhibitors such as compounds;
(2) vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, trifluoropropylene carbonate, succinic anhydride, glutaric anhydride, maleic anhydride, citraconic anhydride, glutaconic anhydride, itaconic anhydride, cyclohexanedicarboxylic anhydride, etc. Negative electrode film-forming agent;
(3) Ethylene sulfite, propylene sulfite, dimethyl sulfite, propane sultone, butane sultone, methyl methanesulfonate, busulfan, methyl toluenesulfonate, dimethyl sulfate, ethylene sulfate, sulfolane, dimethyl sulfone, diethyl sulfone, dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, tetra Positive electrode protecting agents such as methylene sulfoxide, diphenyl sulfide, thioanisole, diphenyl disulfide, dipyridinium disulfide;
Etc.

過充電防止剤としては、ビフェニル、アルキルビフェニル、ターフェニル、ターフェニルの部分水素化体、シクロヘキシルベンゼン、t−ブチルベンゼン、t−アミルベンゼン、ジフェニルエーテル、ジベンゾフラン等の芳香族化合物が好ましい。これらは2種類以上併用して用いてもよい。2種以上併用する場合は、特に、シクロヘキシルベンゼンやターフェニル(又はその部分水素化体)と、t−ブチルベンゼンやt−アミルベンゼンを併用するのが好ましい。   As the overcharge inhibitor, aromatic compounds such as biphenyl, alkylbiphenyl, terphenyl, partially hydrogenated terphenyl, cyclohexylbenzene, t-butylbenzene, t-amylbenzene, diphenyl ether, and dibenzofuran are preferable. Two or more of these may be used in combination. When using 2 or more types together, it is particularly preferable to use cyclohexylbenzene or terphenyl (or a partially hydrogenated product thereof) together with t-butylbenzene or t-amylbenzene.

負極被膜形成剤としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、無水コハク酸、無水マレイン酸が好ましい。これらは2種類以上併用して用いてもよい。2種以上併用する場合は、少なくとも1種はビニレンカーボネートを用いるのが好ましい。正極保護剤としては、亜硫酸エチレン、亜硫酸プロピレン、プロパンスルトン、ブタンスルトン、メタンスルホン酸メチル、ブスルファンが好ましい。これらは2種類以上併用して用いてもよい。また、負極皮膜形成剤と正極保護剤との併用や、過充電防止剤と負極皮膜形成剤と正極保護剤との併用が特に好ましい。   As the negative electrode film forming agent, vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, succinic anhydride, and maleic anhydride are preferable. Two or more of these may be used in combination. When using 2 or more types together, it is preferable that at least 1 type uses vinylene carbonate. As the positive electrode protective agent, ethylene sulfite, propylene sulfite, propane sultone, butane sultone, methyl methanesulfonate, and busulfan are preferable. Two or more of these may be used in combination. Moreover, the combined use of a negative electrode film forming agent and a positive electrode protective agent, or the combined use of an overcharge inhibitor, a negative electrode film forming agent, and a positive electrode protective agent is particularly preferable.

非水系電解液中におけるこれら他の化合物の含有割合は特に限定はないが、非水系電解液全体に対し、それぞれ、0.01質量%以上が好ましく、特に好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.2質量%以上であり、上限は、5質量%以下が好ましく、特に好ましくは3質量%以下、更に好ましくは2質量%以下である。これらの化合物を添加することにより、過充電による異常時に電池の破裂・発火を抑制したり、高温保存後の容量維持特性やサイクル特性を向上させたりすることができる。   The content ratio of these other compounds in the non-aqueous electrolyte solution is not particularly limited, but is preferably 0.01% by mass or more, particularly preferably 0.1% by mass or more, respectively, based on the whole non-aqueous electrolyte solution. The upper limit is preferably 5% by mass or less, particularly preferably 3% by mass or less, and further preferably 2% by mass or less. By adding these compounds, it is possible to suppress rupture / ignition of the battery at the time of abnormality due to overcharge, and to improve the capacity maintenance characteristic and cycle characteristic after high-temperature storage.

本発明の二次電池用非水系電解液の調製法については、特に限定はなく、非水溶媒に、常法に従って、リチウム塩、特定化合物、必要に応じて他の化合物を溶解させて調製することができる。   The method for preparing the non-aqueous electrolyte solution for the secondary battery of the present invention is not particularly limited, and is prepared by dissolving a lithium salt, a specific compound, and, if necessary, other compounds in a non-aqueous solvent according to a conventional method. be able to.

<負極>
以下に本発明のリチウムイオン二次電池に使用される負極について説明する。
[負極活物質]
以下に負極に使用される負極活物質について述べる。
<Negative electrode>
The negative electrode used for the lithium ion secondary battery of this invention is demonstrated below.
[Negative electrode active material]
The negative electrode active material used for the negative electrode is described below.

負極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものが用いられる。本発明のリチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質は、少なくとも、以下の(a)、(b)及び(c)を満たす黒鉛質炭素粒子を含有するものであることが必須である。
(a)円形度が0.85以上。
(b)広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.337nm未満。
(c)アルゴンイオンレーザーラマンスペクトル法における1580cm-1のピーク強度に対する1360cm-1のピーク強度の比として定義されるラマンR値(以下、単に「ラマンR値」と略記する場合がある)が0.12以上0.8以下。
As the negative electrode active material, a material capable of electrochemically inserting and extracting lithium ions is used. It is essential that the negative electrode active material used in the lithium ion secondary battery of the present invention contains at least graphitic carbon particles satisfying the following (a), (b) and (c).
(A) Circularity is 0.85 or more.
(B) The (002) plane spacing (d002) by the wide-angle X-ray diffraction method is less than 0.337 nm.
Raman R value, defined as the ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in (c) the argon ion laser Raman spectrum method (hereinafter, occasionally abbreviated simply as "Raman R value") is 0 .12 or more and 0.8 or less.

[[円形度]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子の円形度は0.85以上であることが必須であるが、好ましくは0.87以上、特に好ましくは0.89以上、更に好ましくは0.92以上である。上限としては、円形度が1のときに理論的真球となる。この範囲を下回ると、負極活物質の充填性が低下し、熱伝導性が低下するため、早期の出力回復の妨げとなる場合があり、特に、低温時の低出力状態からの出力の回復が遅くなる場合がある。
[[Circularity]]
The circularity of the graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention is essential to be 0.85 or more, preferably 0.87 or more, particularly preferably 0.89 or more. More preferably, it is 0.92 or more. The upper limit is a theoretical sphere when the circularity is 1. Below this range, the negative electrode active material fillability decreases and thermal conductivity decreases, which may impede early output recovery, and in particular, output recovery from a low output state at low temperatures. May be slow.

本発明でいう円形度は、以下の式で定義される。
円形度
=(粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長)/(粒子投影形状の実際の周囲長)
The circularity referred to in the present invention is defined by the following equation.
Circularity = (perimeter of equivalent circle having the same area as the particle projection shape) / (actual circumference of particle projection shape)

円形度の値としては、フロー式粒子像分析装置(例えば、シスメックスインダストリアル社製FPIA)を用い、試料約0.2gを、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約50mL)に分散させ、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、検出範囲を0.6〜400μmに指定し、粒径が3〜40μmの範囲の粒子について測定した値を用いる。   As the circularity value, a flow type particle image analyzer (for example, FPIA manufactured by Sysmex Industrial Co., Ltd.) was used, and about 0.2 g of a sample was added to a polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate, which is a surfactant, in an amount of 0. Dispersed in a 2% by weight aqueous solution (about 50 mL), irradiated with 28 kHz ultrasonic waves at 60 W output for 1 minute, specified a detection range of 0.6 to 400 μm, and measured particles with a particle size in the range of 3 to 40 μm Use the value obtained.

[[面間隔(d002)]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子の広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)は、0.337nm未満であることが必須であるが、好ましくは0.336nm以下である。下限としては、黒鉛の理論値である0.335である。この範囲を上回ると、結晶性が低下し、電子による熱伝導性が低下し、早期の出力回復特性が低下する場合があり、特に、低温時の低出力状態からの出力の回復が遅くなる場合がある。
[[Surface spacing (d002)]]
Although the interplanar spacing (d002) of the (002) plane of the graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention by the wide angle X-ray diffraction method is essential to be less than 0.337 nm. Preferably, it is 0.336 nm or less. The lower limit is 0.335, which is the theoretical value of graphite. Above this range, the crystallinity will decrease, the thermal conductivity due to electrons will decrease, and the early output recovery characteristics may decrease, especially when the recovery of output from a low output state at low temperatures is delayed. There is.

本発明でいう、広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)とは、学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)である。   In the present invention, the (002) plane spacing (d002) by the wide angle X-ray diffraction method is the d value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) obtained by the X-ray diffraction by the Gakushin method.

また、学振法によるX線回折で求めた黒鉛質炭素粒子の結晶子サイズ(Lc)は特に限定はないが、通常10nm以上、好ましくは30nm以上、より好ましくは80nm以上の範囲である。この範囲を下回ると、結晶性が低下し、電子による熱伝導性が低下し、早期の出力回復特性が低下する場合がある。   The crystallite size (Lc) of the graphitic carbon particles determined by X-ray diffraction by the Gakushin method is not particularly limited, but is usually 10 nm or more, preferably 30 nm or more, more preferably 80 nm or more. Below this range, the crystallinity is lowered, the thermal conductivity due to electrons is lowered, and the early output recovery characteristics may be lowered.

[[ラマンR値]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子のラマンR値は、0.12以上が必須であるが、好ましくは0.15以上、特に好ましくは0.17以上、更に好ましくは0.2以上である。上限としては、好ましくは0.8以下、特に好ましくは0.6以下、更に好ましくは0.45以下である。ラマンR値がこの範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎ、充放電サイトの減少に伴って出力そのものが低下する場合がある。一方、この範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が低下するため、電子による熱伝導が低下して出力の回復特性が低下する場合がある。
[[Raman R value]]
The Raman R value of the graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention must be 0.12 or more, preferably 0.15 or more, particularly preferably 0.17 or more, More preferably, it is 0.2 or more. As an upper limit, Preferably it is 0.8 or less, Especially preferably, it is 0.6 or less, More preferably, it is 0.45 or less. If the Raman R value is below this range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and the output itself may decrease as the charge / discharge sites decrease. On the other hand, if it exceeds this range, the crystallinity of the particle surface is lowered, so that heat conduction by electrons is lowered and output recovery characteristics may be lowered.

ラマンスペクトルの測定は、ラマン分光器(例えば、日本分光社製ラマン分光器)を用い、試料を測定セル内へ自然落下させることで試料充填し、測定はセル内のサンプル表面にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、セルをレーザー光と垂直な面内で回転させながら行なう。得られたラマンスペクトルについて、1580cm-1のピークPAの強度IAと、1360cm-1のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比R(R=IB/IA)を算出して、これを黒鉛質炭素粒子のラマンR値と定義する。また、得られたラマンスペクトルの1580cm-1のピークPAの半値幅を測定し、これを黒鉛質炭素粒子のラマン半値幅と定義する。 The Raman spectrum is measured using a Raman spectrometer (for example, a Raman spectrometer manufactured by JASCO Corporation), and the sample is naturally dropped into the measurement cell, and the sample is filled with argon ion laser light on the sample surface in the cell. , While rotating the cell in a plane perpendicular to the laser beam. The obtained Raman spectrum, the intensity I A of the peak P A in the 1580 cm -1, and measuring the intensity I B of a peak P B of 1360 cm -1, the intensity ratio R of the (R = I B / I A) This is calculated and defined as the Raman R value of the graphitic carbon particles. Further, the half width of the peak P A at 1580 cm −1 of the obtained Raman spectrum is measured, and this is defined as the Raman half width of the graphitic carbon particles.

なお、ここでのラマンスペクトル測定条件は、次の通りである。
・アルゴンイオンレーザー波長 :514.5nm
・試料上のレーザーパワー :15〜25mW
・分解能 :10〜20cm-1
・測定範囲 :1100cm-1〜1730cm-1
・ラマンR値、ラマン半値幅解析:バックグラウンド処理
・スムージング処理 :単純平均、コンボリューション5ポイント
Here, the Raman spectrum measurement conditions are as follows.
Argon ion laser wavelength: 514.5nm
・ Laser power on the sample: 15-25mW
・ Resolution: 10-20cm -1
Measurement range: 1100 cm −1 to 1730 cm −1
・ Raman R value, Raman half width analysis: Background processing ・ Smoothing processing: Simple average, 5 points of convolution

また、本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子の1580cm-1のラマン半値幅は特に制限されないが、通常10cm-1以上、好ましくは15cm-1以上、また上限として、通常60cm-1以下、好ましくは50cm-1以下、より好ましくは45cm-1以下の範囲である。ラマン半値幅がこの範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎ、充放電サイトの減少に伴って出力そのものが低下する場合がある。一方、この範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が低下するため、電子による熱伝導が低下して出力の回復特性が低下する場合がある。 Further, the 1580 cm −1 Raman half width of the graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, but is usually 10 cm −1 or more, preferably 15 cm −1 or more, and the upper limit. As a range of usually 60 cm −1 or less, preferably 50 cm −1 or less, more preferably 45 cm −1 or less. When the Raman half width is less than this range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and the output itself may decrease as the charge / discharge sites decrease. On the other hand, if it exceeds this range, the crystallinity of the particle surface is lowered, so that heat conduction by electrons is lowered and output recovery characteristics may be lowered.

[[タップ密度]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子のタップ密度は、好ましくは0.55g/cm3以上、より好ましくは0.7g/cm3以上、更に好ましくは0.8g/cm3以上、特に好ましくは1g/cm3以上である。また上限は、好ましくは2g/cm3以下、更に好ましくは1.8g/cm3以下、特に好ましくは1.6g/cm3以下である。タップ密度がこの範囲を下回ると、負極として用いた場合に充填密度が上がり難く、粒子間の接触面積が減少するため、熱伝導性が低くなる場合がある。一方、この範囲を上回ると、電極中の粒子間の空隙が少なくなり過ぎ、非水系電解液の流路が減少することで、出力自体が減少する場合がある。
[[Tap density]]
The tap density of the graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention is preferably 0.55 g / cm 3 or more, more preferably 0.7 g / cm 3 or more, still more preferably 0.00. It is 8 g / cm 3 or more, particularly preferably 1 g / cm 3 or more. The upper limit is preferably 2 g / cm 3 or less, more preferably 1.8 g / cm 3 or less, and particularly preferably 1.6 g / cm 3 or less. When the tap density is less than this range, the packing density is difficult to increase when used as a negative electrode, and the contact area between the particles decreases, so that the thermal conductivity may be lowered. On the other hand, if this range is exceeded, the voids between the particles in the electrode may become too small, and the output itself may decrease due to a decrease in the flow path of the non-aqueous electrolyte.

本発明においてタップ密度は、目開き300μmの篩を通過させて、20cm3のタッピングセルに試料を落下させてセルの上端面まで試料を満たした後、粉体密度測定器(例えば、セイシン企業社製タップデンサー)を用いて、ストローク長10mmのタッピングを1000回行なって、その時の体積と試料の重量から求めた密度をタップ密度と定義する。 In the present invention, the tap density is measured by passing a sieve having a mesh size of 300 μm, dropping the sample onto a 20 cm 3 tapping cell and filling the sample to the upper end surface of the cell, and then measuring a powder density measuring instrument (for example, Seishin Enterprise Co., Ltd.). Tapping with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times using a tap denser), and the density obtained from the volume and the weight of the sample is defined as the tap density.

[[BET比表面積]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子のBET法を用いて測定した比表面積は、0.1m2/g以上が好ましく、特に好ましくは0.7m2/g以上、より好ましくは1m2/g以上、更に好ましくは1.5m2/g以上である。上限は、100m2/g以下が好ましく、特に好ましくは50m2/g以下、より好ましくは25m2/g以下、更に好ましくは15m2/g以下である。BET比表面積の値がこの範囲を下回ると、負極材料として用いた場合の充電時にリチウムの受け入れ性が悪くなり易く、リチウムが電極表面で析出し易くなる場合がある。一方、この範囲を上回ると、負極材料として用いた時に非水系電解液との反応性が増加し、ガス発生が多くなり易く、好ましい電池が得られにくい場合がある。
[[BET specific surface area]]
The specific surface area of the graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention measured by the BET method is preferably 0.1 m 2 / g or more, particularly preferably 0.7 m 2 / g. As mentioned above, More preferably, it is 1 m < 2 > / g or more, More preferably, it is 1.5 m < 2 > / g or more. The upper limit is preferably 100 m 2 / g or less, particularly preferably 50 m 2 / g or less, more preferably 25 m 2 / g or less, and further preferably 15 m 2 / g or less. When the value of the BET specific surface area is less than this range, the acceptability of lithium tends to deteriorate during charging when used as a negative electrode material, and lithium may easily precipitate on the electrode surface. On the other hand, if it exceeds this range, when used as a negative electrode material, the reactivity with the non-aqueous electrolyte increases, gas generation tends to increase, and a preferable battery may be difficult to obtain.

BET比表面積は、表面積計(例えば、大倉理研製全自動表面積測定装置)を用い、試料に対して窒素流通下350℃で15分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって測定した値で定義する。   The BET specific surface area was measured by using a surface area meter (for example, a fully automatic surface area measuring device manufactured by Okura Riken), preliminarily drying the sample for 15 minutes at 350 ° C. under a nitrogen flow, and then measuring the relative pressure of nitrogen with respect to atmospheric pressure. This is defined by a value measured by a nitrogen adsorption BET one-point method using a gas flow method, using a nitrogen-helium mixed gas that is accurately adjusted to have a value of 0.3.

[[体積平均粒径]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子の体積平均粒径は、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径(メジアン径)で定義され、1μm以上が好ましく、特に好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、更に好ましくは7μm以上である。また、上限は、通常50μm以下、好ましくは40μm以下、より好ましくは30μm以下、更に好ましくは25μm以下である。上記範囲を下回ると、不可逆容量が増大して、初期の電池容量の損失を招くことになる場合がある。また上記範囲を上回ると、電極極板化時に、不均一な塗面になりやすく、電池製作工程上望ましくない場合がある。
[[Volume average particle size]]
The volume average particle diameter of the graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention is defined by the volume-based average particle diameter (median diameter) obtained by the laser diffraction / scattering method, and is 1 μm or more. Is particularly preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and even more preferably 7 μm or more. Moreover, an upper limit is 50 micrometers or less normally, Preferably it is 40 micrometers or less, More preferably, it is 30 micrometers or less, More preferably, it is 25 micrometers or less. If it falls below the above range, the irreversible capacity may increase, leading to loss of the initial battery capacity. On the other hand, if the ratio exceeds the above range, a non-uniform coating surface tends to be formed at the time of forming an electrode plate, which may be undesirable in the battery manufacturing process.

[[細孔容積]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子の細孔容積は、水銀ポロシメトリー(水銀圧入法)により求められる、直径0.01μm以上、1μm以下に相当する粒子内の空隙、粒子表面のステップによる凹凸の量が、0.01mL/g以上、好ましくは0.05mL/g以上、より好ましくは0.1mL/g以上、上限として0.6mL/g以下、好ましくは0.4mL/g以下、より好ましくは0.3mL/g以下の範囲である。この範囲を上回ると、極板化時にバインダーを多量に必要となる場合がある。下回ると、高電流密度充放電特性が低下し、かつ充放電時の電極の膨張収縮の緩和効果が得られない場合がある。
[[Pore volume]]
The pore volume of graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention is determined by mercury porosimetry (mercury intrusion method), and the inside of the particles corresponding to a diameter of 0.01 μm or more and 1 μm or less. The amount of irregularities due to voids and particle surface steps is 0.01 mL / g or more, preferably 0.05 mL / g or more, more preferably 0.1 mL / g or more, and the upper limit is 0.6 mL / g or less, preferably It is 0.4 mL / g or less, More preferably, it is the range of 0.3 mL / g or less. If it exceeds this range, a large amount of binder may be required when forming an electrode plate. If it is less than the range, the high current density charge / discharge characteristics may be deteriorated, and the effect of mitigating the expansion / contraction of the electrode during charge / discharge may not be obtained.

また、全細孔容積が、好ましくは0.1mL/g以上、より好ましくは0.25mL/g以上、上限として10mL/g以下、好ましくは5mL/g以下、より好ましくは2mL/g以下の範囲である。この範囲を上回ると極板化時にバインダーを多量に必要となる場合がある。下回ると極板化時に増粘剤や結着剤の分散効果が得られない場合がある。   Further, the total pore volume is preferably 0.1 mL / g or more, more preferably 0.25 mL / g or more, and the upper limit is 10 mL / g or less, preferably 5 mL / g or less, more preferably 2 mL / g or less. It is. If this range is exceeded, a large amount of binder may be required during electrode plate formation. If it is less than that, it may not be possible to obtain the effect of dispersing the thickener or the binder during the electrode plate formation.

また、平均細孔径が、好ましくは0.05μm以上、より好ましくは0.1μm以上、更に好ましくは0.5μm以上、上限として50μm以下、好ましくは20μm以下、より好ましくは10μm以下の範囲である。この範囲を上回ると、バインダーを多量に必要となる場合がある。下回ると高電流密度充放電特性が低下する場合がある。   The average pore diameter is preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.1 μm or more, further preferably 0.5 μm or more, and the upper limit is 50 μm or less, preferably 20 μm or less, more preferably 10 μm or less. Beyond this range, a large amount of binder may be required. If it is less, the high current density charge / discharge characteristics may deteriorate.

水銀ポロシメトリー用の装置として、水銀ポロシメータ(オートポア9520:マイクロメリテックス社製)を用いた。試料(負極材料)を、0.2g前後の値となるように秤量し、パウダー用セルに封入し、室温、真空下(50μmHg以下)にて10分間脱気して前処理を実施した。引き続き、4psia(約28kPa)に減圧し水銀を導入し、4psia(約28kPa)から40000psia(約280MPa)までステップ状に昇圧させた後、25psia(約170kPa)まで降圧させた。昇圧時のステップ数は80点以上とし、各ステップでは10秒の平衡時間の後、水銀圧入量を測定した。こうして得られた水銀圧入曲線からWashburnの式を用い、細孔分布を算出した。なお、水銀の表面張力(γ)は485dyne/cm、接触角(ψ)は140°として算出した。平均細孔径には累計細孔体積が50%となるときの細孔径を用いた。   As an apparatus for mercury porosimetry, a mercury porosimeter (Autopore 9520: manufactured by Micromeritex Corporation) was used. A sample (negative electrode material) was weighed so as to have a value of about 0.2 g, sealed in a powder cell, and pretreated by degassing at room temperature under vacuum (50 μmHg or less) for 10 minutes. Subsequently, the pressure was reduced to 4 psia (about 28 kPa), mercury was introduced, the pressure was increased stepwise from 4 psia (about 28 kPa) to 40000 psia (about 280 MPa), and then the pressure was reduced to 25 psia (about 170 kPa). The number of steps at the time of pressure increase was 80 points or more, and the mercury intrusion amount was measured after an equilibration time of 10 seconds in each step. The pore distribution was calculated from the mercury intrusion curve thus obtained using the Washburn equation. The mercury surface tension (γ) was calculated as 485 dyne / cm, and the contact angle (ψ) was calculated as 140 °. As the average pore diameter, the pore diameter when the cumulative pore volume was 50% was used.

[[灰分]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子の灰分は、黒鉛質炭素粒子の全質量に対して、1質量%以下が好ましく、特に好ましくは0.5質量%以下、更に好ましくは0.1質量%以下である。また下限としては、1ppm以上であることが好ましい。上記の範囲を上回ると充放電時の非水系電解液との反応による電池性能の劣化が無視できなくなる場合がある。一方、この範囲を下回ると、製造に多大な時間とエネルギーと汚染防止のための設備とを必要とし、コストが上昇する場合がある。
[[ash]]
The ash content of the graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention is preferably 1% by mass or less, particularly preferably 0.5% by mass or less, based on the total mass of the graphitic carbon particles. More preferably, it is 0.1% by mass or less. Moreover, as a minimum, it is preferable that it is 1 ppm or more. If the above range is exceeded, deterioration of battery performance due to reaction with the non-aqueous electrolyte during charge / discharge may not be negligible. On the other hand, if it falls below this range, a great amount of time, energy and equipment for preventing contamination may be required for production, which may increase costs.

[[真密度]]
黒鉛質炭素粒子の真密度は、通常2.0g/cm3以上、好ましくは2.1g/cm3以上、より好ましくは2.2g/cm3以上、更に好ましくは2.22g/cm3以上であり、上限としては2.26g/cm3以下である。上限は黒鉛の理論値である。この範囲を下回ると炭素の結晶性が低すぎて初期不可逆容量が増大する場合がある。本発明においては、真密度は、ブタノールを使用した液相置換法(ピクノメータ法)によって測定したもので定義する。
[[True density]]
The true density of the graphitic carbon particles is usually 2.0 g / cm 3 or more, preferably 2.1 g / cm 3 or more, more preferably 2.2 g / cm 3 or more, and further preferably 2.22 g / cm 3 or more. Yes, and the upper limit is 2.26 g / cm 3 or less. The upper limit is the theoretical value of graphite. Below this range, the crystallinity of the carbon is too low and the initial irreversible capacity may increase. In the present invention, the true density is defined by a value measured by a liquid phase substitution method (pycnometer method) using butanol.

[[配向比]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子の配向比は、通常0.005以上であり、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.015以上、上限は、理論上0.67以下である。この範囲を下回ると、高密度充放電特性が低下する場合がある。
[[Orientation ratio]]
The orientation ratio of the graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention is usually 0.005 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.015 or more, and the upper limit is Theoretically 0.67 or less. Below this range, the high-density charge / discharge characteristics may deteriorate.

配向比はX線回折により測定する。X線回折により炭素の(110)回折と(004)回折のピークを、プロファイル関数として非対称ピアソンVIIを用いてフィッティングすることによりピーク分離を行ない、(110)回折と(004)回折のピークの積分強度を各々算出する。得られた積分強度から、(110)回折積分強度/(004)回折積分強度で表わされる比を算出し、活物質配向比と定義する。   The orientation ratio is measured by X-ray diffraction. The peaks of (110) and (004) diffraction are integrated by fitting the peaks of (110) and (004) diffraction of carbon by X-ray diffraction using asymmetric Pearson VII as a profile function. Each intensity is calculated. From the obtained integrated intensity, a ratio represented by (110) diffraction integrated intensity / (004) diffraction integrated intensity is calculated and defined as an active material orientation ratio.

ここでのX線回折測定条件は次の通りである。なお、「2θ」は回折角を示す。
・ターゲット:Cu(Kα線)グラファイトモノクロメーター
・スリット :発散スリット=1度、受光スリット=0.1mm、散乱スリット=1度
・測定範囲及びステップ角度/計測時間:
(110)面:76.5度≦2θ≦78.5度 0.01度/3秒
(004)面:53.5度≦2θ≦56.0度 0.01度/3秒
The X-ray diffraction measurement conditions here are as follows. “2θ” indicates a diffraction angle.
-Target: Cu (Kα ray) graphite monochromator-Slit: Divergence slit = 1 degree, Receiving slit = 0.1 mm, Scattering slit = 1 degree-Measurement range and step angle / measurement time:
(110) plane: 76.5 degrees ≦ 2θ ≦ 78.5 degrees 0.01 degrees / 3 seconds (004) plane: 53.5 degrees ≦ 2θ ≦ 56.0 degrees 0.01 degrees / 3 seconds

[[アスペクト比]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子のアスペクト比は、理論上1以上であり、上限としては10以下、好ましくは8以下、更に好ましくは5以下である。上限を上回ると、極板化時にスジ引きや、均一な塗布面が得られず、高電流密度充放電特性が低下する場合がある。
[[aspect ratio]]
The aspect ratio of the graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention is theoretically 1 or more, and the upper limit is 10 or less, preferably 8 or less, more preferably 5 or less. If the upper limit is exceeded, streaking or a uniform coated surface may not be obtained during electrode plate formation, and the high current density charge / discharge characteristics may deteriorate.

なお、アスペクト比は、3次元的に観察した時の粒子の最長となる径A、それと直交する最短となる径Bとしたとき、A/Bであらわされる。粒子の観察は、拡大観察ができる走査型電子顕微鏡で行う。厚さ50μm以下の金属の端面に固定した任意の50個の粒子を選択し、それぞれについて試料が固定されているステージを回転、傾斜させて、A、Bを測定し、A/Bの平均値を求める。   The aspect ratio is expressed as A / B when the diameter is the longest diameter A when observed three-dimensionally and the shortest diameter B is perpendicular to the diameter. The particles are observed with a scanning electron microscope capable of magnifying observation. Select 50 arbitrary particles fixed to the end face of a metal with a thickness of 50 μm or less, rotate and tilt the stage on which the sample is fixed, measure A and B, and average A / B Ask for.

[[黒鉛質炭素粒子]]
本発明のリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられる黒鉛質炭素粒子は、天然に産出するものであっても、人工的に製造されたものであってもよいが、黒鉛質炭素粒子が天然黒鉛を含有するものであることが好ましい。また、天然に産出するものや人工的に製造されたものに特定の処理を加えたものであってもよい。また、製造方法(選別方法も含む)も特に制限されず、例えば、篩い分けや風力分級等の分別手段を用いて、上記特性を有する黒鉛質炭素粒子を選別して取得することもできる。
[[Graphitic carbon particles]]
The graphitic carbon particles used as the negative electrode active material of the lithium ion secondary battery of the present invention may be naturally produced or artificially produced. It is preferable that it contains natural graphite. Moreover, what added the specific process to what was produced naturally or manufactured artificially may be used. Further, the production method (including the sorting method) is not particularly limited, and for example, the graphitic carbon particles having the above characteristics can be sorted and obtained using a sorting means such as sieving or air classification.

これらのうち特に好ましい黒鉛質炭素粒子は、天然に産出する炭素質粒子や人工的に製造された炭素質粒子に対して、力学的エネルギー処理を加えて改質して製造されたものである。力学的エネルギー処理の原料である炭素質粒子が、天然黒鉛を含有するものであることが更に好ましい。   Of these, particularly preferred graphitic carbon particles are those produced by modifying mechanically produced carbonaceous particles or naturally produced carbonaceous particles by applying mechanical energy treatment. More preferably, the carbonaceous particles as the raw material for the mechanical energy treatment contain natural graphite.

[[力学的エネルギー処理]]
以下において、この力学的エネルギー処理について説明する。力学的エネルギー処理を加える対象となる原料の炭素質粒子は特には限定されないが、天然又は人造の黒鉛系炭素質粒子、黒鉛前駆体である炭素質粒子等である。これらの原料の特性について以下に示す。
[[Mechanical energy treatment]]
In the following, this mechanical energy treatment will be described. The raw material carbonaceous particles to which the mechanical energy treatment is applied are not particularly limited, and include natural or artificial graphite-based carbonaceous particles, carbonaceous particles that are graphite precursors, and the like. The characteristics of these raw materials are shown below.

[[[力学的エネルギー処理の原料である黒鉛系炭素質粒子]]]
原料の黒鉛系炭素質粒子についての性質は、次に示す(1)〜(11)の何れか1項又は複数項を同時に満たしていることが望ましい。なお、物性測定方法や定義は、何れも上記した黒鉛質炭素粒子の場合と同様である。
[[[Graphitic carbonaceous particles as raw materials for mechanical energy treatment]]]
It is desirable that the properties of the raw material graphite-based carbonaceous particles satisfy one or more of the following (1) to (11). The physical property measurement methods and definitions are the same as in the case of the graphitic carbon particles described above.

(1)X線パラメータ
原料の黒鉛系炭素質粒子は、学振法によるX線回折で求めた格子面(002面)のd値(層間距離)が、0.335nm以上であることが好ましく、上限は、通常0.340nm以下、好ましくは0.337nm以下であることが望まれる。また、学振法によるX線回折で求めた黒鉛系炭素質粒子の結晶子サイズ(Lc)は、通常30nm以上、好ましくは50nm以上、より好ましくは100nm以上の範囲である。この範囲を下回ると、結晶性が低下し、初期不可逆容量の増大が増加する可能性がある。
(1) X-ray parameters The graphite-based carbonaceous particles of the raw material preferably have a d-value (interlayer distance) of the lattice plane (002 plane) determined by X-ray diffraction by the Gakushin method of 0.335 nm or more, The upper limit is usually 0.340 nm or less, preferably 0.337 nm or less. The crystallite size (Lc) of the graphite-based carbonaceous particles obtained by X-ray diffraction by the Gakushin method is usually in the range of 30 nm or more, preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more. Below this range, the crystallinity may decrease and the increase in initial irreversible capacity may increase.

(2)灰分
原料の黒鉛系炭素質粒子中に含まれる灰分は、黒鉛系炭素質の全質量に対して、1質量%以下、中でも0.5質量%以下、特に0.1質量%以下、下限としては1ppm以上であることが好ましい。上記の範囲を上回ると充放電時の非水系電解液との反応による電池性能の劣化が無視できなくなる場合がある。この範囲を下回ると、製造に多大な時間とエネルギーと汚染防止のための設備とを必要とし、コストが上昇する場合がある。
(2) Ash content The ash content in the graphite carbonaceous particles of the raw material is 1% by mass or less, particularly 0.5% by mass or less, particularly 0.1% by mass or less, based on the total mass of the graphite carbonaceous material. The lower limit is preferably 1 ppm or more. If the above range is exceeded, deterioration of battery performance due to reaction with the non-aqueous electrolyte during charge / discharge may not be negligible. Below this range, the manufacturing process requires a lot of time, energy and equipment for preventing contamination, which may increase costs.

(3)体積基準平均粒径
原料の黒鉛系炭素質粒子の体積平均粒径は、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径(メジアン径)で定義されるが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、更に好ましくは7μm以上である。また、上限は特に制限されないが、通常10mm以下、好ましくは1mm以下、より好ましくは500μm以下、更に好ましくは100μm以下、特に好ましくは50μm以下である。上記範囲を下回ると、力学的エネルギーを加えることによって粒径が小さくなり過ぎて不可逆容量の増大を招く場合がある。また上記範囲を上回ると、力学的エネルギーを加える装置による効率的な運転が困難となり、時間的損失を招く場合がある。
(3) Volume-based average particle diameter The volume-average particle diameter of the graphite carbonaceous particles as a raw material is defined by a volume-based average particle diameter (median diameter) obtained by a laser diffraction / scattering method, but usually 1 μm or more, Preferably it is 3 micrometers or more, More preferably, it is 5 micrometers or more, More preferably, it is 7 micrometers or more. The upper limit is not particularly limited, but is usually 10 mm or less, preferably 1 mm or less, more preferably 500 μm or less, still more preferably 100 μm or less, and particularly preferably 50 μm or less. Below the above range, the addition of mechanical energy may make the particle size too small and increase the irreversible capacity. On the other hand, if the above range is exceeded, efficient operation by a device for applying mechanical energy becomes difficult, and time loss may occur.

(4)ラマンR値、ラマン半値幅
アルゴンイオンレーザーラマンスペクトル法を用いて測定した原料の黒鉛系炭素質粒子のラマンR値は、通常0.01以上、好ましくは0.03以上、より好ましくは0.1以上、上限としては0.6以下、好ましくは0.4以下である。ラマンR値がこの範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高過ぎて、力学的エネルギーを加えることによるラマン値の増加によってもなお、結晶性の低さによって充放電に伴ってLiが層間に入るサイトが少なくなる場合、すなわち、充電受入性が低下する場合がある。一方、この範囲を上回ると、力学的エネルギーを加えることによって、より粒子表面の結晶性が低下し、非水系電解液との反応性が増し、効率の低下やガス発生の増加を招く場合がある。
(4) Raman R value, Raman half-value width The Raman R value of the raw material graphite-based carbonaceous particles measured by using an argon ion laser Raman spectrum method is usually 0.01 or more, preferably 0.03 or more, more preferably. 0.1 or more, and the upper limit is 0.6 or less, preferably 0.4 or less. If the Raman R value falls below this range, the crystallinity of the particle surface is too high, and even if the Raman value increases due to the addition of mechanical energy, the Li becomes less between the layers due to charge / discharge due to the low crystallinity. In some cases, the number of sites that enter the site decreases, that is, the charge acceptance may decrease. On the other hand, if it exceeds this range, by adding mechanical energy, the crystallinity of the particle surface is further reduced, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is increased, and the efficiency and gas generation may be increased. .

また、1580cm-1のラマン半値幅は特に制限されないが、通常10cm-1以上、好ましくは15cm-1以上、また上限として、通常50cm-1以下、好ましくは45cm-1以下、より好ましくは40cm-1以下の範囲である。ラマン半値幅がこの範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高過ぎて、力学的エネルギーを加えることによるラマン値増加によってもなお、結晶性の低さによって充放電に伴ってLiが層間に入るサイトが少なくなる場合、すなわち、充電受入性が低下する場合がある。一方、この範囲を上回ると、力学的エネルギーを加えることによって、より粒子表面の結晶性が低下し、非水系電解液との反応性が増し、効率の低下やガス発生の増加を招く場合がある。 Although the Raman half-value width of 1580 cm -1 is not particularly limited, usually 10 cm -1 or more, preferably 15cm -1 or higher, and the upper limit is usually 50 cm -1 or less, preferably 45cm -1 or less, more preferably 40 cm - The range is 1 or less. When the Raman half-width is below this range, the crystallinity of the particle surface is too high, and Li increases between charge and discharge due to low crystallinity even when the Raman value increases due to the addition of mechanical energy. When the number of sites is reduced, that is, charge acceptance may be reduced. On the other hand, if it exceeds this range, by adding mechanical energy, the crystallinity of the particle surface is further reduced, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is increased, and the efficiency and gas generation may be increased. .

(5)BET比表面積
原料の黒鉛系炭素質粒子のBET法を用いて測定した比表面積は、通常0.05m2/g以上、好ましくは0.2m2/g以上、より好ましくは0.5m2/g以上、更に好ましくは1m2/g以上である。上限は、通常50m2/g以下、好ましくは25m2/g以下、より好ましくは15m2/g以下、更に好ましくは10m2/g以下である。BET比表面積の値がこの範囲を下回ると、力学的エネルギーを加えることによってBET比表面積が増加しても、充電時にリチウムの受け入れ性が悪くなり易く、リチウムが電極表面で析出し易くなる場合がある。一方、この範囲を上回ると、力学的エネルギーを加えることによって更にBET比表面積が増加して負極活物質として用いた時に非水系電解液との反応性が増加し、ガス発生が多くなり易く、好ましい電池が得られにくい場合がある。
(5) BET method specific surface area was measured using a graphite type carbonaceous particles having a BET specific surface area material is usually 0.05 m 2 / g or more, preferably 0.2 m 2 / g or more, more preferably 0.5m 2 / g or more, more preferably 1 m 2 / g or more. The upper limit is usually 50 m 2 / g or less, preferably 25 m 2 / g or less, more preferably 15 m 2 / g or less, still more preferably 10 m 2 / g or less. If the value of the BET specific surface area is below this range, even if the BET specific surface area is increased by adding mechanical energy, the lithium acceptability tends to deteriorate during charging, and lithium may easily precipitate on the electrode surface. is there. On the other hand, if it exceeds this range, the BET specific surface area is further increased by adding mechanical energy, and when used as a negative electrode active material, the reactivity with the non-aqueous electrolyte increases and gas generation tends to increase, which is preferable. It may be difficult to obtain a battery.

(7)円形度
原料の黒鉛系炭素質粒子の球形の程度としては、その粒径が3〜40μmの範囲にある粒子の円形度が0.1以上が好ましく、より好ましくは0.2以上、更に好ましくは0.4以上、更に好ましくは0.5以上、最も好ましくは0.6以上である。この範囲を下回ると、力学的エネルギーを加えても、十分球形化が進まず、高電流密度充放電特性が低くなる場合がある。
(7) Circularity As the degree of sphericity of the raw material graphite-based carbonaceous particles, the circularity of particles having a particle size in the range of 3 to 40 μm is preferably 0.1 or more, more preferably 0.2 or more. More preferably, it is 0.4 or more, more preferably 0.5 or more, and most preferably 0.6 or more. Below this range, even when mechanical energy is added, the spheroidization does not proceed sufficiently, and the high current density charge / discharge characteristics may be lowered.

(8)真密度
原料の黒鉛系炭素質粒子の真密度は、通常2g/cm3以上、好ましくは2.1g/cm3以上、より好ましくは2.2g/cm3以上、更に好ましくは2.22g/cm3以上であり、上限としては2.26g/cm3以下である。上限は黒鉛の理論値である。この範囲を下回ると炭素の結晶性が低すぎて初期不可逆容量が増大する場合がある。
(8) True Density The true density of the raw material graphite-based carbonaceous particles is usually 2 g / cm 3 or more, preferably 2.1 g / cm 3 or more, more preferably 2.2 g / cm 3 or more, and still more preferably 2. 22 g / cm 3 or more, the upper limit is 2.26 g / cm 3 or less. The upper limit is the theoretical value of graphite. Below this range, the crystallinity of the carbon is too low and the initial irreversible capacity may increase.

(9)タップ密度
原料の黒鉛系炭素質粒子のタップ密度は、通常0.05g/cm3以上であり、好ましくは0.1g/cm3以上、更に好ましくは0.2g/cm3以上、特に好ましくは0.5g/cm3以上であることが望まれる。また、好ましくは、2g/cm3以下、更に好ましくは、1.8g/cm3以下、特に好ましくは1.6g/cm3以下である。タップ密度がこの範囲を下回ると、力学的エネルギーを加えてもタップ密度の向上が十分でなく、負極活物質として用いた場合に充填密度が上がり難く、高容量の電池を得ることができない場合がある。一方、この範囲を上回ると、力学的エネルギーを加えた場合に更にタップ密度が上昇し、電極化後の電極中の粒子間の空隙が少なくなり過ぎ、非水系電解液の流路不足による、高電流密度充放電特性が低下する可能性がある。黒鉛系炭素質粒子のタップ密度も、前記した方法と同一の方法で測定され定義される。
The tap density of the graphite-based carbonaceous particles (9) Tap Density raw material is usually 0.05 g / cm 3 or more, preferably 0.1 g / cm 3 or more, more preferably 0.2 g / cm 3 or more, in particular Preferably it is 0.5 g / cm 3 or more. Further, it is preferably 2 g / cm 3 or less, more preferably 1.8 g / cm 3 or less, and particularly preferably 1.6 g / cm 3 or less. If the tap density is below this range, even if mechanical energy is applied, the tap density is not sufficiently improved, and when used as a negative electrode active material, the packing density is difficult to increase and a high capacity battery may not be obtained. is there. On the other hand, when exceeding this range, when mechanical energy is applied, the tap density further increases, the gap between the particles in the electrode after electrode formation becomes too small, and the flow rate of the nonaqueous electrolyte solution is insufficient. Current density charge / discharge characteristics may be reduced. The tap density of the graphite-based carbonaceous particles is also measured and defined by the same method as described above.

(10)配向比(粉)
原料の黒鉛系炭素質粒子の配向比は、通常0.001以上であり、好ましくは0.005以上である。上限は、理論上0.67以下である。この範囲を下回ると、力学的エネルギーを加えても、配向比の向上が十分ではなく、高密度充放電特性が低下する場合がある。
(10) Orientation ratio (powder)
The orientation ratio of the graphite-based carbonaceous particles as a raw material is usually 0.001 or more, preferably 0.005 or more. The upper limit is theoretically 0.67 or less. Below this range, even if mechanical energy is applied, the orientation ratio is not sufficiently improved, and the high-density charge / discharge characteristics may deteriorate.

(11)アスペクト比(粉)
黒鉛系炭素質粒子のアスペクト比は、理論上1以上であり、上限として10以下、好ましくは8以下、更に好ましくは5以下である。上限を上回ると、力学的エネルギーを加えてもアスペクト比が十分低下せず、極板化時にスジ引きや、均一な塗布面が得られず、高電流密度充放電特性が低下する場合がある。
(11) Aspect ratio (powder)
The aspect ratio of the graphite-based carbonaceous particles is theoretically 1 or more, and the upper limit is 10 or less, preferably 8 or less, and more preferably 5 or less. When the upper limit is exceeded, the aspect ratio is not sufficiently lowered even when mechanical energy is applied, streaking or a uniform coated surface cannot be obtained when forming an electrode plate, and the high current density charge / discharge characteristics may be lowered.

上記の原料の黒鉛系炭素質粒子の中で、炭素六角網面構造が発達した高結晶性炭素材料として、六角網面を面配向的に大きく成長させた高配向黒鉛と、高配向の黒鉛粒子を等方向に集合させた等方性高密度黒鉛を挙げることができる。高配向黒鉛としては、スリランカあるいはマダカスカル産の天然黒鉛や、溶融した鉄から過飽和の炭素として析出させたいわゆるキッシュグラファイト、一部の高黒鉛化度の人造黒鉛等を好適なものとして例示することができる。   Among the above-mentioned raw material graphite-based carbonaceous particles, as a highly crystalline carbon material with a developed carbon hexagonal network structure, highly oriented graphite having a hexagonal network surface greatly grown in a plane orientation, and highly oriented graphite particles And isotropic high-density graphite in which the particles are gathered in the same direction. Suitable examples of highly oriented graphite include natural graphite from Sri Lanka or Madagascar, so-called quiche graphite precipitated as supersaturated carbon from molten iron, and artificial graphite with some highly graphitized degrees. it can.

天然黒鉛は、その性状によって、鱗片状黒鉛(Flake Graphite)、鱗状黒鉛(Crystalline(Vein) Graphite)、土状黒鉛(Amorphous Graphite)に分類される(「粉粒体プロセス技術集成」((株)産業技術センター、昭和49年発行)の黒鉛の項、及び「HANDBOOK OF CARBON,GRAPHITE,DIAMOND AND FULLERENES」(Noyes Publications発行)参照)。黒鉛化度は、鱗状黒鉛が100%で最も高く、これに次いで鱗片状黒鉛が99.9%で高いが、土状黒鉛は28%と低い。天然黒鉛である鱗片状黒鉛は、マダガスカル、中国、ブラジル、ウクライナ、カナダ等に産し、鱗状黒鉛は、主にスリランカに産する。土状黒鉛は、朝鮮半島、中国、メキシコ等を主な産地としている。これらの天然黒鉛の中で、土状黒鉛は一般に粒径が小さいうえ、純度が低い。これに対して、鱗片状黒鉛や鱗状黒鉛は、黒鉛化度が高く、不純物量が低い等の長所があるため、本発明において好ましく使用することができる。   Natural graphite is classified into flake graphite (Flake Graphite), scale graphite (Crystalline (Vein) Graphite), and earthy graphite (Amorphous Graphite), depending on its properties ("Powder Process Technology Assembly" (Co., Ltd.). (Refer to "HANDBOOK OF CARBON, GRAPHITE, DIAMOND AND FULLERENES" (published by Noyes Publications)). The degree of graphitization is the highest at 100% for scaly graphite, followed by 99.9% for scaly graphite, but as low as 28% for earthy graphite. Scaly graphite, which is natural graphite, is produced in Madagascar, China, Brazil, Ukraine, Canada, etc., and scaly graphite is produced mainly in Sri Lanka. Soil graphite is mainly produced in the Korean peninsula, China, Mexico, etc. Among these natural graphites, earthy graphite generally has a small particle size and low purity. In contrast, scaly graphite and scaly graphite have advantages such as a high degree of graphitization and a low amount of impurities, and therefore can be preferably used in the present invention.

人造黒鉛は、非酸化性雰囲気下において石油系重質油、石炭系重質油、石油系コークス又は石炭系コークスを1500〜3000℃、あるいはそれ以上の温度で加熱することによって製造することができる。   Artificial graphite can be produced by heating petroleum heavy oil, heavy coal oil, petroleum coke or coal coke at a temperature of 1500 to 3000 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere. .

本発明では、力学的エネルギー処理及び熱処理を行った後に高配向かつ高容量を示すものであれば、何れの人造黒鉛も原料として使用することができる。また上記人造黒鉛の中で、黒鉛化が完全でない材料、例えば黒鉛前駆体でも、力学的エネルギー処理を行うことによって、上記物性を満たす黒鉛質炭素粒子になり得るものであれば、本発明における力学的エネルギー処理の原料として用いることが可能である。   In the present invention, any artificial graphite can be used as a raw material as long as it exhibits high orientation and high capacity after mechanical energy treatment and heat treatment. In addition, among the artificial graphite, a material that is not completely graphitized, for example, a graphite precursor, can be converted into the mechanical properties of the present invention as long as it can be converted into graphitic carbon particles satisfying the above physical properties by performing mechanical energy treatment. It can be used as a raw material for energy treatment.

[[[力学的エネルギー処理の内容]]]
これらの原料の黒鉛系炭素質粒子に対する力学的エネルギー処理は、処理前後の体積平均粒径の比が1以下になるように粒径を減じ、かつ、処理によりタップ密度を高め、かつ、ラマンR値が処理により1.1倍以上となるようなものである。
[[[Contents of mechanical energy treatment]]]
Mechanical energy treatment of these raw materials with respect to graphite-based carbonaceous particles reduces the particle size so that the ratio of the volume average particle size before and after the treatment is 1 or less, increases the tap density by the treatment, and Raman R The value is 1.1 times or more due to processing.

かかる力学的エネルギー処理を行うことによって、原料となる黒鉛系炭素質粒子等の炭素質粒子は、全体的には高結晶性を維持したまま、粒子の表面近傍のみが粗くなり歪み及びエッジ面の露出した粒子となる。このことでリチウムイオンの出入りできる面が増加することとなり高電流密度においても高い容量を持つことになる。   By performing such mechanical energy treatment, the carbonaceous particles such as graphite-based carbonaceous particles used as a raw material are roughened only in the vicinity of the surface of the particles while maintaining high crystallinity as a whole. It becomes exposed particles. This increases the number of surfaces through which lithium ions can enter and exit, resulting in a high capacity even at high current densities.

粉砕、分級、混合、造粒、表面改質、反応等の粒子設計に活用できる工学的単位操作の中では、本発明における「力学的エネルギー処理」は「粉砕処理」に属するが、同時に表面構造を衝撃や摩擦、圧縮などによって、微細な構造的欠陥を生じさせるような表面処理も含む。   Among the engineering unit operations that can be used for particle design such as grinding, classification, mixing, granulation, surface modification, reaction, etc., “mechanical energy treatment” in the present invention belongs to “grinding treatment”, but at the same time the surface structure In addition, surface treatment that causes fine structural defects by impact, friction, compression, or the like is also included.

一般に粉砕処理とは、物質に力を加えて、その大きさを減少させ、物質の粒径や粒度分布、充填性を調節することを指す。粉砕処理は、物質へ加える力の種類、処理形態により分類される。物質に加える力は、たたき割る力(衝撃力)、押しつぶす力(圧縮力)、すりつぶす力(摩砕力)、削りとる力(剪断力)の4つに大別される。一方、処理形態は、粒子内部に亀裂を発生させ、伝播させていく体積粉砕と、粒子表面を削り取っていく表面粉砕の二つに大別される。体積粉砕は、衝撃力、圧縮力、剪断力により進行し、表面粉砕は、摩砕力、剪断力により進行する。粉砕処理は、これらの物質に加える力の種類と処理形態を様々に組み合わせた処理である。その組み合わせは、処理目的に応じて適宜決定することができる。粉砕処理は、爆破等化学的な反応や体積膨張を用いて行う場合もあるが、粉砕機等の機械装置を用いて行うのが一般的である。   In general, pulverization refers to applying a force to a substance to reduce its size and adjusting the particle size, particle size distribution, and packing properties of the substance. The pulverization process is classified according to the type of force applied to the substance and the processing form. The force applied to a substance is roughly classified into four types: a crushing force (impact force), a crushing force (compression force), a crushing force (grinding force), and a scraping force (shearing force). On the other hand, the treatment mode is roughly divided into two types: volume pulverization in which cracks are generated and propagated inside the particles, and surface pulverization in which the particle surfaces are scraped off. Volume pulverization proceeds by impact force, compression force, and shear force, and surface pulverization proceeds by grinding force and shear force. The pulverization process is a process in which the types of forces applied to these substances and the processing forms are variously combined. The combination can be appropriately determined according to the processing purpose. The pulverization may be performed using chemical reaction such as blasting or volume expansion, but is generally performed using a mechanical device such as a pulverizer.

本発明の黒鉛質炭素粒子の製造に好ましく用いられる力学的エネルギー処理は、体積粉砕の有無に関わらず、最終的に表面処理を含む粒子表面部分の粉砕(表面粉砕)の占める割合が高くなるような処理であることが好ましい。それは、粒子の表面粉砕が黒鉛質炭素粒子等の炭素質粒子の角を取って、粒子形状に丸みを導入するために重要だからである。具体的には、ある程度体積粉砕が進んでから表面粉砕が行われるように力学的エネルギー処理を行ってもよいし、体積粉砕をほとんど進めずに表面粉砕のみが行われるように力学的エネルギー処理を行ってもよい。更には、体積粉砕と表面粉砕が、同時に行われるように力学的エネルギー処理を行ってもよい。最終的に表面粉砕が進み、粒子の表面から角がとれるような力学的エネルギー処理が好ましい。   The mechanical energy treatment preferably used for the production of the graphitic carbon particles of the present invention is such that the proportion of the pulverization (surface pulverization) of the particle surface portion including the surface treatment finally increases regardless of the presence or absence of volume pulverization. It is preferable that the process is simple. This is because the surface pulverization of the particles is important for taking the corners of carbonaceous particles such as graphitic carbon particles and introducing roundness into the particle shape. Specifically, mechanical energy treatment may be performed so that surface grinding is performed after volume grinding has progressed to some extent, or mechanical energy treatment is performed so that only surface grinding is performed with almost no volume grinding. You may go. Furthermore, you may perform a mechanical energy process so that volume grinding | pulverization and surface grinding | pulverization may be performed simultaneously. A mechanical energy treatment is preferred in which the surface pulverization finally proceeds and the angle is removed from the surface of the particles.

本発明における力学的エネルギー処理は、処理前後の体積平均粒径の比が1以下になるように粒径を減じ、かつ、処理によりタップ密度を高め、かつ、ラマンR値が処理により1.1倍以上となるようなものである。   In the mechanical energy treatment in the present invention, the particle diameter is reduced so that the ratio of the volume average particle diameter before and after the treatment is 1 or less, the tap density is increased by the treatment, and the Raman R value is 1.1 by the treatment. It will be more than double.

「処理前後の体積平均粒子径の比」とは、処理後の体積平均粒子径を処理前の体積平均粒子径で除した値である。(処理後の体積平均粒径)/(処理前の体積平均粒径)の値は1以下であるが、好ましくは0.95以下である。実質的に1であると、力学的エネルギー処理によって円形度向上による充填性向上の効果が小さい場合がある。なお、処理前後の平均粒径比が1以下となるように粒子サイズを減ずることによって、粒子形状をも制御できる。   The “ratio of volume average particle diameters before and after treatment” is a value obtained by dividing the volume average particle diameter after treatment by the volume average particle diameter before treatment. The value of (volume average particle diameter after treatment) / (volume average particle diameter before treatment) is 1 or less, preferably 0.95 or less. When it is substantially 1, the effect of improving the filling property due to the improvement in circularity may be small due to the mechanical energy treatment. The particle shape can also be controlled by reducing the particle size so that the average particle size ratio before and after the treatment is 1 or less.

本発明における力学的エネルギー処理は、処理によりタップ密度を高めるようなものである。タップ密度が高まるということは、後に詳述するように円形度に代表される球形化度合の向上を意味するので、力学的エネルギー処理は、このようなものである必要がある。(処理後のタップ密度)/(処理前のタップ密度)の値は1以上であるが、好ましくは1.1以上である。1未満であると、円形度向上による充填性向上の効果が小さい場合がある。   The mechanical energy treatment in the present invention is such that the tap density is increased by the treatment. An increase in tap density means an improvement in the degree of spheroidization typified by circularity as will be described in detail later, and therefore the mechanical energy treatment needs to be such. The value of (tap density after treatment) / (tap density before treatment) is 1 or more, preferably 1.1 or more. If it is less than 1, the effect of improving the filling property due to the improved circularity may be small.

本発明における力学的エネルギー処理は、処理によりラマンR値を1.1倍以上にするものである。ラマンR値が高まるということは、後述のように粒子表面近傍の結晶性が低下することを意味するので、力学的エネルギー処理は、このようなものである必要がある。(処理後のラマンR値)/(処理前のラマンR値)の値は1.1以上であるが、好ましくは1.4以上である。1.1未満であると、ラマンR値変化によって充電受入性向上の効果が小さい場合がある。   In the mechanical energy treatment in the present invention, the Raman R value is increased by 1.1 times or more by the treatment. An increase in the Raman R value means that the crystallinity in the vicinity of the particle surface is lowered as will be described later. Therefore, the mechanical energy treatment needs to be such. The value of (Raman R value after treatment) / (Raman R value before treatment) is 1.1 or more, preferably 1.4 or more. If it is less than 1.1, the effect of improving charge acceptance may be small due to a change in Raman R value.

本発明の力学的エネルギー処理は粒子に丸みを導入し、これらの粒子のタップ密度を上昇させる。粉体粒子のタップ密度を高めるためには、粒子と粒子の間にできる空隙に入り込むことができる、より小さな粒子を充填すると良いことが知られている。このため、黒鉛系炭素質粒子等の炭素質粒子に対し、粉砕等の処理を行い、粒径を小さくすればタップ密度が高まるとも考えられるが、このような方法で粒径を小さくしても、一般的にタップ密度は却って減少しまう。この原因としては粉砕することにより粒子形状がより不定形になってしまうためであると考えられる。   The mechanical energy treatment of the present invention introduces roundness into the particles and increases the tap density of these particles. In order to increase the tap density of the powder particles, it is known that smaller particles that can enter the voids formed between the particles are preferably filled. For this reason, it is considered that the tap density increases if the particle size is reduced by performing a treatment such as pulverization on the carbonaceous particles such as the graphite-based carbonaceous particles. In general, the tap density decreases instead. This is considered to be because the particle shape becomes more irregular by pulverization.

一方、粉体粒子群の中の一つ粒子(着目粒子)に接触している粒子の個数(配位数n)が多いほど、充填層の空隙の占める割合は低下する。すなわち、タップ密度に影響を与える因子としては、粒子の大きさの比率と組成比、すなわち、粒径分布が重要である。ただし、この検討は、モデル的な球形粒子群で行われたものであり、本発明で取り扱われる処理前の黒鉛系炭素質粒子等の炭素質粒子は、鱗片状、鱗状、板状であり、単に一般的な粉砕、分級等だけで粒径分布を制御して、タップ密度を高めようと試みても、それほどの高充填状態を生み出すことはできない。   On the other hand, the greater the number of particles (coordination number n) in contact with one particle (particle of interest) in the powder particle group, the lower the proportion of voids in the packed bed. That is, as a factor that affects the tap density, a ratio of particle sizes and a composition ratio, that is, a particle size distribution is important. However, this examination was performed with a model spherical particle group, carbonaceous particles such as graphite-based carbonaceous particles before the treatment handled in the present invention is scaly, scaly, plate-like, Even if it is attempted to increase the tap density by controlling the particle size distribution simply by general pulverization, classification, etc., such a high filling state cannot be produced.

一般的に、鱗片状、鱗状、板状の黒鉛系炭素質粒子等の炭素質粒子は、粒子径が小さくなるほどタップ密度が低下する傾向にある。これは、粉砕により粒子がより不定形化する、また、粒子の表面に「ささくれ」や「はがれかけ」、「折れ曲がり」等の突起状物の生成が増加する、更には粒子表面に、より微細な不定形粒子がある程度の強度で付着される等の原因で、隣接粒子との間の抵抗が大きくなり充填性を悪化させるためと考えられる。   In general, the tap density of carbonaceous particles such as scaly, scaly, and plate-like graphite-based carbonaceous particles tends to decrease as the particle diameter decreases. This is because the particles become more irregular due to pulverization, and the generation of protrusions such as “crushing”, “peeling”, and “bending” is increased on the surface of the particles. This is considered to be because the resistance between adjacent particles is increased due to the adhesion of such irregular shaped particles with a certain degree of strength and the filling property is deteriorated.

これらの不定形性が減少し、粒子形状が球形に近づけば粒子径が小さくなっても充填性の減少は少なくなり、理論的には大粒径粒子でも小粒径粒子でも同程度のタップ密度を示すことになるはずである。   If these irregularities are reduced and the particle shape is close to a sphere, the decrease in filling property is reduced even if the particle size is reduced. Theoretically, the tap density is the same for both large and small particles. Should be shown.

本発明者らの検討では、真密度がほぼ等しく、平均粒径もほぼ等しい炭素質あるいは黒鉛質粒子では、形状が球状であるほど、タップ密度が高い値を示すことが確認されている。すなわち、粒子の形状に丸みを帯びさせ、球状に近づけることが重要である。粒子形状が球状に近づけば、粉体の充填性も、同時に大きく向上する。本発明では、以上の理由により、力学的エネルギーを加えること度の指標に粉体のタップ密度を採用している。処理後の粉粒体の充填性が処理前に比べ上昇している場合は、用いた処理方法により、粒子が球状化した結果と考えることができる。また、本発明の方法において粒径を大きく低下させながら処理を行った場合に得られる炭素材料のタップ密度が、一般的粉砕で得られる同程度の粒径の炭素材料のタップ密度に比べ高い値であれば、球状化した結果と考えることができる。   In the study by the present inventors, it has been confirmed that the carbon or graphite particles having the same true density and substantially the same average particle diameter have a higher tap density as the shape is spherical. That is, it is important to make the shape of the particles round and close to a spherical shape. If the particle shape is close to a spherical shape, the powder filling property is also greatly improved. In the present invention, for the reasons described above, the tap density of the powder is adopted as an index of the degree of applying mechanical energy. When the filling property of the granular material after the treatment is higher than that before the treatment, it can be considered as a result of the particles being spheroidized by the treatment method used. Further, the tap density of the carbon material obtained when the treatment is performed while greatly reducing the particle size in the method of the present invention is higher than the tap density of the carbon material having the same particle size obtained by general grinding. If so, it can be considered as a result of spheroidization.

粒子の結晶性及び粒子表面の粗さ、すなわち結晶のエッジ面存在量の指標として、広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)、結晶子サイズ(Lc)、及びラマンR値を用いることができる。一般に炭素材料は(002)面の面間隔(d002)の値が小さく、結晶子サイズ(Lc)が大きいものほどラマンR値は小さい。すなわち、黒鉛系炭素質粒子等の炭素質粒子全体は、ほぼ同様な結晶状態となっている。これに対し、本発明の黒鉛質炭素粒子は、(002)面の面間隔(d002)の値が小さく、結晶子サイズ(Lc)が大きいが、ラマンR値は大きい値を取っている。すなわち、黒鉛質炭素粒子のバルクの結晶性は高いが、表面近傍(粒子表面から100Å位まで)の結晶性は乱れており、エッジ面の露出が多くなっていることを表している。   As an index of the crystallinity of the particle and the roughness of the particle surface, that is, the amount of the edge surface of the crystal, the (002) plane spacing (d002), crystallite size (Lc), and Raman R value by wide angle X-ray diffraction Can be used. In general, a carbon material has a smaller (002) plane spacing (d002) value, and the larger the crystallite size (Lc), the smaller the Raman R value. That is, the entire carbonaceous particles such as graphite-based carbonaceous particles are in a substantially similar crystal state. In contrast, the graphitic carbon particles of the present invention have a small (002) plane spacing (d002) value and a large crystallite size (Lc), but a large Raman R value. That is, although the bulk crystallinity of the graphitic carbon particles is high, the crystallinity in the vicinity of the surface (from the particle surface to about 100 °) is disturbed, indicating that the exposure of the edge surface is increased.

本発明における力学的エネルギー処理は、更に、処理により円形度を1.02倍に、特に好ましくは、1.04倍するものであることが、充填性向上の点で好ましい。   In the mechanical energy treatment in the present invention, it is further preferable to increase the circularity by 1.02 times, particularly preferably 1.04 times, from the viewpoint of improving the filling property.

[[[力学的エネルギー処理に用いられる装置]]]
力学的エネルギー処理を行う装置は、上記の好ましい処理を行うことが可能なものの中から選択する。本発明者らが検討したところ、上記の4つの一つ以上を用いることでも達成可能ではあるが、好ましくは、衝撃力を主体に粒子の相互作用も含めた圧縮力、摩擦力、剪断力等の機械的作用を繰り返し粒子に与える装置が有効であることが明らかになった。具体的には、ケーシング内部に複数のブレードを設置したローターを有していて、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された炭素質粒子に対して衝撃圧縮、摩擦、剪断力等の機械的作用を与え、体積粉砕を進行させながら表面粉砕を行う装置が好ましい。また、炭素質粒子を循環又は対流させることによって機械的作用を繰り返して与える機構を有するものであるのがより好ましい。ケーシング内部のブレードの数は、3枚以上が好ましく、5枚以上が特に好ましい。
[[[Devices used for mechanical energy processing]]]
The apparatus for performing the mechanical energy treatment is selected from those capable of performing the above preferred treatment. As a result of studies by the present inventors, it can be achieved by using one or more of the above four, but preferably, compressive force including frictional force, friction force, shearing force, etc. mainly including impact force. It has become clear that a device that repeatedly applies mechanical action to particles is effective. Specifically, it has a rotor with a plurality of blades installed inside the casing, and when the rotor rotates at high speed, impact compression, friction, shearing force, etc. are applied to the carbonaceous particles introduced inside. An apparatus that imparts a mechanical action and performs surface grinding while advancing volume grinding is preferable. Moreover, it is more preferable to have a mechanism that repeatedly gives mechanical action by circulating or convection of carbonaceous particles. The number of blades inside the casing is preferably 3 or more, and particularly preferably 5 or more.

このような要件を満たす好ましい装置の一例として、(株)奈良機械製作所製のハイブリダイゼーションシステムを挙げることができる。この装置を用いて処理する場合は、回転するローターの周速度を30〜100m/秒にするのが好ましく、40〜100m/秒にするのがより好ましく、50〜100m/秒にするのが更に好ましい。また、処理は、単に炭素質粒子を通過させるだけでも可能であるが、30秒以上装置内を循環又は滞留させて処理することが好ましく、1分以上装置内を循環又は滞留させて処理することがより好ましい。   As an example of a preferable apparatus satisfying such requirements, there can be mentioned a hybridization system manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. When processing using this apparatus, the peripheral speed of the rotating rotor is preferably 30 to 100 m / sec, more preferably 40 to 100 m / sec, and further preferably 50 to 100 m / sec. preferable. Further, the treatment can be performed by simply passing the carbonaceous particles, but it is preferable to circulate or stay in the apparatus for 30 seconds or more, and to circulate or stay in the apparatus for 1 minute or more. Is more preferable.

原料とする黒鉛系炭素質粒子の真密度が2.25未満で結晶性がそれほど高くない場合には、力学的エネルギー処理を行った後に、更に、結晶性を高める熱処理を行うことが好ましい。かかる熱処理は2000℃以上で行うのが好ましく、2500℃以上で行うのがより好ましく、2800℃以上で行うのが更に好ましい。   When the true density of the graphite-based carbon particles used as a raw material is less than 2.25 and the crystallinity is not so high, it is preferable to perform a heat treatment for further improving the crystallinity after performing the mechanical energy treatment. Such heat treatment is preferably performed at 2000 ° C. or more, more preferably at 2500 ° C. or more, and further preferably at 2800 ° C. or more.

[電極作製]
負極の製造は、常法によればよい。例えば、負極活物質に、バインダー、溶媒、必要に応じて、増粘剤、導電材、充填材等を加えてスラリーとし、これを集電体に塗布、乾燥した後にプレスすることによって形成することができる。電池の電解液注液工程直前の段階での片面あたりの負極活物質層の厚さは通常15μm以上、好ましくは20μm以上、より好ましくは30μm以上であり、上限は150μm以下、好ましくは120μm以下、より好ましくは100μm以下である。この範囲を上回ると、非水系電解液が集電体界面付近まで浸透しにくいため、高電流密度充放電特性が低下する場合がある。またこの範囲を下回ると、負極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。また、負極活物質をロール成形してシート電極としたり、圧縮成形によりペレット電極としても良い。
[Electrode production]
The negative electrode may be manufactured by a conventional method. For example, it is formed by adding a binder, a solvent, and, if necessary, a thickener, a conductive material, a filler, etc. to a negative electrode active material to form a slurry, which is applied to a current collector, dried and then pressed. Can do. The thickness of the negative electrode active material layer per side in the stage immediately before the electrolytic solution pouring step of the battery is usually 15 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and the upper limit is 150 μm or less, preferably 120 μm or less, More preferably, it is 100 μm or less. If it exceeds this range, the non-aqueous electrolyte solution hardly penetrates to the vicinity of the current collector interface, and thus the high current density charge / discharge characteristics may deteriorate. On the other hand, below this range, the volume ratio of the current collector to the negative electrode active material increases, and the battery capacity may decrease. Further, the negative electrode active material may be roll-formed to form a sheet electrode, or may be formed into a pellet electrode by compression molding.

[[集電体]]
負極活物質を保持させる集電体としては、公知のものを任意に用いることができる。負極の集電体としては、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の金属材料が挙げられ、中でも加工し易さとコストの点から特に銅が好ましい。集電体の形状は、集電体が金属材料の場合は、例えば金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられる。中でも好ましくは金属薄膜、より好ましくは銅箔であり、更に好ましくは圧延法による圧延銅箔と、電解法による電解銅箔があり、どちらも集電体として用いることができる。銅箔の厚さが25μmよりも薄い場合、純銅よりも強度の高い銅合金(リン青銅、チタン銅、コルソン合金、Cu−Cr−Zr合金等)を用いることができる。
[[Current collector]]
As the current collector for holding the negative electrode active material, a known material can be arbitrarily used. Examples of the current collector for the negative electrode include metal materials such as copper, nickel, stainless steel, and nickel-plated steel. Of these, copper is particularly preferable from the viewpoint of ease of processing and cost. When the current collector is a metal material, examples of the shape of the current collector include metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punch metal, and foam metal. Among them, a metal thin film is preferable, a copper foil is more preferable, and a rolled copper foil by a rolling method and an electrolytic copper foil by an electrolytic method are more preferable, and both can be used as a current collector. When the thickness of the copper foil is less than 25 μm, a copper alloy (phosphor bronze, titanium copper, Corson alloy, Cu—Cr—Zr alloy, etc.) having higher strength than pure copper can be used.

圧延法により作製した銅箔からなる集電体は、銅結晶が圧延方向に並んでいるため、負極を密に丸めても、鋭角に丸めても割れにくく、小型の円筒状電池に好適に用いることができる。電解銅箔は、例えば、銅イオンが溶解された非水系電解液中に金属製のドラムを浸漬し、これを回転させながら電流を流すことにより、ドラムの表面に銅を析出させ、これを剥離して得られるものである。上記の圧延銅箔の表面に、電解法により銅を析出させていても良い。銅箔の片面又は両面には、粗面化処理や表面処理(例えば、厚さが数nm〜1μm程度までのクロメート処理、Ti等の下地処理等)がなされていても良い。   A current collector made of a copper foil produced by a rolling method is suitable for use in a small cylindrical battery because the copper crystals are arranged in the rolling direction so that the negative electrode is hard to crack even if it is rounded sharply or rounded at an acute angle. be able to. Electrolytic copper foil, for example, immerses a metal drum in a non-aqueous electrolyte solution in which copper ions are dissolved, and causes the copper to precipitate on the surface of the drum by flowing current while rotating it. Is obtained. Copper may be deposited on the surface of the rolled copper foil by an electrolytic method. One side or both sides of the copper foil may be subjected to a roughening treatment or a surface treatment (for example, a chromate treatment having a thickness of about several nm to 1 μm, a base treatment such as Ti).

また、集電体基板には、更に次のような物性が望まれる。
(1)平均表面粗さ(Ra)
JISB0601−1994に記載の方法で規定される集電体基板の活物質薄膜形成面の平均表面粗さ(Ra)は、特に制限されないが、通常0.01μm以上、好ましくは0.03μm以上、通常1.5μm以下、好ましくは1.3μm以下、特に好ましくは1.0μm以下である。集電体基板の平均表面粗さ(Ra)を上記した下限と上限の間の範囲内とすることにより、良好な充放電サイクル特性が期待できる。上記下限値以上とすることにより、活物質薄膜との界面の面積が大きくなり、活物質薄膜との密着性が向上する。平均表面粗さ(Ra)の上限値は特に制限されるものではないが、平均表面粗さ(Ra)が1.5μmを超えるものは電池として実用的な厚みの箔としては一般に入手しにくいため、1.5μm以下のものが好ましい。
Further, the following physical properties are desired for the current collector substrate.
(1) Average surface roughness (Ra)
The average surface roughness (Ra) of the active material thin film forming surface of the current collector substrate defined by the method described in JIS B0601-1994 is not particularly limited, but is usually 0.01 μm or more, preferably 0.03 μm or more, usually It is 1.5 μm or less, preferably 1.3 μm or less, particularly preferably 1.0 μm or less. By setting the average surface roughness (Ra) of the current collector substrate within the range between the lower limit and the upper limit described above, good charge / discharge cycle characteristics can be expected. By setting it to the above lower limit or more, the area of the interface with the active material thin film is increased, and the adhesion with the active material thin film is improved. The upper limit of the average surface roughness (Ra) is not particularly limited, but those having an average surface roughness (Ra) exceeding 1.5 μm are generally difficult to obtain as foils having a practical thickness as a battery. 1.5 μm or less is preferable.

(2)引張強度
集電体基板の引張強度は、特に制限されないが、通常50N/mm2以上、好ましくは100N/mm2以上、更に好ましくは150N/mm以上、である。引張強度とは、試験片が破断に至るまでに要した最大引張力を、試験片の断面積で割ったものである。本発明における引張強度は、伸び率と同様な装置及び方法で測定される。引張強度が高い集電体基板であれば、充電・放電に伴う活物質薄膜の膨張・収縮による集電体基板の亀裂を抑制することができ、良好なサイクル特性を得ることができる。
(2) Tensile Tensile strength strength collector substrate is not particularly limited, normally 50 N / mm 2 or more, preferably 100 N / mm 2 or more, more preferably 150 N / mm 2 or more. The tensile strength is obtained by dividing the maximum tensile force required until the test piece breaks by the cross-sectional area of the test piece. The tensile strength in the present invention is measured by the same apparatus and method as the elongation rate. If the current collector substrate has a high tensile strength, cracking of the current collector substrate due to expansion / contraction of the active material thin film accompanying charging / discharging can be suppressed, and good cycle characteristics can be obtained.

(3)0.2%耐力
集電体基板の0.2%耐力は、特に制限されないが、通常30N/mm2以上、好ましくは100N/mm2以上、特に好ましくは150N/mm2以上である。0.2%耐力とは、0.2%の塑性(永久)歪みを与えるに必要な負荷の大きさであり、この大きさの負荷を加えた後に除荷しても0.2%変形している事を意味している。本発明における0.2%耐力は、伸び率と同様な装置及び方法で測定される。0.2%耐力が高い集電体基板であれば、充電・放電に伴う活物質薄膜の膨張・収縮による集電体基板の塑性変形を抑制することができ、良好なサイクル特性を得ることができる。金属薄膜の厚さは任意であるが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上である。また、上限は、通常1mm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは30μm以下である。1μmより薄くなると強度が低下するため塗布が困難となる場合がある。100μmより厚くなると捲回等で所望の電極の形を変形させることが困難となる場合がある。また、金属薄膜は、メッシュ状でもよい。
(3) 0.2% proof stress of 0.2% proof stress current collector substrate is not particularly limited, normally 30 N / mm 2 or more, preferably 100 N / mm 2 or more, particularly preferably 150 N / mm 2 or more . The 0.2% proof stress is the magnitude of the load necessary to give a plastic (permanent) strain of 0.2%. It means that The 0.2% proof stress in the present invention is measured by the same apparatus and method as the elongation rate. If the current collector substrate has a high 0.2% proof stress, plastic deformation of the current collector substrate due to expansion / contraction of the active material thin film accompanying charging / discharging can be suppressed, and good cycle characteristics can be obtained. it can. Although the thickness of a metal thin film is arbitrary, it is 1 micrometer or more normally, Preferably it is 3 micrometers or more, More preferably, it is 5 micrometers or more. Moreover, an upper limit is 1 mm or less normally, Preferably it is 100 micrometers or less, More preferably, it is 30 micrometers or less. If the thickness is less than 1 μm, the strength may be reduced, and application may be difficult. If the thickness is greater than 100 μm, it may be difficult to deform the desired electrode shape by winding or the like. The metal thin film may be mesh.

[[集電体と活物質層の厚さの比]]
集電体と活物質層の厚さの比は特には限定されないが、(非水系電解液注液直前の片面の活物質層の厚さ)/(集電体の厚さ)の値が150以下、好ましくは20以下、より好ましくは10以下であり、下限は0.1以上、好ましくは0.4以上、より好ましくは1以上の範囲である。この範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。この範囲を下回ると、負極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。
[[Ratio of current collector to active material layer thickness]]
The ratio of the thickness of the current collector to the active material layer is not particularly limited, but the value of (thickness of active material layer on one side immediately before non-aqueous electrolyte injection) / (thickness of current collector) is 150. Hereinafter, it is preferably 20 or less, more preferably 10 or less, and the lower limit is 0.1 or more, preferably 0.4 or more, more preferably 1 or more. Above this range, the current collector may generate heat due to Joule heat during high current density charge / discharge. Below this range, the volume ratio of the current collector to the negative electrode active material increases and the battery capacity may decrease.

[[電極密度]]
負極活物質の電極化した際の電極構造は特には限定されないが、集電体上に存在している活物質の密度は、好ましくは1g/cm3以上、より好ましくは1.2g/cm3、更に好ましくは1.3g/cm3以上であり、上限として2g/cm3以下、好ましくは1.9g/cm3以下、より好ましくは1.8g/cm3以下、更に好ましくは1.7g/cm3以下の範囲である。この範囲を上回ると活物質粒子が破壊され、初期不可逆容量の増加や、集電体/活物質界面付近への非水系電解液の浸透性が低下し、高電流密度充放電特性が低下する場合がある。また下回ると活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大し、単位容積当たりの容量が低下する場合がある。
[[Electrode density]]
The electrode structure when the negative electrode active material is converted into an electrode is not particularly limited, but the density of the active material present on the current collector is preferably 1 g / cm 3 or more, more preferably 1.2 g / cm 3. More preferably, it is 1.3 g / cm 3 or more, and the upper limit is 2 g / cm 3 or less, preferably 1.9 g / cm 3 or less, more preferably 1.8 g / cm 3 or less, and still more preferably 1.7 g / cm 3 or less. It is a range of cm 3 or less. If this range is exceeded, the active material particles are destroyed, the initial irreversible capacity increases, the permeability of the non-aqueous electrolyte near the current collector / active material interface decreases, and the high current density charge / discharge characteristics decrease. There is. On the other hand, if it is lower, the conductivity between the active materials is lowered, the battery resistance is increased, and the capacity per unit volume may be lowered.

[[バインダー]]
活物質を結着するバインダーとしては、非水系電解液や電極製造時に用いる溶媒に対して安定な材料であれば、特に制限されない。具体的には、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、ポリイミド、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、エチレン−プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物;EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・スチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体及びその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
[[binder]]
The binder for binding the active material is not particularly limited as long as it is a material that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte solution and the solvent used during electrode production. Specifically, resin-based polymers such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, polyimide, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose; SBR (styrene-butadiene rubber), isoprene rubber, butadiene rubber, fluorine rubber, Rubber polymers such as NBR (acrylonitrile-butadiene rubber) and ethylene-propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymers and hydrogenated products thereof; EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / Thermoplastic elastomeric polymers such as ethylene / butadiene / styrene copolymers, styrene / isoprene / styrene block copolymers and hydrogenated products thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, Soft resinous polymers such as tylene / vinyl acetate copolymer, propylene / α-olefin copolymer; polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, etc. Fluoropolymers; polymer compositions having ionic conductivity of alkali metal ions (especially lithium ions). These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

スラリーを形成するための溶媒としては、活物質、バインダー、必要に応じて使用される増粘剤及び導電材を、溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いても良い。水系溶媒の例としては水、アルコールと水との混合溶媒等が挙げられ、有機系溶媒の例としてはN−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、テトラヒドロフラン(THF)、トルエン、アセトン、ジメチルエーテル、ジメチルアセトアミド、ヘキサメリルホスファルアミド、ジメチルスルフォキシド、ベンゼン、キシレン、キノリン、ピリジン、メチルナフタレン、ヘキサン等が挙げられる。特に水系溶媒を用いる場合、上述の増粘剤に併せて分散剤等を加え、SBR等のラテックスを用いてスラリー化する。なお、これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。   The solvent for forming the slurry is not particularly limited as long as it is a solvent that can dissolve or disperse the active material, binder, thickener and conductive material used as necessary. Either an aqueous solvent or an organic solvent may be used. Examples of the aqueous solvent include water, a mixed solvent of alcohol and water, and examples of the organic solvent include N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, acrylic acid. Methyl, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine, tetrahydrofuran (THF), toluene, acetone, dimethyl ether, dimethylacetamide, hexamerylphosphalamide, dimethyl sulfoxide, benzene, xylene, quinoline, pyridine, methylnaphthalene, Hexane etc. are mentioned. In particular, when an aqueous solvent is used, a dispersant or the like is added to the above-described thickener, and a slurry such as SBR is formed. In addition, these may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

活物質に対するバインダーの割合は、0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.6質量%以上であり、上限としては20質量%以下、好ましくは15質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは8質量%以下の範囲である。この範囲を上回るとバインダー量が電池容量に寄与しないバインダー割合が増加して、電池容量が低下する場合がある。また下回ると、負極電極の強度低下を招き、電池作製工程上好ましくない場合がある。特に、SBRに代表されるゴム状高分子を主要成分に含有する場合には、活物質に対するバインダーの割合は、0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.6質量%以上であり、上限としては5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下の範囲である。また、ポリフッ化ビニリデンに代表されるフッ素系高分子を主要成分に含有する場合には活物質に対する割合は、1質量%以上、好ましくは2質量%以上、より好ましくは3質量%以上であり、上限としては15質量%以下、好ましくは10質量%以下、より好ましくは8質量%以下の範囲である。   The ratio of the binder to the active material is 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more, and the upper limit is 20% by mass or less, preferably 15% by mass or less. More preferably, it is 10 mass% or less, More preferably, it is the range of 8 mass% or less. If it exceeds this range, the binder ratio in which the binder amount does not contribute to the battery capacity may increase, and the battery capacity may decrease. On the other hand, if it is lower, the strength of the negative electrode is lowered, which may be undesirable in the battery production process. In particular, when the main component contains a rubbery polymer typified by SBR, the ratio of the binder to the active material is 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, and more preferably 0.8%. The upper limit is 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, and more preferably 2% by mass or less. Further, when the main component contains a fluorine-based polymer typified by polyvinylidene fluoride, the ratio to the active material is 1% by mass or more, preferably 2% by mass or more, more preferably 3% by mass or more. As an upper limit, it is 15 mass% or less, Preferably it is 10 mass% or less, More preferably, it is the range of 8 mass% or less.

増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調製するために使用される。増粘剤としては、特に制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。更に増粘剤を添加する場合には、活物質に対する増粘剤の割合は、0.1質量%以上、好ましくは0.5%以上、より好ましくは0.6%以上であり、上限としては5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下の範囲である。この範囲を下回ると、著しく塗布性が低下する場合がある。上回ると、負極活物質層に占める活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する問題や負極活物質間の抵抗が増大する問題が生じる場合がある。   A thickener is usually used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. When a thickener is further added, the ratio of the thickener to the active material is 0.1% by mass or more, preferably 0.5% or more, more preferably 0.6% or more. It is 5 mass% or less, Preferably it is 3 mass% or less, More preferably, it is the range of 2 mass% or less. Below this range, applicability may be significantly reduced. If it exceeds the upper limit, the ratio of the active material in the negative electrode active material layer may be reduced, resulting in a problem that the capacity of the battery is reduced and a problem that the resistance between the negative electrode active materials is increased.

[[極板配向比]]
極板配向比は、0.001以上、好ましくは0.005以上、より好ましくは0.01以上、上限は理論値である0.67以下である。この範囲を下回ると、高密度充放電特性が低下する場合がある。
[[Plate orientation ratio]]
The electrode plate orientation ratio is 0.001 or more, preferably 0.005 or more, more preferably 0.01 or more, and the upper limit is 0.67 or less, which is a theoretical value. Below this range, the high-density charge / discharge characteristics may deteriorate.

極板配向比の測定は以下のとおりである。目的密度にプレス後の負極電極について、X線回折により電極の活物質配向比を測定する。具体的手法は特に制限されないが、標準的な方法としては、X線回折により炭素の(110)回折と(004)回折のピークを、プロファイル関数として非対称ピアソンVIIを用いてフィッティングすることによりピーク分離を行ない、(110)回折と(004)回折のピークの積分強度を各々算出する。得られた積分強度から、(110)回折積分強度/(004)回折積分強度で表わされる比を算出する。該測定で算出される電極の活物質配向比を極板配向比と定義する。   The measurement of the electrode plate orientation ratio is as follows. About the negative electrode after pressing to the target density, the active material orientation ratio of the electrode is measured by X-ray diffraction. The specific method is not particularly limited, but as a standard method, peak separation is performed by fitting the peaks of (110) and (004) diffraction of carbon by X-ray diffraction using asymmetric Pearson VII as a profile function. The integrated intensities of the peaks of (110) diffraction and (004) diffraction are calculated. From the obtained integrated intensity, a ratio represented by (110) diffraction integrated intensity / (004) diffraction integrated intensity is calculated. The electrode active material orientation ratio calculated by this measurement is defined as the electrode plate orientation ratio.

ここでのX線回折測定条件は次の通りである。なお、「2θ」は回折角を示す。
・ターゲット: Cu(Kα線)グラファイトモノクロメーター
・スリット : 発散スリット=1度、受光スリット=0.1mm、散乱スリット=1度・測定範囲、及び、ステップ角度/計測時間:
(110)面 : 76.5度≦2θ≦78.5度 0.01度/3秒
(004)面 : 53.5度≦2θ≦56.0度 0.01度/3秒
・試料調整 : 硝子板に0.1mm厚さの両面テープで電極を固定
The X-ray diffraction measurement conditions here are as follows. “2θ” indicates a diffraction angle.
Target: Cu (Kα ray) graphite monochromator
(110) plane: 76.5 degrees ≦ 2θ ≦ 78.5 degrees 0.01 degrees / 3 seconds (004) plane: 53.5 degrees ≦ 2θ ≦ 56.0 degrees 0.01 degrees / 3 seconds Sample preparation: Fix the electrode to the glass plate with double-sided tape with a thickness of 0.1 mm

[[インピーダンス]]
放電状態から公称容量の60%まで充電した時の負極の抵抗が500Ω以下が好ましく、特に好ましくは100Ω以下、より好ましくは50Ω以下、及び/又は二重層容量が1×10-6F以上が好ましく、特に好ましくは1×10-5F以上、より好ましくは3×10-5F以上である。この範囲であると出力特性が良く好ましい。
[[Impedance]]
The resistance of the negative electrode when charged to 60% of the nominal capacity from the discharged state is preferably 500Ω or less, particularly preferably 100Ω or less, more preferably 50Ω or less, and / or the double layer capacity is preferably 1 × 10 −6 F or more. Particularly preferably, it is 1 × 10 −5 F or more, more preferably 3 × 10 −5 F or more. Within this range, the output characteristics are good and preferable.

負極の抵抗及び二重層容量は、次の手順で測定する。測定するリチウムイオン二次電池は、公称容量を5時間で充電できる電流値にて充電した後に、20分間充放電をしない状態を維持し、次に公称容量を1時間で放電できる電流値で放電したときの容量が公称容量の80%以上あるものを用いる。前述の放電状態のリチウムイオン二次電池について公称容量を5時間で充電できる電流値にて公称容量の60%まで充電し、直ちにリチウムイオン二次電池をアルゴンガス雰囲気下のグローブボックス内に移す。ここで該リチウムイオン二次電池を負極が放電又はショートしない状態ですばやく解体して取り出し、両面塗布電極であれば、片面の電極活物質を他面の電極活物質を傷つけずに剥離し、負極電極を12.5mmφに2枚打ち抜き、セパレータを介して活物質面がずれないよう対向させる。電池に使用されていた非水系電解液60μLをセパレータと両負極間に滴下して密着し、外気と触れない状態を保持して、両負極の集電体に導電をとり、交流インピーダンス法を実施する。測定は温度25℃で、10-2〜105Hzの周波数帯で複素インピーダンス測定を行ない、求められたコール・コール・プロットの負極抵抗成分の円弧を半円で近似して表面抵抗(インピーダンスRct)と、二重層容量Cdlを求める。 The resistance and double layer capacity of the negative electrode are measured by the following procedure. The lithium-ion secondary battery to be measured is charged at a current value that can be charged for 5 hours in a nominal capacity, then maintained in a state where it is not charged / discharged for 20 minutes, and then discharged at a current value that can be discharged in 1 hour for a nominal capacity. The capacity when the capacity is 80% or more of the nominal capacity is used. About the lithium ion secondary battery of the above-mentioned discharge state, it charges to 60% of a nominal capacity with the electric current value which can charge a nominal capacity in 5 hours, Immediately transfers a lithium ion secondary battery in the glove box under argon gas atmosphere. Here, the lithium ion secondary battery is quickly disassembled and taken out in a state where the negative electrode does not discharge or short-circuit, and if it is a double-sided coated electrode, the electrode active material on one side is peeled off without damaging the electrode active material on the other side, Two electrodes are punched to 12.5 mmφ, and are opposed to each other so that the active material surface does not shift through a separator. 60μL of non-aqueous electrolyte used in the battery was dropped between the separator and both negative electrodes, and kept in close contact with the outside air, and the current collector of both negative electrodes was made conductive and the AC impedance method was carried out. To do. The measurement is performed at a temperature of 25 ° C., and a complex impedance measurement is performed in a frequency band of 10 −2 to 10 5 Hz. The surface resistance (impedance Rct) is obtained by approximating the arc of the negative resistance component of the obtained Cole-Cole plot with a semicircle. ) And the double layer capacitance Cdl.

<正極>
以下に本発明の非水系電解液二次電池に使用される正極について説明する。
[正極活物質]
以下に正極に使用される正極活物質について述べる。
[[正極活物質の組成]]
正極活物質としては、電気化学的にリチウムイオンを吸蔵・放出可能なものであれば特に制限はない。リチウムと少なくとも1種の遷移金属を含有する物質が好ましく、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物が挙げられる。
<Positive electrode>
The positive electrode used for the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention will be described below.
[Positive electrode active material]
The positive electrode active material used for the positive electrode is described below.
[[Composition of positive electrode active material]]
The positive electrode active material is not particularly limited as long as it can electrochemically occlude and release lithium ions. A substance containing lithium and at least one transition metal is preferable, and examples thereof include a lithium transition metal composite oxide and a lithium-containing transition metal phosphate compound.

リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属としてはV、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、LiCoO2等のリチウム・コバルト複合酸化物、LiNiO2等のリチウム・ニッケル複合酸化物、LiMnO2、LiMn、Li2MnO3等のリチウム・マンガン複合酸化物、これらのリチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Si等の他の金属で置換したもの等が挙げられる。置換されたものの具体例としては、例えば、LiNi0.5Mn0.52、LiNi0.85Co0.10Al0.052、LiNi0.33Co0.33Mn0.332、LiMn1.8Al0.2、LiMn1.5Ni0.5等が挙げられる。 The transition metal of the lithium transition metal composite oxide is preferably V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu or the like, and specific examples include lithium / cobalt composite oxide such as LiCoO 2 or LiNiO 2 . Lithium / nickel composite oxide, LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , Li 2 MnO 3 and other lithium / manganese composite oxides, Al, Ti , V, Cr, Mn, Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, and those substituted with other metals such as Si. Specific examples of the substituted ones include, for example, LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.85 Co 0.10 Al 0.05 O 2 , LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 O 2 , LiMn 1.8 Al 0.2 O 4 , LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4, etc. Is mentioned.

リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、V、Ti、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO、Li3Fe2(PO3、LiFeP27等のリン酸鉄類、LiCoPO4等のリン酸コバルト類、これらのリチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部をAl、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Li、Ni、Cu、Zn、Mg、Ga、Zr、Nb、Si等の他の金属で置換したもの等が挙げられる。 As the transition metal of the lithium-containing transition metal phosphate compound, V, Ti, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu and the like are preferable, and specific examples include, for example, LiFePO 4 , Li 3 Fe 2 (PO 4 ). 3 , iron phosphates such as LiFeP 2 O 7 , cobalt phosphates such as LiCoPO 4 , and some of the transition metal atoms that are the main components of these lithium transition metal phosphate compounds are Al, Ti, V, Cr, Mn , Fe, Co, Li, Ni, Cu, Zn, Mg, Ga, Zr, Nb, Si and the like substituted with other metals.

[[表面被覆]]
また、これら正極活物質の表面に、正極活物質を構成する物質とは異なる組成の物質が付着したものを用いることもできる。表面付着物質としては酸化アルミニウム、酸化ケイ素、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、酸化ホウ素、酸化アンチモン、酸化ビスマス等の酸化物、硫酸リチウム、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム、硫酸マグネシウム、硫酸カルシウム、硫酸アルミニウム等の硫酸塩、炭酸リチウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム等の炭酸塩、炭素等が挙げられる。
[[Surface coating]]
In addition, a material in which a material having a composition different from that of the material constituting the positive electrode active material is attached to the surface of the positive electrode active material can be used. Surface adhering substances include aluminum oxide, silicon oxide, titanium oxide, zirconium oxide, magnesium oxide, calcium oxide, boron oxide, antimony oxide, bismuth oxide, lithium sulfate, sodium sulfate, potassium sulfate, magnesium sulfate, calcium sulfate And sulfates such as aluminum sulfate, carbonates such as lithium carbonate, calcium carbonate, and magnesium carbonate, and carbon.

これら表面付着物質は、例えば、溶媒に溶解又は懸濁させて正極活物質に含浸添加、乾燥する方法、表面付着物質前駆体を溶媒に溶解又は懸濁させて正極活物質に含浸添加後、加熱等により反応させる方法、正極活物質前駆体に添加して同時に焼成する方法等により正極活物質表面に付着させることができる。なお、炭素を付着させる場合には、炭素質を、例えば、活性炭等の形で後から機械的に付着させる方法も用いることもできる。   These surface adhering substances are, for example, a method of dissolving or suspending in a solvent and impregnating and drying the positive electrode active material, and a method of dissolving or suspending a surface adhering substance precursor in a solvent and impregnating and adding to the positive electrode active material, followed by heating. It can be made to adhere to the positive electrode active material surface by the method of making it react by the method etc., the method of adding to a positive electrode active material precursor, and baking simultaneously. In addition, when making carbon adhere, the method of making carbonaceous adhere mechanically later in the form of activated carbon etc. can also be used, for example.

表面付着物質の量としては、正極活物質に対して質量で、下限として好ましくは0.1ppm以上、より好ましくは1ppm以上、更に好ましくは10ppm以上、上限として好ましくは20質量%以下、より好ましくは10質量%以下、更に好ましくは5質量%以下で用いられる。表面付着物質により、正極活物質表面での非水系電解液の酸化反応を抑制することができ、電池寿命を向上させることができるが、その付着量が少なすぎる場合その効果は十分に発現せず、多すぎる場合には、リチウムイオンの出入りを阻害するため抵抗が増加する場合がある。   The amount of the surface adhering substance is by mass with respect to the positive electrode active material, preferably 0.1 ppm or more, more preferably 1 ppm or more, still more preferably 10 ppm or more, and the upper limit is preferably 20% by mass or less, more preferably, as the lower limit. It is used at 10 mass% or less, more preferably 5 mass% or less. The surface adhering substance can suppress the oxidation reaction of the non-aqueous electrolyte solution on the surface of the positive electrode active material, and can improve the battery life. However, when the amount of the adhering quantity is too small, the effect is not sufficiently exhibited. If the amount is too large, the resistance may increase in order to inhibit the entry and exit of lithium ions.

[[正極活物質の物性]]
[[[形状]]]
本発明における正極活物質粒子の形状は、従来用いられるような、塊状、多面体状、球状、楕円球状、板状、針状、柱状等が用いられるが、中でも一次粒子が凝集して、二次粒子を形成して成り、その二次粒子の形状が球状ないし楕円球状であるものが好ましい。通常、電気化学素子はその充放電に伴い、電極中の活物質が膨張収縮をするため、そのストレスによる活物質の破壊や導電パス切れ等の劣化がおきやすい。そのため一次粒子のみの単一粒子活物質であるよりも、一次粒子が凝集して、二次粒子を形成したものである方が膨張収縮のストレスを緩和して、劣化を防ぐため好ましい。また、板状等軸配向性の粒子であるよりも球状ないし楕円球状の粒子の方が、電極の成形時の配向が少ないため、充放電時の電極の膨張収縮も少なく、また電極を作成する際の導電材との混合においても、均一に混合されやすいため好ましい。
[[Physical properties of positive electrode active material]]
[[[shape]]]
As the shape of the positive electrode active material particles in the present invention, a lump shape, a polyhedron shape, a sphere shape, an oval sphere shape, a plate shape, a needle shape, a column shape, etc., which are conventionally used, are used. It is preferably formed by forming particles, and the shape of the secondary particles is spherical or elliptical. In general, an electrochemical element expands and contracts as the active material in the electrode expands and contracts as it is charged and discharged. Therefore, the active material is easily damaged due to the stress or the conductive path is broken. Therefore, it is preferable that the primary particles are aggregated to form secondary particles, rather than a single particle active material having only primary particles, in order to relieve expansion and contraction stress and prevent deterioration. In addition, spherical or oval spherical particles are less oriented during molding of the electrode than plate-like equiaxed particles, so that the expansion and contraction of the electrode during charging and discharging is small, and the electrode is produced. The mixing with the conductive material is also preferable because it is easy to mix uniformly.

[[[タップ密度]]]
正極活物質のタップ密度は、通常1.3g/cm3以上、好ましくは1.5g/cm3以上、更に好ましくは1.6g/cm3以上、最も好ましくは1.7g/cm3以上である。正極活物質のタップ密度が上記下限を下回ると正極活物質層形成時に、必要な分散媒量が増加すると共に、導電材や結着剤の必要量が増加し、正極活物質層への正極活物質の充填率が制約され、電池容量が制約される場合がある。タップ密度の高い金属複合酸化物粉体を用いることにより、高密度の正極活物質層を形成することができる。タップ密度は一般に大きいほど好ましく特に上限はないが、大きすぎると、正極活物質層内における非水系電解液を媒体としたリチウムイオンの拡散が律速となり、負荷特性が低下しやすくなる場合があるため、通常2.5g/cm3以下、好ましくは2.4g/cm3以下である。正極活物質のタップ密度も、負極活物質の項に記載した方法と同一の方法で測定され定義される。
[[[Tap density]]]
The tap density of the positive electrode active material is usually 1.3 g / cm 3 or more, preferably 1.5 g / cm 3 or more, more preferably 1.6 g / cm 3 or more, and most preferably 1.7 g / cm 3 or more. . If the tap density of the positive electrode active material is lower than the lower limit, the amount of the required dispersion medium increases when the positive electrode active material layer is formed, and the necessary amount of the conductive material and the binder increases. In some cases, the filling rate of the substance is limited, and the battery capacity is limited. By using a metal composite oxide powder having a high tap density, a high-density positive electrode active material layer can be formed. In general, the tap density is preferably as large as possible, but there is no particular upper limit. However, if the tap density is too large, diffusion of lithium ions using the non-aqueous electrolyte solution as a medium in the positive electrode active material layer becomes rate-determining, and load characteristics may be likely to deteriorate. Usually, it is 2.5 g / cm 3 or less, preferably 2.4 g / cm 3 or less. The tap density of the positive electrode active material is also measured and defined by the same method as that described in the section of the negative electrode active material.

[[[メジアン径d50]]]
粒子のメジアン径d50(一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には二次粒子径)は通常0.1μm以上、好ましくは0.5μm以上、より好ましくは1μm以上、最も好ましくは3μm以上で、上限は、通常20μm以下、好ましくは18μm以下、より好ましくは16μm以下、最も好ましくは15μm以下である。上記下限を下回ると、高タップ密度品が得られなくなる場合があり、上限を超えると粒子内のリチウムの拡散に時間がかかるため、電池性能の低下をきたしたり、電池の正極作成すなわち活物質と導電材やバインダー等を溶媒でスラリー化し、薄膜状に塗布する際に、スジを引く等の問題を生ずる場合がある。ここで、異なるメジアン径d50をもつ正極活物質を2種類以上混合することで、正極作成時の充填性を更に向上させることもできる。
[[[Median diameter d 50 ]]]
The median diameter d 50 of the particles (when the primary particles are aggregated to form secondary particles) is usually 0.1 μm or more, preferably 0.5 μm or more, more preferably 1 μm or more, most The upper limit is usually 20 μm or less, preferably 18 μm or less, more preferably 16 μm or less, and most preferably 15 μm or less. If the lower limit is not reached, a high tap density product may not be obtained, and if the upper limit is exceeded, it takes time to diffuse lithium in the particles. When a conductive material, a binder, or the like is slurried with a solvent and applied as a thin film, problems such as streaking may occur. Here, by mixing two or more types of positive electrode active materials having different median diameters d 50 , the filling property at the time of forming the positive electrode can be further improved.

なお、本発明におけるメジアン径d50は、公知のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置によって測定される。粒度分布計としてHORIBA社製LA−920を用いる場合、測定の際に用いる分散媒として、0.1質量%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を用い、5分間の超音波分散後に測定屈折率1.24を設定して測定される。 The median diameter d 50 in the present invention is measured by a known laser diffraction / scattering particle size distribution measuring device. When LA-920 manufactured by HORIBA is used as a particle size distribution meter, a 0.1% by mass sodium hexametaphosphate aqueous solution is used as a dispersion medium for measurement, and a measurement refractive index of 1.24 is set after ultrasonic dispersion for 5 minutes. Measured.

[[[平均一次粒子径]]]
一次粒子が凝集して二次粒子を形成している場合には、正極活物質の平均一次粒子径としては、通常0.01μm以上、好ましくは0.05μm以上、更に好ましくは0.08μm以上、最も好ましくは0.1μm以上で、上限は、通常3μm以下、好ましくは2μm以下、更に好ましくは1μm以下、最も好ましくは0.6μm以下である。上記上限を超えると球状の二次粒子を形成し難く、粉体充填性に悪影響を及ぼしたり、BET比表面積が大きく低下するために、出力特性等の電池性能が低下する可能性が高くなる場合がある。逆に、上記下限を下回ると、通常、結晶が未発達であるために充放電の可逆性が劣る等の問題を生ずる場合がある。
[[[Average primary particle size]]]
When primary particles are aggregated to form secondary particles, the average primary particle diameter of the positive electrode active material is usually 0.01 μm or more, preferably 0.05 μm or more, more preferably 0.08 μm or more, Most preferably, it is 0.1 μm or more, and the upper limit is usually 3 μm or less, preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less, and most preferably 0.6 μm or less. When the above upper limit is exceeded, it is difficult to form spherical secondary particles, which adversely affects the powder filling property, or the BET specific surface area is greatly reduced, so that there is a high possibility that the battery performance such as output characteristics will deteriorate. There is. On the other hand, when the value falls below the lower limit, there is a case where problems such as inferior reversibility of charge / discharge are usually caused because crystals are not developed.

なお、一次粒子径は、走査電子顕微鏡(SEM)を用いた観察により測定される。具体的には、10000倍の倍率の写真で、水平方向の直線に対する一次粒子の左右の境界線による切片の最長の値を、任意の50個の一次粒子について求め、平均値をとることにより求められる。   The primary particle diameter is measured by observation using a scanning electron microscope (SEM). Specifically, in a photograph at a magnification of 10000 times, the longest value of the intercept by the left and right boundary lines of the primary particles with respect to the horizontal straight line is obtained for any 50 primary particles and obtained by taking the average value. It is done.

[[[BET比表面積]]]
本発明の二次電池に供する正極活物質のBET比表面積は、0.2m2/g以上、好ましくは0.3m2/g以上、更に好ましくは0.4m2/g以上で、上限は4.0m2/g以下、好ましくは2.5m2/g以下、更に好ましくは1.5m2/g以下である。BET比表面積がこの範囲よりも小さいと電池性能が低下しやすく、大きいとタップ密度が上がりにくくなり、正極活物質形成時の塗布性に問題が発生しやすい場合がある。
[[[BET specific surface area]]]
The BET specific surface area of the positive electrode active material used for the secondary battery of the present invention is 0.2 m 2 / g or more, preferably 0.3 m 2 / g or more, more preferably 0.4 m 2 / g or more, and the upper limit is 4 .0m 2 / g or less, preferably 2.5 m 2 / g or less, still more preferably not more than 1.5 m 2 / g. If the BET specific surface area is smaller than this range, the battery performance tends to be lowered, and if the BET specific surface area is larger, the tap density is difficult to increase, and there may be a problem in applicability when forming the positive electrode active material.

BET比表面積は、表面積計(例えば、大倉理研製全自動表面積測定装置)を用い、試料に対して窒素流通下150℃で30分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって測定した値で定義される。   The BET specific surface area is determined by using a surface area meter (for example, a fully automated surface area measuring device manufactured by Okura Riken), preliminarily drying the sample for 30 minutes at 150 ° C. under nitrogen flow, and then measuring the relative pressure of nitrogen relative to atmospheric pressure. It is defined by a value measured by a nitrogen adsorption BET one-point method using a gas flow method using a nitrogen-helium mixed gas that is accurately adjusted to have a value of 0.3.

[[[正極活物質の製造法]]]
正極活物質の製造法としては、無機化合物の製造法として一般的な方法が用いられる。特に球状ないし楕円球状の活物質を作成するには種々の方法が考えられるが、例えば、遷移金属硝酸塩、遷移金属硫酸塩等の遷移金属原料物質と、必要に応じ他の元素の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、攪拌をしながらpHを調節して球状の前駆体を作成回収し、これを必要に応じて乾燥した後、LiOH、LiCO、LiNO等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法、遷移金属硝酸塩、遷移金属硫酸塩、遷移金属水酸化物、遷移金属酸化物等の遷移金属原料物質と、必要に応じ他の元素の原料物質を水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、それをスプレードライヤー等で乾燥成型して球状ないし楕円球状の前駆体とし、これにLiOH、LiCO、LiNO等のLi源を加えて高温で焼成して活物質を得る方法、また、遷移金属硝酸塩、遷移金属硫酸塩、遷移金属水酸化物、遷移金属酸化物等の遷移金属原料物質と、LiOH、LiCO、LiNO等のLi源と、必要に応じ他の元素の原料物質とを水等の溶媒中に溶解ないし粉砕分散して、それをスプレードライヤー等で乾燥成型して球状ないし楕円球状の前駆体とし、これを高温で焼成して活物質を得る方法等が挙げられる。
[[[Production method of positive electrode active material]]]
As a manufacturing method of the positive electrode active material, a general method is used as a manufacturing method of the inorganic compound. In particular, various methods are conceivable for producing a spherical or elliptical spherical active material. For example, transition metal raw materials such as transition metal nitrates and transition metal sulfates and, if necessary, raw materials of other elements are mixed with water. It is dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as, and the pH is adjusted while stirring to produce and recover a spherical precursor, which is dried as necessary, and then LiOH, Li 2 CO 3 , LiNO 3, etc. A method of obtaining an active material by adding a Li source of the above, a transition metal source material such as transition metal nitrate, transition metal sulfate, transition metal hydroxide, transition metal oxide, and other elements as required The raw material is dissolved or pulverized and dispersed in a solvent such as water, and is then dried and molded with a spray dryer or the like to obtain a spherical or elliptical precursor, and LiOH, Li 2 CO 3 , LiNO 3 and other Li Add the source at high temperature A method of obtaining an active material by firing, a transition metal source material such as transition metal nitrate, transition metal sulfate, transition metal hydroxide, transition metal oxide, and LiOH such as LiOH, Li 2 CO 3 , and LiNO 3 Dissolve or pulverize the source and other elemental raw materials as necessary in a solvent such as water, and dry-mold them with a spray drier or the like to obtain a spherical or elliptical precursor, which is heated at a high temperature. Examples thereof include a method for obtaining an active material by firing.

[[正極の構成]]
以下に、本発明に使用される正極の構成について述べる。
[[[電極構造と作製法]]]
本発明のリチウムイオン二次電池用正極は、正極活物質と結着剤とを含有する正極活物質層を、集電体上に形成して作製される。正極活物質を用いる正極の製造は、常法により行うことができる。すなわち、正極活物質と結着剤、並びに必要に応じて導電材及び増粘剤等を乾式で混合してシート状にしたものを正極集電体に圧着するか、又はこれらの材料を液体媒体に溶解又は分散させてスラリーとして、これを正極集電体に塗布し、乾燥することにより、正極活物質層を集電体上に形成させることにより正極を得ることができる。正極活物質はその2種類以上を事前に混合して用いてもよいし、正極作成時に同時に加えることによって混合されてもよい。
[[Composition of positive electrode]]
Below, the structure of the positive electrode used for this invention is described.
[[[Electrode structure and fabrication method]]]
The positive electrode for a lithium ion secondary battery of the present invention is produced by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a binder on a current collector. Manufacture of the positive electrode using a positive electrode active material can be performed by a conventional method. That is, a positive electrode active material and a binder, and if necessary, a conductive material and a thickener mixed in a dry form are pressure-bonded to a positive electrode current collector, or these materials are liquid media A positive electrode can be obtained by forming a positive electrode active material layer on the current collector by applying it to a positive electrode current collector and drying it as a slurry by dissolving or dispersing in a slurry. Two or more types of positive electrode active materials may be mixed in advance and used, or may be mixed by adding them simultaneously when forming the positive electrode.

本発明のリチウムイオン二次電池の正極に用いられる正極活物質の、正極活物質層中の含有量は、好ましくは80質量%以上、より好ましくは82質量%以上、特に好ましくは84質量%以上である。また上限は、好ましくは95質量%以下、より好ましくは93質量%以下である。正極活物質層中の正極活物質の含有量が低いと電気容量が不十分となる場合がある。逆に含有量が高すぎると正極の強度が不足する場合がある。   The content of the positive electrode active material used in the positive electrode of the lithium ion secondary battery of the present invention in the positive electrode active material layer is preferably 80% by mass or more, more preferably 82% by mass or more, and particularly preferably 84% by mass or more. It is. Moreover, an upper limit becomes like this. Preferably it is 95 mass% or less, More preferably, it is 93 mass% or less. If the content of the positive electrode active material in the positive electrode active material layer is low, the electric capacity may be insufficient. Conversely, if the content is too high, the strength of the positive electrode may be insufficient.

[[[導電材]]]
導電材としては、公知の導電材を任意に用いることができる。具体例としては、銅、ニッケル等の金属材料;天然黒鉛、人造黒鉛等の黒鉛(グラファイト);アセチレンブラック等のカーボンブラック;ニードルコークス等の無定形炭素等の炭素材料等が挙げられる。なお、これらは、1種を単独で用いてもよく、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用してもよい。
[[[Conductive material]]]
A known conductive material can be arbitrarily used as the conductive material. Specific examples include metal materials such as copper and nickel; graphite such as natural graphite and artificial graphite (graphite); carbon black such as acetylene black; and carbon materials such as amorphous carbon such as needle coke. In addition, these may be used individually by 1 type and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio.

導電材は、正極活物質層中に、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは1質量%以上であり、また上限は、通常50質量%以下、好ましくは30質量%以下、より好ましくは15質量%以下含有するように用いられる。含有量がこの範囲よりも低いと導電性が不十分となる場合がある。逆に、含有量がこの範囲よりも高いと電池容量が低下する場合がある。   The conductive material is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 1% by mass or more in the positive electrode active material layer, and the upper limit is usually 50% by mass or less, preferably It is used so as to contain 30% by mass or less, more preferably 15% by mass or less. If the content is lower than this range, the conductivity may be insufficient. Conversely, if the content is higher than this range, the battery capacity may decrease.

[[[結着剤]]]
正極活物質層の製造に用いる結着剤としては、特に限定されず、塗布法の場合は、電極製造時に用いる液体媒体に対して溶解又は分散される材料であれば良いが、具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリメチルメタクリレート、芳香族ポリアミド、セルロース、ニトロセルロース等の樹脂系高分子;SBR(スチレン−ブタジエンゴム)、NBR(アクリロニトリル−ブタジエンゴム)、フッ素ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン−プロピレンゴム等のゴム状高分子;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物、EPDM(エチレン・プロピレン・ジエン三元共重合体)、スチレン・エチレン・ブタジエン・エチレン共重合体、スチレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体又はその水素添加物等の熱可塑性エラストマー状高分子;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、ポリ酢酸ビニル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン共重合体等の軟質樹脂状高分子;ポリフッ化ビニリデン(PVdF)、ポリテトラフルオロエチレン、フッ素化ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体等のフッ素系高分子;アルカリ金属イオン(特にリチウムイオン)のイオン伝導性を有する高分子組成物等が挙げられる。なお、これらの物質は、1種を単独で用いても良く、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。
[[[Binder]]]
The binder used in the production of the positive electrode active material layer is not particularly limited, and in the case of a coating method, any material that can be dissolved or dispersed in the liquid medium used in electrode production may be used. , Polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polymethyl methacrylate, aromatic polyamide, cellulose, nitrocellulose, and other resin polymers; SBR (styrene-butadiene rubber), NBR (acrylonitrile-butadiene rubber), fluorine rubber, isoprene rubber, butadiene Rubber-like polymers such as rubber and ethylene-propylene rubber; styrene / butadiene / styrene block copolymer or hydrogenated product thereof, EPDM (ethylene / propylene / diene terpolymer), styrene / ethylene / butadiene / ethylene copolymer Polymer, styrene / isoprene Thermoplastic elastomeric polymers such as styrene block copolymers or hydrogenated products thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, polyvinyl acetate, ethylene / vinyl acetate copolymers, propylene / α-olefin copolymers, etc. Soft polymer such as polyvinylidene fluoride (PVdF), polytetrafluoroethylene, fluorinated polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, etc .; alkali metal ions (especially lithium ions) Examples thereof include a polymer composition having ion conductivity. In addition, these substances may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and ratios.

正極活物質層中の結着剤の割合は、通常0.1質量%以上、好ましくは1質量%以上、更に好ましくは3質量%以上であり、上限は通常80質量%以下、好ましくは60質量%以下、更に好ましくは40質量%以下、最も好ましくは10質量%以下である。結着剤の割合が低すぎると、正極活物質を十分保持できずに正極の機械的強度が不足し、サイクル特性等の電池性能を悪化させてしまう場合がある。一方で、高すぎると、電池容量や導電性の低下につながる場合がある。   The ratio of the binder in the positive electrode active material layer is usually 0.1% by mass or more, preferably 1% by mass or more, more preferably 3% by mass or more, and the upper limit is usually 80% by mass or less, preferably 60% by mass. % Or less, more preferably 40% by mass or less, and most preferably 10% by mass or less. When the ratio of the binder is too low, the positive electrode active material cannot be sufficiently retained and the positive electrode has insufficient mechanical strength, which may deteriorate battery performance such as cycle characteristics. On the other hand, if it is too high, battery capacity and conductivity may be reduced.

[[[液体媒体]]]
スラリーを形成するための液体媒体としては、正極活物質、導電材、結着剤、並びに必要に応じて使用される増粘剤を溶解又は分散することが可能な溶媒であれば、その種類に特に制限はなく、水系溶媒と有機系溶媒のどちらを用いても良い。
[[[Liquid medium]]]
The liquid medium for forming the slurry may be any type of solvent that can dissolve or disperse the positive electrode active material, the conductive material, the binder, and the thickener used as necessary. There is no particular limitation, and either an aqueous solvent or an organic solvent may be used.

水系媒体としては、例えば、水、アルコールと水との混合媒等が挙げられる。有機系媒体としては、例えば、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類;ベンゼン、トルエン、キシレン、メチルナフタレン等の芳香族炭化水素類;キノリン、ピリジン等の複素環化合物;アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類;酢酸メチル、アクリル酸メチル等のエステル類;ジエチレントリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン等のアミン類;ジエチルエーテル、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン(THF)等のエーテル類;N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等のアミド類;ヘキサメチルホスファルアミド、ジメチルスルホキシド等の非プロトン性極性溶媒等を挙げることができる。   Examples of the aqueous medium include water, a mixed medium of alcohol and water, and the like. Examples of the organic medium include aliphatic hydrocarbons such as hexane; aromatic hydrocarbons such as benzene, toluene, xylene, and methylnaphthalene; heterocyclic compounds such as quinoline and pyridine; ketones such as acetone, methyl ethyl ketone, and cyclohexanone. Esters such as methyl acetate and methyl acrylate; amines such as diethylenetriamine and N, N-dimethylaminopropylamine; ethers such as diethyl ether, propylene oxide and tetrahydrofuran (THF); N-methylpyrrolidone (NMP) Amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide; aprotic polar solvents such as hexamethylphosphalamide and dimethylsulfoxide.

[[[増粘剤]]]
特に水系媒体を用いる場合、増粘剤と、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)等のラテックスを用いてスラリー化するのが好ましい。増粘剤は、通常、スラリーの粘度を調製するために使用される。増粘剤としては、特に制限はないが、具体的には、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン及びこれらの塩等が挙げられる。これらは、1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。更に増粘剤を添加する場合には、活物質に対する増粘剤の割合は、0.1質量%以上、好ましくは0.5質量%以上、より好ましくは0.6質量%以上であり、また、上限としては5質量%以下、好ましくは3質量%以下、より好ましくは2質量%以下の範囲である。この範囲を下回ると、著しく塗布性が低下する場合がある。上回ると、正極活物質層に占める活物質の割合が低下し、電池の容量が低下する問題や正極活物質間の抵抗が増大する問題が生じる場合がある。
[[[Thickener]]]
In particular, when an aqueous medium is used, it is preferable to make a slurry using a thickener and a latex such as styrene-butadiene rubber (SBR). A thickener is usually used to adjust the viscosity of the slurry. The thickener is not particularly limited, and specific examples include carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated starch, casein, and salts thereof. These may be used individually by 1 type, or may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a ratio. When a thickener is further added, the ratio of the thickener to the active material is 0.1% by mass or more, preferably 0.5% by mass or more, more preferably 0.6% by mass or more. The upper limit is 5% by mass or less, preferably 3% by mass or less, more preferably 2% by mass or less. Below this range, applicability may be significantly reduced. If it exceeds, the ratio of the active material in the positive electrode active material layer may decrease, and there may be a problem that the capacity of the battery decreases and a problem that the resistance between the positive electrode active materials increases.

[[[圧密化]]]
塗布、乾燥によって得られた正極活物質層は、正極活物質の充填密度を上げるために、ハンドプレス、ローラープレス等により圧密化することが好ましい。正極活物質層の密度は、下限として好ましくは1.5g/cm3以上、より好ましくは2g/cm3、更に好ましくは2.2g/cm3以上であり、上限としては、好ましくは3.5g/cm3以下、より好ましくは3g/cm3以下、更に好ましくは2.8g/cm3以下の範囲である。この範囲を上回ると集電体/活物質界面付近への非水系電解液の浸透性が低下し、特に高電流密度での充放電特性が低下する場合がある。また下回ると活物質間の導電性が低下し、電池抵抗が増大する場合がある。
[[[Consolidation]]]
The positive electrode active material layer obtained by coating and drying is preferably consolidated by a hand press, a roller press or the like in order to increase the packing density of the positive electrode active material. Density of the positive electrode active material layer is preferably 1.5 g / cm 3 or more as a lower limit, more preferably 2 g / cm 3, and even more preferably at 2.2 g / cm 3 or more, the upper limit, preferably 3.5g / Cm 3 or less, more preferably 3 g / cm 3 or less, and even more preferably 2.8 g / cm 3 or less. If this range is exceeded, the permeability of the non-aqueous electrolyte solution to the vicinity of the current collector / active material interface may decrease, and the charge / discharge characteristics at a high current density may decrease. On the other hand, if it is lower, the conductivity between the active materials may be reduced, and the battery resistance may be increased.

[[[集電体]]]
正極集電体の材質としては特に制限は無く、公知のものを任意に用いることができる。具体例としては、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケルメッキ、チタン、タンタル等の金属材料;カーボンクロス、カーボンペーパー等の炭素材料が挙げられる。中でも金属材料、特にアルミニウムが好ましい。
[[[Current collector]]]
There is no restriction | limiting in particular as a material of a positive electrode electrical power collector, A well-known thing can be used arbitrarily. Specific examples include metal materials such as aluminum, stainless steel, nickel plating, titanium, and tantalum; and carbon materials such as carbon cloth and carbon paper. Of these, metal materials, particularly aluminum, are preferred.

集電体の形状としては、金属材料の場合、金属箔、金属円柱、金属コイル、金属板、金属薄膜、エキスパンドメタル、パンチメタル、発泡メタル等が挙げられ、炭素材料の場合、炭素板、炭素薄膜、炭素円柱等が挙げられる。これらのうち、金属薄膜が好ましい。なお、薄膜は適宜メッシュ状に形成してもよい。薄膜の厚さは任意であるが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、また上限は、通常1mm以下、好ましくは100μm以下、より好ましくは50μm以下である。薄膜がこの範囲よりも薄いと集電体として必要な強度が不足する場合がある。逆に、薄膜がこの範囲よりも厚いと取り扱い性が損なわれる場合がある。   Examples of the shape of the current collector include metal foil, metal cylinder, metal coil, metal plate, metal thin film, expanded metal, punch metal, and foam metal in the case of a metal material. A thin film, a carbon cylinder, etc. are mentioned. Of these, metal thin films are preferred. In addition, you may form a thin film suitably in mesh shape. Although the thickness of the thin film is arbitrary, it is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and the upper limit is usually 1 mm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. If the thin film is thinner than this range, the strength required for the current collector may be insufficient. Conversely, if the thin film is thicker than this range, the handleability may be impaired.

集電体と正極活物質層の厚さの比は特には限定されないが、(非水系電解液注液直前の片面の活物質層の厚さ)/(集電体の厚さ)の値が20以下であることが好ましく、より好ましくは15以下、最も好ましくは10以下であり、下限は、0.5以上が好ましく、より好ましくは0.8以上、最も好ましくは1以上の範囲である。この範囲を上回ると、高電流密度充放電時に集電体がジュール熱による発熱を生じる場合がある。一方、この範囲を下回ると、正極活物質に対する集電体の体積比が増加し、電池の容量が減少する場合がある。   The ratio of the thickness of the current collector to the positive electrode active material layer is not particularly limited, but the value of (thickness of active material layer on one side immediately before non-aqueous electrolyte injection) / (thickness of current collector) is It is preferably 20 or less, more preferably 15 or less, most preferably 10 or less, and the lower limit is preferably 0.5 or more, more preferably 0.8 or more, and most preferably 1 or more. Above this range, the current collector may generate heat due to Joule heat during high current density charge / discharge. On the other hand, below this range, the volume ratio of the current collector to the positive electrode active material may increase, and the battery capacity may decrease.

[[[電極面積]]]
本発明の場合、高出力かつ高温時の安定性を高める観点から、正極活物質層の面積は、電池外装ケースの外表面積に対して大きくすることが好ましい。具体的には、二次電池の外装の表面積に対する前記正極の電極面積の総和が面積比で20倍以上とすることが好ましく、更に40倍以上とすることがより好ましい。外装ケースの外表面積とは、有底角型形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分の縦と横と厚さの寸法から計算で求める総面積をいう。有底円筒形状の場合には、端子の突起部分を除いた発電要素が充填されたケース部分を円筒として近似する幾何表面積である。正極の電極面積の総和とは、負極活物質を含む合材層に対向する正極合材層の幾何表面積であり、集電体箔を介して両面に正極合材層を形成してなる構造では、それぞれの面を別々に算出する面積の総和をいう。
[[[Electrode area]]]
In the case of the present invention, it is preferable that the area of the positive electrode active material layer is larger than the outer surface area of the battery outer case from the viewpoint of increasing the stability at high output and high temperature. Specifically, the total electrode area of the positive electrode with respect to the surface area of the exterior of the secondary battery is preferably 20 times or more, and more preferably 40 times or more. The outer surface area of the outer case, in the case of a bottomed square shape, means the total area obtained by calculation from the vertical, horizontal, and thickness dimensions of the case part filled with the power generation element excluding the protruding part of the terminal. . In the case of a bottomed cylindrical shape, the geometric surface area approximates the case portion filled with the power generation element excluding the protruding portion of the terminal as a cylinder. The total electrode area of the positive electrode is the geometric surface area of the positive electrode mixture layer facing the mixture layer containing the negative electrode active material, and in the structure in which the positive electrode mixture layer is formed on both sides via the current collector foil. , The sum of the areas where each surface is calculated separately.

[[[放電容量]]]
本発明の特定化合物を含有する非水系電解液を用いる場合、二次電池の1個の電池外装に収納される電池要素のもつ電気容量(電池を満充電状態から放電状態まで放電したときの電気容量)が、3アンペアーアワー(Ah)以上であると、周辺部材との接触面積が大きくなり、熱伝導性向上の観点で好ましい。そのため、正極板は、放電容量が満充電で、3アンペアーアワー(Ah)以上20Ah以下になるように設計することが好ましく、更に4Ah以上10Ah以下がより好ましい。3Ah未満では、大電流の取り出し時に電極反応抵抗による電圧低下が大きくなり電力効率が悪くなる場合がある。20Ah以上では、電極反応抵抗が小さくなり電力効率は良くなるが、パルス充放電時の電池内部発熱による温度分布が大きく、充放電繰り返しの耐久性が劣り、また、過充電や内部短絡等の異常時の急激な発熱に対して放熱効率も悪くなり、内圧が上昇してガス放出弁が作動する現象(弁作動)、電池内容物が外に激しく噴出する現象(破裂)に至る確率が上がる場合がある。
[[[Discharge capacity]]]
When the non-aqueous electrolyte containing the specific compound of the present invention is used, the electric capacity of the battery element housed in one battery case of the secondary battery (the electric capacity when the battery is discharged from the fully charged state to the discharged state) When the (capacity) is 3 ampere hours (Ah) or more, the contact area with the peripheral member is increased, which is preferable from the viewpoint of improving thermal conductivity. Therefore, the positive electrode plate is preferably designed so that the discharge capacity is fully charged and is 3 ampere hours (Ah) or more and 20 Ah or less, and more preferably 4 Ah or more and 10 Ah or less. If it is less than 3 Ah, the voltage drop due to the electrode reaction resistance becomes large when taking out a large current, and the power efficiency may deteriorate. Above 20 Ah, the electrode reaction resistance decreases and the power efficiency improves, but the temperature distribution due to the internal heat generation of the battery during pulse charge / discharge is large, the durability of repeated charge / discharge is inferior, and abnormalities such as overcharge and internal short circuit When the heat release efficiency deteriorates due to sudden heat generation at the time, the probability that the internal pressure rises and the gas release valve operates (valve operation), or the battery contents erupt violently (explosion) increases. There is.

[[[正極板の厚さ]]]
正極板の厚さは特に限定されるものではないが、高容量かつ高出力の観点から、芯材の金属箔厚さを差し引いた合材層の厚さは、集電体の片面に対して下限として、好ましくは10μm以上、より好ましくは20μm以上で、上限としては、好ましくは200μm以下、より好ましくは100μm以下である。
[[[Positive electrode plate thickness]]]
The thickness of the positive electrode plate is not particularly limited, but from the viewpoint of high capacity and high output, the thickness of the composite layer obtained by subtracting the metal foil thickness of the core material is relative to one side of the current collector. The lower limit is preferably 10 μm or more, more preferably 20 μm or more, and the upper limit is preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less.

<電池形状>
電池形状は特に限定されるものではないが、有底筒型形状、有底角型形状、薄型形状、シート形状、ペーパー形状が挙げられる。システムや機器に組み込まれる際に、容積効率を高めて収納性を上げるために、電池周辺に配置される周辺システムへの収まりを考慮した馬蹄形、櫛型形状等の異型のものであってもよい。電池内部の熱を効率よく外部に放出する観点から、比較的平らで大面積の面を少なくとも一つを有する角型形状が好ましい。
<Battery shape>
The battery shape is not particularly limited, and examples thereof include a bottomed cylindrical shape, a bottomed square shape, a thin shape, a sheet shape, and a paper shape. When incorporating into a system or device, in order to increase the volumetric efficiency and increase the storage capacity, it may be of a different shape such as a horseshoe shape, a comb shape, etc. considering the fit to the peripheral system arranged around the battery . From the viewpoint of efficiently releasing the heat inside the battery to the outside, a rectangular shape having at least one surface that is relatively flat and has a large area is preferable.

有底筒型形状の電池では、充填される発電素子に対する外表面積が小さくなるので、充電や放電時に内部抵抗による発生するジュール発熱を効率よく外部に逃げる設計にすることが好ましい。また、熱伝導性の高い物質の充填比率を高め、内部での温度分布が小さくなるように設計することが好ましい。   In a battery having a bottomed cylindrical shape, since the outer surface area with respect to the power generating element to be filled becomes small, it is preferable to design so that Joule heat generated by the internal resistance at the time of charging and discharging efficiently escapes to the outside. Moreover, it is preferable to design so that the filling ratio of the substance having high thermal conductivity is increased and the temperature distribution inside is reduced.

有底角型形状では、一番大きい面の面積S(端子部を除く外形寸法の幅と高さとの積、単位cm2)の2倍と電池外形の厚さT(単位cm)との比率2S/Tの値が100以上であることが好ましく、200以上であることが更に好適である。最大面を大きくすることにより高出力かつ大容量の電池であってもサイクル性や高温保存等の特性を向上させるとともに、異常発熱時の放熱効率を上げることができ、「弁作動」や「破裂」という危険な状態になることを抑制することができる。 In the bottomed square shape, the ratio between the area S of the largest surface (the product of the width and height of the outer dimensions excluding the terminal portion, unit cm 2 ) and the thickness T (unit cm) of the battery outer shape The 2S / T value is preferably 100 or more, and more preferably 200 or more. By increasing the maximum surface, it is possible to improve characteristics such as cycle performance and high-temperature storage even for high-power and large-capacity batteries, and increase the heat dissipation efficiency during abnormal heat generation. Can be prevented from becoming a dangerous state.

<電池構成>
本発明の充放電可能なリチウムイオン二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、本発明の上記非水系電解液、正極と負極の間に配設されるセパレータ、集電端子、及び外装ケース等によって少なくとも構成される。更に要すれば、電池の内部及び/又は電池の外部に保護素子を装着してもよい。
<Battery configuration>
The rechargeable lithium ion secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, the non-aqueous electrolyte of the present invention, a separator disposed between the positive electrode and the negative electrode, and a current collecting terminal , And an exterior case. Further, if necessary, a protective element may be mounted inside the battery and / or outside the battery.

[セパレータ]
本発明で用いられるセパレータは、両極間を電子的に絶縁する所定の機械的強度を有し、イオン透過度が大きく、かつ、正極と接する側における酸化性と負極側における還元性への耐性を兼ね備えるものであれば特に限定されるものではない。このような要求特性を有するセパレータの材質として、樹脂、無機物、ガラス繊維等が用いられる。前記樹脂としては、オレフィン系ポリマー、フッ素系ポリマー、セルロース系ポリマー、ポリイミド、ナイロン等が用いられる。具体的には、電解液に対して安定で、保液性の優れた材料の中から選ぶのが好ましく、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等を用いるのが好ましい。
[Separator]
The separator used in the present invention has a predetermined mechanical strength that electrically insulates both electrodes, has a high ion permeability, and has resistance to oxidation on the side in contact with the positive electrode and reduction on the negative electrode side. There is no particular limitation as long as it has both. As a material for the separator having such required characteristics, a resin, an inorganic material, glass fiber, or the like is used. As the resin, olefin polymer, fluorine polymer, cellulose polymer, polyimide, nylon and the like are used. Specifically, it is preferable to select from materials that are stable with respect to the electrolytic solution and have excellent liquid retention properties, and it is preferable to use a porous sheet or nonwoven fabric made of a polyolefin such as polyethylene or polypropylene.

前記無機物としては、アルミナや二酸化珪素等の酸化物類、窒化アルミニウムや窒化珪素等の窒化物類、硫酸バリウムや硫酸カルシウム等の硫酸塩類が用いられ、粒子形状又は繊維形状のものが用いられる。形態としては、不織布、織布、微多孔性フィルム等の薄膜形状のものが用いられる。薄膜形状では、孔径が0.01〜1μm、厚さが5〜50μmのものが好適に用いられる。前記の独立した薄膜形状以外に、樹脂製の結着剤を用いて前記無機物の粒子を含有する複合多孔層を正極及び/又は負極の表層に形成させてなるセパレータを用いることができる。例えば、正極の両面に90%粒径が1μm未満のアルミナ粒子をフッ素樹脂を結着剤として、多孔層に形成させることが挙げられる。   Examples of the inorganic material include oxides such as alumina and silicon dioxide, nitrides such as aluminum nitride and silicon nitride, and sulfates such as barium sulfate and calcium sulfate, and those having a particle shape or fiber shape are used. As the form, a thin film shape such as a non-woven fabric, a woven fabric, or a microporous film is used. In the thin film shape, those having a pore diameter of 0.01 to 1 μm and a thickness of 5 to 50 μm are preferably used. In addition to the independent thin film shape, a separator formed by forming a composite porous layer containing the inorganic particles on the surface layer of the positive electrode and / or the negative electrode using a resin binder can be used. For example, it is possible to form alumina particles having a 90% particle size of less than 1 μm on both surfaces of the positive electrode in a porous layer using a fluororesin as a binder.

[電極群]
電極群は、前述の正極板と負極板とを前述のセパレータを介してなる積層構造のもの、及び前述の正極板と負極板とを前述のセパレータを介して渦巻き状に捲回した構造のものの何れでもよい。
[Electrode group]
The electrode group has a laminated structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are interposed via the separator, and a structure in which the positive electrode plate and the negative electrode plate are wound in a spiral shape via the separator. Either may be used.

電極群の体積が電池内容積に占める割合(以下、電極群占有率と称する)は、40%〜90%にすることが好ましく、50%〜80%にすることが更に好ましい。前記の電極群占有率が40%未満では、電池容量が小さくなり、また、90%以上では空隙スペースが少なく、電池が高温になることによって部材が膨張したり電解質の液成分の蒸気圧が高くなったりして内部圧力が上昇し、電池としての充放電繰り返し性能や高温保存等の諸特性を低下させたり、更には、内部圧力を外に逃がすガス放出弁が作動する場合がある。   The ratio of the volume of the electrode group to the battery internal volume (hereinafter referred to as electrode group occupancy) is preferably 40% to 90%, and more preferably 50% to 80%. If the electrode group occupancy is less than 40%, the battery capacity is small, and if it is 90% or more, the void space is small, the member expands when the battery becomes high temperature, and the vapor pressure of the liquid component of the electrolyte is high. As a result, the internal pressure rises, and various characteristics such as charge / discharge repetition performance and high-temperature storage as a battery are deteriorated. Further, a gas release valve that releases the internal pressure to the outside may operate.

[集電構造]
集電構造は特に限定されるものではないが、本発明の温度順応による出力回復をより効果的に実現するには、配線部分や接合部分の抵抗を低減する構造にする必要がある。こうした内部抵抗が小さい場合、本発明の非水系電解液と負極活物質とを併用した効果が特に良好に発揮される。
[Current collection structure]
The current collecting structure is not particularly limited, but in order to more effectively realize the output recovery by the temperature adaptation according to the present invention, it is necessary to have a structure that reduces the resistance of the wiring portion and the junction portion. When such an internal resistance is small, the effect of combining the non-aqueous electrolyte solution of the present invention and the negative electrode active material is exhibited particularly well.

電極群が前述の積層構造のものでは、各電極層の金属芯部分を束ねて端子に溶接して形成される構造が好適に用いられる。一枚の電極面積が大きくなる場合には、内部抵抗が大きくなるので、電極内に複数の端子を設けて抵抗を低減することも好適に用いられる。電極群が前述の捲回構造のものでは、正極及び負極にそれぞれ複数のリード構造を設け、端子に束ねることにより、内部抵抗を低くすることができる。   In the case where the electrode group has the laminated structure described above, a structure formed by bundling the metal core portions of the electrode layers and welding them to the terminals is preferably used. When the area of one electrode increases, the internal resistance increases. Therefore, it is also preferable to provide a plurality of terminals in the electrode to reduce the resistance. When the electrode group has the winding structure described above, the internal resistance can be lowered by providing a plurality of lead structures for the positive electrode and the negative electrode, respectively, and bundling the terminals.

前述の構造を最適化することにより、内部抵抗をできるだけ小さくすることができる。大電流で用いられる電池では、10kHz交流法で測定されるインピーダンス(以下、「直流抵抗成分」と略記する)を10ミリオーム(mΩ)以下にすることが好ましく、直流抵抗成分を5ミリオーム(mΩ)以下にすることがより好ましい。直流抵抗成分を0.1ミリオーム未満にすると高出力特性が向上するが、用いられる集電構造材の占める比率が増え、電池容量が減少する場合がある。   By optimizing the above structure, the internal resistance can be made as small as possible. In a battery used at a large current, the impedance measured by the 10 kHz AC method (hereinafter abbreviated as “DC resistance component”) is preferably 10 milliohms (mΩ) or less, and the DC resistance component is 5 milliohms (mΩ). It is more preferable to make it below. When the direct current resistance component is less than 0.1 milliohm, the high output characteristics are improved, but the ratio of the current collecting structure used increases and the battery capacity may decrease.

本発明に用いられる特定化合物を含有する非水系電解液は、電極活物質に対するリチウムの脱挿入に係わる反応抵抗の低減に効果があり、それが良好な低温放電特性を実現できる要因になっていると考えられる。しかし、通常の直流抵抗が大きな電池では、直流抵抗に阻害されて反応抵抗低減の効果を低温放電特性に100%反映できないことが分かった。直流抵抗成分の小さな電池を用いることでこれを改善し、本発明の非水系電解液の効果を充分に発揮できるようになる。   The non-aqueous electrolyte solution containing the specific compound used in the present invention is effective in reducing reaction resistance related to lithium desorption / insertion with respect to the electrode active material, which is a factor that can realize good low-temperature discharge characteristics. it is conceivable that. However, it has been found that a battery having a large direct current resistance is inhibited by the direct current resistance and the effect of reducing the reaction resistance cannot be reflected 100% on the low temperature discharge characteristics. This can be improved by using a battery having a small DC resistance component, and the effect of the non-aqueous electrolyte solution of the present invention can be sufficiently exhibited.

また、特定化合物を含有する非水系電解液の効果を引き出し、高い低温放電特性をもつ電池を作製するという観点からは、この要件と前述した二次電池の1個の電池外装に収納される電池要素のもつ電気容量(電池を満充電状態から放電状態まで放電したときの電気容量)が、3アンペアーアワー(Ah)以上である、という要件を同時に満たすことが特に好ましい。   Further, from the viewpoint of drawing out the effect of a non-aqueous electrolyte containing a specific compound and producing a battery having high low-temperature discharge characteristics, this requirement and the battery housed in one battery exterior of the secondary battery described above It is particularly preferable to satisfy the requirement that the electric capacity of the element (electric capacity when the battery is discharged from a fully charged state to a discharged state) is 3 ampere hours (Ah) or more at the same time.

[外装ケース]
外装ケースの材質は用いられる非水系電解質に対して安定な物質であれば特に限定されるものではない。具体的には、ニッケルめっき鋼板、ステンレス、アルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム合金等の金属類、又は、樹脂とアルミ箔との積層フィルム(ラミネートフィルム)が用いられる。軽量化の観点から、アルミニウム又はアルミニウム合金の金属、ラミネートフィルムが好適に用いられる。
[Exterior case]
The material of the outer case is not particularly limited as long as it is a substance that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte used. Specifically, a nickel-plated steel plate, stainless steel, aluminum, an aluminum alloy, a metal such as a magnesium alloy, or a laminated film (laminate film) of a resin and an aluminum foil is used. From the viewpoint of weight reduction, an aluminum or aluminum alloy metal or a laminate film is preferably used.

前記金属類を用いる外装ケースでは、レーザー溶接、抵抗溶接、超音波溶接により金属同士を溶着して封止密閉構造とするもの、若しくは、樹脂製ガスケットを介して前記金属類を用いてかしめ構造とするものが挙げられる。   In the exterior case using the above metals, a laser-sealed, resistance-welded, ultrasonic welding is used to weld the metals together to form a sealed sealed structure, or a caulking structure using the above-mentioned metals via a resin gasket To do.

前記ラミネートフィルムを用いる外装ケースでは、樹脂層同士を熱融着することにより封止密閉構造とするもの等が挙げられる。シール性を上げるために、前記樹脂層の間にラミネートフィルムに用いられる樹脂と異なる樹脂を介在させてもよい。特に、集電端子を介して樹脂層を熱融着して密閉構造とする場合には、金属と樹脂との接合になるので、介在する樹脂として極性基を有する樹脂や極性基を導入した変成樹脂が好適に用いられる。   Examples of the outer case using the laminate film include those having a sealed and sealed structure by heat-sealing resin layers. In order to improve the sealing performance, a resin different from the resin used for the laminate film may be interposed between the resin layers. In particular, when a resin layer is heat-sealed through a current collecting terminal to form a sealed structure, a metal and a resin are joined, so that a resin having a polar group or a modified group having a polar group introduced as an intervening resin is used. Resins are preferably used.

[保護素子]
前述の保護素子として、異常発熱や過大電流が流れた時に抵抗が増大するPTC(Positive Temperature Coefficient)、温度ヒューズ、サーミスター、異常発熱時に電池内部圧力や内部温度の急激な上昇により回路に流れる電流を遮断する弁(電流遮断弁)等が挙げられる。前記保護素子は高電流の通常使用で作動しない条件のものを選択することが好ましく、高出力の観点から、保護素子がなくても異常発熱や熱暴走に至らない設計にすることがより好ましい。
[Protective element]
As the above-mentioned protective element, PTC (Positive Temperature Coefficient), thermal fuse, thermistor, whose resistance increases when abnormal heat generation or excessive current flows, current that flows in the circuit due to sudden rise in battery internal pressure or internal temperature during abnormal heat generation For example, a valve (current cutoff valve) that shuts off the current is mentioned. It is preferable to select a protective element that does not operate under normal use at a high current. From the viewpoint of high output, it is more preferable that the protective element is designed so as not to cause abnormal heat generation or thermal runaway without a protective element.

<作用・原理>
「特定化合物を含有する非水系電解液」と、「円形度0.85以上であり、広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.337nm未満であり、ラマンR値が0.12以上0.8以下である黒鉛質炭素粒子を含有する負極活物質」とを組み合わせることで、低温状態から早期に出力を回復できるリチウムイオン二次電池を提供できる作用・原理は明らかではないが、また、その作用・原理によって本発明は限定されるものではないが、電池作製後の初回の充電時に特定物質存在下で生成するSEI(Solid Electrolyte Interface 固体電解質界面)被膜が、ラマンR値が高く、円形度が大きい球形化黒鉛では薄く、熱的伝導性が高い被膜を形成するため、周囲の温度上昇時に外部から電極反応部位への熱の伝導が早く、温度に対する応答性が良く出力が向上すると推察している。
<Action and principle>
“Non-aqueous electrolyte containing specific compound”, “circularity of 0.85 or more, (002) plane spacing (d002) by wide-angle X-ray diffraction method is less than 0.337 nm, Raman R value The action / principle that can provide a lithium-ion secondary battery capable of quickly recovering output from a low-temperature state by combining with a negative electrode active material containing graphitic carbon particles having a particle size of 0.12 or more and 0.8 or less is clear However, the present invention is not limited by its action and principle, but the SEI (Solid Electrolyte Interface solid electrolyte interface) coating produced in the presence of a specific substance during the first charge after the battery is fabricated is Spherical graphite with a high R value and a high degree of circularity forms a thin film with high thermal conductivity, so heat conduction from the outside to the electrode reaction site is fast when the ambient temperature rises. It is assumed that the output is improved with good responsiveness.

以下、実施例及び比較例を挙げて本発明を更に具体的に説明するが、本発明は、その要旨を超えない限り、これらの実施例に限定されるものではない。
なお、実施例6〜15は参考例6〜15と読み替えるものとする。
EXAMPLES Hereinafter, although an Example and a comparative example are given and this invention is demonstrated further more concretely, this invention is not limited to these Examples, unless the summary is exceeded.
In addition, Examples 6-15 shall be read as Reference Examples 6-15.

(負極活物質の作製1)
市販の天然黒鉛粉末(A)を粗大粒子の混入を防ぐため、ASTM400メッシュの篩いを5回繰り返した。ここで得られた負極活物質を炭素質物(B)とした。
(Preparation of negative electrode active material 1)
In order to prevent the mixing of coarse particles in the commercially available natural graphite powder (A), the ASTM 400 mesh sieve was repeated 5 times. The negative electrode active material obtained here was a carbonaceous material (B).

(負極活物質の作製2)
市販の天然黒鉛粉末(C)(d002:0.336nm、Lc:100nm以上、ラマンR値:0.11、タップ密度:0.46g/cm3、真密度:2.27g/cm3、体積平均粒径:28.7μm)を微粉砕機(マツボー社製ターボミル)にて、処理し、粗大粒子の混入を防ぐため、ASTM400メッシュの篩いを5回繰り返して炭素質物(D)を調製した。
(Preparation of negative electrode active material 2)
Commercially available natural graphite powder (C) (d002: 0.336 nm, Lc: 100 nm or more, Raman R value: 0.11, tap density: 0.46 g / cm 3 , true density: 2.27 g / cm 3 , volume average In order to prevent mixing of coarse particles, a carbonaceous material (D) was prepared by repeating ASTM 400 mesh sieving five times to prevent coarse particles from being mixed.

(負極活物質の作製3)
天然黒鉛粉末(C)をハイブリダイゼーションシステム((株)奈良機械製作所製ハイブリダイゼーションシステムNHS−1型)を用いて、処理量90g、ローター周速度60m/s、処理時間3分にて処理することによって球形化を行い、更に粗大粒子の混入を防ぐため、ASTM400メッシュの篩いを5回繰り返した。ここで得られた負極活物質を炭素質物(E)とした。この操作を繰り返すことで、電池作製に必要な量を確保した。
(Preparation of negative electrode active material 3)
Natural graphite powder (C) is treated using a hybridization system (hybridization system NHS-1 type, manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.) at a throughput of 90 g, a rotor peripheral speed of 60 m / s, and a treatment time of 3 minutes. In order to prevent spheroidization and mixing of coarse particles, ASTM 400 mesh sieve was repeated 5 times. The negative electrode active material obtained here was a carbonaceous material (E). By repeating this operation, an amount necessary for battery production was secured.

(負極活物質の作製4)
市販の天然黒鉛粉末(F)(d002:0.336nm、Lc:100nm以上、ラマンR値:0.09、タップ密度:0.57g/cm3、真密度:2.26g/cm3、体積平均粒径:85.4μm)をハイブリダイゼーションシステムにて処理量90g、ローター周速度30m/s、処理時間1分で球形化を行い、更に粗大粒子の混入を防ぐため、ASTM400メッシュの篩いを5回繰り返した。ここで得られた負極活物質を炭素質物(G)とした。この操作を繰り返すことで、電池作製に必要な量を確保した。
(Preparation of negative electrode active material 4)
Commercially available natural graphite powder (F) (d002: 0.336 nm, Lc: 100 nm or more, Raman R value: 0.09, tap density: 0.57 g / cm 3 , true density: 2.26 g / cm 3 , volume average Particle size: 85.4 μm) is spheroidized in a hybridization system with a throughput of 90 g, a rotor peripheral speed of 30 m / s, and a processing time of 1 minute, and in order to prevent mixing of coarse particles, ASTM400 mesh sieve is applied 5 times. Repeated. The negative electrode active material obtained here was a carbonaceous material (G). By repeating this operation, an amount necessary for battery production was secured.

(負極活物質の作製5)
キノリン不溶分が0.05質量%以下のコールタールピッチを、反応炉にて460℃で10時間熱処理し、軟化点385℃の、溶融性のある塊状の炭化処理前駆体を得た。得られた塊状の炭化処理前駆体を金属製の容器に詰め、箱形の電気炉で窒素ガス流通下、1000℃で2時間、熱処理を行なった。得られた非晶質の塊を粗砕機(吉田製作所製ロールジョークラッシャー)で粉砕、更に微粉砕機(マツボー社製ターボミル)を用いて微粉砕し、体積基準平均径18μmの非晶質粉末を得た。得られた粉末を粗大粒子の混入を防ぐため、ASTM400メッシュの篩いを5回繰り返した。ここで得られた負極活物質を炭素質物(H)とした。
(Preparation of negative electrode active material 5)
A coal tar pitch having a quinoline insoluble content of 0.05% by mass or less was heat-treated in a reaction furnace at 460 ° C. for 10 hours to obtain a meltable bulk carbonized precursor having a softening point of 385 ° C. The obtained bulk carbonized precursor was packed in a metal container and heat-treated at 1000 ° C. for 2 hours in a box-shaped electric furnace under nitrogen gas flow. The obtained amorphous lump was pulverized with a crusher (Roll jaw crusher manufactured by Yoshida Seisakusho), and further pulverized with a fine pulverizer (Turbo mill manufactured by Matsubo) to obtain an amorphous powder having a volume-based average diameter of 18 μm. Obtained. In order to prevent mixing of coarse particles in the obtained powder, ASTM 400 mesh sieving was repeated 5 times. The negative electrode active material obtained here was a carbonaceous material (H).

(負極活物質の作製6)
(負極活物質の作製5)で得られた炭素質物(H)を更に、黒鉛坩堝に移し替え、直接通電炉を用いて不活性雰囲気下で3000℃で5時間かけて黒鉛化し、得られた粉末を粗大粒子の混入を防ぐため、ASTM400メッシュの篩いを5回繰り返した。ここで得られた負極活物質を炭素質物(I)とした。
(Preparation of negative electrode active material 6)
The carbonaceous material (H) obtained in (Preparation of negative electrode active material 5) was further transferred to a graphite crucible and graphitized at 3000 ° C. for 5 hours in an inert atmosphere using a direct current furnace. In order to prevent the powder from being mixed with coarse particles, ASTM 400 mesh sieve was repeated 5 times. The negative electrode active material obtained here was a carbonaceous material (I).

(負極活物質の作製7)
(負極活物質の作製6)で得られた炭素質物(I)をハイブリダイゼーションシステムにて処理量90g、ローター周速度30m/s、処理時間1分の条件で球形化を行い、更に粗大粒子の混入を防ぐため、ASTM400メッシュの篩いを5回繰り返した。ここで得られた負極活物質を炭素質物(J)とした。この操作を繰り返すことで、電池作製に必要な量を確保した。
(Preparation of negative electrode active material 7)
The carbonaceous material (I) obtained in (Preparation of negative electrode active material 6) was spheroidized with a hybridization system under the conditions of a processing amount of 90 g, a rotor peripheral speed of 30 m / s, and a processing time of 1 minute. In order to prevent contamination, ASTM 400 mesh sieve was repeated 5 times. The negative electrode active material obtained here was a carbonaceous material (J). By repeating this operation, an amount necessary for battery production was secured.

(負極活物質の作製8)
天然黒鉛粉末(A)よりも純度の低い天然黒鉛粉末(K)(d002:0.336nm、Lc:100nm以上、ラマンR値:0.10、タップ密度:0.49g/cm3、真密度:2.27g/cm3、体積平均粒径:27.3μm、灰分0.5質量%)を(負極活物質の作製3)と同様の条件にて球形化及び、篩いを行い、炭素質物(L)を調製した。これの操作を繰り返すことで、電池作製に必要な量を確保した。
(Preparation of negative electrode active material 8)
Natural graphite powder (K) having a purity lower than that of natural graphite powder (A) (d002: 0.336 nm, Lc: 100 nm or more, Raman R value: 0.10, tap density: 0.49 g / cm 3 , true density: 2.27 g / cm 3 , volume average particle diameter: 27.3 μm, ash content of 0.5% by mass) were spheroidized and sieved under the same conditions as for (Preparation of negative electrode active material 3), and carbonaceous matter (L ) Was prepared. By repeating this operation, an amount necessary for battery production was secured.

(負極活物質の作製9)
市販の鱗片状天然黒鉛粉末(M)を粗大粒子の混入を防ぐため、ASTM400メッシュの篩いを5回繰り返した。ここで得られた負極活物質を炭素質物(N)とした。
(Preparation of negative electrode active material 9)
In order to prevent contamination of coarse particles of commercially available scaly natural graphite powder (M), ASTM 400 mesh sieve was repeated 5 times. The negative electrode active material obtained here was a carbonaceous material (N).

炭素質物(B)(D)(E)(G)(H)(I)(J)(L)(N)について、上記した方法で、その形状や物性を測定した。結果を表1に示す。   The shape and physical properties of the carbonaceous materials (B), (D), (E), (G), (H), (I), (J), (L), and (N) were measured by the method described above. The results are shown in Table 1.

Figure 0005671773
Figure 0005671773

〔電池の作製〕
《正極の作製1》
正極活物質としてのコバルト酸リチウム(LiCoO2)90質量%と、導電材としてのアセチレンブラック5質量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)5質量%とを、N−メチルピロリドン溶媒中で混合して、スラリー化した。得られたスラリーを厚さ15μmのアルミ箔の両面に塗布して乾燥し、プレス機で厚さ80μmに圧延したものを、活物質層のサイズとして幅100mm、長さ100mm及び幅30mmの未塗工部を有する形状に切り出し、正極とした。このときの正極の活物質の密度は2.35g/cm3であった。
[Production of battery]
<< Preparation of positive electrode 1 >>
90% by mass of lithium cobaltate (LiCoO 2 ) as a positive electrode active material, 5% by mass of acetylene black as a conductive material, and 5% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder, an N-methylpyrrolidone solvent Mixed in to a slurry. The obtained slurry was applied on both sides of an aluminum foil having a thickness of 15 μm, dried, and rolled to a thickness of 80 μm with a press machine, and the active material layer was uncoated with a width of 100 mm, a length of 100 mm and a width of 30 mm. It cut out into the shape which has a process part, and was set as the positive electrode. At this time, the density of the active material of the positive electrode was 2.35 g / cm 3 .

《負極の作製1》
負極活物質を98重量部に、増粘剤、バインダーとしてそれぞれ、カルボキシメチルセルロースナトリウムの水性ディスパージョン(カルボキシメチルセルロースナトリウムの濃度1質量%)100重量部、及び、スチレン−ブタジエンゴムの水性ディスパージョン(スチレン−ブタジエンゴムの濃度50質量%)2重量部を加え、ディスパーザーで混合してスラリー化した。得られたスラリーを厚さ10μmの圧延銅箔の両面に塗布して乾燥し、プレス機で厚さ75μmに圧延したものを、活物質層のサイズとして幅104mm、長さ104mm及び幅30mmの未塗工部を有する形状に切り出し、負極とした。このときの負極の活物質の密度は1.35g/cm3であった。
<< Preparation of negative electrode 1 >>
98 parts by weight of the negative electrode active material, 100 parts by weight of an aqueous dispersion of sodium carboxymethylcellulose (concentration of 1% by weight of carboxymethylcellulose sodium) as a thickener and a binder, and an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (styrene) -Butadiene rubber concentration 50 mass%) 2 parts by weight was added and mixed with a disperser to form a slurry. The obtained slurry was applied to both sides of a rolled copper foil having a thickness of 10 μm, dried, and rolled to a thickness of 75 μm with a press machine, and the active material layer had a width of 104 mm, a length of 104 mm, and a width of 30 mm. It cut out in the shape which has a coating part, and was set as the negative electrode. At this time, the density of the active material of the negative electrode was 1.35 g / cm 3 .

《非水系電解液の作製1》
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)の混合物(体積比3:3:4)に、1mol/Lの濃度で、充分に乾燥したヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を溶解させた。更に、ジフルオロリン酸リチウム塩(LiPO22)を0.3質量%となるように含有させた。
<< Preparation of non-aqueous electrolyte 1 >>
Under a dry argon atmosphere, a well-dried hexafluorophosphorus at a concentration of 1 mol / L in a mixture of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) (volume ratio 3: 3: 4) Lithium acid (LiPF 6 ) was dissolved. Furthermore, lithium difluorophosphate (LiPO 2 F 2 ) was contained so as to be 0.3% by mass.

《非水系電解液の作製2》
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)の混合物(体積比3:3:4)に、1mol/Lの濃度で、充分に乾燥したヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を溶解させた。更に、メタンスルホン酸トリメチルシリルを0.3質量%となるように含有させた。
<< Preparation of non-aqueous electrolyte 2 >>
Under a dry argon atmosphere, a well-dried hexafluorophosphorus at a concentration of 1 mol / L in a mixture of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) (volume ratio 3: 3: 4) Lithium acid (LiPF 6 ) was dissolved. Furthermore, trimethylsilyl methanesulfonate was contained so as to be 0.3% by mass.

《非水系電解液の作製3》
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)の混合物(体積比3:3:4)に、1mol/Lの濃度で、充分に乾燥したヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を溶解させた。更に、ヘキサメチルシクロトリシロキサンを0.3質量%となるように含有させた。
<< Preparation of non-aqueous electrolyte 3 >>
Under a dry argon atmosphere, a well-dried hexafluorophosphorus at a concentration of 1 mol / L in a mixture of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) (volume ratio 3: 3: 4) Lithium acid (LiPF 6 ) was dissolved. Furthermore, hexamethylcyclotrisiloxane was contained so that it might become 0.3 mass%.

《非水系電解液の作製4》
乾燥アルゴン雰囲気下、エチレンカーボネート(EC)、ジメチルカーボネート(DMC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)の混合物(体積比3:3:4)に、1mol/Lの濃度で、充分に乾燥したヘキサフルオロリン酸リチウム(LiPF6)を溶解させた。
<< Preparation of non-aqueous electrolyte solution 4 >>
Under a dry argon atmosphere, a well-dried hexafluorophosphorus at a concentration of 1 mol / L in a mixture of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC) and ethyl methyl carbonate (EMC) (volume ratio 3: 3: 4) Lithium acid (LiPF 6 ) was dissolved.

《電池の作製1》
正極32枚と負極33枚は交互となるように配置し、各電極の間に多孔性ポリエチレンシートのセパレータ(厚さ25μm)が挟まれるよう積層した。この際、正極活物質面が負極活物質面内から外れないよう対面させた。この正極と負極それぞれについての未塗工部同士を溶接して集電タブを作製し、電極群としたものを電池缶(外寸:120×110×10mm)に封入した。その後、電極群を装填した電池缶に非水系電解液を20mL注入して、電極に充分浸透させ、密閉し角型電池を作製した。この電池の定格放電容量は約6アンペアーアワー(Ah)であり、10kHz交流法で測定される直流抵抗成分は約5ミリオーム(mΩ)である。電池の外装表面積の和に対する、正極の電極面積の総和の比は20.6であった。
<< Production of Battery 1 >>
The 32 positive electrodes and 33 negative electrodes were alternately arranged, and the porous polyethylene sheet separator (thickness 25 μm) was laminated between each electrode. At this time, the positive electrode active material surface was faced so as not to deviate from the negative electrode active material surface. The uncoated portions of each of the positive electrode and the negative electrode were welded together to produce a current collecting tab, and an electrode group was enclosed in a battery can (outside dimension: 120 × 110 × 10 mm). Thereafter, 20 mL of a non-aqueous electrolyte solution was injected into a battery can loaded with the electrode group, sufficiently infiltrated into the electrode, and sealed to produce a prismatic battery. The rated discharge capacity of this battery is about 6 ampere hours (Ah), and the DC resistance component measured by the 10 kHz AC method is about 5 milliohms (mΩ). The ratio of the total electrode area of the positive electrode to the sum of the outer surface areas of the batteries was 20.6.

実施例1
《負極の作製1》項の負極活物質を炭素質物(D)として作製した負極と、《正極の作製1》項で作製した正極と《非水系電解液の作製1》項で作製した非水系電解液を用いて、《電池の作製1》項の手法で電池を作製した。この電池について、下記の《電池の評価》の項で述べる方法及び上記した測定方法で、測定を実施した。結果を表2に示す。
Example 1
The negative electrode produced as the carbonaceous material (D) as the negative electrode active material in the section << Preparation of Negative Electrode 1 >>, the positive electrode prepared in the section << Preparation 1 of Positive Electrode >>, and the non-aqueous system produced in the section << Preparation 1 of Nonaqueous Electrolytic Solution >> Using the electrolytic solution, a battery was prepared by the method described in “Preparation of battery 1”. This battery was measured by the method described in the section “Battery evaluation” below and the measurement method described above. The results are shown in Table 2.

実施例2
実施例1の《負極の作製1》項の負極活物質に炭素質物(E)を用いた以外は同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Example 2
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous material (E) was used as the negative electrode active material in the section “Preparation of negative electrode 1”, and battery evaluation described in the section “Battery evaluation” was performed. The results are shown in Table 2.

実施例3
実施例1の《負極の作製1》項の負極活物質に炭素質物(G)を用いた以外は同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Example 3
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous material (G) was used as the negative electrode active material in the section “Preparation of negative electrode 1”, and battery evaluation described in the section “Battery evaluation” was performed. The results are shown in Table 2.

実施例4
実施例1の《負極の作製1》項の負極活物質に炭素質物(J)を用いた以外は同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Example 4
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous material (J) was used as the negative electrode active material in the section “Preparation of negative electrode 1”, and battery evaluation described in the section “Battery evaluation” was performed. The results are shown in Table 2.

実施例5
実施例1の《負極の作製1》項の負極活物質に炭素質物(L)を用いた以外は同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Example 5
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous material (L) was used as the negative electrode active material in the section “Preparation of negative electrode 1”, and battery evaluation described in the section “Battery evaluation” was performed. The results are shown in Table 2.

実施例6〜10
実施例1〜5の非水系電解液を、《非水系電解液の作製2》の項で作製した非水系電解液に代えた以外は、それぞれ同様の方法にて電池を作製し、評価を実施した。結果を表2に示す。
Examples 6-10
Batteries were prepared and evaluated in the same manner except that the non-aqueous electrolytes of Examples 1 to 5 were replaced with the non-aqueous electrolyte prepared in the section “Preparation of Non-Aqueous Electrolyte 2”. did. The results are shown in Table 2.

実施例11〜15
実施例1〜5の非水系電解液を、《非水系電解液の作製3》の項で作製した非水系電解液に代えた以外は、それぞれ同様の方法にて電池を作製し、評価を実施した。結果を表2に示す。
Examples 11-15
Batteries were prepared and evaluated in the same manner, except that the non-aqueous electrolytes of Examples 1 to 5 were replaced with the non-aqueous electrolyte prepared in Section << Preparation of Non-Aqueous Electrolyte 3 >>. did. The results are shown in Table 2.

比較例1
実施例1の《負極の作製1》項の負極活物質に炭素質物(B)を用いた以外は同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Example 1
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous material (B) was used as the negative electrode active material in the section “Preparation of negative electrode 1”, and battery evaluation described in the section “Battery evaluation” was performed. The results are shown in Table 2.

比較例2
比較例1の非水系電解液に《非水系電解液の作製4》項で作製した非水系電解液を用いた以外は、同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Example 2
A battery was prepared in the same manner except that the non-aqueous electrolyte prepared in Section << Preparation of Non-Aqueous Electrolyte 4 >> was used as the non-aqueous electrolyte of Comparative Example 1, and the battery evaluation described in << Battery Evaluation >> Carried out. The results are shown in Table 2.

比較例3
実施例2の非水系電解液に《非水系電解液の作製4》項で作製した非水系電解液を用いた以外は、同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Example 3
A battery was prepared in the same manner as in Example 2 except that the non-aqueous electrolyte prepared in Section << Preparation of Non-Aqueous Electrolyte 4 >> was used as the non-aqueous electrolyte of Example 2, and the battery evaluation described in << Battery Evaluation >> Carried out. The results are shown in Table 2.

比較例4
実施例1の非水系電解液に《非水系電解液の作製4》項で作製した非水系電解液を用いた以外は、同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Example 4
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the non-aqueous electrolyte prepared in Section << Preparation of Non-Aqueous Electrolyte 4 >> was used as the non-aqueous electrolyte of Example 1, and the battery evaluation described in << Battery Evaluation >> Carried out. The results are shown in Table 2.

比較例5
実施例1の《負極の作製1》項の負極活物質に炭素質物(H)を用いた以外は同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Example 5
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous material (H) was used as the negative electrode active material in the section “Preparation of negative electrode 1”, and battery evaluation described in the section “Battery evaluation” was performed. The results are shown in Table 2.

比較例6
比較例5の非水系電解液に《非水系電解液の作製4》項で作製した非水系電解液を用いた以外は、同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Example 6
A battery was prepared in the same manner except that the non-aqueous electrolyte prepared in Section << Preparation of Non-Aqueous Electrolyte 4 >> was used as the non-aqueous electrolyte of Comparative Example 5, and the battery evaluation described in << Battery Evaluation >> Carried out. The results are shown in Table 2.

比較例7
実施例1の《負極の作製1》項の負極活物質に炭素質物(N)を用いた以外は同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Example 7
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous material (N) was used as the negative electrode active material in the section <Preparation of negative electrode 1>, and the battery evaluation described in the section <Battery evaluation> was performed. The results are shown in Table 2.

比較例8
比較例7の非水系電解液に《非水系電解液の作製4》項で作製した非水系電解液を用いた以外は、同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Example 8
A battery was prepared in the same manner except that the non-aqueous electrolyte prepared in Section << Preparation of Non-Aqueous Electrolyte 4 >> was used as the non-aqueous electrolyte of Comparative Example 7, and the battery evaluation described in << Battery Evaluation >> Carried out. The results are shown in Table 2.

比較例9
実施例1の《負極の作製1》項の負極活物質に炭素質物(I)を用いた以外は同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Example 9
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous material (I) was used as the negative electrode active material in the section “Preparation of negative electrode 1”, and battery evaluation described in the section “Battery evaluation” was performed. The results are shown in Table 2.

比較例10
比較例9の非水系電解液に《非水系電解液の作製4》項で作製した非水系電解液を用いた以外は、同様にして電池を作製し、《電池の評価》項記載の電池評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Example 10
A battery was prepared in the same manner except that the non-aqueous electrolyte prepared in Section << Preparation of Non-Aqueous Electrolyte 4 >> was used as the non-aqueous electrolyte of Comparative Example 9, and the battery evaluation described in section << Battery Evaluation >> Carried out. The results are shown in Table 2.

比較例11〜14
比較例1、5、7、9の非水系電解液を、《非水系電解液の作製2》の項で作製した非水系電解液に代えた以外は、それぞれ同様の方法にて電池を作製し、評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Examples 11-14
Batteries were prepared in the same manner except that the non-aqueous electrolytes of Comparative Examples 1, 5, 7, and 9 were replaced with the non-aqueous electrolyte prepared in the section “Preparation of Non-Aqueous Electrolyte 2”. The evaluation was carried out. The results are shown in Table 2.

比較例15〜18
比較例1、5、7、9の非水系電解液を、《非水系電解液の作製3》の項で作製した非水系電解液に代えた以外は、それぞれ同様の方法にて電池を作製し、評価を実施した。結果を表2に示す。
Comparative Examples 15-18
Batteries were prepared in the same manner except that the non-aqueous electrolytes of Comparative Examples 1, 5, 7, and 9 were replaced with the non-aqueous electrolyte prepared in the section “Preparation of non-aqueous electrolyte 3”. The evaluation was carried out. The results are shown in Table 2.

《電池の評価》
(容量測定)
充放電を経ていない新たな電池に対して、25℃で電圧範囲4.1V〜3.0Vの25℃で5サイクル初期充放電を行った(電圧範囲4.1V〜3.0V)。この時の5サイクル目0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)放電容量を初期容量とした。
<Battery evaluation>
(Capacity measurement)
An initial charge / discharge for 5 cycles was performed at 25 ° C. in a voltage range of 4.1 V to 3.0 V at 25 ° C. (voltage range of 4.1 V to 3.0 V) for a new battery that had not been charged or discharged. At this time, the discharge capacity was defined as the initial capacity 0.2C at the fifth cycle (the rated capacity due to the discharge capacity at the hour rate is 1 C, and the same applies hereinafter).

(出力測定1)
25℃環境下で0.2Cの定電流により150分間充電を行ない、−30℃環境下で3時間静置した後に各々、0.1C、0.3C、1.0C、3.0C、5.0Cで10秒間放電させ、その10秒目の電圧を測定した。電流−電圧直線と下限電圧(3V)とで囲まれる3角形の面積を初期低温出力(W)とした。
(Output measurement 1)
The battery was charged for 150 minutes at a constant current of 0.2C in an environment of 25 ° C., and allowed to stand for 3 hours in an environment of −30 ° C., then 0.1 C, 0.3 C, 1.0 C, 3.0 C, and 5. The battery was discharged at 0C for 10 seconds, and the voltage at the 10th second was measured. The area of the triangle surrounded by the current-voltage straight line and the lower limit voltage (3 V) was defined as the initial low temperature output (W).

(出力測定2)
出力測定1の後に、4.1Vの低電圧充電を1時間実施した後、電池を25℃の環境下に移動し、15分後に、0.1C、0.3C、1.0C、3.0C、5.0Cで10秒間放電させ、その10秒目の電圧を測定した。電流−電圧直線と下限電圧(3V)とで囲まれる3角形の面積を温度上昇時出力(W)とした。
(Output measurement 2)
After the output measurement 1, 4.1V low voltage charging was performed for 1 hour, and then the battery was moved to an environment of 25 ° C., and after 15 minutes, 0.1C, 0.3C, 1.0C, 3.0C The battery was discharged at 5.0 C for 10 seconds, and the voltage at the 10th second was measured. The area of the triangle surrounded by the current-voltage straight line and the lower limit voltage (3 V) was defined as the output (W) during temperature rise.

出力測定1と出力測定2の結果から下記計算式によって、温度順応出力向上率(%)を計算した。
温度順応出力向上率(%)
=[(温度上昇時出力(W)/初期低温出力(W))−1]×100
From the results of output measurement 1 and output measurement 2, the temperature adaptation output improvement rate (%) was calculated by the following formula.
Temperature adaptation output improvement rate (%)
= [(Temperature rise output (W) / initial low temperature output (W))-1] × 100

表2中のインピーダンスRctと二重層容量Cdlは、出力に寄与するパラメーターの一つであり、インピーダンスRctの値が小さいほど、また二重層容量Cdlの値が大きいほど、出力は良化する傾向がある。なお、「インピーダンスRct」と「二重層容量Cdl」は、インピーダンスの箇所に記載した方法で求めた。   The impedance Rct and double layer capacitance Cdl in Table 2 are one of the parameters that contribute to the output. The smaller the value of the impedance Rct and the larger the value of the double layer capacitance Cdl, the more the output tends to improve. is there. Note that “impedance Rct” and “double layer capacitance Cdl” were obtained by the method described in the section of impedance.

Figure 0005671773
Figure 0005671773

表2の結果から分かるように、ジフルオロリン酸リチウム塩、メタンスルホン酸トリメチルシリル、ヘキサメチルシクロトリシロキサンを含有すること、及び、円形度が0.85以上、かつ広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.337nm未満、かつラマンR値が0.12以上0.8以下である黒鉛質炭素粒子を負極活物質として含有することで、−30℃の低温状態での出力の、温度上昇による回復が、飛躍的に早くなっていることが分かった。   As can be seen from the results in Table 2, it contains lithium difluorophosphate, trimethylsilyl methanesulfonate, hexamethylcyclotrisiloxane, and has a circularity of 0.85 or more and a wide angle X-ray diffraction method (002) By containing graphitic carbon particles having a face spacing (d002) of less than 0.337 nm and a Raman R value of 0.12 or more and 0.8 or less as a negative electrode active material, a low temperature state of −30 ° C. It was found that the recovery of the output due to the temperature rise has been dramatically accelerated.

本発明のリチウムイオン二次電池の用途は特に限定されず、公知の各種の用途に用いることが可能である。具体例としては、ノートパソコン、ペン入力パソコン、モバイルパソコン、電子ブックプレーヤー、携帯電話、携帯ファックス、携帯コピー、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオムービー、液晶テレビ、ハンディークリーナー、ポータブルCD、ミニディスク、トランシーバー、電子手帳、電卓、メモリーカード、携帯テープレコーダー、ラジオ、バックアップ電源、モーター、自動車、バイク、原動機付自転車、自転車、照明器具、玩具、ゲーム機器、時計、電動工具、ストロボ、カメラ等を挙げることができる。特に、本発明のリチウムイオン二次電池は、良好なサイクル特性と、常に高い低温特性を得られることから、寒暖差の激しい環境下での用途に、広く好適に利用できるものである。   The use of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and can be used for various known uses. Specific examples include notebook computers, pen input computers, mobile computers, electronic book players, mobile phones, mobile faxes, mobile copy, mobile printers, headphone stereos, video movies, LCD TVs, handy cleaners, portable CDs, minidiscs, and transceivers. , Electronic notebook, calculator, memory card, portable tape recorder, radio, backup power supply, motor, automobile, motorcycle, motorbike, bicycle, lighting equipment, toy, game equipment, clock, electric tool, strobe, camera, etc. Can do. In particular, since the lithium ion secondary battery of the present invention can obtain good cycle characteristics and always high low temperature characteristics, it can be used widely and suitably for applications in environments where there is a great difference in temperature.

Claims (13)

非水溶媒とリチウム塩を含有する非水系電解液、正極活物質及び負極活物質を有するリチウムイオン二次電池であって、
該非水系電解液が、ジフルオロリン酸リチウムを非水系電解液全体中に10ppm以上含有するものであり、
かつ、該負極活物質が、円形度0.85以上であり、広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.337nm未満であり、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトル法における1580cm-1のピーク強度に対する1360cm-1のピーク強度の比として定義されるラマンR値が0.12以上0.8以下である黒鉛質炭素粒子を含有するものであることを特徴とするリチウムイオン二次電池。
A non-aqueous electrolyte solution containing a non-aqueous solvent and a lithium salt, a lithium ion secondary battery having a positive electrode active material and a negative electrode active material,
The non-aqueous electrolyte contains 10 ppm or more of lithium difluorophosphate in the whole non-aqueous electrolyte,
In addition, the negative electrode active material has a circularity of 0.85 or more, a (002) plane spacing (d002) of less than 0.337 nm by a wide angle X-ray diffraction method, and 1580 cm in an argon ion laser Raman spectrum method. lithium ion secondary Raman R value, defined as the ratio of the peak intensity of 1360 cm -1 for one of the peak intensity is characterized in that containing graphitic carbon particles is 0.12 to 0.8 battery.
黒鉛質炭素粒子のタップ密度が、0.55以上である請求項1に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the tap density of the graphitic carbon particles is 0.55 or more. 黒鉛質炭素粒子のBET比表面積が、0.1m2/g以上、100m2/g以下である請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池。 3. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the graphite carbon particles have a BET specific surface area of 0.1 m 2 / g or more and 100 m 2 / g or less. 黒鉛質炭素粒子の体積平均粒径が、1μm以上、50μm以下である請求項1ないし請求項3の何れかの請求項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the graphitic carbon particles have a volume average particle size of 1 µm or more and 50 µm or less. 黒鉛質炭素粒子の水銀ポロシメトリーにおける0.01μm〜1μmの範囲の細孔容積が、0.01mL/g以上である請求項1ないし請求項4の何れかの請求項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary according to any one of claims 1 to 4, wherein the pore volume in the range of 0.01 µm to 1 µm in the mercury porosimetry of the graphite carbon particles is 0.01 mL / g or more. battery. 黒鉛質炭素粒子の灰分が、1ppm以上、1質量%以下である請求項1ないし請求項5の何れかの請求項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, wherein the ash content of the graphitic carbon particles is 1 ppm or more and 1 mass% or less. 黒鉛質炭素粒子が、天然黒鉛を含有するものである請求項1ないし請求項6の何れかの請求項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 6, wherein the graphitic carbon particles contain natural graphite. 該負極活物質が、炭素質粒子に力学的エネルギー処理を含む処理をして得られた黒鉛質炭素粒子であって、該力学的エネルギー処理が、処理前後の体積平均粒径の比が1以下になるように粒径を減じ、かつ、処理によりタップ密度を高め、かつ、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm-1のピーク強度に対する1360cm-1のピーク強度比であるラマンR値が処理により1.1倍以上となるような力学的エネルギー処理である請求項1ないし請求項7の何れかの請求項に記載のリチウムイオン二次電池。 The negative electrode active material is a graphitic carbon particle obtained by treating a carbonaceous particle with a mechanical energy treatment, and the mechanical energy treatment has a volume average particle size ratio of 1 or less before and after the treatment. subtracting the particle size such that, and increase the tap density by the processing, and the Raman R value is the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum by the processing 1. The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 7, wherein the mechanical energy treatment is one or more times. 炭素質粒子が、天然黒鉛を含有するものである請求項8に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 8, wherein the carbonaceous particles contain natural graphite. 力学的エネルギー処理が、ケーシング内部に複数のブレードを設置したローターを有する装置を用い、そのローターを高速回転させることにより行うものである請求項8又は請求項9に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to claim 8 or 9, wherein the mechanical energy treatment is performed by using a device having a rotor having a plurality of blades installed in the casing and rotating the rotor at a high speed. 二次電池の外装の表面積に対する正極の電極面積の総和が、面積比で20倍以上である請求項1ないし請求項10の何れかの請求項に記載のリチウムイオン二次電池。   11. The lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the total area of the positive electrode area with respect to the surface area of the exterior of the secondary battery is 20 times or more in area ratio. 二次電池の直流抵抗成分が、10ミリオーム(mΩ)以下である請求項1ないし請求項11の何れかの請求項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 11, wherein a DC resistance component of the secondary battery is 10 milliohms (mΩ) or less. 二次電池の1個の電池外装に収納される電池要素のもつ電気容量が、3アンペアーアワー(Ah)以上である請求項1ないし請求項12の何れかの請求項に記載のリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary according to any one of claims 1 to 12, wherein an electric capacity of a battery element housed in one battery exterior of the secondary battery is 3 ampere hours (Ah) or more. battery.
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