JP5859114B2 - 複合黒鉛質粒子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
結合エネルギーが283.8eVである炭素の内殻準位から種々の空準位への電子遷移を観測するためには、軟X線領域(280eV〜320eV)におけるエネルギー可変光源が必要であること、およびS60/0の定量性は励起光源の直線偏光性が高いことを前提としていることから、C−K端NEXAFSスペクトルでは励起光源として放射光を用いる。
本発明の実施の形態に係る複合黒鉛質粒子は、一次複合粒子調製工程および複合黒鉛質粒子調製工程を経て製造される。一次複合粒子調製工程では、メカノケミカル(登録商標)処理、メカノフュージョン(登録商標)処理等の処理により、導電性炭素質微粒子が直接的に黒鉛に付着されて一次複合粒子が作製される。複合黒鉛質粒子調製工程では、一次複合粒子と非黒鉛質炭素の原料粉末とが混合された後に加熱される。その結果、非黒鉛質炭素の原料粉末が非黒鉛質炭素に変換されると共に、一次複合粒子に非黒鉛質炭素が部分的に又は全体的に付着される。
本発明の実施の形態に係る複合黒鉛質粒子に超音波が加えられると、導電性炭素質微粒子の一部または全部が黒鉛から脱離する。このため、この複合黒鉛質粒子を利用すれば、電極合剤スラリー調製時に電極合剤スラリー中に導電性炭素質微粒子を均一に分散させることができる。つまり、この複合黒鉛質粒子を用いれば、非水電解質二次電池の電極形成時において電極内に緻密な導電ネットワークを形成することができる。
以下、実施例および比較例を示して、本発明について詳述する。
(1)球状天然黒鉛粉末の平滑化処理
球状天然黒鉛粉末(平均粒径19.5μm,比表面積5.0m2/g,タップ密度1.02g/cm3,吸油量50.8mL/100g)を600g秤量し、ローターとインナーピースとの隙間を5mmとしたメカノフュージョン(ホソカワミクロン製AMS−Lab)内に投入した後、その球状天然黒鉛粉末を回転数2600rpmで20分間、平滑化処理した。以下、この球状天然黒鉛粉末を「平滑化球状天然黒鉛粉末」と称する。本明細書中において、平均粒径は、特に断りのない限り、累積粒径分布において体積分率50%時の粒子径(D50)を意味する。
平滑化球状天然黒鉛粉末(平均粒径19.4μm,比表面積5.0m2/g,タップ密度1.06g/cm3,吸油量41.6mL/100g)とアセチレンブラック(電気化学工業株式会社製デンカブラック(登録商標),粉状品)との質量比が100.0:0.5となるように平滑化球状天然黒鉛粉末とアセチレンブラックとを混ぜ合わせて600gの混合粉末を調製した。この600gの混合粉体を、ローターとインナーピースとの隙間を5mmとしたメカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン製AMS−Lab)内に投入した後、その混合粉末を回転数2600rpmで5分間処理して、平滑化球状天然黒鉛粉末とアセチレンブラックとを複合化させた。以下、この複合化物を「一次複合粉末」と称する。
一次複合粉末と石炭系ピッチ粉末(平均粒径20μm)との質量比が100.5:2.0となるように一次複合粉末と石炭系ピッチ粉末とを混ぜ合わせた後、その混合粉末を窒素気流下、1000℃で1時間、加熱処理して目的の複合黒鉛質粒子を得た。なお、この加熱処理中、石炭系ピッチ粉末は非黒鉛質炭素に変化した。また、加熱処理前後の質量変化からピッチ残炭率は50%であることを確認した。また、この複合黒鉛質粒子における平滑化球状天然黒鉛粉末、アセチレンブラックおよび非黒鉛質炭素の質量比は、98.5:0.5:1.0であった(表1参照)。
(1)平均粒径(D50)の測定
レーザー回折/散乱式粒度分布計(株式会社堀場製作所製LA−910)を用いて光散乱回折法により複合黒鉛質粒子の体積基準の粒度分布を測定した。その後、得られた粒度分布を用いて体積分率50%時の粒子径(メジアン径)を求め、これを平均粒径とした。その結果、同平均粒径は、19.5μmであった(表1参照)。
ユアサアイオニクス株式会社製カンタソープを用いて、上述の複合黒鉛質粒子の比表面積をBET1点法により求めた。その結果、上述の複合黒鉛質粒子のBET比表面積は、4.34m2/gであった(表2参照)。
(3−1)電極作製
上述の複合黒鉛質粒子にCMC(カルボキシメチルセルロースナトリウム)粉末を混合し、その混合粉末にSBR(スチレン−ブタジエンゴム)の水性分散液を加えた後、その混合物を攪拌して電極合剤スラリーを得た。ここで、CMC及びSBRは結着剤である。複合黒鉛質粒子、CMC及びSBRの配合比は、質量比で98.0:1.0:1.0であった。この電極合剤スラリーの固形分濃度は、55.7質量%であった。そして、この電極合剤スラリーを、厚み17μmの銅箔(集電体)上にドクターブレード法により塗布した(塗布量は10〜11mg/cm2であった)。塗布液を乾燥させて塗膜を得た後、その塗膜を直径13mmのディスク状に打ち抜いた。その後、ディスクの密度が1.60g/cm3となるように、ディスクをプレス成形機により加圧して電極を作製した。
ポリオレフィン製セパレーターの両側に上述の電極と対極のLi金属箔とを配置して電極組立体を作製した。そして、その電極組立体の内部に電解液を注入してコイン型の非水試験セルを作製した。電解液の組成は、エチレンカーボネート(EC):エチルメチルカーボネート(EMC):ジメチルカーボネート(DMC):ビニレンカーボネート(VC):フルオロエチレンカーボネート(FEC):LiPF6=23:4:48:1:8:16(質量比)とした。
23℃の環境温度下、この非水試験セルにおいて、先ず、0.325mAの電流値で、対極に対して電位差0(ゼロ)Vになるまで定電流ドープ(電極へのリチウムイオンの挿入、リチウムイオン二次電池の充電に相当)を行った後、さらに0Vを保持したまま、5μAになるまで定電圧で対極に対してドープを続け、ドープ容量を測定した。次に、0.325mAの定電流で、電位差1.5Vになるまで脱ドープ(電極からのリチウムイオンの離脱、リチウムイオン二次電池の放電に相当)を行い、脱ドープ容量を測定した。このときのドープ容量、脱ドープ容量は、この電極をリチウムイオン二次電池の負極として用いた時の充電容量、放電容量に相当するので、これらを充電容量、放電容量とした。本実施例に係る非水試験セルの放電容量は、367mAh/gであった(表2参照)。ドープ容量/脱ドープ容量の比は、リチウムイオン二次電池の放電容量/充電容量の比に相当するので、この比を充放電効率とした。本実施例に係る非水試験セルの充放電効率は、93.3%であった(表2参照)。
「(2)平滑化球状天然黒鉛粉末とアセチレンブラックとの複合化」を行わず、「(3)一次複合粉末と非黒鉛質炭素との複合化」において平滑化球状天然黒鉛粉末と石炭系ピッチ粉末(平均粒径20μm)との質量比が100.0:2.0となるように平滑化球状天然黒鉛粉末と石炭系ピッチ粉末とを混ぜ合わせた以外は、実施例1と同様にして対照粉末を得、実施例1と同様にして対照粉末の特性評価を行った。この対照粉末において、平滑化球状天然黒鉛粉末、アセチレンブラックおよび非黒鉛質炭素の質量比は、99.0:0.0:1.0であった(表1参照)。
「(2)平滑化球状天然黒鉛粉末とアセチレンブラックとの複合化」において平滑化球状天然黒鉛粉末とアセチレンブラックとの質量比が100.0:1.0となるように平滑化球状天然黒鉛粉末とアセチレンブラックとを混ぜ合わせ、「(3)一次複合粉末と非黒鉛質炭素との複合化」を行わなかった以外は、実施例1と同様にして対照粉末を得、実施例1と同様にして対照粉末の特性評価を行った。この対照粉末における平滑化球状天然黒鉛粉末、アセチレンブラックおよび非黒鉛質炭素の質量比は、99.0:1.0:0.0であった(表1参照)。
Claims (9)
- 黒鉛と、
前記黒鉛に直接的に付着する導電性炭素質微粒子と、
前記導電性炭素質微粒子および前記黒鉛に少なくとも部分的に付着する非黒鉛質炭素と
を備える、複合黒鉛質粒子。 - 超音波が加えられると、前記導電性炭素質微粒子の一部または全部が前記黒鉛から脱離する
請求項1に記載の複合黒鉛質粒子。 - 「前記超音波が加えられた後の比表面積値(m2/g)」に対する「前記超音波が加えられる前の比表面積値(m2/g)」の比が1.10以上である
請求項2に記載の複合黒鉛質粒子。 - 前記黒鉛は、球状であり、円形度が0.92以上であり、C−K端X線吸収スペクトルにおけるピーク強度比の入射角依存性S60/0が0.7以下である
請求項1から3のいずれかに記載の複合黒鉛質粒子。 - 前記黒鉛に対する前記導電性炭素質微粒子の質量割合が0.3%以上2.0%以下の範囲内であり、
前記黒鉛と前記導電性炭素質微粒子との和に対する前記非黒鉛質炭素の質量割合が0.8%以上15.0%以下の範囲内である
請求項1から4のいずれかに記載の複合黒鉛質粒子。 - 導電性炭素質微粒子を直接的に黒鉛に付着させて一次複合粒子を調製する一次複合粒子調製工程と、
前記一次複合粒子に非黒鉛質炭素を部分的に又は全体的に付着させて複合黒鉛質粒子を調製する複合黒鉛質粒子調製工程と
を備える、複合黒鉛質粒子の製造方法。 - 前記複合黒鉛質粒子調製工程では、前記一次複合粒子と前記非黒鉛質炭素の原料粉末とが混合された後に加熱される
請求項6に記載の複合黒鉛質粒子の製造方法。 - 請求項1から5のいずれかに記載の複合黒鉛質粒子を活物質層形成用の原料とする電極。
- 請求項8に記載の電極を備える非水電解質二次電池。
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