JP6379565B2 - Non-aqueous secondary battery negative electrode carbon material and non-aqueous secondary battery - Google Patents
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Description
本発明は、非水系二次電池に用いる非水系二次電池負極用炭素材と、その炭素材を用いて形成された負極を備える非水系二次電池に関するものである。 The present invention relates to a non-aqueous secondary battery negative electrode carbon material used for a non-aqueous secondary battery and a non-aqueous secondary battery including a negative electrode formed using the carbon material.
近年、電子機器の小型化に伴い、高容量の二次電池に対する需要が高まってきている。特に、ニッケル・カドミウム電池やニッケル・水素電池に比べ、よりエネルギー密度が高く、大電流充放電特性に優れたリチウムイオン二次電池が注目されてきている。
近年、ノート型パソコンや、移動通信機器、携帯型カメラ、携帯型ゲーム機などの民生用途、ならびに電気自動車や定置用蓄電池などの大型電池向けなどの高容量化に伴い、より高い電極密度(例えば、1.6g/cm3以上)においても急速充放電特性や、高サイ
クル特性を併せ持つ非水系二次電池負極用炭素材が報告されている。
例えば、特許文献1では、天然黒鉛に対して、天然黒鉛と炭素質または黒鉛質とが複合化した複合黒鉛粒子とを混合することで、活物質層を高密度化しても、初期充放電不可逆容量が十分小さく、かつ、優れた充放電特性、サイクル特性を示す負極が作製可能であることを報告している。
In recent years, demand for high-capacity secondary batteries has increased with the downsizing of electronic devices. In particular, lithium ion secondary batteries having higher energy density and excellent large current charge / discharge characteristics have attracted attention as compared to nickel / cadmium batteries and nickel / hydrogen batteries.
In recent years, with the increase in capacity for consumer applications such as notebook computers, mobile communication devices, portable cameras, portable game machines, and large batteries such as electric vehicles and stationary storage batteries, higher electrode densities (for example, , 1.6 g / cm 3 or more), carbon materials for negative electrodes of non-aqueous secondary batteries having both rapid charge / discharge characteristics and high cycle characteristics have been reported.
For example, in Patent Document 1, even if the active material layer is densified by mixing natural graphite and composite graphite particles in which carbonaceous or graphite is combined with natural graphite, initial charge and discharge irreversible It has been reported that a negative electrode with sufficiently small capacity and excellent charge / discharge characteristics and cycle characteristics can be produced.
特許文献2では、平均アスペクト比が2.0未満の球状化または楕円体状天然黒鉛と平均アスペクト比が5以上である鱗片状黒鉛といった、異なるアスペクト比を有する材料を混合することで、高密度において、優れた放電特性、サイクル特性を有するリチウムイオン二次電池用炭素材が報告されている。
特許文献3では、表面に微小突起を有する球形黒鉛粒子をリチウムイオン二次電池負極用炭素材として用いることで、プレスにおいても表面の微小突起が流路を確保し、優れた放電特性を示すことを報告している。
In Patent Document 2, high density is obtained by mixing materials having different aspect ratios such as spheroidized or ellipsoidal natural graphite having an average aspect ratio of less than 2.0 and scale-like graphite having an average aspect ratio of 5 or more. Have reported carbon materials for lithium ion secondary batteries having excellent discharge characteristics and cycle characteristics.
In Patent Document 3, spherical graphite particles having fine protrusions on the surface are used as a carbon material for a negative electrode of a lithium ion secondary battery, so that the fine protrusions on the surface secure a flow path even in a press and exhibit excellent discharge characteristics. Has been reported.
しかしながら本発明者らの検討によると、特許文献1に記載の技術では、高サイクル特性を有するものの、Liの受け入れ性が悪いため、急速充放電特性に改善が必要であった。特許文献2に記載の技術では、アスペクト比の高い材料がプレス時に変形し、その結果、極板内の電解液拡散を阻害するため、高密度において、十分なサイクル特性が発揮されない傾向が確認された。特許文献3に記載の技術では、微小突起により極板内の電解液拡散が向上する一方、カーボンブラック由来の高い比表面積により、不可逆容量が増加、結果容量の低下が起こり、高容量用途には使用が難しいことが確認された。 However, according to the study by the present inventors, the technique described in Patent Document 1 has high cycle characteristics, but the acceptability of Li is poor, so that rapid charge / discharge characteristics need to be improved. In the technique described in Patent Document 2, a material having a high aspect ratio is deformed at the time of pressing, and as a result, the electrolyte solution diffusion in the electrode plate is inhibited. It was. In the technique described in Patent Document 3, while the electrolyte solution diffusion in the electrode plate is improved by the minute protrusions, the high specific surface area derived from carbon black increases the irreversible capacity, resulting in a decrease in the capacity. It was confirmed that it was difficult to use.
本発明はかかる課題に鑑みてなされたものであり、炭素材と、炭素材に炭素質物と黒鉛質物のうち少なくとも1つが複合化した複合炭素材と、炭素材に炭素質物と炭素質粒子が複合化した複合炭素材とを混合することで、負極の活物質層を高密度化しても、優れた放電レート特性、サイクル特性を有する非水系二次電池が得られることを見出し、本発明に到達した。 The present invention has been made in view of such a problem. A carbon material, a composite carbon material in which at least one of a carbonaceous material and a graphite material is composited with the carbon material, and a carbonaceous material and carbonaceous particles are composited with the carbon material. It has been found that a non-aqueous secondary battery having excellent discharge rate characteristics and cycle characteristics can be obtained even when the density of the active material layer of the negative electrode is increased by mixing with the composite carbon material obtained. did.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、黒鉛粒子である炭素材(A)、および、炭素材(c)に対して炭素質物(d)を複合化した粒子であって、かつ、アスペクト比が1.0以上4.0未満の複合炭素材(B)、および、炭素材(f)と炭素質物(g)と炭素質粒子(h)を複合化した粒子であり、かつ、アスペクト比が4.0以上である複合炭素材(E)を混合することで、負極活物質層を高密度化した場合であっても、高入出力特性、高サイクル特性を有するリチウムイオン二次電池を得られることを見出し、本発明に至った。 As a result of intensive studies to solve the above problems, the inventors of the present invention are carbon materials (A) that are graphite particles, and particles obtained by combining a carbonaceous material (d) with carbon materials (c). And a composite carbon material (B) having an aspect ratio of 1.0 or more and less than 4.0, and a composite of the carbon material (f), the carbonaceous material (g), and the carbonaceous particles (h). Even when the anode active material layer is densified by mixing the composite carbon material (E) having an aspect ratio of 4.0 or more, it has high input / output characteristics and high cycle characteristics. The inventors have found that a lithium ion secondary battery can be obtained, and have reached the present invention.
本発明の趣旨は、
<1>炭素材(A)、複合炭素材(B)および複合炭素材(E)を含有する非水系二次電池負極用炭素材であって、上記炭素材(A)は、黒鉛粒子であり、上記複合炭素材(B)は、炭素材(c)に対して、少なくとも炭素質物(d)を複合化した粒子であり、かつ、アスペクト比が1.0以上4.0未満であり、上記複合炭素材(E)は、炭素材(f)と炭素質物(g)と炭素質粒子(h)を複合化した粒子であり、かつ、アスペクト比が4.0以上であることを特徴とする非水系二次電池負極用炭素材、に存し、
<2>炭素材のアスペクト比が1以上4以下であることを特徴とする<1>に記載の非水系二次電池負極用炭素材、に存し、
<3>少なくとも炭素材(A)、炭素材(c)、炭素材(f)の何れか一つが天然黒鉛であることを特徴とする<1>または<2>に記載の非水系二次電池負極用炭素材、に存し、
<4>炭素質粒子(h)がカーボンブラックであることを特徴とする<1>乃至<3>の何れか1つに記載の非水系二次電池負極用炭素材、に存し、
<5>正極及び負極、並びに、電解質を備える非水系二次電池であって、前記負極が、集電体と、前記集電体上に形成された活物質層とを備えると共に、前記活物質層が<1>乃至<4>の何れか1つに記載の非水系二次電池負極用炭素材を含有することを特徴とする非水系二次電池、に存する。
The gist of the present invention is
<1> A carbon material for a nonaqueous secondary battery negative electrode containing a carbon material (A), a composite carbon material (B), and a composite carbon material (E), wherein the carbon material (A) is graphite particles. The composite carbon material (B) is a particle obtained by compounding at least a carbonaceous material (d) with respect to the carbon material (c), and has an aspect ratio of 1.0 or more and less than 4.0, The composite carbon material (E) is a particle obtained by combining the carbon material (f), the carbonaceous material (g), and the carbonaceous particles (h), and has an aspect ratio of 4.0 or more. A carbon material for a negative electrode of a non-aqueous secondary battery,
<2> The carbon material for a nonaqueous secondary battery negative electrode according to <1>, wherein the aspect ratio of the carbon material is 1 or more and 4 or less,
<3> The nonaqueous secondary battery according to <1> or <2>, wherein at least one of the carbon material (A), the carbon material (c), and the carbon material (f) is natural graphite. The carbon material for the negative electrode,
<4> The carbonaceous material for a non-aqueous secondary battery negative electrode according to any one of <1> to <3>, wherein the carbonaceous particles (h) are carbon black,
<5> A nonaqueous secondary battery including a positive electrode and a negative electrode, and an electrolyte, wherein the negative electrode includes a current collector and an active material layer formed on the current collector, and the active material The non-aqueous secondary battery is characterized in that the layer contains the carbon material for a non-aqueous secondary battery negative electrode according to any one of <1> to <4>.
本発明の炭素材(A)、複合炭素材(B)および複合炭素材(E)を含む非水系二次電池負極用炭素材を用いることにより、高密度においても、電解液の拡散が保持され、優れた放電レート特性、サイクル特性を有する非水系二次電池を提供することができる。
ここで前記効果の詳細は不明であるが、炭素材(A)と複合炭素材(B)とにより、大きな空隙が確保され、液の拡散が向上する。これにさらに、炭素質粒子が複合化した複合炭素材(E)が混合されることで、炭素質粒子が粒子接点の液拡散を保持させ、更なる液拡散の向上につながる。更にアスペクト比が比較的大きい複合材炭素材(E)が炭素材(A)と複合炭素材(B)との電子伝導パスの効果を奏する。その結果、優れた電池特性を得ることができると考えられる。
By using the carbon material for a non-aqueous secondary battery negative electrode including the carbon material (A), the composite carbon material (B), and the composite carbon material (E) of the present invention, diffusion of the electrolytic solution is maintained even at high density. A nonaqueous secondary battery having excellent discharge rate characteristics and cycle characteristics can be provided.
Here, the details of the effect are unknown, but the carbon material (A) and the composite carbon material (B) ensure large voids and improve liquid diffusion. Furthermore, by mixing the composite carbon material (E) in which the carbonaceous particles are combined, the carbonaceous particles maintain the liquid diffusion of the particle contacts, which leads to further improvement of the liquid diffusion. Furthermore, the composite carbon material (E) having a relatively large aspect ratio has an effect of an electron conduction path between the carbon material (A) and the composite carbon material (B). As a result, it is considered that excellent battery characteristics can be obtained.
以下、本発明の内容を詳細に述べる。なお、以下に記載する発明構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの形態に特定されるものではない。また、“重量%”と“質量%”とは同義である。 Hereinafter, the contents of the present invention will be described in detail. In addition, description of the invention structural requirements described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these forms unless it exceeds the gist. Further, “weight%” and “mass%” are synonymous.
<炭素材(A)及び複合炭素材(B)の原料である炭素材(c)>
本発明の炭素材(A)及び複合炭素材(B)の原料である炭素材(c)に関して、一例として下記に示すが、特に制限されるものではない。また、炭素材(A)、(c)は、同一のものであってもよいし、種類や物性が異なっていてもよい。
なお、ここでいう炭素質物が複合化するというのは、炭素質物が炭素材の表面、もしくは内部に添着されている状態を示し、炭素質物が炭素材を被覆したもの、炭素材内に取り
込まれたもの、もしくは炭素質物を介して造粒体を形成した炭素材などが該当する。
<Carbon material (c) which is a raw material for the carbon material (A) and the composite carbon material (B)>
Although it shows below as an example regarding the carbon material (c) which is a raw material of the carbon material (A) and composite carbon material (B) of this invention, it does not restrict | limit in particular. Further, the carbon materials (A) and (c) may be the same, or the types and physical properties may be different.
The carbonaceous material referred to here means that the carbonaceous material is attached to the surface or inside of the carbon material, and the carbonaceous material is coated with the carbon material or taken into the carbon material. Or a carbon material in which a granulated body is formed via a carbonaceous material.
・炭素材の種類
炭素材の例としては、黒鉛から非晶質のものにいたるまで種々の黒鉛化度の炭素材が挙げられる。また、商業的にも容易に入手可能であるという点で、黒鉛又は黒鉛化度の小さい原料炭素(非晶質炭素)材が特に好ましい。黒鉛を炭素材として用いると、他の負極活物質を用いた場合よりも、理論値に近い容量を取り出せる点で好ましい。
ここで炭素材(A)は黒鉛粒子であり、炭素材(c)としては上記する種々の黒鉛化度の炭素材が挙げられる。
黒鉛は、天然黒鉛、人造黒鉛の何れを用いてもよい。黒鉛としては、不純物の少ないものが好ましく、必要に応じて種々の精製処理を施して用いる。
-Kind of carbon material Examples of the carbon material include carbon materials having various degrees of graphitization from graphite to amorphous materials. In addition, graphite or a raw material carbon (amorphous carbon) material having a low degree of graphitization is particularly preferable in that it can be easily obtained commercially. Use of graphite as a carbon material is preferable in that a capacity close to the theoretical value can be taken out compared to the case of using other negative electrode active materials.
Here, the carbon material (A) is graphite particles, and examples of the carbon material (c) include carbon materials having various graphitization degrees described above.
As the graphite, either natural graphite or artificial graphite may be used. As graphite, those with few impurities are preferable, and they are used after being subjected to various purification treatments as necessary.
天然黒鉛の具体例としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土壌黒鉛等が挙げられる。人造黒鉛としては、ピッチ原料を高温熱処理して製造した、コークス、ニードルコークス、高密度炭素材料等の黒鉛質粒子が挙げられる。好ましくは、低コストと電極作製のし易さの点で、球形化した天然黒鉛である。また、安全性の観点から、不純物が少なく、高純度化された炭素材や球形化した天然黒鉛が好ましい。高純度化を行なった天然黒鉛の純度は、通常98.0質量%以上、好ましくは99.0質量%以上、より好ましくは99.6質量%以上である。純度がこの範囲であれば、負極用炭素材として用いた場合、電池容量が高くなるのでより好ましい。 Specific examples of natural graphite include scaly graphite, scaly graphite, and soil graphite. Examples of artificial graphite include graphite particles such as coke, needle coke, and high-density carbon material produced by high-temperature heat treatment of pitch raw materials. Natural graphite made spherical is preferable in terms of low cost and ease of electrode production. Further, from the viewpoint of safety, a highly purified carbon material or spherical natural graphite with few impurities is preferable. The purity of the highly purified natural graphite is usually 98.0% by mass or more, preferably 99.0% by mass or more, more preferably 99.6% by mass or more. When the purity is within this range, the battery capacity is more preferable when used as a carbon material for a negative electrode.
本発明でいう高純度化とは、灰分や金属等を除去した状態を意味する。通常、塩酸、硫酸、硝酸、フッ酸などの酸中で処理すること、又はこれらの1以上の酸処理工程を組み合わせて行なうことにより、低純度天然黒鉛中に含まれる灰分や金属等を溶解除去できる(高純度化処理工程)。そして前記酸処理工程の後には通常、水洗処理等を行ない高純度化処理工程で用いた酸分を除去する。
酸処理工程の代わりに2000℃以上の高温で処理することにより、灰分や金属等を蒸発、除去しても良い。また、高温熱処理時に塩素ガス等のハロゲンガス雰囲気で処理することにより灰分や金属等を除去しても良い。更に、これらの高純度化の手法を任意に組み合わせて用いても良い。
High purification in the present invention means a state in which ash, metals, and the like are removed. Usually, ash and metals contained in low-purity natural graphite are dissolved and removed by treatment in acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and hydrofluoric acid, or by combining one or more of these acid treatment steps. Yes (high purity treatment process). And after the said acid treatment process, a water washing process etc. are normally performed and the acid content used at the high purification process is removed.
By treating at a high temperature of 2000 ° C. or higher instead of the acid treatment step, ash, metal, etc. may be evaporated and removed. Further, ash and metals may be removed by treatment in a halogen gas atmosphere such as chlorine gas during high-temperature heat treatment. Furthermore, these high purification techniques may be used in any combination.
人造黒鉛の具体例としては、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサイルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などの有機物を、通常2500℃以上、3200℃以下の範囲の温度で焼成し、黒鉛化したものが挙げられる。 Specific examples of artificial graphite include coal tar pitch, coal heavy oil, atmospheric residue, petroleum heavy oil, aromatic hydrocarbon, nitrogen-containing cyclic compound, sulfur-containing cyclic compound, polyphenylene, polyvinyl chloride, Organic substances such as polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymer, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, imide resin are usually used at a temperature in the range of 2500 ° C. to 3200 ° C. Examples thereof include those fired and graphitized.
炭素材は、炭素材に金属粒子、及び金属酸化物粒子等の粒子を任意の組み合わせで適宜混合して用いても良い。また、個々の粒子中に複数の材料が混在するものであってもよい。例えば、黒鉛の表面を黒鉛化度の小さい炭素材で被覆した構造の炭素質粒子や、炭素材を適当な有機物で集合させ再黒鉛化した粒子でも良い。更に、前記複合粒子中にSn、Si、Al、Biなどの、Liと合金化が可能な金属を含んでいても良い。 As the carbon material, particles such as metal particles and metal oxide particles may be appropriately mixed and used in an arbitrary combination with the carbon material. Further, a plurality of materials may be mixed in each particle. For example, carbonaceous particles having a structure in which the surface of graphite is coated with a carbon material having a low degree of graphitization, or particles obtained by re-graphitizing a carbon material with an appropriate organic substance may be used. Furthermore, the composite particles may contain a metal that can be alloyed with Li, such as Sn, Si, Al, Bi.
・炭素材(A)、(c)の物性
本発明における炭素材は以下の物性を示すものである。なお、本発明における測定方法は特に制限はないが、特段の事情がない限り実施例に記載の測定方法に準じる。
-Physical properties of carbon materials (A) and (c) The carbon materials in the present invention exhibit the following physical properties. In addition, there is no restriction | limiting in particular in the measuring method in this invention, According to the measuring method as described in an Example, unless there is a special situation.
(1)炭素材のd002
炭素材の学振法によるX線回折で求めた格子面(002)のd値(層間距離)は、通常
0.335nm以上、0.340nm未満である。ここで、d値は好ましくは0.339nm以下、更に好ましくは0.337nm以下である。d値が大きすぎると結晶性が低下し、初期不可逆容量が増加する場合がある。一方、下限値である0.335nmは黒鉛の理論値である。
(1) d 002 of carbon material
The d value (interlayer distance) of the lattice plane (002) obtained by X-ray diffraction by the Gakushin method of carbon materials is usually 0.335 nm or more and less than 0.340 nm. Here, the d value is preferably 0.339 nm or less, more preferably 0.337 nm or less. If the d value is too large, the crystallinity may decrease and the initial irreversible capacity may increase. On the other hand, the lower limit of 0.335 nm is a theoretical value of graphite.
(2)炭素材の表面官能基量(O/C値)
炭素材は、表面官能基量(O/C値)が通常0.01%以上4%以下であり、1%以上3%以下が好ましく、2%以上3%以下であるとより好ましい。このO/C値が小さすぎると、バインダとの親和性が低下し、負極表面と被覆材の相互作用が弱くなり、被覆材がはがれやすくなる傾向がある。一方表面官能基量O/C値が大きすぎると、O/C値の調整が困難となり、製造処理を長時間行う必要が生じたり、工程数を増加させる必要が生じたりする傾向があり、生産性の低下やコストの上昇を招く虞がある。
本発明における表面官能基量(O/C値)はX線光電子分光法(XPS)を用いて以下のように測定することができる。 X線光電子分光法測定としてX線光電子分光器を用い、測定対象を表面が平坦になるように試料台に載せ、アルミニウムのKα線をX線源とし、マルチプレックス測定により、C1s(280〜300eV)とO1s(525〜545eV)のスペクトルを測定する。得られたC1sのピークトップを284.3eVとして帯電補正し、C1sとO1sのスペクトルのピーク面積を求め、式(1)から算出する。
(2) Surface functional group amount of carbon material (O / C value)
The carbon material generally has a surface functional group amount (O / C value) of 0.01% to 4%, preferably 1% to 3%, and more preferably 2% to 3%. When this O / C value is too small, the affinity with the binder is lowered, the interaction between the negative electrode surface and the coating material is weakened, and the coating material tends to be peeled off. On the other hand, if the surface functional group amount O / C value is too large, it becomes difficult to adjust the O / C value, and there is a tendency that the manufacturing process needs to be performed for a long time or the number of steps needs to be increased. There is a risk of lowering the property and increasing the cost.
The amount of surface functional groups (O / C value) in the present invention can be measured as follows using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). An X-ray photoelectron spectrometer is used as an X-ray photoelectron spectroscopy measurement, the measurement object is placed on a sample stage so that the surface is flat, an aluminum Kα ray is used as an X-ray source, and C1s (280 to 300 eV) is obtained by multiplex measurement. ) And O1s (525-545 eV). The obtained C1s peak top is charged and corrected to 284.3 eV, and the peak areas of the C1s and O1s spectra are obtained and calculated from the equation (1).
式(1)
O/C値(%)={X線光電子分光法(XPS)分析におけるO1sのスペクトルのピーク面積に基づいて求めたO原子濃度/XPS分析におけるC1sのスペクトルのピーク面積に基づいて求めたC原子濃度}×100
Formula (1)
O / C value (%) = {O atom concentration obtained based on the peak area of the O1s spectrum in the X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis / C atom obtained based on the peak area of the C1s spectrum in the XPS analysis Density} × 100
(3)炭素材の体積基準平均粒径(d50)
炭素材の粒径については特に制限が無いが、使用される範囲として、体積基準平均粒径(d50)が通常50μm以下、好ましくは30μm以下、更に好ましくは25μm以下である。また、通常1μm以上、好ましくは4μm以上、更に好ましくは10μm以上である。この粒径が大きすぎると極板化した際に、筋引きなどの工程上の不都合が出る傾向があり、また、粒径が小さすぎると、表面積が大きくなりすぎて、電解液に対する活性を抑制することが難しくなる傾向がある。
(3) Volume-based average particle diameter of carbon material (d50)
Although there is no restriction | limiting in particular about the particle size of a carbon material, As a range used, a volume reference | standard average particle diameter (d50) is 50 micrometers or less normally, Preferably it is 30 micrometers or less, More preferably, it is 25 micrometers or less. Moreover, it is 1 micrometer or more normally, Preferably it is 4 micrometers or more, More preferably, it is 10 micrometers or more. If this particle size is too large, inconveniences such as striping tend to occur when it is made into a plate, and if the particle size is too small, the surface area becomes too large and the activity against the electrolyte is suppressed. Tend to be difficult to do.
粒径の測定方法は、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液10mLに、炭素材0.01gを懸濁させ、市販のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置に導入し、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、測定装置における体積基準のd50として測定したものを、本発明における体積基準平均粒径(d50)と定義する。 The particle diameter is measured by suspending 0.01 g of a carbon material in 10 mL of a 0.2% by weight aqueous solution of polyoxyethylene sorbitan monolaurate, which is a surfactant, and a commercially available laser diffraction / scattering particle size distribution measuring apparatus. The volume-based average particle diameter (d50) in the present invention is defined as the volume-based d50 measured in the measurement apparatus after being irradiated with an ultrasonic wave of 28 kHz for 1 minute at an output of 60 W.
(4)炭素材のBET比表面積(SA)
炭素材のBET法で測定した比表面積については、通常4m2/g以上、好ましくは5m2/g以上である。また、通常11m2/g以下、好ましくは9m2/g以下、より好ましくは8m2/g以下である。
比表面積が小さすぎると、Liが出入りする部位が少なく、高速充放電特性及び出力特性に劣り、一方、比表面積が大きすぎると、活物質の電解液に対する活性が過剰になり、初期不可逆容量が大きくなるため、高容量電池を製造できない傾向がある。
なおBET比表面積の測定方法は、比表面積測定装置を用いて、窒素ガス吸着流通法によりBET1点法にて測定する。
(4) BET specific surface area (SA) of carbon material
About the specific surface area measured by BET method of the carbon material, it is 4 m < 2 > / g or more normally, Preferably it is 5 m < 2 > / g or more. Moreover, it is 11 m < 2 > / g or less normally, Preferably it is 9 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 8 m < 2 > / g or less.
If the specific surface area is too small, there are few sites where Li enters and exits, and the high-speed charge / discharge characteristics and output characteristics are inferior. On the other hand, if the specific surface area is too large, the activity of the active material with respect to the electrolyte becomes excessive and the initial irreversible capacity is low. Since it becomes large, there exists a tendency which cannot manufacture a high capacity | capacitance battery.
In addition, the measuring method of a BET specific surface area is measured by a BET 1 point method by a nitrogen gas adsorption circulation method using a specific surface area measuring device.
(5)炭素材のX線回折構造解析(XRD)
炭素材のX線回折構造解析(XRD)から得られる、Rhombohedral(菱面体晶)に対するHexagonal(六方晶)の結晶の存在比(3R/2H)は通常0.20以上、0.25以上が好ましく、0.30以上がより好ましい。3R/2Hが小さすぎると、高速充放電特性の低下を招く傾向がある。
なお、X線回折構造解析(XRD)の測定方法は、0.2mmの試料板に炭素材を配向しないように充填し、X線回折装置で、CuKα線にて出力30kV、200mAで測定する。得られた43.4°付近の3R(101)、及び44.5°付近の2H(101)の両ピークからバックグラウンドを差し引いた後、強度比3R(101)/2H(101)を算出できる。
(5) X-ray diffraction structure analysis (XRD) of carbon materials
The abundance ratio (3R / 2H) of hexagonal crystals to rhombohedral crystals (3R / 2H) obtained from X-ray diffraction structure analysis (XRD) of carbon materials is usually preferably 0.20 or more and preferably 0.25 or more. 0.30 or more is more preferable. If 3R / 2H is too small, the high-speed charge / discharge characteristics tend to be reduced.
In the X-ray diffraction structure analysis (XRD) measurement method, a 0.2 mm sample plate is filled so that the carbon material is not oriented, and is measured with an X-ray diffractometer at an output of 30 kV and 200 mA with CuKα rays. After subtracting the background from the obtained 3R (101) near 43.4 ° and 2H (101) near 44.5 °, the intensity ratio 3R (101) / 2H (101) can be calculated. .
(6)炭素材のタップ密度
炭素材のタップ密度は、通常0.7g/cm3以上、0.8g/cm3以上が好ましく、1g/cm3以上がより好ましい。また、通常1.3g/cm3以下、1.2g/cm3以下が好ましく、1.1g/cm3以下がより好ましい。タップ密度が低すぎると、高速充放電特性に劣り、タップ密度が高すぎると、粒子内炭素密度が上昇し、圧延性に欠け、高密度の負極シートを形成することが難しくなる場合がある。
本発明において、タップ密度は、粉体密度測定器を用い、直径1.6cm、体積容量20cm3の円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して、炭素材を落下させて、セルに満杯に充填した後、ストローク長10mmのタップを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して定義する。
(6) Carbon material tap density The carbon material tap density is usually 0.7 g / cm 3 or more, preferably 0.8 g / cm 3 or more, and more preferably 1 g / cm 3 or more. Moreover, 1.3 g / cm 3 or less and 1.2 g / cm 3 or less are usually preferable, and 1.1 g / cm 3 or less is more preferable. If the tap density is too low, the high-speed charge / discharge characteristics are inferior. If the tap density is too high, the intra-particle carbon density increases, the rollability is insufficient, and it may be difficult to form a high-density negative electrode sheet.
In the present invention, the tap density is filled with a powder density measuring device by dropping a carbon material through a sieve having a diameter of 1.6 cm and a volume capacity of 20 cm 3 through a sieve having an opening of 300 μm to fill the cell. After that, a tap having a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the density obtained from the volume at that time and the weight of the sample is defined as the tap density.
(7)炭素材のラマンスペクトル(Raman)スペクトル
炭素材のラマンR値は、1580cm−1付近のピークPAの強度IAと、1360cm−1付近のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比R(R=IB/IA)を算出して定義する。その値は通常0.15以上であり、0.4以下であることが好ましく、0.3以下がより好ましい。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て、高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向し易くなり、負荷特性の低下を招く傾向がある。一方、この範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が乱れ、電解液との反応性が増し、充放電効率の低下やガス発生の増加を招く傾向がある。
ラマンスペクトルはラマン分光器で測定できる。具体的には、測定対象粒子を測定セル内へ自然落下させることで試料充填し、測定セル内にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、測定セルをこのレーザー光と垂直な面内で回転させながら測定を行なう。
アルゴンイオンレーザー光の波長 :514.5nm
試料上のレーザーパワー :25mW
分解能 :4cm−1
測定範囲 :1100cm−1〜1730cm−1 ピーク強度測定、ピーク半値幅測定:バックグラウンド処理、スムージング処理(単純平均によるコンボリューション5ポイント)
(7) Raman R value of Raman spectrum (Raman) spectrum carbon material a carbon material is measured and the intensity I A of the peak P A in the vicinity of 1580 cm -1, and an intensity I B of a peak P B in the vicinity of 1360 cm -1 The intensity ratio R (R = I B / I A ) is calculated and defined. The value is usually 0.15 or more, preferably 0.4 or less, and more preferably 0.3 or less. When the Raman R value is less than this range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and when the density is increased, the crystals tend to be oriented in the direction parallel to the electrode plate, and the load characteristics tend to be lowered. On the other hand, if it exceeds this range, the crystallinity of the particle surface will be disturbed, the reactivity with the electrolyte will increase, and the charge / discharge efficiency will tend to decrease and the gas generation will increase.
The Raman spectrum can be measured with a Raman spectrometer. Specifically, the sample particles are naturally dropped into the measurement cell to fill the sample, and the measurement cell is rotated in a plane perpendicular to the laser beam while irradiating the measurement cell with an argon ion laser beam. Measure.
Argon ion laser light wavelength: 514.5 nm
Laser power on sample: 25 mW
Resolution: 4cm -1
Measurement range: 1100cm -1 ~1730cm -1 peak intensity measurement, peak half-width measurement: background processing, smoothing processing (convolution 5 points by a simple average)
(8)炭素材のアスペクト比
炭素材のアスペクト比は好ましくは1以上4未満、より好ましくは3未満、さらに好ましくは2未満である。アスペクト比が小さいものに関しては問題ないが、大きすぎる場合は粒子が扁平であることを示す。上記範囲内であると、塗布時にスジ引きなどを起こし難くなる。
本発明において、アスペクト比は、粒子の短径に対する長径の長さの比であり、最小値は1となるので、アスペクト比の下限は通常1である。なお、アスペクト比の測定は以下のように行った。炭素材料を電子顕微鏡で写真撮影し、任意選んだ領域内の20個の粒子について、それぞれの粒子の最長径をα(μm)、最短径をβ(μm)としてα/βを求め、α/βの20個の粒子の平均値をアスペクト比とする。
(8) Aspect ratio of carbon material The aspect ratio of the carbon material is preferably 1 or more and less than 4, more preferably less than 3, and still more preferably less than 2. There is no problem with a small aspect ratio, but too large indicates that the particles are flat. If it is within the above range, streaking is difficult to occur during coating.
In the present invention, the aspect ratio is the ratio of the length of the major axis to the minor axis of the particle, and the minimum value is 1, so the lower limit of the aspect ratio is usually 1. The aspect ratio was measured as follows. The carbon material is photographed with an electron microscope, and for 20 particles in an arbitrarily selected region, α / β is obtained by setting the longest diameter of each particle to α (μm) and the shortest diameter to β (μm). An average value of 20 particles of β is defined as an aspect ratio.
(9)炭素材の製造方法
炭素材は黒鉛化されている炭素粒子であれば特に限定はないが、上述したように天然黒鉛、人造黒鉛、並びにコークス粉、ニードルコークス粉、及び樹脂等の黒鉛化物の粉体等を用いることができる。これらのうち、天然黒鉛が好ましく、中でも球形化処理を施した球形化天然黒鉛が高密度においても、液拡散を阻害しない点から特に好ましい。以下に、一例として球形化天然黒鉛の製造方法を記載する。
(9) Carbon material production method The carbon material is not particularly limited as long as it is graphitized carbon particles, but as described above, graphite such as natural graphite, artificial graphite, coke powder, needle coke powder, and resin. Chemical powders and the like can be used. Of these, natural graphite is preferable, and spheroidized natural graphite subjected to spheronization treatment is particularly preferable because it does not inhibit liquid diffusion even at high density. Below, the manufacturing method of spherical natural graphite is described as an example.
球形化処理には、例えば、衝撃力を主体として粒子の相互作用も含め圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を繰り返し炭素粒子に与え、球形化を行う装置を用いることができる。具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、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材に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、表面処理を行なう装置が好ましい。 For the spheronization treatment, for example, an apparatus that spheroidizes by repeatedly applying mechanical actions such as compression, friction, shearing force, etc., including the interaction of particles mainly with impact force, to the carbon particles can be used. Specifically, it has a rotor with a large number of blades installed inside the casing, and mechanical action such as impact compression, friction, shearing force, etc. on the carbon material introduced inside the rotor by rotating at high speed. An apparatus that provides a surface treatment is preferable.
また、炭素材を循環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好ましい。好ましい装置として、例えば、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロン(アーステクニカ社製)、CFミル(宇部興産社製)、メカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン社製)、シータコンポーザ(徳寿工作所社製)等が挙げられる。これらの中で、奈良機械製作所社製のハイブリダイゼーションシステムが好ましい。
例えば本発明で用いる炭素材が鱗片状黒鉛である場合には、上記の表面処理による球形化工程を施すことにより、鱗片状の天然黒鉛が折りたたまれて球状になる。又は、炭素材の周囲エッジ部分が球形粉砕されて球状となり、その母体粒子に、さらに粉砕により生じた主に5μm以下の微粉が付着してなる。
Moreover, it is preferable to have a mechanism that repeatedly gives mechanical action by circulating the carbon material. Preferred devices include, for example, a hybridization system (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), a kryptron (manufactured by Earth Technica), a CF mill (manufactured by Ube Industries), a mechano-fusion system (manufactured by Hosokawa Micron), and a theta composer (Tokuju Kosakusho). Etc.). Among these, a hybridization system manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. is preferable.
For example, when the carbon material used in the present invention is scaly graphite, the scaly natural graphite is folded into a spherical shape by performing the spheroidizing step by the surface treatment. Alternatively, the peripheral edge portion of the carbon material is spherically pulverized into a spherical shape, and fine particles of 5 μm or less generated by the pulverization adhere to the base particles.
表面処理後の炭素材のO/C値が通常1%以上4%以下となる条件で、球形化処理を行うことにより製造することが好ましい。この際には、機械処理のエネルギーにより黒鉛表面の酸化反応を進行させ、黒鉛表面に酸性官能基を導入することができるよう、活性雰囲気下で行うことが好ましい。
例えば前述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、40〜100m/秒にするのが好ましく、50〜100m/秒にするのがより好ましい。また、球形化処理は単に炭素質物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のが好ましく、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。
It is preferable that the carbon material after the surface treatment is produced by performing spheronization treatment under the condition that the O / C value of the carbon material is usually 1% or more and 4% or less. In this case, it is preferable to carry out in an active atmosphere so that the oxidation reaction of the graphite surface can be advanced by the energy of mechanical treatment and acidic functional groups can be introduced into the graphite surface.
For example, when processing using the above-mentioned apparatus, the peripheral speed of the rotating rotor is preferably 30 to 100 m / sec, 40 to 100 m / sec, and more preferably 50 to 100 m / sec. The spheroidizing treatment can be performed by simply passing the carbonaceous material, 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.
<複合炭素材(E)の原料である炭素材(f)>
本発明の複合炭素材(E)の原料である炭素材(f)に関して、一例として下記に示すが、特に制限されない。
<Carbon material (f) as raw material for composite carbon material (E)>
Although it shows below as an example regarding the carbon material (f) which is a raw material of the composite carbon material (E) of this invention, it does not restrict | limit in particular.
・炭素材(f)の種類
炭素材(f)は、アスペクト比が4以上である鱗片状黒鉛であることが好ましく、上記鱗片状黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛の何れを用いてもよい。また、不純物の少ない黒鉛が好ましく、必要に応じて種々の精製処理を施して用いる。
天然黒鉛の具体例としては、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛、土壌黒鉛等が挙げられる。人造黒鉛としては、ピッチ原料を高温熱処理して製造した、コークス、ニードルコークス、高密度炭素材等の黒鉛質粒子が挙げられる。また、安全性の観点から、不純物が少なく、高純度化された炭素材が好ましい。高純度化を行なった天然黒鉛の純度は、通常98.0質量%以上、好ましくは99.0質量%以上、より好ましくは99.6質量%以上である。純度がこの範囲であれば、負極材料として用いた場合、電池容量が高くなるのでより好ましい。
-Type of carbon material (f) The carbon material (f) is preferably scaly graphite having an aspect ratio of 4 or more. As the scaly graphite, either natural graphite or artificial graphite may be used. . Further, graphite with few impurities is preferable, and it is used after being subjected to various purification treatments as necessary.
Specific examples of natural graphite include scaly graphite, scaly graphite, and soil graphite. Examples of artificial graphite include graphite particles such as coke, needle coke, and high-density carbon material produced by heat-treating pitch raw materials. Further, from the viewpoint of safety, a highly purified carbon material with few impurities is preferable. The purity of the highly purified natural graphite is usually 98.0% by mass or more, preferably 99.0% by mass or more, more preferably 99.6% by mass or more. When the purity is within this range, the battery capacity is more preferable when used as a negative electrode material.
炭素材(f)は、炭素材に金属粒子、及び金属酸化物粒子等の粒子を任意の組み合わせで適宜混合して用いても良い。また、個々の粒子中に複数の材料が混在するものであってもよい。例えば、黒鉛の表面を黒鉛化度の小さい炭素材で被覆した構造の炭素質粒子や、炭素材を適当な有機物で集合させ再黒鉛化した粒子でも良い。更に、前記複合粒子中にSn、Si、Al、Biなどの、Liと合金化が可能な金属を含んでいても良い。 The carbon material (f) may be used by appropriately mixing particles such as metal particles and metal oxide particles in an arbitrary combination with the carbon material. Further, a plurality of materials may be mixed in each particle. For example, carbonaceous particles having a structure in which the surface of graphite is coated with a carbon material having a low degree of graphitization, or particles obtained by re-graphitizing a carbon material with an appropriate organic substance may be used. Furthermore, the composite particles may contain a metal that can be alloyed with Li, such as Sn, Si, Al, Bi.
・炭素材(f)の物性
本発明における炭素材は以下の物性を示すものである。なお、本発明における測定方法は特に制限はないが、特段の事情がない限り実施例に記載の測定方法に準じる。
-Physical property of carbon material (f) The carbon material in this invention shows the following physical properties. In addition, there is no restriction | limiting in particular in the measuring method in this invention, According to the measuring method as described in an Example, unless there is a special situation.
(1)炭素材(f)の格子面(002)のd値
炭素材(f)の学振法によるX線回折で求めた格子面(002)のd値(層間距離)の好適な範囲は、上記した炭素材(a)・(c)の場合と同じである。
(1) The d value of the lattice plane (002) of the carbon material (f) The preferred range of the d value (interlayer distance) of the lattice plane (002) obtained by X-ray diffraction by the Gakushin method of the carbon material (f) is The same as in the case of the carbon materials (a) and (c) described above.
(2)炭素材(f)の表面官能基量O/C
炭素材(f)の表面官能基量O/Cの好適は範囲は、炭素材(a)・(c)の場合と同じである。
(2) Surface functional group amount O / C of carbon material (f)
The preferred range of the surface functional group amount O / C of the carbon material (f) is the same as that of the carbon materials (a) and (c).
(3)炭素材(f)の体積基準平均粒径(d50)
炭素材(f)のd50の好適な範囲は、炭素材(a)・(c)の場合と同じである。
(3) Volume-based average particle diameter (d50) of carbon material (f)
The preferable range of d50 of the carbon material (f) is the same as that of the carbon materials (a) and (c).
(4)炭素材(f)のBET比表面積(SA)
炭素材(f)のBET法で測定した比表面積については、好ましくは0.5m2/g以上、より好ましくは1m2/g以上である。また、好ましくは20m2/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。比表面積が高すぎるということは、アスペクト比が4以上である炭素材(f)が微粉として存在していることを意味し、導電パスの確保に寄与しないことを意味する、一方、比表面積が低すぎるということは炭素材(f)が非常に長い鱗片状であることを意味し、電極塗布時のスジ引きといった工程性の悪化を引き起こす傾向がある。
(4) BET specific surface area (SA) of carbon material (f)
About the specific surface area measured by BET method of carbon material (f), Preferably it is 0.5 m < 2 > / g or more, More preferably, it is 1 m < 2 > / g or more. Moreover, Preferably it is 20 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 15 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 10 m < 2 > / g or less. When the specific surface area is too high, it means that the carbon material (f) having an aspect ratio of 4 or more exists as fine powder and does not contribute to securing a conductive path. Too low means that the carbon material (f) has a very long scale shape, and tends to cause deterioration in processability such as streaking during electrode application.
(5)炭素材(f)のタップ密度
炭素材(f)のタップ密度は、通常0.2g/cm3以上、0.25g/cm3以上が好ましい。また、通常0.8g/cm3以下、0.7g/cm3以下が好ましい。炭素材(f)のタップ密度が上記範囲内であると、黒鉛質物と複合した複合炭素材(E)を混合した炭素材料の電極の強度が弱くなり難い。また、充放電での粒子の膨張収縮が大きくなり難く、粒子間の接触を保つことができる。
(5) Tap density of carbon material (f) The tap density of the carbon material (f) is usually preferably 0.2 g / cm 3 or more and preferably 0.25 g / cm 3 or more. Moreover, normally 0.8 g / cm < 3 > or less and 0.7 g / cm < 3 > or less are preferable. When the tap density of the carbon material (f) is within the above range, the strength of the electrode of the carbon material mixed with the composite carbon material (E) combined with the graphite is difficult to be weakened. Further, the expansion and contraction of the particles during charging / discharging is difficult to increase, and the contact between the particles can be maintained.
(6)炭素材(f)のラマンスペクトル(Raman)スペクトル
鱗片状黒鉛であるということは、球形化処理を受けてないということで、ラマンR値は小さい値となる。球形化処理は鱗片状黒鉛に機械的処理を与えることで、該鱗片状黒鉛が折り曲げ、角削り、粒子巻き込み、結合等により球形化される。そのため、球形化黒鉛粒子全体は鱗片状黒鉛由来の高結晶性を維持しているが、球形化黒鉛粒子の表面は結晶性が乱れその結果、粒子の表面から10nm程度の深さまでの結晶性を表すラマンR値は大きな値となる。すなわちラマンR値が小さいということは、球形化処理を受けていない、板状を呈した鱗片状黒鉛であることを示している。ラマンR値は好ましくは0.21以下、より好ましくは0.15以下、更に好ましくは0.14以下、より更に好ましくは0.13以下、特に好ましくは0.1以下、最も好ましくは0.09以下である。完全結晶黒鉛のラマンR値は理論的に0なので、ラマンR値の下限は0以上であり、好ましくは0.03以上、より好ましくは0.05以上である。
(6) Raman spectrum (Raman) spectrum of carbon material (f) The fact that it is scaly graphite means that it has not been subjected to spheroidization treatment, and the Raman R value is small. In the spheroidizing treatment, the scaly graphite is mechanically processed so that the scaly graphite is spheroidized by bending, shaving, particle entrainment, bonding, or the like. Therefore, the entire spheroidized graphite particles maintain high crystallinity derived from scaly graphite, but the surface of the spheroidized graphite particles is disturbed in crystallinity, and as a result, the crystallinity from the particle surface to a depth of about 10 nm is obtained. The expressed Raman R value is a large value. In other words, a small Raman R value indicates that the graphite is in the form of a plate that has not undergone the spheroidization treatment. The Raman R value is preferably 0.21 or less, more preferably 0.15 or less, further preferably 0.14 or less, even more preferably 0.13 or less, particularly preferably 0.1 or less, and most preferably 0.09. It is as follows. Since the Raman R value of perfectly crystalline graphite is theoretically 0, the lower limit of the Raman R value is 0 or more, preferably 0.03 or more, more preferably 0.05 or more.
(7)炭素材(f)のアスペクト比
炭素材(f)のアスペクト比は、好ましくは4以上、より好ましくは5以上、さらに好ましくは6以上である。また、好ましくは50以下、より好ましくは40以下、さらに好ましくは20以下である。アスペクト比が上記範囲内であると、粒子間の接点を効果的にとることができる。
(7) Aspect ratio of carbon material (f) The aspect ratio of the carbon material (f) is preferably 4 or more, more preferably 5 or more, and even more preferably 6 or more. Moreover, Preferably it is 50 or less, More preferably, it is 40 or less, More preferably, it is 20 or less. When the aspect ratio is within the above range, the contact between the particles can be effectively taken.
(8)炭素材(f)の製造方法
炭素材(f)は、前述の性状であれば、どのような製法で作製しても問題なく、前述の特許第3534391号公報(特許文献1)で提案されている方法を用いても製造できる。例えば、天然で産出される鱗片、鱗状、板状、塊状の黒鉛、或いは、例えば石油コークス、石炭ピッチコークス、石炭ニードルコークス、メソフェーズピッチなどを2500℃以上に加熱して製造した人造黒鉛を、必要により、不純物除去、粉砕、篩い分けや分級処理を行うことで得ることができる。
(8) Manufacturing method of carbon material (f) The carbon material (f) can be produced by any manufacturing method as long as it has the above-described properties, and is disclosed in the above-mentioned Japanese Patent No. 3534391 (Patent Document 1). It can also be produced using the proposed method. For example, naturally produced scale, scale-like, plate-like, massive graphite, or artificial graphite produced by heating petroleum coke, coal pitch coke, coal needle coke, mesophase pitch, etc. to 2500 ° C. or higher is necessary. Thus, it can be obtained by performing impurity removal, pulverization, sieving and classification.
<複合炭素材(B)、(E)の原料である炭素質物(c)、(d)>
本発明の複合炭素材(B)、(E)のもう一方の原料である炭素質物(c)、(d)の前駆体である有機化合物は、一例として下記に示すが、特に制限されない。上記有機化合物は、同一のものであってもよいし、種類や物性が異なっていてもよい。また、下記に示す物性を満たすことが好ましい。
<Carbonaceous materials (c) and (d) which are raw materials for composite carbon materials (B) and (E)>
The organic compounds which are precursors of the carbonaceous materials (c) and (d) which are the other raw materials of the composite carbon materials (B) and (E) of the present invention are shown below as an example, but are not particularly limited. The organic compounds may be the same, or may differ in type and physical properties. Moreover, it is preferable to satisfy | fill the physical property shown below.
・有機化合物の種類
本発明における有機化合物とは、焼成を行うことによって炭素質物となる原料である。ここで、炭素質物とは、d値が通常0.340nm以上の非晶質炭素質物と、d値が0.340nm未満の黒鉛質物のことである。
-Kind of organic compound The organic compound in this invention is a raw material used as a carbonaceous material by baking. Here, the carbonaceous material is an amorphous carbonaceous material having a d value of usually 0.340 nm or more and a graphite material having a d value of less than 0.340 nm.
具体的には、含浸ピッチ、コールタールピッチ、石炭液化油等の石炭系重質油、アスファルテン等の直留系重質油、及びエチレンヘビーエンドタール等の分解系重質油等の石油系重質油等に例示される易黒鉛化性有機化合物、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然フルフリルアルコール高分子、ポリフェニレンサイルファイド、ポリフェニレンオキシド、樹脂、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などが挙げられ、この中でも焼成によって黒鉛化又は炭素化が可能な易黒鉛化性有機化合物が好ましい。 Specifically, petroleum heavy oil such as impregnated pitch, coal tar pitch, coal heavy oil such as coal liquefied oil, straight run heavy oil such as asphalten, and cracked heavy oil such as ethylene heavy end tar. Graphitizable organic compounds, aromatic hydrocarbons, nitrogen-containing cyclic compounds, sulfur-containing cyclic compounds, polyphenylene, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural furfuryl alcohol polymers , Polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, resin, phenol-formaldehyde resin, imide resin, and the like. Among these, graphitizable organic compounds that can be graphitized or carbonized by firing are preferable.
・有機化合物の物性
(1)X線パラメータ(d002値)
<有機化合物を焼成した非晶質炭素質物における物性>
有機化合物のみを焼成処理して得られた炭素質物粉末のX線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が通常0.340nm以上、好ましくは0.342nm以上である。また、通常0.380nm未満、好ましくは0.370nm以下、より好ましくは0.360nm以下である。d002値が大きすぎるということは結晶性が低いことを示し、複合炭素材(B)・(E)が結晶性の低い粒子となって不可逆容量が増加する場合があり、d002値が小さすぎると非晶質の炭素質物を複合化させた効果が得られ難い。
-Physical properties of organic compounds (1) X-ray parameters (d 002 values)
<Physical properties of amorphous carbonaceous material fired organic compound>
The interplanar spacing (d 002 ) of the (002) plane according to the X-ray wide angle diffraction method of the carbonaceous material powder obtained by baking only the organic compound is usually 0.340 nm or more, preferably 0.342 nm or more. Moreover, it is less than 0.380 nm normally, Preferably it is 0.370 nm or less, More preferably, it is 0.360 nm or less. If the d 002 value is too large, it indicates that the crystallinity is low, and the composite carbon material (B) / (E) may become particles with low crystallinity and the irreversible capacity may increase, and the d 002 value is small. If the amount is too large, it is difficult to obtain the effect of combining amorphous carbonaceous materials.
<有機化合物を焼成した黒鉛質物における物性>
有機化合物のみを黒鉛化処理して得られた黒鉛質物粉末のX線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が通常0.3354nm以上、好ましくは0.3357nm以上、より好ましくは0.3359nm以上である。また、通常0.340nm未満、好ましくは0.338nm以下、より好ましくは0.337nm以下である。d002値が大きすぎるということは結晶性が低いことを示し、複合炭素材(B)・(E)が結晶性の
低い粒子となって黒鉛質物を複合化させた効果が得られ難い場合があり、d002値が小さすぎると充放電反応性が低下して、高温保存時のガス発生増加や大電流充放電特性低下の虞がある。
<Physical Properties in Graphite Materials Firing Organic Compounds>
The (002) plane spacing (d 002 ) of the graphite powder obtained by graphitizing only the organic compound by X-ray wide angle diffraction method is usually 0.3354 nm or more, preferably 0.3357 nm or more, more preferably It is 0.3359 nm or more. Moreover, it is less than 0.340 nm normally, Preferably it is 0.338 nm or less, More preferably, it is 0.337 nm or less. If the d 002 value is too large, it indicates that the crystallinity is low, and the composite carbon material (B) / (E) becomes particles with low crystallinity and it is difficult to obtain the effect of combining the graphite. If the d 002 value is too small, the charge / discharge reactivity decreases, and there is a risk of increased gas generation during high-temperature storage and reduced large current charge / discharge characteristics.
(2)結晶子サイズ(Lc(002))
<有機化合物を焼成した非晶質炭素質物における物性>
有機化合物を焼成処理して得られた非晶質炭素質物粉末の学振法によるX線回折法で求めた炭素材料の結晶子サイズ(Lc(002))は、通常5nm以上、好ましくは10nm以上、より好ましくは20nm以上である。また通常300nm以下、好ましくは200nm以下、より好ましくは100nm以下である。結晶子サイズが大きすぎると、複合炭素材(A)が結晶性の低い粒子となって不可逆容量が増加する傾向があり、結晶子サイズが小さすぎると、炭素質物を複合化させた効果が得られ難い。
(2) Crystallite size (Lc (002))
<Physical properties of amorphous carbonaceous material fired organic compound>
The crystallite size (Lc (002)) of the carbon material obtained by X-ray diffraction of the amorphous carbonaceous material powder obtained by baking the organic compound is usually 5 nm or more, preferably 10 nm or more. More preferably, it is 20 nm or more. Moreover, it is 300 nm or less normally, Preferably it is 200 nm or less, More preferably, it is 100 nm or less. If the crystallite size is too large, the composite carbon material (A) tends to increase the irreversible capacity as particles having low crystallinity. If the crystallite size is too small, the effect of compounding the carbonaceous material is obtained. It ’s hard to be.
<有機化合物を焼成した黒鉛質物における物性>
有機化合物を黒鉛化処理して得られた黒鉛質物粉末の学振法によるX線回折法で求めた炭素材料の結晶子サイズ(Lc(002))は、通常300nm以上、好ましくは400nm以上、より好ましくは500nm以上である。また通常1000nm以下、好ましくは800nm以下、より好ましくは600nm以下である。結晶子サイズが大きすぎると、複合炭素材(B)・(E)が結晶性の低い粒子となって黒鉛質物を複合化させた効果が得られ難い場合があり、結晶子サイズが小さすぎると、充放電反応性が低下して、高温保存時のガス発生増加や大電流充放電特性低下の傾向がある。
<Physical Properties in Graphite Materials Firing Organic Compounds>
The crystallite size (Lc (002)) of the carbon material obtained by X-ray diffraction analysis based on the Gakushin method of graphitic powder obtained by graphitizing an organic compound is usually 300 nm or more, preferably 400 nm or more. Preferably it is 500 nm or more. Moreover, it is 1000 nm or less normally, Preferably it is 800 nm or less, More preferably, it is 600 nm or less. If the crystallite size is too large, the composite carbon materials (B) and (E) may become particles having low crystallinity and it may be difficult to obtain the effect of combining the graphite material. If the crystallite size is too small, The charge / discharge reactivity is reduced, and there is a tendency for increased gas generation during high-temperature storage and reduced large current charge / discharge characteristics.
(3)軟化点
有機化合物の軟化点が通常400℃以下、好ましくは300℃以下、より好ましくは200℃以下、さらに好ましくは150℃以下である。軟化点が高すぎると、炭素材と混合又は捏合する際に、均一に混合又は捏合することが困難になり、且つ高温で取り扱う必要が生じるため生産性に欠ける場合がある。下限は特に制限されないが、通常40℃以上である。
(3) Softening point The softening point of the organic compound is usually 400 ° C or lower, preferably 300 ° C or lower, more preferably 200 ° C or lower, and further preferably 150 ° C or lower. When the softening point is too high, it is difficult to uniformly mix or combine with the carbon material, and it may be necessary to handle at a high temperature, resulting in poor productivity. Although a minimum in particular is not restrict | limited, Usually, it is 40 degreeC or more.
(4)キノリン不溶分(QI)、トルエン不溶分(TI)
有機化合物のキノリン不溶分(QI)が、通常0%以上、好ましくは1%以上、より好ましくは5%以上、更に好ましくは6%以上、特に好ましくは8%以上である。また通常30%以下、好ましくは25%以下、より好ましくは20%以下、更に好ましくは15%以下、特に好ましくは12%以下である。
なお、QIとは、コールタール中に微量に含まれるサブミクロンの炭素粒子や極微小なスラッジ等であり、これが多すぎると黒鉛化過程での結晶性向上を著しく阻害し、黒鉛化後の放電容量の著しい低下を招く。
(4) Quinoline insoluble matter (QI), toluene insoluble matter (TI)
The quinoline insoluble content (QI) of the organic compound is usually 0% or more, preferably 1% or more, more preferably 5% or more, still more preferably 6% or more, and particularly preferably 8% or more. Further, it is usually 30% or less, preferably 25% or less, more preferably 20% or less, still more preferably 15% or less, and particularly preferably 12% or less.
QI is submicron carbon particles or ultrafine sludge contained in a small amount in coal tar. If this amount is too large, improvement in crystallinity during the graphitization process is remarkably inhibited, and discharge after graphitization. It causes a significant decrease in capacity.
トルエン不溶分(TI)が通常16%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは25%以上である。また通常60%以下、好ましくは50%以下、より好ましくは40%以下である。TIとは、平均分子量300〜2000、且つ、一分子中の水素原子と炭素原子との比H/C(水素/炭素)が0.5〜0.8程度の縮合多環芳香族のことをいう。QIやTIがこの範囲内であると、非水系二次電池負極用炭素材の結晶性が好ましい範囲となることで充放電反応性が好ましい範囲となるため、充放電容量の向上、高温保存時のガス発生量の低減、大電流充放電特性の向上、サイクル特性の向上の傾向がある。なお、QI、TIの測定方法は、例えばJIS K2425に規定された方法を用いることができ
る。
The toluene insoluble content (TI) is usually 16% or more, preferably 20% or more, more preferably 25% or more. Moreover, it is 60% or less normally, Preferably it is 50% or less, More preferably, it is 40% or less. TI means a condensed polycyclic aromatic having an average molecular weight of 300 to 2000 and a ratio H / C (hydrogen / carbon) of hydrogen atoms to carbon atoms in one molecule of about 0.5 to 0.8. Say. When QI or TI is within this range, the crystallinity of the carbon material for the nonaqueous secondary battery negative electrode becomes a preferable range, so that the charge / discharge reactivity becomes a preferable range. There is a tendency of reducing the amount of gas generated, improving large current charge / discharge characteristics, and improving cycle characteristics. As a method for measuring QI and TI, for example, a method defined in JIS K2425 can be used.
・黒鉛化触媒
充放電容量の増加とプレス性の改良のために、炭素質粒子と有機化合物の混合に際し、
黒鉛化触媒を添加しても良い。黒鉛化触媒としては、鉄、ニッケル、チタン、ケイ素、ホウ素等の金属及びこれらの炭化物、酸化物、窒化物等の化合物が挙げられる。なかでも、ケイ素、ケイ素化合物、鉄、鉄化合物が好ましく、ケイ素化合物のなかでは炭化珪素、鉄化合物のなかでは酸化鉄が特に好ましい。これらの黒鉛化触媒の添加量は、原料としての炭素質一次粒子に対して通常30質量%以下、好ましくは20質量% 以下、さらに好ま
しくは10質量% 以下、特に好ましくは5質量%以下である。黒鉛化触媒が多すぎると
、黒鉛化が進みすぎ、リチウムイオン二次電池製造時の特性、特に浸液性が充分でないといった問題が生じる場合がある。同時に、黒鉛質複合粒子内に細孔を生成させるためか、粒子の強度が低下し、その結果極板作製時のプレス工程において表面が平滑化し、イオンの移動を阻害する場合もある。一方、黒鉛化触媒が少なすぎると、黒鉛化が不十分で非水系二次電池にした時の充放電容量の低下の問題があり、また、極板作製時のプレス工程において高圧力を必要とし高密度化するのが困難となる場合もある。更に、黒鉛質複合粒子内に適量の細孔が存在しないためか、粒子の強度が高くなりすぎ、集電体に塗布された活物質層を所定の嵩密度にプレス成形するときに高圧力を必要とし、負極活物質層を高密度化するのが困難となる場合がある。
-Graphitization catalyst To increase charge / discharge capacity and improve pressability, when mixing carbonaceous particles and organic compounds,
A graphitization catalyst may be added. Examples of the graphitization catalyst include metals such as iron, nickel, titanium, silicon, and boron, and compounds such as carbides, oxides, and nitrides thereof. Of these, silicon, silicon compounds, iron, and iron compounds are preferable, and silicon carbide is particularly preferable among silicon compounds, and iron oxide is particularly preferable among iron compounds. The addition amount of these graphitization catalysts is usually 30% by mass or less, preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, and particularly preferably 5% by mass or less with respect to the carbonaceous primary particles as a raw material. . When there are too many graphitization catalysts, graphitization will advance too much and the characteristic at the time of lithium ion secondary battery manufacture, especially the problem that immersion property may not be enough may arise. At the same time, the strength of the particles may decrease because of the formation of pores in the graphite composite particles, and as a result, the surface may be smoothed during the pressing process during electrode plate production, and ion migration may be inhibited. On the other hand, if there is too little graphitization catalyst, graphitization is insufficient and there is a problem of reduction in charge / discharge capacity when a non-aqueous secondary battery is made, and high pressure is required in the pressing process during electrode plate production. It may be difficult to increase the density. Furthermore, because the graphite composite particles do not have an appropriate amount of pores, the strength of the particles becomes too high, and a high pressure is applied when the active material layer applied to the current collector is pressed to a predetermined bulk density. And it may be difficult to increase the density of the negative electrode active material layer.
<複合炭素材(E)の原料である炭素質粒子(h)>
本発明の複合炭素材(E)を構成する材となる、炭素質粒子(h)としては種類も特に限定されないが、石炭微粉、気相炭素粉、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノファイバー等が挙げられる。この中でもカーボンブラックが特に好ましい。カーボンブラックであると、低温下においても入出力特性が高くなり、同時に安価・簡便に入手が可能という利点がある。
また、形状は特に限定されず、粒状、球状、鎖状、針状、繊維状、板状、鱗片状等の何れであってもよい。
<Carbonaceous particles (h) that are raw materials for composite carbon material (E)>
The type of carbonaceous particles (h) to be a material constituting the composite carbon material (E) of the present invention is not particularly limited, but coal fine powder, vapor phase carbon powder, carbon black, ketjen black, carbon nanofiber, etc. Is mentioned. Among these, carbon black is particularly preferable. Carbon black has the advantage that the input / output characteristics are improved even at low temperatures, and at the same time, it can be obtained inexpensively and easily.
The shape is not particularly limited, and may be any of granular, spherical, chain-like, needle-like, fibrous, plate-like, and scale-like shapes.
・炭素質粒子(h)の物性
本発明における炭素質粒子(h)は、次に示す物性の何れか1つ又は複数を満たしていることが好ましい。本発明においては、かかる物性を示す炭素質粒子(h)1種を単独で用いても、2種以上を任意の組み合わせで併用してもよい。
-Physical property of carbonaceous particle (h) It is preferable that the carbonaceous particle (h) in this invention satisfy | fills any one or more of the physical property shown next. In the present invention, one kind of carbonaceous particles (h) exhibiting such physical properties may be used alone, or two or more kinds may be used in any combination.
(1)炭素質粒子(h)の1次粒径
本発明における炭素質粒子(h)の1次粒径は、通常3nm以上500nm以下である。1次粒径は、好ましくは3nm以上、より好ましくは15nm以上であり、更に好ましくは30nm以上であり、特に好ましくは40nm以上であり、好ましくは500nm以下、より好ましくは200nm以下、更に好ましくは100nm以下、特に好ましくは70nm以下である。なお、炭素質粒子の1次粒子径は、SEM等の電子顕微鏡観察やレーザー回折式粒度分布計などによって測定することができる。
1次粒径が大きすぎる場合、比表面積が小さくなり、低温時の入出力特性が低下する傾向がある。また、1次粒径が小さすぎる場合、比表面積が大きくなりとなり、容量が低下する傾向がある
(1) Primary particle size of carbonaceous particles (h) The primary particle size of the carbonaceous particles (h) in the present invention is usually 3 nm or more and 500 nm or less. The primary particle size is preferably 3 nm or more, more preferably 15 nm or more, still more preferably 30 nm or more, particularly preferably 40 nm or more, preferably 500 nm or less, more preferably 200 nm or less, still more preferably 100 nm. Hereinafter, it is particularly preferably 70 nm or less. The primary particle diameter of the carbonaceous particles can be measured by observation with an electron microscope such as SEM or a laser diffraction particle size distribution analyzer.
When the primary particle size is too large, the specific surface area becomes small, and the input / output characteristics at low temperatures tend to deteriorate. Also, if the primary particle size is too small, the specific surface area becomes large and the capacity tends to decrease.
(2)炭素質粒子(h)のBET比表面積(SA)
炭素質粒子のBET法による比表面積は、通常1m2/g以上、好ましくは10m2/g以上、より好ましくは30m2/g以上であり、通常は1000m2/g以下、好ましくは500m2/g以下、より好ましくは100m2/g以下、更に好ましくは70m2/g以下の範囲である。比表面積が大きすぎると負極活物質として用いた時に電解液に露出した部分と電解液との反応性が増加し、初期効率の低下、ガス発生量の増大を招きやすく、好ましい電池が得られにくい傾向がある。比表面積が小さすぎるとリチウムイオンが出入りする部位が少なく、高速充放電特性及び出力特性に劣る傾向がある。
(2) BET specific surface area (SA) of carbonaceous particles (h)
BET specific surface area of the carbonaceous particles is usually 1 m 2 / g or more, preferably 10 m 2 / g or more, more preferably 30 m 2 / g or more, usually 1000 m 2 / g or less, preferably 500 meters 2 / g or less, more preferably 100 m 2 / g or less, and still more preferably 70 m 2 / g or less. If the specific surface area is too large, the reactivity between the portion exposed to the electrolyte and the electrolyte when used as the negative electrode active material is increased, which tends to cause a decrease in initial efficiency and an increase in the amount of gas generated, making it difficult to obtain a preferable battery. Tend. When the specific surface area is too small, there are few sites where lithium ions enter and exit, and the high-speed charge / discharge characteristics and output characteristics tend to be inferior.
(3)炭素質粒子(h)の嵩密度
炭素質粒子(h)の嵩密度は、通常0.01g/cm3以上、好ましくは0.1g/cm3以上、より好ましくは0.15g/cm3以上であり、更に好ましくは0.17g/cm3以上であり、通常1g/cm3以下、好ましくは0.8g/cm3以下、より好ましくは0.6g/cm3以下である。
(3) Bulk density of carbonaceous particles (h) The bulk density of the carbonaceous particles (h) is usually 0.01 g / cm 3 or more, preferably 0.1 g / cm 3 or more, more preferably 0.15 g / cm. 3 or more, more preferably 0.17 g / cm 3 or more, and usually 1 g / cm 3 or less, preferably 0.8 g / cm 3 or less, more preferably 0.6 g / cm 3 or less.
嵩密度が大きすぎる場合、低温入出力特性が低下する傾向がある。また、嵩密度が小さすぎる場合、電池容量が低下する傾向がある。 嵩密度は、粉体密度測定器を用い、直径1.6cm、体積容量20cm3の円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して、炭素材を落下させて、セルに満杯に充填した後、その時の体積と試料の重量から密度を求めることによって測定することができる。 When the bulk density is too large, the low-temperature input / output characteristics tend to deteriorate. Moreover, when the bulk density is too small, the battery capacity tends to decrease. The bulk density was measured by dropping a carbon material into a cylindrical tap cell having a diameter of 1.6 cm and a volume capacity of 20 cm 3 through a sieve having a mesh opening of 300 μm, and filling the cell to a full density. It can be measured by determining the density from the volume of the sample and the weight of the sample.
(4)炭素質粒子(h)のタップ密度
炭素質粒子(h)のタップ密度は、通常0.1g/cm3以上、好ましくは0.15g/cm3以上、より好ましくは0.2g/cm3以上であり、通常2g/cm3以下、好ましくは1g/cm3以下、より好ましくは0.8g/cm3以下である。タップ密度が大きすぎる場合、低温入出力特性が低下する傾向があり、小さすぎる場合、電池容量が低下する傾向がある。
(4) Tap density of carbonaceous particles (h) The tap density of carbonaceous particles (h) is usually 0.1 g / cm 3 or more, preferably 0.15 g / cm 3 or more, more preferably 0.2 g / cm. 3 or more, usually 2 g / cm 3 or less, preferably 1 g / cm 3 or less, more preferably 0.8 g / cm 3 or less. If the tap density is too high, the low-temperature input / output characteristics tend to be reduced, and if it is too low, the battery capacity tends to be reduced.
(5)炭素質粒子(h)のDBP吸油量
炭素質粒子(h)のDBP吸油量は、通常10ml/100g以上、好ましくは50ml/100g以上、より好ましくは60ml/100g以上、通常1000ml/100g以下、好ましくは500ml/100g以下、より好ましくは200ml/100g以下、更に好ましくは100ml/100g以下である。DBP吸油量が大きすぎる場合、容量が低下する傾向があり、小さすぎる場合、低温入出力特性が低下する傾向がある。
(5) DBP oil absorption of carbonaceous particles (h) The DBP oil absorption of carbonaceous particles (h) is usually 10 ml / 100 g or more, preferably 50 ml / 100 g or more, more preferably 60 ml / 100 g or more, usually 1000 ml / 100 g. Hereinafter, it is preferably 500 ml / 100 g or less, more preferably 200 ml / 100 g or less, still more preferably 100 ml / 100 g or less. When the DBP oil absorption is too large, the capacity tends to decrease, and when it is too small, the low temperature input / output characteristics tend to decrease.
<炭素材(A)>
炭素材(A)は黒鉛粒子であり、好ましくは天然黒鉛粒子である。さらに好ましい態様としては以下の物性のものが挙げられる。
<Carbon material (A)>
The carbon material (A) is graphite particles, preferably natural graphite particles. More preferred embodiments include the following physical properties.
(1)炭素材の体積基準平均粒径(d50)
炭素材の粒径については特に制限が無いが、使用される範囲として、体積基準平均粒径(d50)が通常50μm以下、好ましくは30μm以下、更に好ましくは25μm以下である。また、通常1μm以上、好ましくは4μm以上、更に好ましくは10μm以上である。この粒径が大きすぎると極板化した際に、筋引きなどの工程上の不都合が出る傾向があり、また、粒径が小さすぎると、表面積が大きくなりすぎて、電解液に対する活性を抑制することが難しくなる傾向がある。
(1) Volume-based average particle diameter of carbon material (d50)
Although there is no restriction | limiting in particular about the particle size of a carbon material, As a range used, a volume reference | standard average particle diameter (d50) is 50 micrometers or less normally, Preferably it is 30 micrometers or less, More preferably, it is 25 micrometers or less. Moreover, it is 1 micrometer or more normally, Preferably it is 4 micrometers or more, More preferably, it is 10 micrometers or more. If this particle size is too large, inconveniences such as striping tend to occur when it is made into a plate, and if the particle size is too small, the surface area becomes too large and the activity against the electrolyte is suppressed. Tend to be difficult to do.
(2)炭素材のBET比表面積(SA)
炭素材のBET法で測定した比表面積については、通常4m2/g以上、好ましくは5m2/g以上である。また、通常11m2/g以下、好ましくは9m2/g以下、より好ましくは8m2/g以下である。
比表面積が小さすぎると、Liが出入りする部位が少なく、高速充放電特性及び出力特性に劣り、一方、比表面積が大きすぎると、活物質の電解液に対する活性が過剰になり、初期不可逆容量が大きくなるため、高容量電池を製造できない傾向がある。
(2) BET specific surface area (SA) of carbon material
About the specific surface area measured by BET method of the carbon material, it is 4 m < 2 > / g or more normally, Preferably it is 5 m < 2 > / g or more. Moreover, it is 11 m < 2 > / g or less normally, Preferably it is 9 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 8 m < 2 > / g or less.
If the specific surface area is too small, there are few sites where Li enters and exits, and the high-speed charge / discharge characteristics and output characteristics are inferior. On the other hand, if the specific surface area is too large, the activity of the active material with respect to the electrolyte becomes excessive and the initial irreversible capacity is low. Since it becomes large, there exists a tendency which cannot manufacture a high capacity | capacitance battery.
(3)炭素材のタップ密度
炭素材のタップ密度は、通常0.7g/cm3以上、0.8g/cm3以上が好ましく、1g/cm3以上がより好ましい。また、通常1.3g/cm3以下、1.2g/cm3以下が好ましく、1.1g/cm3以下がより好ましい。タップ密度が低すぎると、高
速充放電特性に劣り、タップ密度が高すぎると、粒子内炭素密度が上昇し、圧延性に欠け、高密度の負極シートを形成することが難しくなる場合がある。
(3) Tap density of carbon material The tap density of the carbon material is usually preferably 0.7 g / cm 3 or more, more preferably 0.8 g / cm 3 or more, and more preferably 1 g / cm 3 or more. Moreover, 1.3 g / cm 3 or less and 1.2 g / cm 3 or less are usually preferable, and 1.1 g / cm 3 or less is more preferable. If the tap density is too low, the high-speed charge / discharge characteristics are inferior. If the tap density is too high, the intra-particle carbon density increases, the rollability is insufficient, and it may be difficult to form a high-density negative electrode sheet.
(4)炭素材のアスペクト比
炭素材のアスペクト比は好ましくは1以上4未満、より好ましくは3未満、さらに好ましくは2未満である。アスペクト比が小さいものに関しては問題ないが、大きすぎる場合は粒子が扁平であることを示し、極板内の液の拡散が悪くなる。
(4) Aspect ratio of carbon material The aspect ratio of the carbon material is preferably 1 or more and less than 4, more preferably less than 3, and still more preferably less than 2. There is no problem with a small aspect ratio, but if it is too large, it indicates that the particles are flat, and the diffusion of the liquid in the electrode plate deteriorates.
<複合炭素材(B)>
<複合炭素材(B)の製造方法>
複合炭素材(B)は、炭素材(c)と炭素質物(d)が複合化したものであり、かつ、アスペクト比が1.0以上4.0未満であれば、特に制限はない。例えば、上述した炭素材(c)に炭素質物(d)が被覆された複合粒子材を得る場合、炭素質物(d)の被覆部分を得るための有機化合物と炭素材(c)とを混合し、得られた混合物を焼成、粉砕処理を行う工程にて、本発明の複合炭素材(B)を製造することができる。
なお、原料である炭素材(c)に加圧処理を施してもよいが、炭素材(c)と炭素質物(d)を得るための有機化合物と混合し、加圧処理した後、得られた混合物を焼成、粉砕処理を行う製造する方法が、粉砕工程数が少ないという点からより好ましい。
<Composite carbon material (B)>
<Method for producing composite carbon material (B)>
The composite carbon material (B) is not particularly limited as long as the carbon material (c) and the carbonaceous material (d) are combined and the aspect ratio is 1.0 or more and less than 4.0. For example, when obtaining a composite particle material in which the carbonaceous material (c) is coated with the carbonaceous material (d), an organic compound and a carbonaceous material (c) for obtaining a coating portion of the carbonaceous material (d) are mixed. The composite carbon material (B) of the present invention can be produced in the step of firing and pulverizing the obtained mixture.
The carbon material (c) as a raw material may be subjected to pressure treatment, but it is obtained after mixing with the organic compound for obtaining the carbon material (c) and the carbonaceous material (d) and pressure treatment. A method for producing the mixture by baking and pulverization is more preferable from the viewpoint that the number of pulverization steps is small.
・炭素材と有機化合物とを混合する工程
炭素材と有機化合物との混合は常法により行うことができる。混合温度は通常は常温〜150℃であり、50〜150℃がより好ましく、100〜130℃が炭素材と有機化合物が均一に混合し易い点から更に好ましい。
炭素材と混合する際に、有機化合物は有機溶媒によって希釈することが好ましい。希釈する理由としては、有機溶媒で希釈することで混合する有機化合物の粘度を下げ、より効率良く、均一に炭素材を被覆できるからである。
-The process of mixing a carbon material and an organic compound The mixing of a carbon material and an organic compound can be performed by a conventional method. The mixing temperature is usually from room temperature to 150 ° C., more preferably from 50 to 150 ° C., and more preferably from 100 to 130 ° C. from the viewpoint that the carbon material and the organic compound are easily mixed uniformly.
When mixing with the carbon material, the organic compound is preferably diluted with an organic solvent. The reason for diluting is that by diluting with an organic solvent, the viscosity of the organic compound to be mixed is lowered, and the carbon material can be coated more efficiently and uniformly.
有機溶媒の種類としては、ペンタン、ヘキサン、イソヘキサン、ヘプタン、オクタン、イソオクタン、デカン、ジメチルブタン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の炭化水素;エチルエーテル、イソプロピルエーテル、ジイソアミルエーテル、メチルフェニルエーテル、アミルフェニルエーテル、エチルベンジルエーテル等のエーテル;アセトン、メチルアセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン等のケトン;ギ酸メチル、ギ酸エチル、ギ酸イソブチル、酢酸メチル、酢酸イソアミル、酢酸メトキシブチル、酢酸シクロヘキシル、酪酸メチル、酪酸エチル、安息香酸ブチル、安息香酸イソアミル等のエステル;ベンゼン、トルエン、キシレン、エチルベンゼン、ジエチルベンゼン、イソプロピルベンゼン、アミルベンゼン、ジアミルベンゼン、トリアミルベンゼン、テトラアミルベンゼン、ドデシルベンゼン、ジドデシルベンゼン、アミルトルエン、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン等の芳香族炭化水素等があるが、これらに限定されるものではない。
また、これらを2種以上混合したものでもよい。この中でも、ベンゼン、トルエン、キシレンが比較的沸点が高く粘度の低い有機溶媒であり、揮発による濃度変化等が起こり難く、有機化合物の粘度を下げられる点で特に好ましい。
Organic solvents include pentane, hexane, isohexane, heptane, octane, isooctane, decane, dimethylbutane, cyclohexane, methylcyclohexane and other hydrocarbons; ethyl ether, isopropyl ether, diisoamyl ether, methylphenyl ether, amylphenyl ether Ethers such as ethyl benzyl ether; ketones such as acetone, methyl acetone, methyl ethyl ketone, methyl isobutyl ketone, diethyl ketone; methyl formate, ethyl formate, isobutyl formate, methyl acetate, isoamyl acetate, methoxybutyl acetate, cyclohexyl acetate, methyl butyrate, Esters such as ethyl butyrate, butyl benzoate, isoamyl benzoate; benzene, toluene, xylene, ethylbenzene, diethylbenzene, isopropylben Aromatic hydrocarbons such as but not limited to benzene, amylbenzene, diamylbenzene, triamylbenzene, tetraamylbenzene, dodecylbenzene, didodecylbenzene, amyltoluene, tetralin, cyclohexylbenzene, etc. .
Moreover, what mixed these 2 or more types may be used. Among these, benzene, toluene, and xylene are organic solvents having a relatively high boiling point and a low viscosity, and are particularly preferable in that the concentration change due to volatilization hardly occurs and the viscosity of the organic compound can be lowered.
また、有機溶媒による希釈倍率は、有機溶媒の質量に対して、有機化合物が、通常5%以上、好ましくは25%以上、より好ましくは40%以上、更に好ましくは50%以上であり、通常90%以下、好ましくは80%以下、より好ましくは70%以下、更に好ましくは60%以下である。この希釈倍率が大きすぎると有機化合物の濃度が低下し、効率的に炭素材を被覆することができない傾向がある。希釈倍率が小さすぎると有機化合物濃度が充分に低下せず効率的に炭素材を被覆することができない傾向がある。
混合は通常は常圧下で行うが、所望ならば、減圧下又は加圧下で行うこともできる。混
合は回分方式及び連続方式のいずれで行うこともできる。いずれの場合でも、粗混合に適した装置及び精密混合に適した装置を組合せて用いることにより、混合効率を向上させることができる。
The dilution ratio with an organic solvent is usually 5% or more, preferably 25% or more, more preferably 40% or more, still more preferably 50% or more, and usually 90%, based on the mass of the organic solvent. % Or less, preferably 80% or less, more preferably 70% or less, and still more preferably 60% or less. If the dilution ratio is too large, the concentration of the organic compound tends to decrease, and the carbon material tends not to be coated efficiently. If the dilution ratio is too small, the concentration of the organic compound is not sufficiently lowered and the carbon material tends not to be coated efficiently.
Mixing is usually carried out under normal pressure, but if desired, it can also be carried out under reduced pressure or under pressure. Mixing can be carried out either batchwise or continuously. In any case, mixing efficiency can be improved by using a combination of an apparatus suitable for rough mixing and an apparatus suitable for fine mixing.
回分方式の混合装置としては、2本の枠型が自転しつつ公転する構造の混合機;高速高剪断ミキサーであるディゾルバーや高粘度用のバタフライミキサーの様な、一枚のブレートがタンク内で撹拌・分散を行う構造の装置;半円筒状混合槽の側面に沿ってシグマ型などの撹拌翼が回転する構造を有する、いわゆるニーダー形式の装置;撹拌翼を3軸にしたトリミックスタイプの装置;容器内に回転ディスクと分散媒体を有するいわゆるビーズミル型式の装置などが用いられる。 As a batch type mixing device, a mixer with a structure in which two frame molds rotate and revolve; a single plate such as a dissolver that is a high-speed, high-shear mixer and a butterfly mixer for high viscosity is contained in the tank. A device having a structure for stirring and dispersing; a so-called kneader-type device having a structure in which a stirring blade such as a sigma type rotates along the side surface of a semi-cylindrical mixing tank; a trimix type device having three stirring blades A so-called bead mill type apparatus having a rotating disk and a dispersion medium in a container is used.
またシャフトによって回転されるパドルが内装された容器を有し、容器内壁面はパドルの回転の最外線に実質的に沿って、好ましくは長い双胴型に形成され、パドルは互いに対向する側面を摺動可能に咬合するようにシャフトの軸方向に多数対配列された構造の装置(例えば栗本鉄工所製のKRCリアクタ、SCプロセッサ、東芝機械セルマック社製のTEM、日本製鋼所製のTEX−Kなど);更には内部一本のシャフトと、シャフトに固定された複数のすき状又は鋸歯状のパドルが位相を変えて複数配置された容器を有し、その内壁面はパドルの回転の最外線に実質的に沿って、好ましくは円筒型に形成された構造の(外熱式)装置(例えばレーディゲ社製のレディゲミキサー、大平洋機工社製のフローシェアーミキサー、月島機械社製のDTドライヤーなど)を用いることもできる。連続方式で混合を行うには、パイプラインミキサーや連続式ビーズミルなどを用いればよい。 It also has a container with a paddle that is rotated by a shaft, and the inner wall surface of the container is formed substantially along the outermost line of rotation of the paddle, preferably in a long twin cylinder shape, and the paddle has side surfaces facing each other. A device having a structure in which many pairs are arranged in the axial direction of the shaft so as to be slidably engaged (for example, KRC reactor manufactured by Kurimoto Iron Works, SC processor, TEM manufactured by Toshiba Machine Celmac, TEX-K manufactured by Nippon Steel Works) Furthermore, it has a container in which a single inner shaft and a plurality of pavement or sawtooth paddles fixed to the shaft are arranged in different phases, and the inner wall surface is the outermost line of rotation of the paddle (External heat type) apparatus (for example, a Redige mixer manufactured by Redige Co., Ltd., a flow share mixer manufactured by Taiyo Koki Co., Ltd., and Tsukishima Kikai Co., Ltd.) DT dryers, etc.) can also be used. In order to perform mixing in a continuous manner, a pipeline mixer, a continuous bead mill, or the like may be used.
本工程で得られた混合物又は希釈混合物の粘度は、通常100cP以下、好ましくは70cP以下、より好ましくは50cP以下である。また1cP以上、好ましくは10cP以上である。粘度が高すぎると、サイクル時の劣化が起こり易く、サイクル特性が悪くなる傾向がある。 The viscosity of the mixture or diluted mixture obtained in this step is usually 100 cP or less, preferably 70 cP or less, more preferably 50 cP or less. Moreover, it is 1 cP or more, preferably 10 cP or more. If the viscosity is too high, deterioration during cycling tends to occur, and cycle characteristics tend to deteriorate.
・炭素材を加圧処理する工程
本発明における複合炭素材(B)に使用する炭素材(c)は加圧処理をした材を使用することができる、また有機化合物と炭素材(c)を混合する後に、炭素材に対して加圧処理を行うこともできる。
加圧及び成型する方法は特に限定されず、ロールコンパクター、ロールプレス、プリケット機、冷間等方圧加圧装置(CIP)、一軸成形機及びタブレット機などを用いることができる。炭素材を加圧することにより炭素材の内部空隙が圧縮される。その結果、加圧処理をした後に解砕した炭素材の密度が増加する。
-The process of pressurizing the carbon material The carbon material (c) used in the composite carbon material (B) in the present invention can be a pressure-treated material, and the organic compound and the carbon material (c). After mixing, the carbon material can be pressurized.
The method of pressing and molding is not particularly limited, and a roll compactor, a roll press, a rivet machine, a cold isostatic pressing device (CIP), a uniaxial molding machine, a tablet machine, and the like can be used. By pressurizing the carbon material, the internal voids of the carbon material are compressed. As a result, the density of the carbon material crushed after the pressure treatment is increased.
また、必要があればロールに彫り込まれたパターンどおりに炭素材を加圧と同時に成形することも可能である。また、炭素材粒子間に存在する空気を排気し、真空プレスする方法も適用できる。
なお、加圧処理は、一方向からの加圧による加圧処理でもよいし、等方的に加圧する処理でもよいが、粒子の扁平化が起こり難く、球形を保つことができ、塗料化した際の流動性の低下も防げる点で、等方的に加圧処理することが好ましい。
Further, if necessary, the carbon material can be molded simultaneously with the press according to the pattern carved in the roll. Moreover, the method of exhausting the air which exists between carbon material particles and vacuum-pressing can also be applied.
The pressure treatment may be a pressure treatment by pressing from one direction or an isotropic pressure treatment, but it is difficult to flatten the particles, can maintain a spherical shape, and is made into a paint. It is preferable to apply an isotropic pressure treatment in terms of preventing a decrease in fluidity.
炭素材を加圧する圧力は、特に限定されるものではないが、通常50kgf/cm2以上、好ましくは100kgf/cm2以上である。また、加圧処理の上限は特に限定されないが、通常2000kgf/cm2以下、好ましくは1500kgf/cm2以下である。圧力が低すぎると、強固な造粒が達成されず内部空隙が減少しない傾向があり、圧力が高すぎると工程上のコストの増加につながる傾向がある。特に、圧力が高すぎると、粒子内空隙率は減少する一方、成型体の解砕時に大きなエネルギーを必要とし、比表面積の増加に繋がる。上記より、低圧での加圧処理により粒子内空隙率の減少と、比表面積の増
加抑制の両方が両立可能であると考えられる。
Although the pressure which pressurizes a carbon material is not specifically limited, Usually, it is 50 kgf / cm < 2 > or more, Preferably it is 100 kgf / cm < 2 > or more. The upper limit of the pressure treatment is not particularly limited, but is usually 2000 kgf / cm 2 or less, preferably 1500 kgf / cm 2 or less. When the pressure is too low, strong granulation is not achieved and the internal voids tend not to decrease, and when the pressure is too high, the cost of the process tends to increase. In particular, when the pressure is too high, the intra-particle porosity decreases, but a large amount of energy is required when the molded body is crushed, leading to an increase in specific surface area. From the above, it is considered that both the reduction of the void ratio within the particle and the suppression of the increase of the specific surface area can be achieved by the pressurizing treatment at a low pressure.
加圧する時間は、通常0.1秒以上、好ましくは3秒以上、より好ましくは1分以上である。また、通常30分以下、好ましくは10分以下、より好ましくは3分以下である。時間が長すぎると、製造工程に悪影響を及ぼす。また、時間が短すぎると強固な造粒が達成されず内部空隙が減少しない傾向がある。
加圧処理することにより得られた炭素材は、以下のような物性を示すことが好ましい。
The pressurizing time is usually 0.1 seconds or longer, preferably 3 seconds or longer, more preferably 1 minute or longer. Moreover, it is 30 minutes or less normally, Preferably it is 10 minutes or less, More preferably, it is 3 minutes or less. If the time is too long, it adversely affects the manufacturing process. On the other hand, if the time is too short, strong granulation is not achieved and the internal voids tend not to decrease.
The carbon material obtained by the pressure treatment preferably exhibits the following physical properties.
・混合物を焼成する工程
具体的には、混合物を非酸化性雰囲気下、好ましくは窒素、アルゴン、二酸化炭素などの流通下に加熱して、有機化合物を炭素化ないし、黒鉛化する工程である。
焼成温度は混合物の調製に用いた有機化合物により異なるが、炭素化する場合、通常は600℃以上、好ましくは700℃以上、より好ましくは800℃以上に加熱し、通常1500℃以下、好ましくは1400℃以下、より好ましくは1200℃以下が好ましい。
-The process of baking a mixture Specifically, it is the process of carbonizing thru | or graphitizing an organic compound by heating a mixture under non-oxidizing atmosphere, Preferably circulation, such as nitrogen, argon, and a carbon dioxide.
The calcination temperature varies depending on the organic compound used for the preparation of the mixture, but in the case of carbonization, it is usually heated to 600 ° C. or higher, preferably 700 ° C. or higher, more preferably 800 ° C. or higher, and usually 1500 ° C. or lower, preferably 1400 ° C or lower, more preferably 1200 ° C or lower.
黒鉛化する場合、通常は2500℃以上、好ましくは2700℃以上、より好ましくは2900℃以上に加熱する。加熱温度の上限は有機化合物の炭化物が、通常は高くても3500℃以下であり、好ましくは3200℃以下、より好ましくは3100℃以下が好ましい。
焼成処理条件において、熱履歴温度条件、昇温速度、冷却速度、熱処理時間等は、適宜設定する。また、比較的低温領域で熱処理した後、所定の温度に昇温することもできる。なお、本工程に用いる反応機は回分式でも連続式でも、また一基でも複数基でもよい。
When graphitizing, it is usually heated to 2500 ° C. or higher, preferably 2700 ° C. or higher, more preferably 2900 ° C. or higher. The upper limit of the heating temperature is usually 3500 ° C. or less, preferably 3200 ° C. or less, more preferably 3100 ° C. or less.
In the firing treatment conditions, the heat history temperature condition, the temperature rise rate, the cooling rate, the heat treatment time, etc. are appropriately set. Further, after heat treatment in a relatively low temperature region, the temperature can be raised to a predetermined temperature. In addition, the reactor used for this process may be a batch type or a continuous type, and may be one or more.
焼成処理条件において、熱履歴温度条件、昇温速度、冷却速度、熱処理時間等は、適宜設定する。また、比較的低温領域で熱処理した後、所定の温度に昇温することもできる。なお、本工程に用いる反応機は回分式でも連続式でも、また一基でも複数基でもよい。
焼成に使用する炉は上記要件を満たせば特に、制約はないが、例えば、シャトル炉、トンネル炉、リードハンマー炉、ロータリーキルン、オートクレーブ等の反応槽、コーカー(コークス製造の熱処理槽)、タンマン炉、アチソン炉、加熱方式も、高周波誘導加熱炉、直接式抵抗加熱、間接式抵抗加熱、直接燃焼加熱、輻射熱加熱等を用いることができる。処理時には、必要に応じて攪拌を行なってもよい。
In the firing treatment conditions, the heat history temperature condition, the temperature rise rate, the cooling rate, the heat treatment time, etc. are appropriately set. Further, after heat treatment in a relatively low temperature region, the temperature can be raised to a predetermined temperature. In addition, the reactor used for this process may be a batch type or a continuous type, and may be one or more.
The furnace used for firing is not particularly limited as long as the above requirements are satisfied. For example, a reactor such as a shuttle furnace, a tunnel furnace, a lead hammer furnace, a rotary kiln, an autoclave, a coker (heat treatment tank for coke production), a Tamman furnace, As the Atchison furnace and heating method, a high-frequency induction heating furnace, direct resistance heating, indirect resistance heating, direct combustion heating, radiant heat heating, or the like can be used. During the treatment, stirring may be performed as necessary.
上記工程を経た材は、必要に応じて、再度粉砕、解砕、分級処理等の粉体加工し、複合炭素材を得る。粉砕処理に使用する粗粉砕機としては、ジョークラッシャー、衝撃式クラッシャー、コ−ンクラッシャー等が挙げられ、中間粉砕機としてはロールクラッシャー、ハンマーミル等が挙げられ、微粉砕機としてはボールミル、振動ミル、ピンミル、攪拌ミル、ジェットミル等が挙げられる。 The material that has undergone the above-described steps is subjected to powder processing such as pulverization, pulverization, and classification treatment as necessary to obtain a composite carbon material. Examples of the coarse pulverizer used in the pulverization process include a jaw crusher, an impact crusher, and a cone crusher. Examples of the intermediate pulverizer include a roll crusher and a hammer mill. Examples of the fine pulverizer include a ball mill and vibration. Examples thereof include a mill, a pin mill, a stirring mill, and a jet mill.
この中でも、ボールミル、振動ミル等が、粉砕時間が短く、処理速度の観点から好ましい。粉砕速度は、装置の種類、大きさによって適宜設定するものであるが、例えば、ボールミルの場合、通常50rpm以上、好ましい100rpm以上、より好ましくは150rpm以上、更に好ましくは200rpm以上である。また、通常2500rpm以下、好ましくは2300rpm以下、より好ましくは2000rpm以下である。速度が速すぎると、粒径の制御が難しくなる傾向があり、速度が遅すぎると処理速度が遅くなる傾向がある。 Among these, a ball mill, a vibration mill and the like are preferable from the viewpoint of processing speed because of a short grinding time. The grinding speed is appropriately set depending on the type and size of the apparatus. For example, in the case of a ball mill, it is usually 50 rpm or more, preferably 100 rpm or more, more preferably 150 rpm or more, and further preferably 200 rpm or more. Moreover, it is 2500 rpm or less normally, Preferably it is 2300 rpm or less, More preferably, it is 2000 rpm or less. If the speed is too high, control of the particle size tends to be difficult, and if the speed is too low, the processing speed tends to be slow.
粉砕時間は、通常30秒以上、好ましい1分以上、より好ましくは1分30秒以上、更に好ましくは2分以上である。また、通常3時間以下、好ましくは2.5時間以下、より好ましくは2時間以下である。粉砕時間が短すぎると粒径制御が難しくなる傾向があり、粉砕時間が長すぎると、生産性が低下する傾向がある。振動ミルの場合、粉砕速度は、通
常50rpm以上、好ましい100rpm以上、より好ましくは150rpm以上、更に好ましくは200rpm以上である。また、通常2500rpm以下、好ましくは2300rpm以下、より好ましくは2000rpm以下である。速度が速すぎると、粒径の制御が難しくなる傾向があり、速度が遅すぎると処理速度が遅くなる傾向がある。
The grinding time is usually 30 seconds or longer, preferably 1 minute or longer, more preferably 1 minute 30 seconds or longer, and still more preferably 2 minutes or longer. Moreover, it is usually 3 hours or less, preferably 2.5 hours or less, more preferably 2 hours or less. If the pulverization time is too short, the particle size control tends to be difficult, and if the pulverization time is too long, the productivity tends to decrease. In the case of a vibration mill, the grinding speed is usually 50 rpm or more, preferably 100 rpm or more, more preferably 150 rpm or more, and still more preferably 200 rpm or more. Moreover, it is 2500 rpm or less normally, Preferably it is 2300 rpm or less, More preferably, it is 2000 rpm or less. If the speed is too high, control of the particle size tends to be difficult, and if the speed is too low, the processing speed tends to be slow.
粉砕時間は、通常30秒以上、好ましくは1分以上、より好ましくは1分30秒以上、更に好ましくは2分以上である。また、通常3時間以下、好ましくは2.5時間以下、より好ましくは2時間以下である。粉砕時間が短すぎると粒径制御が難しくなる傾向があり、粉砕時間が長すぎると、生産性が低下する傾向がある。さらに、前述の製造方法によって得られた複合粒子について、粒径の分級処理を行ってもよい。 The grinding time is usually 30 seconds or longer, preferably 1 minute or longer, more preferably 1 minute 30 seconds or longer, and further preferably 2 minutes or longer. Moreover, it is usually 3 hours or less, preferably 2.5 hours or less, more preferably 2 hours or less. If the pulverization time is too short, the particle size control tends to be difficult, and if the pulverization time is too long, the productivity tends to decrease. Further, the composite particles obtained by the above-described production method may be subjected to a particle size classification treatment.
分級処理条件としては、目開きが、通常53μm以下、好ましくは45μm以下、より好ましくは38μm以下である。分級処理に用いる装置としては特に制限はないが、例えば、乾式篩い分けの場合:回転式篩い、動揺式篩い、旋動式篩い、振動式篩い等を用いることができ、乾式気流式分級の場合:重力式分級機、慣性力式分級機、遠心力式分級機(クラシファイア、サイクロン等)等を用いることができ、湿式篩い分けの場合:機械的湿式分級機、水力分級機、沈降分級機、遠心式湿式分級機等を用いることができる。 As classification treatment conditions, the opening is usually 53 μm or less, preferably 45 μm or less, more preferably 38 μm or less. There are no particular restrictions on the equipment used for classification, but for example, when dry sieving: rotary sieving, oscillating sieving, rotating sieving, vibrating sieving, etc. can be used. : Gravity classifier, inertial classifier, centrifugal classifier (classifier, cyclone, etc.) can be used. For wet sieving: mechanical wet classifier, hydraulic classifier, settling classifier, A centrifugal wet classifier or the like can be used.
<複合炭素材(B)の物性>
上記製造方法で得られた複合炭素材(B)は、炭素材(c)に対して炭素質物(d)を複合化した粒子であり、以下のような特性を持つことが好ましい。
<Physical properties of composite carbon material (B)>
The composite carbon material (B) obtained by the above production method is a particle obtained by combining the carbonaceous material (d) with the carbonaceous material (d), and preferably has the following characteristics.
(1)複合炭素材(B)の002面の面間隔(d002)
複合炭素材(B)の学振法によるX線回折で求めた002面の面間隔(d002)は、通常0.337nm以下、好ましくは0.3365nm以下、より好ましくは0.336nm以下、Lcが90nm以上であることが好ましい。X線広角回折法による002面の面間隔(d002)が0.337nm以下、Lcが90nm以上であることは、複合炭素材(B)の粒子の表面を除く大部分の結晶性が高いということであり、非晶質炭素材料に見られるような不可逆容量が大きいことによる低容量化を生じない高容量電極となる炭素材料であることを示す。
(1) 002 plane spacing (d 002 ) of composite carbon material (B)
The interplanar spacing (d 002 ) of the 002 plane obtained by X-ray diffraction by the Gakushin method of the composite carbon material (B) is usually 0.337 nm or less, preferably 0.3365 nm or less, more preferably 0.336 nm or less, Lc Is preferably 90 nm or more. The fact that the interplanar spacing (d 002 ) of the 002 plane by X-ray wide angle diffraction method is 0.337 nm or less and Lc is 90 nm or more means that most of the crystallinity excluding the surface of the composite carbon material (B) particles is high. This indicates that the carbon material is a high-capacity electrode that does not cause a reduction in capacity due to the large irreversible capacity found in amorphous carbon materials.
(2)複合炭素材(B)のタップ密度
複合炭素材(B)のタップ密度は、通常0.7g/cm3以上であり、1.50g/cm3以下が好ましい。
タップ密度が小さすぎると、特に高密度に圧延された電極内で充分な連続空隙が確保されず、空隙に保持ざれた電解液内のLiイオンの移動性が落ちることで、大電流充放電特性が低下する傾向がある。タップ密度が高すぎると、粒子内炭素密度が上昇し、圧延性に欠け、高密度の負極シートを形成することが難しくなる場合がある。
(2) The tap density of the tap density composite carbon material of the composite carbon material (B) (B) is usually 0.7 g / cm 3 or more, 1.50 g / cm 3 or less.
If the tap density is too small, sufficient continuous voids are not secured especially in the electrode rolled to a high density, and the mobility of Li ions in the electrolyte that is not retained in the voids is reduced, resulting in large current charge / discharge characteristics. Tends to decrease. When the tap density is too high, the carbon density in the particle increases, the rollability is insufficient, and it may be difficult to form a high-density negative electrode sheet.
(3)複合炭素材(B)のラマンR値
複合炭素材(B)の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付近のピーク強度に対する1360cm−1付近のピーク強度比であるラマンR値は通常0.01以上、好ましくは0.05以上であり、また通常0.5以下、好ましくは、0.45以下、より好ましくは0.4以下である。ラマンR値が大きすぎると、粒子表面の結晶が乱れ、電解液との反応性が増し、効率の低下を招く傾向があり、ラマン値が小さすぎると充放電反応性が低下して、高温保存時のガス発生増加、大電流充放電特性低下の傾向がある。
(3) Raman R value is the peak intensity ratio in the vicinity of 1360 cm -1 to the peak intensity near 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum of the Raman R value composite carbon material (B) of the composite carbon material (B) is generally 0 0.01 or more, preferably 0.05 or more, and usually 0.5 or less, preferably 0.45 or less, more preferably 0.4 or less. If the Raman R value is too large, the crystal on the particle surface is disturbed, and the reactivity with the electrolytic solution tends to increase, leading to a decrease in efficiency. If the Raman value is too small, the charge / discharge reactivity is lowered and stored at high temperatures. There is a tendency to increase gas generation at the time and to reduce large current charge / discharge characteristics.
(4)複合炭素材(B)のBET法による比表面積
複合炭素材(B)のBET法による比表面積は通常0.5m2/g以上、好ましくは1
.0m2/g以上、好ましくは、8m2/g以下、より好ましくは7m2/g以下である。比表面積が大きすぎると電解液との反応性が増し、充放電効率の低下を招く虞があり、比表面積が小さすぎると充放電反応性が低下して、高温保存時のガス発生増加、大電流充放電特性低下の傾向がある。
(4) Specific surface area by BET method of composite carbon material (B) The specific surface area by BET method of composite carbon material (B) is usually 0.5 m 2 / g or more, preferably 1
. It is 0 m 2 / g or more, preferably 8 m 2 / g or less, more preferably 7 m 2 / g or less. If the specific surface area is too large, the reactivity with the electrolyte may increase, leading to a decrease in charge / discharge efficiency. If the specific surface area is too small, the charge / discharge reactivity will decrease, resulting in increased gas generation during high-temperature storage. There is a tendency for the current charge / discharge characteristics to decrease.
(5)複合炭素材(B)の細孔容量
複合炭素材(B)の水銀圧入法による10nm〜100000nmの範囲の細孔容量は、通常5ml/g以下、好ましくは、3ml/g以下、より好ましくは2ml/g以下であ
り、通常、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以上であり、250〜2500nmの範囲の細孔容積は、通常、0.001
ml/g以上、好ましくは0.002ml/g以上、より好ましくは0.005ml/g以
上であり、通常1ml/g以下、好ましくは0.9ml/g以下、より好ましくは、0.7
ml/g以下である。細孔量が大きすぎると、細孔に起因した比表面積が増加し、電解液
との反応が過剰に発生して、不可逆容量が増加する傾向があり、少なすぎると、大電流充放電特性が低下する傾向がある。
(5) Pore volume of composite carbon material (B) The pore volume of composite carbon material (B) in the range of 10 nm to 100000 nm by mercury porosimetry is usually 5 ml / g or less, preferably 3 ml / g or less. Preferably it is 2 ml / g or less, usually 0.01 ml / g or more, preferably 0.05 ml / g or more, more preferably 0.1 ml / g or more, and the pore volume in the range of 250 to 2500 nm is Usually 0.001
ml / g or more, preferably 0.002 ml / g or more, more preferably 0.005 ml / g or more, usually 1 ml / g or less, preferably 0.9 ml / g or less, more preferably 0.7
ml / g or less. If the amount of pores is too large, the specific surface area resulting from the pores will increase, and excessive reaction with the electrolyte will tend to increase the irreversible capacity. There is a tendency to decrease.
(6)複合炭素材(B)の体積基準平均粒径(d50)
複合炭素材(B)の粒径において、通常d50は40μm以下、好ましくは、30μm以下、より好ましくは25μm以下であり、通常、3μm以上、好ましくは、4μm以上、より好ましくは5μm以上である。平均粒径が大きすぎるとこの粒径範囲を超えると極板化した際に、筋引きなどの工程上の不都合が出ることが多く、また、この粒径範囲を下回ると、表面積が大きくなりすぎ電解液との活性を抑制することが難しくなる傾向がある。
(6) Volume-based average particle diameter (d50) of composite carbon material (B)
In the particle size of the composite carbon material (B), d50 is usually 40 μm or less, preferably 30 μm or less, more preferably 25 μm or less, and usually 3 μm or more, preferably 4 μm or more, more preferably 5 μm or more. If the average particle size is too large, exceeding this particle size range will often cause inconveniences in the process of striping, etc., and if it falls below this particle size range, the surface area will become too large. It tends to be difficult to suppress the activity with the electrolytic solution.
(7)複合炭素材(B)の表面官能基量O/C
複合炭素材(B)の表面層のO/C値は、通常0.1%以上、好ましくは0.3%以上、より好ましくは0.5%以上である。また通常3%以下、好ましくは2.5%以下、より好ましく、2%以下である。O/C値が小さすぎると、負極活物質表面におけるLiイオンと電解液溶媒の脱溶媒和反応性が低下し、大電流充放電特性が低下する虞があり、大きすぎると、電解液との反応性が増し、充放電効率の低下を招く虞がある。
(7) Surface functional group amount O / C of composite carbon material (B)
The O / C value of the surface layer of the composite carbon material (B) is usually 0.1% or more, preferably 0.3% or more, more preferably 0.5% or more. Further, it is usually 3% or less, preferably 2.5% or less, more preferably 2% or less. If the O / C value is too small, the desolvation reactivity between the Li ions and the electrolyte solvent on the negative electrode active material surface may be reduced, and the large current charge / discharge characteristics may be reduced. There is a possibility that the reactivity increases and the charge / discharge efficiency decreases.
(8)複合炭素材(B)の黒鉛結晶配向比(I(110)/I(004))
広角X線回折測定により得られる、複合炭素材(B)の格子面(110)と(004)に対応するピークの強度比R(=I(110)/I(004))が通常0.50以下、好ましくは、0.40以下、より好ましくは0.30以下であり、通常、0.05以上、好ましくは、0.10以上、より好ましくは0.15以上である。粉体配向比が上記範囲を下回ると、電池充電時の電極の膨張が大きくなり、サイクル試験中の膨張収縮に起因する活物質の脱落等によりサイクル特性が低下しやすくなる傾向がある。一方、粉体配向比が上記範囲を上回ると、プレスにより電極の活物質充填密度を上げ難くなる場合がある。
(8) Graphite crystal orientation ratio of composite carbon material (B) (I (110) / I (004))
The peak intensity ratio R (= I (110) / I (004)) corresponding to the lattice planes (110) and (004) of the composite carbon material (B) obtained by wide-angle X-ray diffraction measurement is usually 0.50. Hereinafter, it is preferably 0.40 or less, more preferably 0.30 or less, and usually 0.05 or more, preferably 0.10 or more, more preferably 0.15 or more. When the powder orientation ratio is less than the above range, the expansion of the electrode at the time of charging the battery tends to increase, and the cycle characteristics tend to be deteriorated due to the dropping of the active material due to the expansion and contraction during the cycle test. On the other hand, when the powder orientation ratio exceeds the above range, it may be difficult to increase the active material filling density of the electrode by pressing.
(9)複合炭素材(B)のアスペクト比
複合炭素材(B)のアスペクト比は好ましくは1以上4未満、より好ましくは3未満、さらに好ましくは2未満である。アスペクト比が小さいものに関しては問題ないが、大きすぎる場合は粒子が扁平であることを示し、極板内の液の拡散が悪くなる。
(9) Aspect ratio of composite carbon material (B) The aspect ratio of the composite carbon material (B) is preferably 1 or more and less than 4, more preferably less than 3, and still more preferably less than 2. There is no problem with a small aspect ratio, but if it is too large, it indicates that the particles are flat, and the diffusion of the liquid in the electrode plate deteriorates.
(10)複合炭素材(B)における炭素質物(d)の被覆率
本発明の複合炭素材(B)における炭素質物(d)の含有量は、炭素材(c)に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.3%以上、特に好ましくは0.7質量%以上であり、また前記含有量は、通常30質量%以下、好ましくは25質量%以下、更に好ましくは20質量%以下、特に好ましくは10質量%以
下、最も好ましくは5質量%以下である。含有量が多すぎると、非水系二次電池において高容量を達成する為に十分な圧力で圧延を行った場合に、炭素材にダメージが与えられて材料破壊が起こり、初期サイクル時充放電不可逆容量の増大、初期効率の低下を招く傾向がある。 一方、含有量が少なすぎると、被覆による効果が得られにくくなる傾向がある。すなわち、電池において電解液との副反応を十分に抑制できず、初期サイクル時充放電不可逆容量の増大、初期効率の低下を招く傾向がある。
(10) Covering rate of carbonaceous material (d) in composite carbon material (B) The carbonaceous material (d) content in the composite carbon material (B) of the present invention is usually 0. 01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% or more, particularly preferably 0.7% by mass or more, and the content is usually 30% by mass or less, preferably 25%. % By mass or less, more preferably 20% by mass or less, particularly preferably 10% by mass or less, and most preferably 5% by mass or less. If the content is too high, the carbon material will be damaged and material destruction will occur when rolling at a sufficient pressure to achieve a high capacity in a non-aqueous secondary battery. There is a tendency to increase capacity and decrease initial efficiency. On the other hand, if the content is too small, the effect of coating tends to be difficult to obtain. That is, the side reaction with the electrolytic solution in the battery cannot be sufficiently suppressed, and the charge / discharge irreversible capacity during the initial cycle tends to increase and the initial efficiency tends to decrease.
また、炭素質物(d)の含有量は、材料焼成前後のサンプル質量より算出できる。なおこのとき、炭素材(c)の焼成前後質量変化はないものとして計算する。 w1を炭素材(f)の質量(kg)、w2を焼成後複合炭素材(E)質量(kg)とすると、 炭素質物の含有量(質量%)=[(w2−w1)/w1]×100として計算される。 Moreover, content of carbonaceous material (d) is computable from the sample mass before and behind material baking. At this time, it is calculated that there is no mass change before and after firing of the carbon material (c). When w1 is the mass (kg) of the carbon material (f) and w2 is the composite carbon material (E) mass (kg) after firing, the content (% by mass) of the carbonaceous material = [(w2-w1) / w1] × Calculated as 100.
<複合炭素材(E)>
<複合炭素材(E)の製造方法>
複合炭素材(E)は、炭素材(f)と炭素質物(g)と炭素質粒子(h)が複合化した粒子あれば、特に制限はないが、例えば、以下の(1)及び(2)の観点を考慮した製造方法を採用することが好ましい。
<Composite carbon material (E)>
<Method for producing composite carbon material (E)>
The composite carbon material (E) is not particularly limited as long as the carbon material (f), the carbonaceous material (g), and the carbonaceous particles (h) are composited. For example, the following (1) and (2) It is preferable to employ a production method that takes into account the above point of view.
(1)炭素材(f)や炭素質粒子(h)を解砕する解砕機構を備える装置、いわゆる解砕混合機を採用して混合すること。
このような解砕混合機を用いて炭素材(f)と炭素質粒子(h)を混合することにより、炭素材(f)や炭素質粒子(h)の凝集体を解砕して均一に混合することができる。複合化する前に炭素材(f)や炭素質粒子(h)の凝集体を十分に解砕して均一に混合しておくことにより、その後の工程において生じる炭素質粒子(h)同士の凝集も抑制することができる。例えば、炭素質粒子(h)の凝集体が多く残存する炭素材は、合計細孔体積及び顕微ラマン分光装置によるラマンR値の比が大きくなる傾向にあり、保存特性が低下する傾向がある。
(1) Adopting an apparatus equipped with a crushing mechanism for crushing the carbon material (f) and the carbonaceous particles (h), a so-called crushing mixer, and mixing them.
By mixing the carbon material (f) and the carbonaceous particles (h) using such a pulverization mixer, the aggregates of the carbon material (f) and the carbonaceous particles (h) are crushed and uniformly formed. Can be mixed. Aggregation of carbonaceous particles (h) generated in the subsequent steps by sufficiently crushing and uniformly mixing the aggregates of carbonaceous material (f) and carbonaceous particles (h) before compounding Can also be suppressed. For example, a carbon material in which many aggregates of carbonaceous particles (h) remain has a tendency that the ratio between the total pore volume and the Raman R value measured by a microscopic Raman spectroscopic device tends to increase, and the storage characteristics tend to deteriorate.
(2)炭素材(f)と炭素質粒子(h)の混合粉体と、炭素質物(f)の被覆部分を得るための有機化合物とを混合して、これを不活性ガス中で熱処理すること。
このような製造方法を採用することにより、本発明の複合粒子(E)の好ましい形態である、複合粒子(E)の一部若しくは全面を炭素質物(g)と炭素質粒子(h)が被覆した複合炭素材を作製し易くなる利点がある。
(2) A mixed powder of the carbon material (f) and the carbonaceous particles (h) and an organic compound for obtaining a coating part of the carbonaceous material (f) are mixed and heat-treated in an inert gas. about.
By adopting such a production method, the carbonaceous material (g) and the carbonaceous particles (h) cover a part or the entire surface of the composite particles (E), which is a preferred form of the composite particles (E) of the present invention. There exists an advantage which becomes easy to produce the produced composite carbon material.
以上の(1)及び(2)の観点を考慮した製造方法としては、以下の工程(i)〜(iii)を含むことを特徴とする製造方法が挙げられる。
工程(i):炭素材(f)と炭素質粒子(h)を解砕しながら混合撹拌する工程
工程(ii):工程(a)で得られた粉体に、炭素質物(g)の被覆部分を得るための有機化合物を混合する工程
工程(iii):工程(b)で得られた混合物を、不活性ガス中で熱処理する工程
なお、炭素材(f)、炭素質粒子(h)及び有機化合物はそれぞれ1種類を単独で用いてもよく、2種類以上を組み合わせて用いてもよい。
As a manufacturing method considering the above viewpoints (1) and (2), a manufacturing method characterized by including the following steps (i) to (iii) can be mentioned.
Step (i): Step of mixing and stirring the carbon material (f) and the carbonaceous particles (h) Step (ii): Coating the carbonaceous material (g) on the powder obtained in the step (a) Step (iii) of mixing organic compound for obtaining part: Step of heat-treating mixture obtained in step (b) in inert gas. Carbon material (f), carbonaceous particles (h) and One organic compound may be used alone, or two or more organic compounds may be used in combination.
<工程(i)>
炭素材(f)と炭素質粒子(h)を解砕しながら混合撹拌する方法は、常法により行うことができる。以下に一例を示す。
<Process (i)>
The method of mixing and stirring the carbon material (f) and the carbonaceous particles (h) while crushing can be performed by a conventional method. An example is shown below.
(1)炭素材(f)と炭素質粒子(h)の混合比率
炭素材(f)と炭素質粒子(h)の混合比率は、目的とする複合粒子の組成に基づいて適宜選択されるべきものであるが、炭素材(f)に対して、炭素質粒子(h)は、通常0
.01質量%、好ましくは0.1質量%、より好ましくは0.15質量%であり、通常20質量%、好ましくは10質量%、より好ましくは5質量%以下、更に好ましくは2.9質量%以下である。上記範囲であると、電池の充放電効率および放電容量などリチウムイオン二次電池に求められる諸特性を満足しつつ、低温下においても入出力特性が高くなる利点がある。
(1) Mixing ratio of carbon material (f) and carbonaceous particles (h) The mixing ratio of carbon material (f) and carbonaceous particles (h) should be appropriately selected based on the composition of the target composite particles. However, the carbonaceous particles (h) are usually 0% relative to the carbon material (f).
. 01% by mass, preferably 0.1% by mass, more preferably 0.15% by mass, usually 20% by mass, preferably 10% by mass, more preferably 5% by mass or less, still more preferably 2.9% by mass. It is as follows. Within the above range, there are advantages that the input / output characteristics are enhanced even at low temperatures while satisfying various characteristics required for the lithium ion secondary battery such as the charge / discharge efficiency and discharge capacity of the battery.
(2)混合装置
炭素材(f)と炭素質粒子(h)を混合する装置として解砕混合機を採用する場合、具体的な装置は特に限定されず、市販されているものを適宜採用することができるが、例えばロッキングミキサー、レーディゲミキサー、ヘンシェルミキサー等が挙げられる。また、解砕混合条件も特に限定されないが、解砕羽根(チョッパー)の回転数は、通常100rpm以上、好ましくは1000rpm以上、より好ましくは2000rpm以上であり、通常100000rpm以下、好ましくは30000rpm以下、好ましくは10000rpm以下である。さらに解砕混合時間は、通常30秒以上、好ましくは1分以上、より好ましくは10分以上であり、通常24時間以下、好ましくは3時間以下、より好ましくは1時間以下である。上記範囲内であると、炭素材(f)や炭素質粒子(h)の凝集を効果的に防止することができる。
(2) Mixing device When a crushing mixer is used as a device for mixing the carbon material (f) and the carbonaceous particles (h), the specific device is not particularly limited, and a commercially available device is appropriately adopted. Examples thereof include a rocking mixer, a Laedige mixer, and a Henschel mixer. Moreover, although the crushing and mixing conditions are not particularly limited, the rotation speed of the crushing blade (chopper) is usually 100 rpm or more, preferably 1000 rpm or more, more preferably 2000 rpm or more, and usually 100,000 rpm or less, preferably 30000 rpm or less, preferably Is 10,000 rpm or less. Furthermore, the crushing and mixing time is usually 30 seconds or longer, preferably 1 minute or longer, more preferably 10 minutes or longer, and is usually 24 hours or shorter, preferably 3 hours or shorter, more preferably 1 hour or shorter. Within the above range, aggregation of the carbon material (f) and the carbonaceous particles (h) can be effectively prevented.
<工程(ii)>
工程(i)で得られた粉体と炭素質物(g)の被覆部分を得るための有機化合物との混合は複合炭素材(B)の製造方法と同様の方法で行うことができる。
<Process (ii)>
The mixing of the powder obtained in the step (i) and the organic compound for obtaining the coating part of the carbonaceous material (g) can be performed by the same method as the method for producing the composite carbon material (B).
<工程(iii)>
(1)焼成温度
焼成温度は混合物の調製に用いた有機化合物により異なるが、炭素化する場合、通常は600℃以上、好ましくは700℃以上、より好ましくは800℃以上に加熱し、通常1500℃以下、好ましくは1400℃以下、より好ましくは1200℃以下が好ましい。
焼成処理条件において、熱履歴温度条件、昇温速度、冷却速度、熱処理時間等は、適宜設定する。また、比較的低温領域で熱処理した後、所定の温度に昇温することもできる。なお、本工程に用いる反応機は回分式でも連続式でも、また一基でも複数基でもよい。
<Process (iii)>
(1) Firing temperature Although the firing temperature varies depending on the organic compound used for the preparation of the mixture, in the case of carbonization, it is usually heated to 600 ° C or higher, preferably 700 ° C or higher, more preferably 800 ° C or higher, and usually 1500 ° C. Hereinafter, it is preferably 1400 ° C. or lower, more preferably 1200 ° C. or lower.
In the firing treatment conditions, the heat history temperature condition, the temperature rise rate, the cooling rate, the heat treatment time, etc. are appropriately set. Further, after heat treatment in a relatively low temperature region, the temperature can be raised to a predetermined temperature. In addition, the reactor used for this process may be a batch type or a continuous type, and may be one or more.
(2)焼成に使用する炉
焼成に使用する炉は上記要件を満たせば特に制約はないが、例えば、シャトル炉、トンネル炉、リードハンマー炉、ロータリーキルン、オートクレーブ等の反応槽、コーカー(コークス製造の熱処理槽)、タンマン炉、アチソン炉、高周波誘導加熱炉などを用いることができ、加熱方式も、直接式抵抗加熱、間接式抵抗加熱、直接燃焼加熱、輻射熱加熱等を用いることができる。熱処理時には、必要に応じて攪拌を行なってもよい。
(2) Furnace used for firing The furnace used for firing is not particularly limited as long as the above requirements are satisfied. A heat treatment tank), a Tamman furnace, an Atchison furnace, a high-frequency induction heating furnace, or the like can be used, and a direct resistance heating, an indirect resistance heating, a direct combustion heating, a radiant heat heating or the like can also be used as a heating method. During the heat treatment, stirring may be performed as necessary.
上記工程を経た複合炭素材は、必要に応じて、再度粉砕、解砕、分級処理等の粉体加工をしてもよい。加工方法は、複合炭素材(B)で記載した方法と同様の方法で行うことができる。 The composite carbon material that has undergone the above-described steps may be subjected to powder processing such as pulverization, pulverization, and classification treatment again as necessary. A processing method can be performed by the method similar to the method described by the composite carbon material (B).
・炭素質粒子(h)の含有量
本発明の複合炭素材(E)における炭素質粒子(h)の含有量は、炭素材(f)の混合時における添加量とする。
本発明の炭素質粒子(h)の含有量は通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、更に好ましくは0.3%以上、特に好ましくは0.7質量%以上であり、また前記含有量は、通常20質量%以下、好ましくは15質量%以下、更に好ましくは10質量%以下、特に好ましくは7質量%以下、最も好ましくは5質量%以下である。
含有量が多すぎると、電解液との反応性が高まり、電池のサイクル特性が低下する傾向
がある。一方、含有量が少なすぎると、高密度において、粒子表面の凹凸を利用した粒子間の液拡散向上の効果が得られにくくなる傾向がある。
-Content of carbonaceous particle (h) Content of the carbonaceous particle (h) in the composite carbon material (E) of this invention is taken as the addition amount at the time of mixing of a carbon material (f).
The content of the carbonaceous particles (h) of the present invention is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% or more, and particularly preferably 0.7% by mass or more. The content is usually 20% by mass or less, preferably 15% by mass or less, more preferably 10% by mass or less, particularly preferably 7% by mass or less, and most preferably 5% by mass or less.
When there is too much content, the reactivity with electrolyte solution will increase and there exists a tendency for the cycling characteristics of a battery to fall. On the other hand, if the content is too small, the effect of improving the liquid diffusion between particles using the irregularities on the particle surface tends to be difficult to obtain at high density.
<複合炭素材(E)の物性>
複合炭素材(E)は炭素材(f)と炭素質物(g)と炭素質粒子(h)が複合化した材である。炭素質物は、好ましくは非晶質炭素であることが好ましく、この態様は下記に示す物性やSEM写真等で確認することができる。
<Physical properties of composite carbon material (E)>
The composite carbon material (E) is a material in which the carbon material (f), the carbonaceous material (g), and the carbonaceous particles (h) are combined. The carbonaceous material is preferably amorphous carbon, and this aspect can be confirmed by the physical properties and SEM photographs shown below.
(1)複合炭素材(E)の(002)面の面間隔(d002)
複合炭素材(E)のX線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)は3.37Å以下、結晶子サイズLcが900Å以上である。X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が3.37Å以下、Lcが900Å以上であることは、複合炭素材(E)の粒子の表面を除く大部分の結晶性が高いということであり、非水系二次電池の負極材に用いた場合に、非晶質炭素材に見られるような不可逆容量の大きさゆえの低容量化を生じない、高容量電極となる複合炭素材であることを示す。
(1) Interplanar spacing (d 002 ) of (002) plane of composite carbon material (E)
The interplanar spacing (d 002 ) of the (002) plane according to the X-ray wide angle diffraction method of the composite carbon material (E) is 3.37 mm or less, and the crystallite size Lc is 900 mm or more. The interplanar spacing (d 002 ) of (002) plane by X-ray wide angle diffraction method is 3.37 mm or less and Lc is 900 mm or more. This means that most of the crystallinity excluding the surface of the composite carbon material (E) particles. This is a high-capacity composite electrode that does not cause a reduction in capacity due to the irreversible capacity seen in amorphous carbon materials when used as a negative electrode material for non-aqueous secondary batteries. Indicates a carbon material.
(2)複合炭素材(E)のタップ密度
複合炭素材(E)のタップ密度は、通常0.8g/cm3以下であり、0.75g/cm3以下が好ましい。 複合炭素材(E)のタップ密度が0.8g/cm3以下であるということは、複合炭素材(E)が鱗片状を呈していることを示す指標の一つである。タップ密度が0.8g/cm3より小さいというのは、複合炭素材(E)の原料である球形炭素材が充分な球形粒子となっていないことを示す指標の一つである。タップ密度が0.8g/cm3より大きいと、粒子間の接触面積を向上させることができず、サイクル特性が悪化する傾向がある。
(2) The tap density of the tap density composite carbon material of the composite carbon material (E) (E) is usually less than 0.8g / cm 3, 0.75g / cm 3 or less. That the tap density of the composite carbon material (E) is 0.8 g / cm 3 or less is one of the indices indicating that the composite carbon material (E) has a scaly shape. The fact that the tap density is smaller than 0.8 g / cm 3 is one of indices indicating that the spherical carbon material, which is the raw material of the composite carbon material (E), does not have sufficient spherical particles. When the tap density is greater than 0.8 g / cm 3 , the contact area between the particles cannot be improved, and the cycle characteristics tend to deteriorate.
(3)複合炭素材(E)のラマンR値
複合炭素材(E)の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付近のピーク強度に対する1360cm−1付近のピーク強度比であるラマンR値は通常0.45以下、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.35以下であり、通常0.20以上、好ましくは0.23以上、より好ましくは0.25以上である。ラマン値がこの範囲であれば、負極活物質表面の結晶性が適度な範囲にあるため、高出力を得やすいことから好ましい。
(3) Raman R value is the peak intensity ratio in the vicinity of 1360 cm -1 to the peak intensity near 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum of the Raman R value composite carbon material (E) of the composite carbon material (E) is usually 0 .45 or less, preferably 0.40 or less, more preferably 0.35 or less, and usually 0.20 or more, preferably 0.23 or more, more preferably 0.25 or more. If the Raman value is within this range, the crystallinity of the surface of the negative electrode active material is in an appropriate range, which is preferable because high output can be easily obtained.
(4)複合炭素材(E)のBET法による比表面積
複合炭素材(E)のBET法による比表面積は通常10m2/g以下、好ましくは8m2/g以下、より好ましくは6m2/g以下であり、通常0.1m2/g以上、好ましくは0.7m2/g以上、より好ましくは1m2/g以上である。比表面積が大きすぎると負極活物質として用いた時に電解液に露出した部分と電解液との反応性が増加し、ガス発生が多くなりやすく、好ましい電池が得られにくい傾向がある。比表面積が小さすぎると負極活物質として用いた場合の充電時にリチウムイオンの受け入れ性が悪くなる傾向がある。
(4) Specific surface area by BET method of composite carbon material (E) The specific surface area by BET method of composite carbon material (E) is usually 10 m 2 / g or less, preferably 8 m 2 / g or less, more preferably 6 m 2 / g. Or less, usually 0.1 m 2 / g or more, preferably 0.7 m 2 / g or more, more preferably 1 m 2 / g or more. When the specific surface area is too large, the reactivity between the portion exposed to the electrolytic solution when used as the negative electrode active material and the electrolytic solution increases, gas generation tends to increase, and a preferable battery tends to be difficult to obtain. If the specific surface area is too small, the lithium ion acceptability tends to deteriorate during charging when used as a negative electrode active material.
(5)複合炭素材(E)の細孔容量
複合炭素材(E)の水銀圧入法による10nm〜100000nmの範囲の細孔容量は、通常1.2mL/g以下、好ましくは、0.8mL/g以下、より好ましくは0.6mL/g以下であり、通常、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以上である。細孔容積が大きすぎると極板化時にバインダを多量に必要とする傾向があり、細孔容積が小さすぎ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くなる傾向がある。
(5) Pore volume of composite carbon material (E) The pore volume of composite carbon material (E) in the range of 10 nm to 100000 nm by mercury porosimetry is usually 1.2 mL / g or less, preferably 0.8 mL / g or less, more preferably 0.6 mL / g or less, usually 0.01 mL / g or more, preferably 0.05 mL / g or more, more preferably 0.1 mL / g or more. If the pore volume is too large, there is a tendency to require a large amount of binder during electrode plate formation. If the pore volume is too small, the high current density charge / discharge characteristics deteriorate, and the expansion / contraction of the electrode during charge / discharge is alleviated. There is a tendency that the effect cannot be obtained.
(6)複合炭素材(E)の体積基準平均粒径(d50)
複合炭素材(E)の粒径において、通常d50は50μm以下、好ましくは40μm以下、より好ましくは30μm以下であり、通常、1μm以上、好ましくは、4μm以上、より好ましくは10μm以上である。平均粒径が大きすぎると炭素1粒子あたりが必要とするバインダが多量となる傾向があり、平均粒径が小さすぎると高電流密度充放電特性が低下する傾向がある。
(6) Volume-based average particle diameter (d50) of composite carbon material (E)
In the particle diameter of the composite carbon material (E), d50 is usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less, and usually 1 μm or more, preferably 4 μm or more, more preferably 10 μm or more. If the average particle size is too large, the amount of binder required per carbon particle tends to be large, and if the average particle size is too small, the high current density charge / discharge characteristics tend to decrease.
(7)複合炭素材(E)の平均粒径d10
複合炭素材(E)の体積基準で測定した粒径の、小さい粒子側から累積10%に相当する粒径(d10)は通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上であり、また、通常50μm以下、好ましくは30μm以下、より好ましくは20μm以下である。
d10が小さすぎると、粒子の凝集傾向が強くなり、スラリー粘度上昇などの工程不都合の発生、非水系二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率が低下する傾向がある。d10が大きすぎると高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性が低下する傾向がある。
(7) Average particle diameter d10 of composite carbon material (E)
The particle diameter (d10) corresponding to the cumulative 10% from the small particle side of the particle diameter measured on the volume basis of the composite carbon material (E) is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more. Usually, it is 50 μm or less, preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less.
If d10 is too small, the tendency of the particles to agglomerate tends to increase, resulting in process inconveniences such as an increase in slurry viscosity, a decrease in electrode strength in a non-aqueous secondary battery, and a decrease in initial charge / discharge efficiency. If d10 is too large, high current density charge / discharge characteristics and low temperature input / output characteristics tend to deteriorate.
(8)複合炭素材(E)の平均粒径d90
複合炭素材(E)の体積基準で測定した粒径の、小さい粒子側から累積90%に相当する粒径(d90)は通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常300μm以下、好ましくは200μm以下、より好ましくは100μm以下である。
d90が小さすぎると、非水系二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率の低下を招く場合があり、大きすぎるとスラリーの塗布時の筋引きなどの工程不都合の発生、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下を招く場合がある。
(8) Average particle diameter d90 of composite carbon material (E)
The particle diameter (d90) corresponding to 90% cumulative from the small particle side of the particle diameter measured on the volume basis of the composite carbon material (E) is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more. Usually, it is 300 μm or less, preferably 200 μm or less, more preferably 100 μm or less.
If d90 is too small, the electrode strength and initial charge / discharge efficiency of the non-aqueous secondary battery may be reduced. If it is too large, process inconveniences such as striping during the application of slurry will occur, and high current density charge may occur. In some cases, the discharge characteristics and the low-temperature input / output characteristics may deteriorate.
(9)複合炭素材(E)の被覆率
本発明の複合炭素材(E)は、炭素質物又は黒鉛質物で被覆されている。この中でも非晶質炭素質物で被覆されていることがリチウムイオンの受入性の点から好ましく、この被覆率は、通常0.5%以上10.0%以下、好ましくは1.0%以上9.0%以下、より好ましくは、2.0%以上8.0%以下である。この含有率が大きすぎると負極材の非晶質炭素部分が多くなり、電池を組んだ際の可逆容量が小さくなる傾向がある。含有率が小さすぎると、炭素材(f)に対して非晶質炭素部位が均一にコートされないとともに強固な造粒がなされず、焼成後に粉砕した際、粒径が小さくなりすぎる傾向がある。
(9) Coverage rate of composite carbon material (E) The composite carbon material (E) of the present invention is coated with a carbonaceous material or a graphite material. Among these, it is preferable that it is coated with an amorphous carbonaceous material from the viewpoint of lithium ion acceptability, and this coverage is usually 0.5% to 10.0%, preferably 1.0% to 9. It is 0% or less, more preferably 2.0% or more and 8.0% or less. If this content is too large, the amorphous carbon portion of the negative electrode material increases, and the reversible capacity when the battery is assembled tends to be small. If the content is too small, amorphous carbon sites are not uniformly coated on the carbon material (f) and strong granulation is not performed, and when pulverized after firing, the particle size tends to be too small.
(10)複合炭素材(E)の内部空隙率
複合炭素材(E)の内部空隙率は通常1%以上、好ましくは3%以上、より好ましく5%以上、更に好ましくは7%以上である。また40%未満、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。この内部空隙率が小さすぎると粒子内の液量が少なくなり、充放電特性が悪化する傾向があり、内部空隙率が大きすぎると、電極にした場合に粒子間空隙が少なく、電解液の拡散が不十分になる傾向がある。
(10) Internal porosity of composite carbon material (E) The internal porosity of the composite carbon material (E) is usually 1% or more, preferably 3% or more, more preferably 5% or more, and even more preferably 7% or more. Moreover, it is less than 40%, Preferably it is 35% or less, More preferably, it is 30% or less, More preferably, it is 25% or less. If the internal porosity is too small, the amount of liquid in the particles tends to decrease, and charge / discharge characteristics tend to deteriorate. If the internal porosity is too large, there are few interparticle voids in the case of an electrode, and the electrolyte diffuses. Tend to be insufficient.
(11)複合炭素材(E)のアスペクト比
複合炭素材(E)のアスペクト比は4以上、好ましくは5以上、より好ましくは6以上である。また、好ましくは50以下、より好ましくは40以下、さらに好ましくは20以下である。アスペクト比が小さすぎる場合は、粒子間の接点が取れないため、極板内の電子伝導パスが保てず、結果、サイクル特性が悪化する傾向がある。また上記好ましい範囲にある場合、スラリーを塗布する際、電極にスジを引き難くなる。
(11) Aspect ratio of composite carbon material (E) The aspect ratio of the composite carbon material (E) is 4 or more, preferably 5 or more, more preferably 6 or more. Further, it is preferably 50 or less, more preferably 40 or less, and still more preferably 20 or less. When the aspect ratio is too small, the contact between the particles cannot be obtained, so that the electron conduction path in the electrode plate cannot be maintained, and as a result, the cycle characteristics tend to deteriorate. Moreover, when it exists in the said preferable range, when apply | coating a slurry, it becomes difficult to draw a stripe on an electrode.
<炭素材(A)と複合炭素材(B)、複合炭素材(E)との混合>
本発明の非水系二次電池負極用炭素材は、少なくとも上述した炭素材(A)と複合炭素材(B)と複合炭素材(E)とを含むことを特徴としている。
上述の炭素材(A)、複合炭素材(B)を混合する場合、炭素材(A)と複合炭素材(B)の総量に対する炭素材(A)の混合割合は、特に制限はないが、通常5質量%以上、好ましくは10質量%以上、また、通常95質量%以下、好ましくは90質量%以下の範囲である。また、炭素材(A)と複合炭素材(B)との総量に対する複合炭素材(B)と複合炭素材(E)の混合割合はそれぞれ通常5質量%以上、好ましくは10質量%以上、また、通常95質量%以下、好ましくは90質量%以下の範囲である。
<Mixing of carbon material (A), composite carbon material (B), composite carbon material (E)>
The carbon material for a non-aqueous secondary battery negative electrode of the present invention is characterized by including at least the carbon material (A), the composite carbon material (B), and the composite carbon material (E) described above.
When mixing the carbon material (A) and the composite carbon material (B), the mixing ratio of the carbon material (A) to the total amount of the carbon material (A) and the composite carbon material (B) is not particularly limited. It is usually 5% by mass or more, preferably 10% by mass or more, and usually 95% by mass or less, preferably 90% by mass or less. The mixing ratio of the composite carbon material (B) and the composite carbon material (E) to the total amount of the carbon material (A) and the composite carbon material (B) is usually 5% by mass or more, preferably 10% by mass or more, Usually, it is 95 mass% or less, Preferably it is the range of 90 mass% or less.
複合炭素材(B)の混合割合が前記範囲を下回ると、負極を形成する(特に電極密度を所定の値にする)工程の際に、炭素材(A)が変形されすぎ、電極内への液拡散が悪くなる傾向がある。一方、前記範囲を上回ると、粒子の硬さから極板がプレスできず、電極密度の高密度化が困難になる。
また、炭素材(A)、複合炭素材(B)に対して、複合炭素材(E)を混合する場合、複合炭素材(A)と複合炭素材(B)と複合炭素材(E)の総量に対する複合炭素材(E)の混合割合は、特に制限はないが、通常5質量%以上、好ましくは10質量%以上、また、通常95質量%以下、好ましくは90質量%以下の範囲である。
When the mixing ratio of the composite carbon material (B) is less than the above range, the carbon material (A) is excessively deformed during the step of forming a negative electrode (particularly, the electrode density is set to a predetermined value), and the carbon material (A) is transformed into the electrode. There is a tendency for liquid diffusion to worsen. On the other hand, if it exceeds the above range, the electrode plate cannot be pressed due to the hardness of the particles, and it becomes difficult to increase the electrode density.
Moreover, when mixing a composite carbon material (E) with respect to a carbon material (A) and a composite carbon material (B), of a composite carbon material (A), a composite carbon material (B), and a composite carbon material (E). The mixing ratio of the composite carbon material (E) with respect to the total amount is not particularly limited, but is usually 5% by mass or more, preferably 10% by mass or more, and usually 95% by mass or less, preferably 90% by mass or less. .
複合炭素材(E)の混合割合が前記範囲を下回ると、複合炭素材(E)の表面の凹凸が活用できず、電極内への液拡散が悪くなる、また粒子間の電子伝導パスの効果が得難くなる傾向がある。一方、前記範囲を上回ると、粒子の硬さから極板がプレスできず、電極密度の高密度化が困難になる。 When the mixing ratio of the composite carbon material (E) is less than the above range, the unevenness of the surface of the composite carbon material (E) cannot be utilized, the liquid diffusion into the electrode is deteriorated, and the effect of the electron conduction path between particles is reduced. Tends to be difficult to obtain. On the other hand, if it exceeds the above range, the electrode plate cannot be pressed due to the hardness of the particles, and it becomes difficult to increase the electrode density.
複合炭素材(A)と複合炭素材(B)との混合に用いる装置としては、特に制限はないが、例えば、回転型混合機の場合:円筒型混合機、双子円筒型混合機、二重円錐型混合機、正立方型混合機、鍬形混合機等を用いることができ、固定型混合機の場合:螺旋型混合機、リボン型混合機、Muller型混合機、Helical Flight型混合機、Pugmill型混合機、流動化型混合機等を用いることができる。また、複合炭素材(E)を混合する際は、先に複合炭素材(A)・複合炭素材(B)と同時に混合しても構わないし、先にどちらかの複合炭素材と混合しても構わない。 An apparatus used for mixing the composite carbon material (A) and the composite carbon material (B) is not particularly limited. For example, in the case of a rotary mixer: a cylindrical mixer, a twin cylindrical mixer, a double Conical mixers, regular cubic mixers, vertical mixers, and the like can be used. In the case of stationary mixers: spiral mixers, ribbon mixers, Muller mixers, Helical Flight mixers, Pugmill A mold mixer, a fluidized mixer, or the like can be used. In addition, when mixing the composite carbon material (E), it may be mixed with the composite carbon material (A) or the composite carbon material (B) first, or may be mixed with either composite carbon material first. It doesn't matter.
<非水系二次電池負極用炭素材>
本発明の非水系二次電池負極用炭素材は炭素材(A)、複合炭素材(B)、複合炭素材(E)との混合物である
・非水系二次電池負極用炭素材の物性
本発明の非水系二次電池負極用炭素材の物性は以下のような物性であることが好ましい。
<Carbon material for negative electrode of non-aqueous secondary battery>
The carbon material for a nonaqueous secondary battery negative electrode of the present invention is a mixture of a carbon material (A), a composite carbon material (B), and a composite carbon material (E). The physical properties of the carbon material for a non-aqueous secondary battery negative electrode of the invention are preferably the following physical properties.
(1)X線パラメータ
X線広角回折法による002面の面間隔(d002)は、通常0.337nm以下、好ましくは0.336nm以下である。d002値が大きすぎるということは結晶性が低いことを示し、非水系二次電池とした場合に初期不可逆容量が増加する場合がある。一方、黒鉛の002面の面間隔の理論値は0.3356nmであるため、前記d値は通常0.3356nm以上である。
また、複合炭素材(E)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、電池の放電容量が低下する傾向がある。なお、Lcの下限は黒鉛の理論値である
(1) X-ray parameters The interplanar spacing (d 002 ) of the 002 plane according to the X-ray wide angle diffraction method is usually 0.337 nm or less, preferably 0.336 nm or less. If the d 002 value is too large, it indicates that the crystallinity is low, and the initial irreversible capacity may increase when a non-aqueous secondary battery is used. On the other hand, since the theoretical value of the surface spacing of the 002 plane of graphite is 0.3356 nm, the d value is usually 0.3356 nm or more.
The crystallite size (Lc) of the composite carbon material (E) 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 decreases and the discharge capacity of the battery tends to decrease. The lower limit of Lc is the theoretical value of graphite.
(2)体積基準平均粒径(d50)
平均粒径d50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20μm以下であり、通常5μm以上、好ましくは、7μm以上、より好ましくは10μm以上である。平均粒径d50が小さすぎると、比表面積が大きくなるため電解液の分解が増え、初期効率が低下する傾向があり、平均粒径d50が大きすぎると急速充放電特性の低下を招く傾向がある。また、複合炭素材(E)の平均粒径d50は、通常、黒鉛質粒子(C)の平均粒径d50と同程度またはそれより小さくなる傾向がある。
(2) Volume-based average particle diameter (d50)
The average particle diameter d50 is usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less, still more preferably 20 μm or less, and usually 5 μm or more, preferably 7 μm or more, more preferably 10 μm or more. If the average particle diameter d50 is too small, the specific surface area increases, so that the decomposition of the electrolyte increases, and the initial efficiency tends to decrease. If the average particle diameter d50 is too large, the rapid charge / discharge characteristics tend to decrease. . Further, the average particle diameter d50 of the composite carbon material (E) usually tends to be equal to or smaller than the average particle diameter d50 of the graphite particles (C).
(3)アスペクト比
アスペクト比は好ましくは1以上4未満、より好ましくは3未満、さらに好ましくは2未満である。アスペクト比が小さいものに関しては問題ないが、大きすぎる場合は粒子が扁平であることを示し、極板内の液の拡散が悪くなる。
(3) Aspect ratio The aspect ratio is preferably 1 or more and less than 4, more preferably less than 3, and still more preferably less than 2. There is no problem with a small aspect ratio, but if it is too large, it indicates that the particles are flat, and the diffusion of the liquid in the electrode plate deteriorates.
(4)平均粒径d10
複合炭素材(E)の体積基準で測定した粒径の、小さい粒子側から累積10%に相当する粒径(d10)は通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上であり、また、通常50μm以下、好ましくは30μm以下、より好ましくは20μm以下である。
d10が小さすぎると、粒子の凝集傾向が強くなり、スラリー粘度上昇などの工程不都合の発生、非水系二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率が低下する傾向がある。d10が大きすぎると高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性が低下する傾向がある。
(4) Average particle diameter d10
The particle diameter (d10) corresponding to the cumulative 10% from the small particle side of the particle diameter measured on the volume basis of the composite carbon material (E) is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more. Usually, it is 50 μm or less, preferably 30 μm or less, more preferably 20 μm or less.
If d10 is too small, the tendency of the particles to agglomerate tends to increase, resulting in process inconveniences such as an increase in slurry viscosity, a decrease in electrode strength in a non-aqueous secondary battery, and a decrease in initial charge / discharge efficiency. If d10 is too large, high current density charge / discharge characteristics and low temperature input / output characteristics tend to deteriorate.
(5)平均粒径d90
複合炭素材(E)の体積基準で測定した粒径の、小さい粒子側から累積90%に相当する粒径(d90)は通常5μm以上、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上であり、また、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、より好ましくは40μm以下である。
d90が小さすぎると、非水系二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率の低下を招く場合があり、大きすぎるとスラリーの塗布時の筋引きなどの工程不都合の発生、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下を招く場合がある。
(5) Average particle diameter d90
The particle diameter (d90) corresponding to 90% cumulative from the small particle side of the particle diameter measured on the volume basis of the composite carbon material (E) is usually 5 μm or more, preferably 10 μm or more, more preferably 15 μm or more. Usually, it is 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less.
If d90 is too small, the electrode strength and initial charge / discharge efficiency of the non-aqueous secondary battery may be reduced. If it is too large, process inconveniences such as striping during the application of slurry will occur, and high current density charge may occur. In some cases, the discharge characteristics and the low-temperature input / output characteristics may deteriorate.
(6)BET比表面積(SA)
複合炭素材(E)のBET法による比表面積は通常0.5m2/g以上、好ましくは1m2/g以上、より好ましくは2m2/g以上、更に好ましくは3m2/g以上である。また、通常15m2/g以下、好ましくは12m2/g以下、より好ましくは10m2/g以下、更に好ましくは8m2/g以下、特に好ましくは6m2/g以下である。比表面積が大きすぎると負極活物質として用いた時に電解液に露出した部分と電解液との反応性が増加し、初期効率の低下、ガス発生量の増大を招きやすく、好ましい電池が得られにくい傾向がある。比表面積が小さすぎるとリチウムイオンが出入りする部位が少なく、高速充放電特性及び出力特性に劣る傾向がある。
(6) BET specific surface area (SA)
The specific surface area according to the BET method of the composite carbon material (E) is usually 0.5 m 2 / g or more, preferably 1 m 2 / g or more, more preferably 2 m 2 / g or more, and further preferably 3 m 2 / g or more. Moreover, it is 15 m < 2 > / g or less normally, Preferably it is 12 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 10 m < 2 > / g or less, More preferably, it is 8 m < 2 > / g or less, Most preferably, it is 6 m < 2 > / g or less. If the specific surface area is too large, the reactivity between the portion exposed to the electrolyte and the electrolyte when used as the negative electrode active material is increased, which tends to cause a decrease in initial efficiency and an increase in the amount of gas generated, making it difficult to obtain a preferable battery. Tend. When the specific surface area is too small, there are few sites where lithium ions enter and exit, and the high-speed charge / discharge characteristics and output characteristics tend to be inferior.
(7)タップ密度
複合炭素材(E)のタップ密度は、通常0.8g/cm3以上、0.85g/cm3以上が好ましく、0.9g/cm3以上がより好ましく、0.95g/cm3以上が更に好ましい。また、通常1.8g/cm3以下、1.5g/cm3以下が好ましく、1.3g/cm3以下がより好ましい。
タップ密度が0.8g/cm3以上であるということは、複合炭素材(E)が球状を呈していることを示す指標の一つである。タップ密度が0.8g/cm3より小さいというのは、複合炭素材(E)の原料である炭素材(C)が充分な球形粒子となっていないこと
を示す指標の一つである。タップ密度が0.8g/cm3より小さいと、電極内で充分な連続空隙が確保されず、空隙に保持された電解液内のリチウムイオンの移動性が落ちることで、急速充放電特性が低下する傾向がある。
(7) The tap density of the tap density composite carbon material (E) is usually 0.8 g / cm 3 or more, 0.85 g / cm 3 or more preferably, 0.9 g / cm 3 or more, more preferably, 0.95 g / More preferably, it is cm 3 or more. Moreover, 1.8 g / cm 3 or less is usually preferable and 1.5 g / cm 3 or less is preferable, and 1.3 g / cm 3 or less is more preferable.
That the tap density is 0.8 g / cm 3 or more is one of indices indicating that the composite carbon material (E) has a spherical shape. The fact that the tap density is smaller than 0.8 g / cm 3 is one of indices indicating that the carbon material (C) which is a raw material of the composite carbon material (E) is not sufficiently spherical particles. If the tap density is less than 0.8 g / cm 3 , sufficient continuous voids are not secured in the electrode, and the mobility of lithium ions in the electrolyte held in the voids is reduced, resulting in reduced rapid charge / discharge characteristics. Tend to.
(8)ラマンR値
複合炭素材(E)のラマンR値は通常1以下、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下、更に好ましくは0.5以下であり、通常0.05以上、好ましくは0.1以上、より好ましくは0.2以上、更に好ましくは0.25以上である。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てLi挿入サイト数が減り、急速充放電特性の低下を招く傾向がある。一方、この範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が乱れ、電解液との反応性が増し、充放電効率の低下やガス発生の増加を招く傾向がある。
(8) Raman R value The Raman R value of the composite carbon material (E) is usually 1 or less, preferably 0.8 or less, more preferably 0.6 or less, still more preferably 0.5 or less, and usually 0.05. As mentioned above, Preferably it is 0.1 or more, More preferably, it is 0.2 or more, More preferably, it is 0.25 or more. When the Raman R value is less than this range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, the number of Li insertion sites decreases, and rapid charge / discharge characteristics tend to be deteriorated. On the other hand, if it exceeds this range, the crystallinity of the particle surface will be disturbed, the reactivity with the electrolyte will increase, and the charge / discharge efficiency will tend to decrease and the gas generation will increase.
(9)細孔容積
複合炭素材(E)の水銀圧入法による10nm〜100000nmの範囲の細孔容積は、通常1.0mL/g以下、好ましくは、0.9mL/g以下、より好ましくは0.8mL/g以下であり、通常、0.05mL/g以上、好ましくは、0.1mL/g以上、より好ましくは0.15mL/g以上である。全細孔容積が上記範囲を下回ると、非水系電解液の浸入可能な空隙が少なくなり易く、急速充放電をさせた時にリチウムイオンの挿入脱離が間に合わなくなり、それに伴いリチウム金属が析出しサイクル特性が悪化する傾向がある。一方、上記範囲を上回ると、極板作製時にバインダが空隙に吸収され易くなり、それに伴い極板強度の低下を招く傾向がある。
(9) Pore volume The pore volume of the composite carbon material (E) in the range of 10 nm to 100,000 nm by the mercury intrusion method is usually 1.0 mL / g or less, preferably 0.9 mL / g or less, more preferably 0. 0.8 mL / g or less, usually 0.05 mL / g or more, preferably 0.1 mL / g or more, more preferably 0.15 mL / g or more. If the total pore volume is below the above range, the number of voids that can be infiltrated by the non-aqueous electrolyte solution tends to be small, and when lithium ions are rapidly charged and discharged, lithium ions are not inserted and released in time, and lithium metal is deposited accordingly. Characteristics tend to deteriorate. On the other hand, when the above range is exceeded, the binder is easily absorbed into the gap during electrode plate production, and accordingly, the electrode plate strength tends to be lowered.
(10)複合炭素材(E)の水銀圧入法による細孔径80nm〜900nmの範囲の微細孔容積
複合炭素材(E)の細孔径80nm〜900nmの範囲の微細孔容積は、水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)を用いて測定した値であり、通常0.08mL/g以上、好ましくは0.1mL/g以上、より好ましくは0.15mL/g以上、更に好ましくは0.3mL/g以上である。また、通常1mL/g以下であり、好ましくは0.8mL/g以下、更に好ましくは0.5mL/g以下である。
(10) Fine pore volume of composite carbon material (E) in pore diameter range of 80 nm to 900 nm by mercury intrusion method The fine pore volume of composite carbon material (E) in pore diameter range of 80 nm to 900 nm is determined by mercury intrusion method (mercury (Porosimetry), usually 0.08 mL / g or more, preferably 0.1 mL / g or more, more preferably 0.15 mL / g or more, still more preferably 0.3 mL / g or more. . Moreover, it is 1 mL / g or less normally, Preferably it is 0.8 mL / g or less, More preferably, it is 0.5 mL / g or less.
細孔径80nm〜900nmの範囲の微細孔容積が上記範囲を下回ると、非水系二次電池の充放電の際に電解液の移動が十分円滑に行われず、急速充放電をさせた時にリチウムイオンの挿入脱離が間に合わなくなり、それに伴いリチウム金属が析出しサイクル特性が悪化する傾向がある。一方、上記範囲を上回ると、極板作製時にバインダが空隙に吸収され易くなり、それに伴い極板強度の低下や初期効率の低下を招く傾向がある。 When the fine pore volume in the range of the pore diameter of 80 nm to 900 nm is less than the above range, the electrolyte solution does not move sufficiently smoothly during charging / discharging of the non-aqueous secondary battery, and lithium ions are not charged when rapidly charging / discharging. There is a tendency that the insertion / desorption is not in time, and lithium metal is deposited accordingly, and the cycle characteristics are deteriorated. On the other hand, if it exceeds the above range, the binder is easily absorbed into the gap during electrode plate production, and accordingly, the electrode plate strength and initial efficiency tend to be reduced.
<その他の炭素材>
本発明の非水系二次電池負極用炭素材は、複合炭素材(A)と複合炭素材(B)、および複合炭素材(E)以外に、本発明の効果を損なわない範囲であれば、公知の炭素材を混合させてもよい。上述の非水系二次電池負極用炭素材にその他炭素材料を混合する場合、非水系二次電池負極用炭素材及びその他炭素材料の総量に対する非水系二次電池負極用炭素材の混合割合は、通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上、また、通常90質量%以下、好ましくは80質量%以下の範囲である。その他炭素材料の混合割合が、前記範囲を下回ると、添加した効果が現れ難い傾向がある。一方、前記範囲を上回ると、本発明の非水系二次電池負極用炭素材の特性が現れ難い傾向がある。
<Other carbon materials>
If the carbon material for a non-aqueous secondary battery negative electrode of the present invention is a range that does not impair the effects of the present invention, in addition to the composite carbon material (A), the composite carbon material (B), and the composite carbon material (E), A known carbon material may be mixed. When mixing other carbon materials with the above-mentioned non-aqueous secondary battery negative electrode carbon material, the mixing ratio of the non-aqueous secondary battery negative electrode carbon material to the total amount of the non-aqueous secondary battery negative electrode carbon material and other carbon materials is: It is usually 10% by mass or more, preferably 20% by mass or more, and usually 90% by mass or less, preferably 80% by mass or less. When the mixing ratio of other carbon materials is less than the above range, the added effect tends to hardly appear. On the other hand, when the above range is exceeded, the characteristics of the carbon material for a non-aqueous secondary battery negative electrode of the present invention tend to hardly appear.
その他の材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、非晶質被覆黒鉛、非晶質炭素、金属粒子、金属化合物の中から選ばれる材料を用いる。これらの材料は、何れかを一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び組成で併用してもよい。天然黒鉛としては、例えば、高純度化した鱗片状黒鉛質粒子や鱗状黒鉛を用いることができる。天然黒鉛の
体積基準平均粒径は、通常8μm以上、好ましくは12μm以上、また、通常60μm以下、好ましくは40μm以下の範囲である。天然黒鉛のBET比表面積は、通常3.5m2/g以上、好ましくは、4.5m2/g以上、また、通常8m2/g以下、好ましくは6
m2/g以下の範囲である。
As other materials, materials selected from natural graphite, artificial graphite, amorphous-coated graphite, amorphous carbon, metal particles, and metal compounds are used. Any one of these materials may be used alone, or two or more of these materials may be used in any combination and composition. As the natural graphite, for example, highly purified scaly graphite particles or scaly graphite can be used. The volume-based average particle diameter of natural graphite is usually 8 μm or more, preferably 12 μm or more, and usually 60 μm or less, preferably 40 μm or less. The BET specific surface area of natural graphite is usually 3.5 m 2 / g or more, preferably 4.5 m 2 / g or more, and usually 8 m 2 / g or less, preferably 6
The range is m 2 / g or less.
人造黒鉛としては、炭素材料を黒鉛化した粒子等が挙げられ、例えば、単一の黒鉛前駆体粒子を粉状のまま焼成、黒鉛化した粒子などを用いることができる。非晶質被覆黒鉛としては、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛に非晶質前駆対を被覆、焼成した粒子や、天然黒鉛や人造黒鉛に非晶質をCVDにより被覆した粒子を用いることができる。 Examples of the artificial graphite include particles obtained by graphitizing a carbon material. For example, particles obtained by firing and graphitizing a single graphite precursor particle while it is powdered can be used. As amorphous-coated graphite, for example, natural graphite or artificial graphite coated with an amorphous precursor pair and fired, or natural graphite or artificial graphite coated with amorphous by CVD can be used.
非晶質炭素としては、例えば、バルクメソフェーズを焼成した粒子や、炭素化可能なピッチ等を不融化処理し、焼成した粒子を用いることができる。 非水系二次電池負極用炭素材とその他炭素材料との混合に用いる装置としては、特に制限はないが、例えば、回転型混合機の場合:円筒型混合機、双子円筒型混合機、二重円錐型混合機、正立方型混合機、鍬形混合機、固定型混合機の場合:螺旋型混合機、リボン型混合機、Muller型混合機、Helical Flight型混合機、Pugmill型混合機、流動化型混合
機等を用いることができる。
As the amorphous carbon, for example, particles obtained by firing a bulk mesophase, or particles obtained by firing an infusible carbonized pitch or the like can be used. There is no particular limitation on the apparatus used for mixing the carbon material for the nonaqueous secondary battery negative electrode and other carbon materials. For example, in the case of a rotary mixer: a cylindrical mixer, a twin cylinder mixer, a double Conical mixer, regular cubic mixer, vertical mixer, stationary mixer: spiral mixer, ribbon mixer, Muller mixer, Helical Flyt mixer, Pugmill mixer, fluidization A type mixer or the like can be used.
金属粒子としては、例えば、Fe、Co、Sb、Bi、Pb、Ni、Ag、Si、Sn、Al、Zr、Cr、P、S、V、Mn、Nb、Mo、Cu、Zn、Ge、In、Ti等からなる群から選ばれる金属又はその化合物が好ましい。また、2種以上の金属からなる合金を使用しても良く、金属粒子が、2種以上の金属元素により形成された合金粒子であってもよい。これらの中でも、Si、Sn、As、Sb、Al、Zn及びWからなる群から選ばれる金属又はその化合物が好ましい。 Examples of metal particles include Fe, Co, Sb, Bi, Pb, Ni, Ag, Si, Sn, Al, Zr, Cr, P, S, V, Mn, Nb, Mo, Cu, Zn, Ge, In A metal selected from the group consisting of Ti and the like or a compound thereof is preferable. Further, an alloy composed of two or more kinds of metals may be used, and the metal particles may be alloy particles formed of two or more kinds of metal elements. Among these, a metal selected from the group consisting of Si, Sn, As, Sb, Al, Zn, and W or a compound thereof is preferable.
金属化合物としては、金属酸化物、金属窒化物、金属炭化物等が挙げられる。また、2種以上の金属からなる合金を使用しても良い。この中でも、Si又はSi化合物が高容量化の点で、好ましい。Si化合物としては、具体的には、SiOx,SiNx,SiCx、SiZxOy(Z=C、N)などが挙げられ、好ましくは、一般式で表すとSiOxである。この一般式SiOxは、二酸化Si(SiO2)と金属Si(Si)とを原料として得られるが、そのxの値は通常0≦x<2である。SiOxは、黒鉛と比較して理論容量が大きく、更に非晶質SiあるいはナノサイズのSi結晶は、リチウムイオン等のアルカリイオンの出入りがしやすく、高容量を得ることが可能となる。 Examples of the metal compound include metal oxides, metal nitrides, metal carbides, and the like. Moreover, you may use the alloy which consists of 2 or more types of metals. Among these, Si or Si compound is preferable in terms of increasing capacity. Specific examples of the Si compound include SiOx, SiNx, SiCx, SiZxOy (Z = C, N) and the like, and preferably SiOx when expressed by a general formula. The general formula SiOx is obtained using Si dioxide (SiO 2 ) and metal Si (Si) as raw materials, and the value of x is usually 0 ≦ x <2. SiOx has a larger theoretical capacity than graphite. Furthermore, amorphous Si or nano-sized Si crystals easily allow alkali ions such as lithium ions to enter and exit, so that a high capacity can be obtained.
具体的には、SiOxと表されるものであり、xは通常0≦x<2であり、より好ましくは、0.2以上、1.8以下、更に好ましくは、0.4以上、1.6以下、特に好ましくは、0.6以上、1,4以下である。この範囲であれば、高容量であると同時に、Li
と酸素との結合による不可逆容量を低減させることが可能となる。
Specifically, it is expressed as SiOx, and x is usually 0 ≦ x <2, more preferably 0.2 or more and 1.8 or less, and still more preferably 0.4 or more. 6 or less, particularly preferably 0.6 or more and 1,4 or less. Within this range, the capacity is high and at the same time Li
It becomes possible to reduce the irreversible capacity due to the bond between oxygen and oxygen.
<非水系二次電池用負極>
本発明の非水系二次電池用負極(以下適宜「電極シート」ともいう。)は、集電体と、集電体上に形成された活物質層とを備え、当該活物質層は少なくとも本発明にかかる非水系二次電池用複合炭素材を含有することを特徴とする。更に好ましくは、当該活物質層にはバインダを含有する。
<Negative electrode for non-aqueous secondary battery>
The negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention (hereinafter also referred to as “electrode sheet” as appropriate) includes a current collector and an active material layer formed on the current collector, and the active material layer is at least the present material layer. The composite carbon material for a non-aqueous secondary battery according to the invention is contained. More preferably, the active material layer contains a binder.
バインダとしては、分子内にオレフィン性不飽和結合を有するものを用いる。その種類は特に制限されないが、具体例としては、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン・イソプレン・スチレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体などが挙げられる。このようなオレフィン性不飽和結合を有するバインダを用いることにより、活物質層の電解液に対する膨潤性を低減することがで
きる。中でも入手の容易性から、スチレン−ブタジエンゴムが好ましい。
As the binder, one having an olefinically unsaturated bond in the molecule is used. The type is not particularly limited, and specific examples include styrene-butadiene rubber, styrene / isoprene / styrene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, butadiene rubber, and ethylene / propylene / diene copolymer. By using such a binder having an olefinically unsaturated bond, the swellability of the active material layer with respect to the electrolytic solution can be reduced. Of these, styrene-butadiene rubber is preferred because of its availability.
このようなオレフィン性不飽和結合を有するバインダと、前述の活物質とを組み合わせて用いることにより、負極板の強度を高くすることができる。負極板の強度が高いと、充放電による負極の劣化が抑制され、サイクル寿命を長くすることができる。また、本発明に係る負極では、活物質層と集電体との接着強度が高いので、活物質層中のバインダの含有量を低減させても、負極を捲回して電池を製造する際に、集電体から活物質層が剥離することもないと推察される。 By using a binder having such an olefinically unsaturated bond in combination with the above active material, the strength of the negative electrode plate can be increased. When the strength of the negative electrode plate is high, deterioration of the negative electrode due to charge / discharge is suppressed, and the cycle life can be extended. In addition, since the negative electrode according to the present invention has high adhesive strength between the active material layer and the current collector, even when the binder content in the active material layer is reduced, the negative electrode is wound to produce a battery. It is assumed that the active material layer does not peel from the current collector.
分子内にオレフィン性不飽和結合を有するバインダとしては、その分子量が大きいものか、或いは、不飽和結合の割合が高いものが望ましい。
具体的に、分子量が大きいバインダの場合には、その重量平均分子量が通常1万以上、好ましくは5万以上、また、通常100万以下、好ましくは30万以下の範囲にあるものが望ましい。また、不飽和結合の割合が高いバインダの場合には、全バインダの1g当たりのオレフィン性不飽和結合のモル数が、通常2.5×10−7以上、好ましくは8×10−7以上、また、通常5×10−6以下、好ましくは1×10−6以下の範囲にあるものが望ましい。
As the binder having an olefinically unsaturated bond in the molecule, a binder having a high molecular weight or a high proportion of unsaturated bonds is desirable.
Specifically, in the case of a binder having a large molecular weight, it is desirable that the weight average molecular weight is usually 10,000 or more, preferably 50,000 or more, and usually 1,000,000 or less, preferably 300,000 or less. In the case of a binder having a high ratio of unsaturated bonds, the number of moles of olefinically unsaturated bonds per gram of all binders is usually 2.5 × 10 −7 or more, preferably 8 × 10 −7 or more, Further, it is usually 5 × 10 −6 or less, preferably 1 × 10 −6 or less.
バインダとしては、これらの分子量に関する規定と不飽和結合の割合に関する規定のうち、少なくとも何れか一方を満たしていればよいが、両方の規定を同時に満たすものがより好ましい。オレフィン性不飽和結合を有するバインダの分子量が小さ過ぎると機械的強度に劣り、大き過ぎると可撓性に劣る。また、バインダ中のオレフィン性不飽和結合の割合が低過ぎると強度向上効果が薄れ、高過ぎると可撓性に劣る。
また、オレフィン性不飽和結合を有するバインダは、その不飽和度が、通常15%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは40%以上、また、通常90%以下、好ましくは80%以下の範囲にあるものが望ましい。なお、不飽和度とは、ポリマーの繰り返し単位に対する二重結合の割合(%)を表す。
The binder only needs to satisfy at least one of these regulations regarding molecular weight and regulations regarding the proportion of unsaturated bonds, but it is more preferable to satisfy both regulations simultaneously. When the molecular weight of the binder having an olefinically unsaturated bond is too small, the mechanical strength is inferior, and when it is too large, the flexibility is inferior. Moreover, when the ratio of the olefinically unsaturated bond in the binder is too low, the effect of improving the strength is reduced, and when it is too high, the flexibility is inferior.
The binder having an olefinically unsaturated bond has a degree of unsaturation of usually 15% or more, preferably 20% or more, more preferably 40% or more, and usually 90% or less, preferably 80% or less. Is desirable. The degree of unsaturation represents the ratio (%) of the double bond to the repeating unit of the polymer.
本発明においては、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダも、本発明の効果が失われない範囲において、上述のオレフィン性不飽和結合を有するバインダと併用することができる。オレフィン性不飽和結合を有するバインダ量に対する、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダの混合比率は、通常150質量%以下、好ましくは120質量%以下の範囲である。
オレフィン性不飽和結合を有さないバインダを併用することにより、塗布性を向上することができるが、併用量が多すぎると活物質層の強度が低下する。
In the present invention, a binder that does not have an olefinically unsaturated bond can also be used in combination with the above-described binder that has an olefinically unsaturated bond as long as the effects of the present invention are not lost. The mixing ratio of the binder not having an olefinically unsaturated bond to the amount of the binder having an olefinically unsaturated bond is usually 150% by mass or less, preferably 120% by mass or less.
By using a binder that does not have an olefinically unsaturated bond, the coatability can be improved. However, if the combined amount is too large, the strength of the active material layer is lowered.
オレフィン性不飽和結合を有さないバインダの例としては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、澱粉等の多糖類;カラギナン、プルラン、グアーガム、ザンサンガム(キサンタンガム)等の増粘多糖類;ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル類;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のビニルアルコール類;ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等のポリ酸、或いはこれらポリマーの金属塩;ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素ポリマー;ポリエチレン、ポリプロピレンなどのアルカン系ポリマー及びこれらの共重合体などが挙げられる。 Examples of binders having no olefinically unsaturated bond include polysaccharides such as methylcellulose, carboxymethylcellulose, and starch; thickening polysaccharides such as carrageenan, pullulan, guar gum, and xanthan gum; polyethylene oxide, polypropylene oxide, and the like. Polyethers; vinyl alcohols such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral; polyacids such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid; or metal salts of these polymers; fluorine-containing polymers such as polyvinylidene fluoride; alkanes such as polyethylene and polypropylene Examples thereof include polymers and copolymers thereof.
本発明の炭素材は、上述のオレフィン性不飽和結合を有するバインダと組み合わせて用いた場合、活物質層に用いるバインダの比率を従来に比べて低減することができる。具体的には、本発明の負極用炭素材と、バインダ(上述のように不飽和結合を有するバインダと、不飽和結合を有さないバインダとの混合物であってもよい。)との質量比率(負極用炭素材/バインダ)は、それぞれの乾燥質量比で、通常90/10以上、好ましくは95/5以上であり、通常99.9/0.1以下、好ましくは99.5/0.5以下の範囲で
ある。
バインダの割合が高過ぎると容量の減少や、抵抗増大を招きやすく、バインダの割合が少な過ぎると負極板強度が劣る。
When the carbon material of the present invention is used in combination with the above-mentioned binder having an olefinically unsaturated bond, the ratio of the binder used in the active material layer can be reduced as compared with the conventional material. Specifically, the mass ratio between the carbon material for a negative electrode of the present invention and a binder (may be a mixture of a binder having an unsaturated bond and a binder having no unsaturated bond as described above). (Carbon material for negative electrode / binder) is usually 90/10 or more, preferably 95/5 or more, and usually 99.9 / 0.1 or less, preferably 99.5 / 0. The range is 5 or less.
If the binder ratio is too high, the capacity tends to decrease and the resistance tends to increase. If the binder ratio is too small, the strength of the negative electrode plate is inferior.
本発明の負極は、上述の本発明の負極用炭素材とバインダとを分散媒に分散させてスラリーとし、これを集電体に塗布することにより形成される。分散媒としては、アルコールなどの有機溶媒や、水を用いることができる。このスラリーには更に、所望により導電剤を加えてもよい。導電剤としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック、平均粒径1μm以下のCu、Ni又はこれらの合金からなる微粉末などが挙げられる。導電剤の添加量は、本発明の負極用炭素材に対して通常10質量%以下程度である。 The negative electrode of the present invention is formed by dispersing the above-described carbon material for a negative electrode of the present invention and a binder in a dispersion medium to form a slurry, which is applied to a current collector. As the dispersion medium, an organic solvent such as alcohol or water can be used. If necessary, a conductive agent may be added to the slurry. Examples of the conductive agent include carbon black such as acetylene black, ketjen black, and furnace black, and fine powder made of Cu, Ni having an average particle diameter of 1 μm or less, or an alloy thereof. The addition amount of the conductive agent is usually about 10% by mass or less with respect to the carbon material for negative electrode of the present invention.
スラリーを塗布する集電体には、従来公知のものを用いることができる。具体的には、圧延銅箔、電解銅箔、ステンレス箔等の金属薄膜が挙げられる。集電体の厚さは、通常4μm以上、好ましくは6μm以上であり、通常30μm以下、好ましくは20μm以下である。
このスラリーを、集電体である銅箔上に、負極用炭素材が5〜15mg/cm2付着するように、ドクターブレードを用いて幅5cmに塗布し、室温で風乾を行う。更に110℃で30分乾燥後、ロールプレスで、活物質層の密度が1.7g/cm3になるよう調整することにより、好ましい電極シートを得ることができる。
A conventionally well-known thing can be used for the electrical power collector which apply | coats a slurry. Specific examples include metal thin films such as rolled copper foil, electrolytic copper foil, and stainless steel foil. The thickness of the current collector is usually 4 μm or more, preferably 6 μm or more, and usually 30 μm or less, preferably 20 μm or less.
The slurry is applied to a width of 5 cm by using a doctor blade so that the negative electrode carbon material adheres to 5 to 15 mg / cm 2 on a copper foil as a current collector, and air-dried at room temperature. Furthermore, after drying at 110 degreeC for 30 minutes, a preferable electrode sheet can be obtained by adjusting so that the density of an active material layer may be set to 1.7 g / cm < 3 > with a roll press.
スラリーを集電体上に塗布した後、通常60℃以上、好ましくは80℃以上、また、通常200℃以下、好ましくは195℃以下の温度で、乾燥空気又は不活性雰囲気下で乾燥し、活物性層を形成する。
スラリーを塗布、乾燥して得られる活物質層の厚さは、ロールプレスを行った後の状態において、通常5μm以上、好ましくは20μm以上、更に好ましくは30μm以上、また、通常200μm以下、好ましくは100μm以下、更に好ましくは75μm以下である。活物質層が薄すぎると、活物質の粒径との兼ね合いから負極としての実用性に欠け、厚すぎると、高密度の電流値に対する十分なLiイオンの吸蔵・放出の機能が得られにくい。
After applying the slurry on the current collector, the slurry is usually dried at a temperature of 60 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and usually 200 ° C. or lower, preferably 195 ° C. or lower, in dry air or an inert atmosphere. A physical layer is formed.
The thickness of the active material layer obtained by applying and drying the slurry is usually 5 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably after roll pressing. It is 100 μm or less, more preferably 75 μm or less. If the active material layer is too thin, practicality as a negative electrode is lacking due to the balance with the particle size of the active material, and if it is too thick, it is difficult to obtain a sufficient Li ion occlusion / release function for a high-density current value.
活物質層における炭素材の密度は、用途により異なるが、容量を重視する用途では、好ましくは1.55g/cm3以上、とりわけ1.6g/cm3以上、更に1.65g/cm3以上、特に1.7g/cm3以上が好ましい。密度が低すぎると、単位体積あたりの電池の容量が必ずしも充分ではない。また、密度が高すぎるとレート特性が低下するので、1.9g/cm3以下が好ましい。 The density of the carbon material in the active material layer varies depending on the application, the application that emphasizes capacity, preferably 1.55 g / cm 3 or more, especially 1.6 g / cm 3 or more, further 1.65 g / cm 3 or more, In particular, 1.7 g / cm 3 or more is preferable. If the density is too low, the capacity of the battery per unit volume is not always sufficient. Moreover, since a rate characteristic will fall when a density is too high, 1.9 g / cm < 3 > or less is preferable.
以上説明した本発明の非水系二次電池用複合炭素材を用いて非水系二次電池用負極を作製する場合、その手法や他の材料の選択については、特に制限されない。また、この負極を用いてリチウムイオン二次電池を作製する場合も、リチウムイオン二次電池を構成する正極、電解液等の電池構成上必要な部材の選択については特に制限されない。
以下、本発明の負極用炭素材を用いたリチウムイオン二次電池用負極及びリチウムイオン二次電池の詳細を例示するが、使用し得る材料や作製の方法等は以下の具体例に限定されるものではない。
When producing the negative electrode for non-aqueous secondary batteries using the composite carbon material for non-aqueous secondary batteries of the present invention described above, the method and selection of other materials are not particularly limited. Moreover, when producing a lithium ion secondary battery using this negative electrode, there is no particular limitation on the selection of members necessary for the battery configuration such as the positive electrode and the electrolytic solution constituting the lithium ion secondary battery.
Hereinafter, the details of the negative electrode for a lithium ion secondary battery and the lithium ion secondary battery using the carbon material for a negative electrode of the present invention will be exemplified, but usable materials, production methods, and the like are limited to the following specific examples. It is not a thing.
<非水系二次電池>
本発明の非水系二次電池、特にリチウムイオン二次電池の基本的構成は、従来公知のリチウムイオン二次電池と同様であり、通常、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに電解質を備える。負極としては、上述した本発明の負極を用いる。
正極は、正極活物質及びバインダを含有する正極活物質層を、集電体上に形成したもの
である。
<Non-aqueous secondary battery>
The basic configuration of the non-aqueous secondary battery of the present invention, particularly the lithium ion secondary battery, is the same as that of a conventionally known lithium ion secondary battery, and usually includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and an electrolyte. Is provided. The negative electrode of the present invention described above is used as the negative electrode.
The positive electrode is obtained by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a binder on a current collector.
正極活物質としては、リチウムイオンなどのアルカリ金属カチオンを充放電時に吸蔵、放出できる金属カルコゲン化合物などが挙げられる。金属カルコゲン化合物としては、バナジウムの酸化物、モリブデンの酸化物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、チタンの酸化物、タングステンの酸化物などの遷移金属酸化物;バナジウムの硫化物、モリブデンの硫化物、チタンの硫化物、CuSなどの遷移金属硫化物;NiPS3、FePS3等の遷移金属のリン−硫黄化合物;VSe2、NbSe3などの遷移金属のセレン化合物;Fe0.25V0.75S2、Na0.1CrS2などの遷移金属の複合酸化物;LiCoS2、LiNiS2などの遷移金属の複合硫化物等が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include metal chalcogen compounds that can occlude and release alkali metal cations such as lithium ions during charge and discharge. Examples of metal chalcogen compounds include vanadium oxide, molybdenum oxide, manganese oxide, chromium oxide, titanium oxide, tungsten oxide, and other transition metal oxides; vanadium sulfide, molybdenum sulfide things, sulfides of titanium, transition metal sulfides such as CuS; NiPS 3, FePS 3 phosphate of a transition metal such as - sulfur compounds; VSe 2, selenium compounds of transition metals such as NbSe 3; Fe 0.25 V 0. Examples thereof include composite oxides of transition metals such as 75 S 2 and Na 0.1 CrS 2 ; composite sulfides of transition metals such as LiCoS 2 and LiNiS 2 .
これらの中でも、V2O5、V5O13、VO2、Cr2O5、MnO2、TiO、MoV2O8、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、TiS2、V2S5、Cr0.25V0.75S2、Cr0.5V0.5S2などが好ましく、特に好ましいのはLiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4や、これらの遷移金属の一部を他の金属で置換したリチウム遷移金属複合酸化物である。これらの正極活物質は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。 Among these, V 2 O 5, V 5 O 13, VO 2, Cr 2 O 5, MnO 2, TiO, MoV 2 O 8, LiCoO 2, LiNiO 2, LiMn 2 O 4, TiS 2, V 2 S 5 , Cr 0.25 V 0.75 S 2 , Cr 0.5 V 0.5 S 2 and the like are preferable, and LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 and some of these transition metals are particularly preferable. It is a lithium transition metal composite oxide substituted with another metal. These positive electrode active materials may be used alone or in combination.
正極活物質を結着するバインダとしては、公知のものを任意に選択して用いることができる。例としては、シリケート、水ガラス等の無機化合物や、テフロン(登録商標)、ポリフッ化ビニリデン等の不飽和結合を有さない樹脂などが挙げられる。これらの中でも好ましいのは、不飽和結合を有さない樹脂である。正極活物質を結着する樹脂として不飽和結合を有する樹脂を用いると酸化反応時(充電時)に分解するおそれがある。これらの樹脂の重量平均分子量は通常1万以上、好ましくは10万以上、また、通常300万以下、好ましくは100万以下の範囲である。 A known binder can be arbitrarily selected and used as the binder for binding the positive electrode active material. Examples include inorganic compounds such as silicate and water glass, and resins having no unsaturated bond such as Teflon (registered trademark) and polyvinylidene fluoride. Among these, a resin having no unsaturated bond is preferable. If a resin having an unsaturated bond is used as the resin for binding the positive electrode active material, there is a risk of decomposition during the oxidation reaction (during charging). The weight average molecular weight of these resins is usually 10,000 or more, preferably 100,000 or more, and usually 3 million or less, preferably 1 million or less.
正極活物質層中には、電極の導電性を向上させるために、導電材を含有させてもよい。導電剤としては、活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限はないが、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉末、各種の金属の繊維、粉末、箔などが挙げられる。
正極板は、前記したような負極の製造と同様の手法で、正極活物質やバインダを溶剤でスラリー化し、集電体上に塗布、乾燥することにより形成する。正極の集電体としては、アルミニウム、ニッケル、ステンレススチール(SUS)などが用いられるが、何ら限定されない。
The positive electrode active material layer may contain a conductive material in order to improve the conductivity of the electrode. The conductive agent is not particularly limited as long as it can be mixed with an active material in an appropriate amount to impart conductivity, but is usually carbon powder such as acetylene black, carbon black, and graphite, various metal fibers, powder, and foil. Etc.
The positive electrode plate is formed by slurrying a positive electrode active material or a binder with a solvent in the same manner as in the production of the negative electrode as described above, and applying and drying on a current collector. As the positive electrode current collector, aluminum, nickel, stainless steel (SUS), or the like is used, but is not limited at all.
電解質としては、非水系溶媒にリチウム塩を溶解させた非水系電解液や、この非水系電解液を有機高分子化合物等によりゲル状、ゴム状、固体シート状にしたものなどが用いられる。
非水系電解液に使用される非水系溶媒は特に制限されず、従来から非水系電解液の溶媒として提案されている公知の非水系溶媒の中から、適宜選択して用いることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類;1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテル類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン等の環状エーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類などが挙げられる。
As the electrolyte, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent, or a gel, rubber, or solid sheet obtained by using an organic polymer compound or the like from the non-aqueous electrolyte is used.
The non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, and can be appropriately selected from known non-aqueous solvents that have been conventionally proposed as solvents for non-aqueous electrolytes. For example, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate; cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate; chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane; tetrahydrofuran, 2-methyl Examples include cyclic ethers such as tetrahydrofuran, sulfolane, and 1,3-dioxolane; chain esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate; and cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone.
これらの非水系溶媒は、何れか一種を単独で用いても良く、二種以上を混合して用いても良い。混合溶媒の場合は、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含む混合溶媒の組合せが好ましく、環状カーボネートが、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの
混合溶媒であることが、低温でも高いイオン電導度を発現でき、低温充電負荷特性が向上するという点で特に好ましい。
Any one of these non-aqueous solvents may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used. In the case of a mixed solvent, a combination of a mixed solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate is preferable, and the cyclic carbonate is a mixed solvent of ethylene carbonate and propylene carbonate. This is particularly preferable in that load characteristics are improved.
中でもプロピレンカーボネートが非水系溶媒全体に対し、2重量%以上80重量%以下の範囲が好ましく、5重量%以上70重量%以下の範囲がより好ましく、10重量%以上60重量%以下の範囲がさらに好ましい。プロピレンカーボネートの割合が上記より低いと低温でのイオン電導度が低下し、プロピレンカーボネートの割合が上記より高いと、負極に黒鉛系電極を用いた場合に、Liイオンに溶媒和したプロピレンカーボネートが黒鉛相間へ共挿入することにより黒鉛系負極活物質の層間剥離劣化が起こり、十分な容量が得られなくなる問題がある。 Among them, propylene carbonate is preferably in the range of 2% by weight to 80% by weight, more preferably in the range of 5% by weight to 70% by weight, and more preferably in the range of 10% by weight to 60% by weight with respect to the whole non-aqueous solvent. preferable. When the proportion of propylene carbonate is lower than the above, the ionic conductivity at low temperature decreases, and when the proportion of propylene carbonate is higher than the above, when a graphite-based electrode is used for the negative electrode, propylene carbonate solvated with Li ions is graphite. By co-inserting between the phases, delamination degradation of the graphite-based negative electrode active material occurs, and there is a problem that sufficient capacity cannot be obtained.
非水系電解液に使用されるリチウム塩も特に制限されず、この用途に用い得ることが知られている公知のリチウム塩の中から、適宜選択して用いることができる。例えば、LiCl、LiBrなどのハロゲン化物;LiClO4、LiBrO4、LiClO4などの過ハロゲン酸塩;LiPF6、LiBF4、LiAsF6などの無機フッ化物塩などの無機リチウム塩;LiCF3SO3、LiC4F9SO3などのパーフルオロアルカンスルホン酸塩;Liトリフルオロスルフォンイミド((CF3SO2)2NLi)などのパーフルオロアルカンスルホン酸イミド塩などの含フッ素有機リチウム塩などが挙げられ、この中でもLiClO4、LiPF6、LiBF4、が好ましい。
リチウム塩は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。非水系電解液中におけるリチウム塩の濃度は、通常0.5mol/L以上、2.0mol/L以下の範囲である。
The lithium salt used in the non-aqueous electrolytic solution is not particularly limited, and can be appropriately selected from known lithium salts that can be used for this purpose. For example, halides such as LiCl and LiBr; perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 and LiClO 4 ; inorganic lithium salts such as inorganic fluoride salts such as LiPF 6 , LiBF 4 and LiAsF 6 ; LiCF 3 SO 3 , Examples include perfluoroalkane sulfonates such as LiC 4 F 9 SO 3 ; fluorine-containing organic lithium salts such as perfluoroalkane sulfonic acid imide salts such as Li trifluorosulfonimide ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi), and the like. Of these, LiClO 4 , LiPF 6 , and LiBF 4 are preferable.
Lithium salts may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the lithium salt in the nonaqueous electrolytic solution is usually in the range of 0.5 mol / L or more and 2.0 mol / L or less.
また、上述の非水系電解液に有機高分子化合物を含ませ、ゲル状、ゴム状、或いは固体シート状にして電解質を使用する場合、有機高分子化合物の具体例としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物;ポリエーテル系高分子化合物の架橋体高分子;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニルアルコール系高分子化合物;ビニルアルコール系高分子化合物の不溶化物;ポリエピクロルヒドリン;ポリフォスファゼン;ポリシロキサン;ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリルなどのビニル系高分子化合物;ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート)、ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート−co−メチルメタクリレート)、ポリ(ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン)等のポリマー共重合体などが挙げられる。 In addition, when an organic polymer compound is included in the above non-aqueous electrolyte and the electrolyte is used in the form of a gel, rubber, or solid sheet, specific examples of the organic polymer compound include polyethylene oxide, polypropylene oxide. Polyether polymer compounds such as: cross-linked polymers of polyether polymer compounds; vinyl alcohol polymer compounds such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral; insolubilized vinyl alcohol polymer compounds; polyepichlorohydrin; polyphosphazene Polysiloxane; polyvinyl polymer compounds such as polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate and polyacrylonitrile; poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate), poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate-co-methyl); Methacrylate) and polymer copolymers such as poly (hexafluoropropylene-vinylidene fluoride).
上述の非水系電解液は、更に被膜形成剤を含んでいても良い。被膜形成剤の具体例としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチルカーボネート、メチルフェニルカーボネートなどのカーボネート化合物;エチレンサルファイド、プロピレンサルファイドなどのアルケンサルファイド;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトンなどのスルトン化合物;マレイン酸無水物、コハク酸無水物などの酸無水物などが挙げられる。
更に、ジフェニルエーテル、シクロヘキシルベンゼン等の過充電防止剤が添加されていても良い。上記添加剤を用いる場合、その含有量は通常10質量%以下、中でも8質量%以下、更には5質量%以下、特に2質量%以下の範囲が好ましい。上記添加剤の含有量が多過ぎると、初期不可逆容量の増加や低温特性、レート特性の低下等、他の電池特性に悪影響を及ぼすおそれがある。
The non-aqueous electrolyte solution described above may further contain a film forming agent. Specific examples of the film forming agent include carbonate compounds such as vinylene carbonate, vinylethyl carbonate, and methylphenyl carbonate; alkene sulfides such as ethylene sulfide and propylene sulfide; and sultone compounds such as 1,3-propane sultone and 1,4-butane sultone. And acid anhydrides such as maleic acid anhydride and succinic acid anhydride.
Furthermore, an overcharge inhibitor such as diphenyl ether or cyclohexylbenzene may be added. When the above additives are used, the content is usually 10% by mass or less, preferably 8% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 2% by mass or less. If the content of the additive is too large, other battery characteristics such as an increase in initial irreversible capacity, low temperature characteristics, and deterioration in rate characteristics may be adversely affected.
また、電解質として、リチウムイオン等のアルカリ金属カチオンの導電体である高分子固体電解質を用いることもできる。高分子固体電解質としては、前述のポリエーテル系高分子化合物にLiの塩を溶解させたものや、ポリエーテルの末端水酸基がアルコキシドに置換されているポリマーなどが挙げられる。
正極と負極との間には通常、電極間の短絡を防止するために、多孔膜や不織布などの多
孔性のセパレータを介在させる。この場合、非水系電解液は、多孔性のセパレータに含浸させて用いる。セパレータの材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエーテルスルホンなどが用いられ、好ましくはポリオレフィンである。
Further, as the electrolyte, a polymer solid electrolyte which is a conductor of an alkali metal cation such as lithium ion can be used. Examples of the polymer solid electrolyte include a polymer in which a salt of Li is dissolved in the aforementioned polyether polymer compound, and a polymer in which the terminal hydroxyl group of the polyether is substituted with an alkoxide.
In order to prevent a short circuit between the electrodes, a porous separator such as a porous film or a nonwoven fabric is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode. In this case, the nonaqueous electrolytic solution is used by impregnating a porous separator. As a material for the separator, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyethersulfone, and the like are used, and polyolefin is preferable.
本発明のリチウムイオン二次電池の形態は特に制限されない。例としては、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ等が挙げられる。また、これらの形態の電池を任意の外装ケースに収めることにより、コイン型、円筒型、角型等の任意の形状にして用いることができる。 The form of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited. Examples include a cylinder type in which a sheet electrode and a separator are spiral, a cylinder type having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a coin type in which a pellet electrode and a separator are stacked, and the like. In addition, by storing batteries of these forms in an optional outer case, the battery can be used in an arbitrary shape such as a coin shape, a cylindrical shape, or a square shape.
本発明のリチウムイオン二次電池を組み立てる手順も特に制限されず、電池の構造に応じて適切な手順で組み立てればよいが、例を挙げると、外装ケース上に負極を乗せ、その上に電解液とセパレータを設け、更に負極と対向するように正極を乗せて、ガスケット、封口板と共にかしめて電池にすることができる。 The procedure for assembling the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be assembled by an appropriate procedure according to the structure of the battery. For example, the negative electrode is placed on the outer case, and the electrolytic solution is placed thereon. A separator is provided, and a positive electrode is placed so as to face the negative electrode, and it is caulked together with a gasket and a sealing plate to form a battery.
<電池の性能>
上述のように作製した電池は以下の様な性能を示すものである。
放電Cレート特性は1Cでの放電容量/0.2Cでの放電容量が好ましくは、85%以上、より好ましくは88%以上、さらに好ましくは90%以上である。放電Cレートが悪い場合、短時間で電池から取り出せるエネルギーが少ないことを示す。
サイクル維持率は、通常70%以上、好ましくは75%以上、より好ましくは80%以上である。サイクル維持率が低すぎると、充放電を繰り返し、長い期間使用するような用途へ適さない。ここでサイクル維持率とは、1サイクル目の放電容量に対する、200サイクル目の放電容量のことを表す。
<Battery performance>
The battery produced as described above exhibits the following performance.
As for the discharge C rate characteristic, the discharge capacity at 1 C / discharge capacity at 0.2 C is preferably 85% or more, more preferably 88% or more, and still more preferably 90% or more. If the discharge C rate is poor, it indicates that there is little energy that can be taken out of the battery in a short time.
The cycle maintenance ratio is usually 70% or more, preferably 75% or more, more preferably 80% or more. If the cycle maintenance ratio is too low, it is not suitable for applications in which charging and discharging are repeated and used for a long period of time. Here, the cycle maintenance ratio represents the discharge capacity at the 200th cycle relative to the discharge capacity at the first cycle.
次に実施例により本発明の具体的態様を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。 EXAMPLES Next, specific embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
<測定方法>
(1)体積基準平均粒径(d50)
粒径の測定方法は、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート(例として、ツィーン20(登録商標))の0.2質量%水溶液10mLに、炭素材0.01gを懸濁させ、市販のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置「HORIBA製LA−920」に導入し、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、測定装置における体積基準のメジアン径として測定したものを、本発明における体積基準平均粒径d50と定義する。
<Measurement method>
(1) Volume-based average particle diameter (d50)
The particle diameter is measured by suspending 0.01 g of a carbon material in 10 mL of a 0.2% by mass aqueous solution of polyoxyethylene sorbitan monolaurate (for example, Tween 20 (registered trademark)) as a surfactant. What was measured as a volume-based median diameter in a measuring apparatus after being introduced into a commercially available laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus “LA-920 made by HORIBA” and irradiated with an ultrasonic wave at 28 kHz for 1 minute, It is defined as a volume-based average particle diameter d50 in the present invention.
(2)BET比表面積(SA)
BET比表面積の測定方法は、例えば大倉理研社製比表面積測定装置「AMS8000」を用いて、窒素ガス吸着流通法によりBET1点法にて測定する。具体的には、試料(炭素材)0.4gをセルに充填し、350℃に加熱して前処理を行った後、液体窒素温度まで冷却して、窒素30%、He70%のガスを飽和吸着させ、その後室温まで加熱して脱着したガス量を計測し、得られた結果から、通常のBET法により比表面積を算出した。
(2) BET specific surface area (SA)
The BET specific surface area is measured by, for example, using a specific surface area measuring device “AMS8000” manufactured by Okura Riken Co., Ltd., by the nitrogen gas adsorption flow method, using the BET one-point method. Specifically, 0.4 g of sample (carbon material) is filled in a cell, heated to 350 ° C., pretreated, cooled to liquid nitrogen temperature, and saturated with 30% nitrogen and 70% He gas. The amount of gas adsorbed and then heated to room temperature and desorbed was measured, and the specific surface area was calculated from the obtained results by a normal BET method.
<実施例1>
・負極用炭素材の作成
炭素材(A)として、平均粒径(d50)とBET比表面積が表1に記載の球形化天然黒鉛を用いた。これを炭素材A1とする。
炭素材(c)として平均粒径(d50)とBET比表面積が表1に記載の球形化天然黒鉛を用い、上記球形化天然黒鉛とバインダーピッチとを、100:20の質量比で混合し、ニーダーに投入して20分間捏合した。得られた混合物を不活性ガス中で700℃、2時間、更に1000℃で1時間の熱処理し、球形化天然炭素材表面に異なる結晶性を有する炭素質物(d)が被覆した複合炭素材(B1)を得た。得られた負極用炭素材の粉体物性を表1に示す。
<Example 1>
-Preparation of carbon material for negative electrode As the carbon material (A), spheroidized natural graphite having an average particle diameter (d50) and a BET specific surface area shown in Table 1 was used. This is designated as carbon material A1.
Using the spheroidized natural graphite having an average particle diameter (d50) and a BET specific surface area described in Table 1 as the carbon material (c), the spheroidized natural graphite and the binder pitch are mixed at a mass ratio of 100: 20, It was put into a kneader and mixed for 20 minutes. The obtained mixture was heat-treated in an inert gas at 700 ° C. for 2 hours and further at 1000 ° C. for 1 hour, and a composite carbon material (d) coated with a carbonaceous material (d) having different crystallinity on the surface of a spheroidized natural carbon material ( B1) was obtained. Table 1 shows the powder physical properties of the obtained carbon material for a negative electrode.
炭素材(f)として平均粒径(d50)とBET比表面積が表1に記載の鱗片状天然黒鉛に、炭素質粒子(h)としてカーボンブラック(一次粒子径=40nm、BET比表面積(SA)=62m2/g)を2質量%添加し、チョッパーによるカーボンブラック凝集体の解砕機構とシャベルの回転による粉体の混合攪拌機構を有する回転式ミキサーにより、チョッパー回転数3000rpmで20分攪拌した。その混合粉体とバインダーピッチとを、100:20の質量比で混合した。得られた混合物を不活性ガス中で700℃、2時間、更に1000℃で1時間の熱処理し、炭素材粒子の表面にカーボンブラック微粒子と炭素質物(g)とが複合化された球状の複合粒子(E1)を得た。得られた負極用炭素材の粉体物性を表1に示す。 The carbon material (f) has an average particle size (d50) and a BET specific surface area of scale-like natural graphite as shown in Table 1. Carbonaceous particles (h) have carbon black (primary particle size = 40 nm, BET specific surface area (SA). = 62 m 2 / g) was added, and the mixture was stirred at a chopper rotation speed of 3000 rpm for 20 minutes by a rotary mixer having a crushing mechanism of carbon black aggregates by a chopper and a powder mixing and stirring mechanism by rotation of a shovel. . The mixed powder and binder pitch were mixed at a mass ratio of 100: 20. The resulting mixture was heat-treated in an inert gas at 700 ° C. for 2 hours and further at 1000 ° C. for 1 hour, and a spherical composite in which carbon black fine particles and carbonaceous material (g) were composited on the surface of the carbon material particles. Particles (E1) were obtained. Table 1 shows the powder physical properties of the obtained carbon material for a negative electrode.
複合炭素材(A1):複合炭素材(B1):複合炭素材(E1)=60:30:10となるように秤量し、双子円筒型混合機を用いて20分間混合し負極用炭素材を得た。得られた炭素材の粉体物性を表2に示す。 Composite carbon material (A1): Composite carbon material (B1): Composite carbon material (E1) = 60: 30: 10 Weighed and mixed for 20 minutes using a twin-cylinder mixer. Obtained. Table 2 shows the powder physical properties of the obtained carbon material.
・負極の作製
実施例1の負極用炭素材に導電助剤10%を添加したものを負極活物質とし、この負極活物質98質量%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1質量%、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40質量%)1質量%を加え、2軸混練で混合してスラリー化した。得られたスラリーを10μmの圧延銅箔に片面塗布して乾燥し、プレス機で圧延したものを、活物質層のサイズとして幅32mm、長さ42mm及び集電部タブ溶接部として未塗工部を有する形状に切り出し、負極とした。この時の負極の活物質の密度は1.75g/cm3であった。
-Production of negative electrode A carbon material for a negative electrode of Example 1 with 10% of a conductive additive added was used as a negative electrode active material. To 98% by mass of the negative electrode active material, 1 mass of sodium carboxymethylcellulose was added as a thickener and a binder, respectively. % And an aqueous dispersion of styrene-butadiene rubber (concentration of styrene-butadiene rubber: 40% by mass) were added and mixed by biaxial kneading to form a slurry. The obtained slurry was applied on one side to a 10 μm rolled copper foil, dried, and rolled with a press. The active material layer size was 32 mm in width, 42 mm in length, and the uncoated part as a current collector tab welded part. It cut out in the shape which has and was set as the negative electrode. At this time, the density of the active material of the negative electrode was 1.75 g / cm 3 .
・正極の作製
正極活物質は、以下に示す方法で合成したリチウム遷移金属複合酸化物であり、組成式LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2で表される。マンガン原料としてMn3O4、ニッケル原料としてNiO、及びコバルト原料としてCo(OH)2を、Mn:Ni:Co=1:1:1のモル比となるように秤量し、これに純水を加えてスラリーとし、攪拌しながら、循環式媒体攪拌湿式ビーズミルを用いて、スラリー中の固形分を、体積基準平均粒径d50が0.2μmになるように湿式粉砕した。
-Production of positive electrode The positive electrode active material is a lithium transition metal composite oxide synthesized by the method described below, and is represented by the composition formula LiMn 0.33 Ni 0.33 Co 0.33 O 2 . Mn 3 O 4 as a manganese raw material, NiO as a nickel raw material, and Co (OH) 2 as a cobalt raw material are weighed so as to have a molar ratio of Mn: Ni: Co = 1: 1: 1, and pure water is added thereto. In addition, a slurry was added, and while stirring, the solid content in the slurry was wet-ground using a circulating medium stirring wet bead mill so that the volume-based average particle diameter d50 was 0.2 μm.
得られたスラリーをスプレードライヤーにより噴霧乾燥し、マンガン原料、ニッケル原料、コバルト原料のみからなる、粒径約5μmのほぼ球状の造粒粒子を得た。得られた造粒粒子に、体積基準平均粒径d50が3μmのLiOH粉末を、Mn、Ni、及びCoの合計モル数に対するLiのモル数の比が1.05となるように添加し、ハイスピードミキサーにて混合して、ニッケル原料、コバルト原料、マンガン原料の造粒粒子とリチウム原料との混合粉を得た。この混合粉を空気流通下、950℃で12時間焼成(昇降温度5℃/min)した後、解砕し、目開き45μmの篩を通し、正極活物質を得た。この正極活物質のBET比表面積は1m2/g、平均一次粒子径は1μm、体積基準平均粒径d50は8μm、タップ密度は1.7g/cm3であった。 The obtained slurry was spray-dried with a spray drier to obtain substantially spherical granulated particles having a particle size of about 5 μm and consisting only of manganese raw material, nickel raw material and cobalt raw material. To the obtained granulated particles, LiOH powder having a volume-based average particle diameter d50 of 3 μm was added so that the ratio of the number of moles of Li to the total number of moles of Mn, Ni, and Co was 1.05. Mixing with a speed mixer gave a mixed powder of nickel raw material, cobalt raw material, granulated particles of manganese raw material and lithium raw material. This mixed powder was calcined at 950 ° C. for 12 hours under air flow (climbing temperature 5 ° C./min), then crushed and passed through a sieve having an opening of 45 μm to obtain a positive electrode active material. The positive electrode active material had a BET specific surface area of 1 m 2 / g, an average primary particle size of 1 μm, a volume-based average particle size d50 of 8 μm, and a tap density of 1.7 g / cm 3 .
上述の正極活物質を90質量%と、導電材としてのアセチレンブラック7質量%と、結
着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)3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15μmのアルミ箔に塗布して乾燥し、プレス機で厚さ100μmに圧延したものを、正極活物質層のサイズとして幅30mm、長さ40mm及び集電用の未塗工部を有する形状に切り出し正極とした。正極活物質層の密度は2.6g/cm3であった。
90% by mass of the positive electrode active material described above, 7% by mass of acetylene black as a conductive material, and 3% by mass of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed in an N-methylpyrrolidone solvent, Slurried. The obtained slurry was applied to a 15 μm aluminum foil, dried, and rolled to a thickness of 100 μm with a press machine. The positive electrode active material layer had a width of 30 mm, a length of 40 mm, and an uncoated part for current collection. It was cut out into a shape having a positive electrode. The density of the positive electrode active material layer was 2.6 g / cm 3 .
・電解液の調製
不活性雰囲気下でエチレンカーボネート(EC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の混合物(体積比3:7)に、1mol/Lの濃度で、十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。さらに、その電解液にビニレンカーボネート(VC)を1質量%添加したものを用いた。
Preparation of electrolyte solution Lithium hexafluorophosphate (1 mol / L) sufficiently dried at a concentration of 1 mol / L in a mixture (volume ratio 3: 7) of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) under an inert atmosphere LiPF 6 ) was dissolved. Furthermore, what added 1 mass% of vinylene carbonate (VC) to the electrolyte solution was used.
・電池の作製
正極1枚と負極1枚は活物質面が対峙するように配置し、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)が挟まれるようにした。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に集電タブを溶接し、電極体としたものをポリプロピレンフィルム、厚さ0.04mmのアルミニウム箔、及びナイロンフィルムをこの順に積層したラミネートシート(合計厚さ0.1mm)を用い、内面側にポリプロピレンフィルムがくるようにしてラミネートシートではさみ、電解液を注入するための一片を除いて、電極のない領域をヒートシールした。その後、活物質層に前記非水電解液を200μL注入して、電極に充分浸透させ、密閉して、ラミネートセルを作製した。この電池の定格容量は、40mAhである。
-Production of Battery One positive electrode and one negative electrode were arranged so that the active material surfaces face each other, and a porous polyethylene sheet separator (thickness 25 μm) was sandwiched between the electrodes. At this time, the positive electrode active material surface was faced so as not to deviate from the negative electrode active material surface. A current collector tab is welded to the uncoated portion of each of the positive electrode and the negative electrode to form an electrode body, and a laminate sheet (total thickness) in which a polypropylene film, an aluminum foil having a thickness of 0.04 mm, and a nylon film are laminated in this order. 0.1 mm) was sandwiched with a laminate sheet so that the polypropylene film was on the inner surface side, and the area without electrodes was heat-sealed except for one piece for injecting the electrolyte solution. Thereafter, 200 μL of the non-aqueous electrolyte was injected into the active material layer, sufficiently infiltrated into the electrode, and sealed to prepare a laminate cell. The rated capacity of this battery is 40 mAh.
25℃環境下で、電圧範囲4.35〜3.0V、電流値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)にて初期コンディショニングを行った。さらに、60℃でエージングを行った後、3.0Vまで放電を行った。 Initially in a voltage range of 4.35 to 3.0 V and a current value of 0.2 C in a 25 ° C. environment (the rated capacity due to the discharge capacity at 1 hour rate is 1 C, and the same applies hereinafter). Conditioning was performed. Furthermore, after performing aging at 60 degreeC, it discharged to 3.0V.
(放電Cレート特性)
以下の方法で各Cレートにおける放電容量を確認した。0.5Cにて、4.35Vまで充電した後、0.2Cで放電し、その際の放電容量を求めた。次に、0.5Cで再度充電し、1Cで放電、放電容量を求めた。以下の式を用いて、Cレート特性測定を行った。測定結果を表2に示す。
(式)Cレート特性=1Cでの放電容量/0.2Cでの放電容量
(Discharge C rate characteristics)
The discharge capacity at each C rate was confirmed by the following method. After charging to 4.35 V at 0.5 C, the battery was discharged at 0.2 C, and the discharge capacity at that time was determined. Next, the battery was charged again at 0.5C, and discharged and discharged at 1C. C rate characteristics were measured using the following formula. The measurement results are shown in Table 2.
(Expression) C rate characteristic = discharge capacity at 1 C / discharge capacity at 0.2 C
(サイクル維持率測定)
1サイクル目の放電容量を基準とし、50サイクル目の放電容量から次式にしたがってサイクル維持率を算出した。
サイクル維持率(%)=50サイクル目の放電容量/1サイクル目の放電容量×100
(Cycle maintenance rate measurement)
Using the discharge capacity at the first cycle as a reference, the cycle maintenance factor was calculated from the discharge capacity at the 50th cycle according to the following equation.
Cycle retention ratio (%) = 50th cycle discharge capacity / first cycle discharge capacity × 100
<実施例2>
炭素質粒子(h)のカーボンブラックの添加量を0.2%とした以外は実施例1と同様の方法で負極用炭素材(E2)を得た。得られた炭素材の粉体物性を表1に示す。複合炭素材(A1):複合炭素材(B1):複合炭素材(E2)=60:30:10となるように秤量し、双子円筒型混合機を用いて20分間混合し負極用炭素材を得た。得られた炭素材の粉体物性・放電Cレート特性を表2に示す。
<Example 2>
A negative electrode carbon material (E2) was obtained in the same manner as in Example 1 except that the amount of carbon black added to the carbonaceous particles (h) was 0.2%. Table 1 shows the powder physical properties of the obtained carbon material. Composite carbon material (A1): Composite carbon material (B1): Composite carbon material (E2) = 60: 30: 10 Weighed and mixed for 20 minutes using a twin-cylinder mixer. Obtained. Table 2 shows the powder physical properties and discharge C rate characteristics of the obtained carbon material.
<比較例1>
複合炭素材(A1):複合炭素材(B1)=90:10となるように混合した以外は実施例1と同様の方法で負極用炭素材を得た。得られた炭素材の粉体物性・放電Cレート特
性を表2に示す。
<Comparative Example 1>
Composite carbon material (A1): Carbon material for negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except that the composite carbon material (B1) was mixed so as to be 90:10. Table 2 shows the powder physical properties and discharge C rate characteristics of the obtained carbon material.
<比較例2>
複合炭素材(A1):複合炭素材(B1)=70:30となるように混合した以外は実施例1と同様の方法で負極用炭素材を得た。得られた炭素材の粉体物性・放電Cレート特性を表2に示す。
<Comparative example 2>
Composite carbon material (A1): Carbon material for negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except for mixing so that composite carbon material (B1) = 70: 30. Table 2 shows the powder physical properties and discharge C rate characteristics of the obtained carbon material.
<比較例3>
複合炭素材(A1):複合炭素材(B1)=50:50となるように混合した以外は実施例1と同様の方法で負極用炭素材を得た。得られた炭素材の粉体物性・放電Cレート特性を表2に示す。
<Comparative Example 3>
Composite carbon material (A1): Carbon material for negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1 except for mixing so that composite carbon material (B1) = 50: 50. Table 2 shows the powder physical properties and discharge C rate characteristics of the obtained carbon material.
表2より、炭素材(A)、複合炭素材(B)、および複合炭素材(E)を混合した材料は、放電Cレート特性とサイクル維持率とが高いことが確認される。 From Table 2, it is confirmed that the material obtained by mixing the carbon material (A), the composite carbon material (B), and the composite carbon material (E) has high discharge C rate characteristics and cycle retention.
本発明の負極用炭素材を非水系二次電池用として用いることにより、高容量、且つサイクル特性の良好な非水系二次電池用負極用炭素材を提供することができる。 By using the carbon material for a negative electrode of the present invention for a non-aqueous secondary battery, a carbon material for a negative electrode for a non-aqueous secondary battery having a high capacity and good cycle characteristics can be provided.
Claims (5)
極用炭素材であって、上記炭素材(A)は、天然黒鉛である黒鉛粒子であり、上記複合炭
素材(B)は、天然黒鉛である炭素材(c)に対して、少なくとも炭素質物(d)を複合
化した粒子であり、かつ、アスペクト比が1.0以上4.0未満であり、上記複合炭素材
(E)は、炭素材(f)と炭素質物(g)と炭素質粒子(h)を複合化した粒子であり、
アスペクト比が4.0以上であり、かつ、炭素材(A)と複合炭素材(B)の総量に対す
る炭素材(A)の混合割合が5質量%以上95質量%以下であり、かつ炭素材(A)と複
合炭素材(B)と複合炭素材(E)の総量に対する複合炭素材(E)の混合割合が5質量
%以上95質量%以下であることを特徴とする非水系二次電池負極用炭素材。 Carbon material (A), a composite carbon material (B) and a nonaqueous secondary battery negative electrode carbon material containing a composite carbon material (E), the carbon material (A) is black lead particles natural graphite , and the above-mentioned composite carbon material (B), relative to a natural graphite carbon material (c), a particle complexed at least carbonaceous material (d), and an aspect ratio of 1.0 or higher 4. The composite carbon material (E) is a particle obtained by combining the carbon material (f), the carbonaceous material (g), and the carbonaceous particles (h) .
And the aspect ratio of 4.0 or more, and, against the total amount of carbon material (A) and the composite carbon material (B)
The mixing ratio of the carbon material (A) is 5% by mass or more and 95% by mass or less, and the carbon material (A) is mixed with the carbon material (A).
The mixing ratio of the composite carbon material (E) to the total amount of the composite carbon material (B) and the composite carbon material (E) is 5 mass.
% To 95% by mass of a carbon material for a non-aqueous secondary battery negative electrode.
1に記載の非水系二次電池負極用炭素材。 The carbon material for a nonaqueous secondary battery negative electrode according to claim 1, wherein at least the aspect ratio of the carbon material (A) is 1 or more and 4 or less.
電池負極用炭素材。 Nonaqueous secondary battery negative electrode carbon material according to claim 1 or 2, characterized in that charcoal material (f) is a natural graphite.
1項に記載の非水系二次電池負極用炭素材。 The carbon material for a nonaqueous secondary battery negative electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the carbonaceous particles (h) are carbon black.
と、前記集電体上に形成された活物質層とを備えると共に、前記活物質層が請求項1乃至
4の何れか1項に記載の非水系二次電池負極用炭素材を含有することを特徴とする非水系
二次電池。 A non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the negative electrode includes a current collector and an active material layer formed on the current collector, and the active material layer is claimed. Item 5. A nonaqueous secondary battery comprising the carbon material for a nonaqueous secondary battery negative electrode according to any one of Items 1 to 4.
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