JP6733248B2 - Method for producing composite active material for lithium secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム二次電池用複合活物質の製造方法に関する。 The present invention relates to a method for producing a composite active material for lithium secondary batteries.

電子材料の小型軽量化、および、HEVまたはEVの開発の進展に伴い、大容量、高速充放電特性、良好なサイクル特性、かつ安全性に優れた電池の開発の要望は益々増大している。なかでも、リチウムイオン二次電池(リチウム二次電池)が最も有望な電池として注目されている。 Along with the reduction in size and weight of electronic materials and the progress of development of HEVs or EVs, there is an increasing demand for the development of batteries having large capacity, high-speed charge/discharge characteristics, good cycle characteristics, and excellent safety. Among them, a lithium ion secondary battery (lithium secondary battery) is drawing attention as the most promising battery.

しかしながら、優れた性能を示すリチウム二次電池が開発される前提として、各種性能に優れた負極材料、正極材料、電解液、セパレータ、または集電体などが開発され、且つ、それらの特性を十分に生した電池設計がなされなくてはならない。 However, as a prerequisite for developing a lithium secondary battery exhibiting excellent performance, a negative electrode material, a positive electrode material, an electrolytic solution, a separator, a current collector, etc. having excellent various performances have been developed, and sufficient characteristics thereof have been developed. It is necessary to design the battery based on the above.

なかでも、負極材料は基本的な電池特性を決定するものであるため、特性がより優れる材料の開発が活発に行われている。 In particular, since the negative electrode material determines the basic battery characteristics, the development of materials having better characteristics is being actively conducted.

例えば、特許文献1では、大充放電容量、高速充放電特性、および良好なサイクル特性を併せ持ったリチウム二次電池の作製が可能なリチウム二次電池用複合活物質の製造方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method for producing a composite active material for a lithium secondary battery, which is capable of producing a lithium secondary battery having a large charge/discharge capacity, high-speed charge/discharge characteristics, and good cycle characteristics. ..

特許第5227483号公報Japanese Patent No. 5227483

一方、近年、環境保全の点や、作業環境の安全性の点から、有機溶媒の使用を控えることが求められている。言い換えれば、溶媒として水の利用が求められている。 On the other hand, in recent years, from the viewpoint of environmental protection and the safety of working environment, it has been required to refrain from using an organic solvent. In other words, the use of water as a solvent is required.

特許文献1の実施例欄を参照すると、リチウム二次電池用複合活物質を製造する手順において、金属Siと膨張黒鉛とを混合する際の溶媒としてエタノールが使用されており、必ずしも昨今の要望を満たしていない。 With reference to the Example section of Patent Document 1, ethanol is used as a solvent when mixing metal Si and expanded graphite in a procedure for producing a composite active material for a lithium secondary battery, and it is not always necessary to meet recent demands. not filled.

また、本発明者らは、エタノールの代わりに水を使用したところ、得られるリチウムニ次電池用複合活物質の性能、特に、サイクル特性が昨今の要求レベルを満たしていないことを知見した。 Further, the present inventors have found that when water is used instead of ethanol, the performance of the obtained composite active material for a lithium secondary battery, particularly the cycle characteristics, does not satisfy the recent required level.

本発明は、上記実情に鑑みて、製造工程において溶媒として水を使用可能であり、かつ、優れたサイクル特性を示すリチウム二次電池の作製が可能なリチウム二次電池用複合活物質の製造方法を提供することを課題とする。 In view of the above-mentioned circumstances, the present invention is a method for producing a composite active material for a lithium secondary battery, in which water can be used as a solvent in the production process, and a lithium secondary battery exhibiting excellent cycle characteristics can be produced. The challenge is to provide.

本発明者らは、従来技術について鋭意検討を行った結果、水溶性結着剤を用いることにより、所望の特性を示すリチウム二次電池用複合活物質が得られることを見出した。 As a result of intensive studies on the prior art, the present inventors have found that a composite active material for lithium secondary batteries exhibiting desired characteristics can be obtained by using a water-soluble binder.

つまり、本発明者らは、以下の構成によって上記課題を解決できることを見出した。
(1) 黒鉛、および、リチウムイオンと化合可能な電池活物質を少なくとも含有する混合物を得る混合物生成工程と、
混合物に球形化処理を施す球形化工程と、
球形化処理を経て得られた生成物に対して焼成処理を施す焼成工程とを有し、
以下の要件1〜要件3の少なくとも1つを満たす、リチウム二次電池用複合活物質の製造方法。
要件1:混合物生成工程が、黒鉛、リチウムイオンと化合可能な電池活物質、および、水溶性結着剤を水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して、黒鉛、リチウムイオンと化合可能な電池活物質、および、水溶性結着剤を含む混合物を得る工程である。
要件2:球形化工程と前記焼成工程との間に、球形化工程で得られた生成物と水溶性結着剤とを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して固形物を回収する混合工程をさらに有し、焼成工程にて固形物に対して焼成処理が施される。
要件3:焼成工程後に、焼成工程で得られた焼成物と水溶性結着剤とを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して固形物を回収し、固形物に対して焼成処理を施す混合焼成工程をさらに有する。
(2) 水溶性結着剤が、多価アルコールを含む、(1)に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。
(3) 水溶性結着剤が、糖類、グリセリン類、および、ポリアルキレングリコール類からなる群から選択される1種を含む、(1)または(2)に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。
(4) 水溶性結着剤が、グルコース、フルクトース、ガラクトース、スクロース、マルトース、ラクトース、デンプン、セルロース、グリコーゲン、アルギン酸、ぺクチン、グリセリン、ジグリセリン、ポリエチレングリコール、または、これらのエステル誘導体、または、これらとアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属との塩を含む、(1)〜(3)のいずれかに記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。
(5) 黒鉛が膨張黒鉛である、(1)〜(4)のいずれかに記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。
(6) リチウムイオンと化合可能な電池活物質が、周期表の13族の元素、周期表の14族の元素、周期表の15族の元素、マグネシウム、および、マンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する、(1)〜(5)のいずれかに記載のリチウムニ次電池用複合活物質の製造方法。
(7) リチウムイオンと化合可能な電池活物質の平均粒子径が1μm以下である、(1)〜(6)のいずれかに記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。
That is, the present inventors have found that the above problems can be solved by the following configurations.
(1) A mixture forming step of obtaining a mixture containing at least graphite and a battery active material capable of being combined with lithium ions,
A spheronization step of subjecting the mixture to a spheronization treatment,
And a firing step of subjecting the product obtained through the spheronization treatment to a firing treatment,
The manufacturing method of the composite active material for lithium secondary batteries which satisfy|fills at least 1 of the following requirements 1-3.
Requirement 1: In the mixture forming step, graphite, a battery active material that can be combined with lithium ions, and a water-soluble binder are mixed in water, and water is removed from the obtained aqueous dispersion to obtain graphite and lithium. It is a step of obtaining a mixture containing a battery active material that can be combined with ions and a water-soluble binder.
Requirement 2: Between the sphering step and the calcination step, the product obtained in the sphering step and a water-soluble binder are mixed in water, and water is removed from the resulting aqueous dispersion. The method further includes a mixing step of collecting the solid matter, and the solid matter is baked in the firing step.
Requirement 3: After the firing step, the fired product obtained in the firing step and a water-soluble binder are mixed in water, and water is removed from the obtained aqueous dispersion to recover a solid, which is then converted into a solid. It further has a mixed firing step of performing firing treatment.
(2) The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to (1), wherein the water-soluble binder contains a polyhydric alcohol.
(3) The composite active material for a lithium secondary battery according to (1) or (2), wherein the water-soluble binder contains one kind selected from the group consisting of sugars, glycerins, and polyalkylene glycols. Method of manufacturing substance.
(4) The water-soluble binder is glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose, lactose, starch, cellulose, glycogen, alginic acid, pectin, glycerin, diglycerin, polyethylene glycol, or an ester derivative thereof, or The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to any one of (1) to (3), which contains a salt of these and an alkali metal or an alkaline earth metal.
(5) The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to any one of (1) to (4), wherein the graphite is expanded graphite.
(6) At least the battery active material that can be combined with lithium ions is selected from the group consisting of elements of Group 13 of the periodic table, elements of Group 14 of the periodic table, elements of Group 15 of the periodic table, magnesium, and manganese. The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to any one of (1) to (5), which contains one element.
(7) The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to any one of (1) to (6), wherein the battery active material that can be combined with lithium ions has an average particle diameter of 1 μm or less.

本発明によれば、製造工程において溶媒として水を使用可能であり、かつ、優れたサイクル特性を示すリチウム二次電池の作製が可能なリチウム二次電池用複合活物質の製造方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to use water as a solvent in a manufacturing process, and to provide a method for manufacturing a composite active material for a lithium secondary battery, capable of manufacturing a lithium secondary battery exhibiting excellent cycle characteristics. You can

以下に、本発明のリチウム二次電池用複合活物質(以後、単に複合活物質とも称する)の製造方法について詳述する。 The method for producing the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention (hereinafter also simply referred to as composite active material) will be described in detail below.

なお、複合活物質の製造方法としては、所定の工程を有すると共に、以下の要件1〜要件3の少なくとも1つを満たす。
要件1:混合物生成工程が、黒鉛、リチウムイオンと化合可能な電池活物質、および、水溶性結着剤を水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して、黒鉛、リチウムイオンと化合可能な電池活物質、および、水溶性結着剤を含む混合物を得る工程である。
要件2:球形化工程と焼成工程との間に、球形化工程で得られた生成物と水溶性結着剤とを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して固形物を回収する混合工程をさらに有し、焼成工程にて固形物に対して焼成処理が施される。
要件3:焼成工程後に、焼成工程で得られた焼成物と水溶性結着剤とを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して固形物を回収し、固形物に対して焼成処理を施す混合焼成工程をさらに有する。
In addition, as a manufacturing method of a composite active material, it has a predetermined process and satisfy|fills at least one of the following requirements 1-3.
Requirement 1: In the mixture forming step, graphite, a battery active material that can be combined with lithium ions, and a water-soluble binder are mixed in water, and water is removed from the obtained aqueous dispersion to obtain graphite and lithium. It is a step of obtaining a mixture containing a battery active material that can be combined with ions and a water-soluble binder.
Requirement 2: Between the sphering process and the calcination process, the product obtained in the sphering process and the water-soluble binder are mixed in water, and water is removed from the resulting aqueous dispersion to obtain a solid. The method further includes a mixing step of collecting the substance, and the solid material is subjected to a firing treatment in the firing step.
Requirement 3: After the firing step, the fired product obtained in the firing step and a water-soluble binder are mixed in water, and water is removed from the obtained aqueous dispersion to recover a solid, which is then converted into a solid. It further has a mixed firing step of performing firing treatment.

上記要件1〜要件3に示すように、水溶性結着剤を用いることにより、水溶媒を用いて製造した際にも優れた特性を示す複合活物質が得られることを知見している。 As shown in the above requirements 1 to 3, it has been found that by using a water-soluble binder, a composite active material exhibiting excellent properties can be obtained even when produced using an aqueous solvent.

以下では、要件1を満たす態様を第1実施態様、要件2を満たす態様を第2実施態様、要件3を満たす態様を第3実施態様として、それぞれ詳述する。
<<第1実施態様>>
本発明の複合活物質の製造方法の第1実施態様としては、所定の成分を混合して混合物を得る混合物生成工程と、混合物に球形化処理を施す球形化工程と、得られた生成物に対して焼成処理を施す焼成工程と、を有する方法が挙げられる。なお、第1実施態様における混合物生成工程は、上記要件1を満たす工程である。
In the following, a mode satisfying requirement 1 will be described as a first embodiment, a mode satisfying requirement 2 will be described as a second embodiment, and a mode satisfying requirement 3 will be described as a third embodiment.
<<First Embodiment>>
As a first embodiment of the method for producing a composite active material of the present invention, a mixture forming step of obtaining a mixture by mixing predetermined components, a spheroidizing step of subjecting the mixture to a spheroidizing treatment, and the obtained product On the other hand, a method including a firing step of performing a firing treatment. The mixture generation step in the first embodiment is a step that satisfies the above requirement 1.

以下、各工程の手順について詳述する。
<混合物生成工程>
本工程は、黒鉛、リチウムイオンと化合可能な電池活物質(以後、単に「電池活物質」とも称する)、および、水溶性結着剤を水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して、黒鉛、リチウムイオンと化合可能な電池活物質、および、水溶性結着剤を含む混合物を得る工程である。
Hereinafter, the procedure of each step will be described in detail.
<Mixture generation process>
In this step, graphite, a battery active material that can be combined with lithium ions (hereinafter also simply referred to as “battery active material”), and a water-soluble binder are mixed in water, and the resulting aqueous dispersion is mixed with water. Is a step of removing graphite to obtain a mixture containing graphite, a battery active material capable of combining with lithium ions, and a water-soluble binder.

以下では、まず、本工程で使用される成分について詳述し、その後、工程の手順について詳述する。
(黒鉛)
本工程で使用される黒鉛の比表面積は、10m/g以上が好ましい。上記範囲内であれば、高表面積(好ましくは、厚みの薄い)の黒鉛表面に高度に電池活物質が分散した複合活物質が得られる。その結果として、複合活物質を用いた電池材料は、優れたサイクル特性を示す。
In the following, first, the components used in this step will be described in detail, and then the procedure of the step will be described in detail.
(graphite)
The specific surface area of the graphite used in this step is preferably 10 m 2 /g or more. Within the above range, a composite active material in which a battery active material is highly dispersed on a graphite surface having a high surface area (preferably, a thin thickness) can be obtained. As a result, the battery material using the composite active material exhibits excellent cycle characteristics.

なかでも、本発明の製造方法にて得られる複合活物質を用いたリチウム二次電池のサイクル特性がより優れる点(以後、単に「本発明の効果がより優れる点」とも称する)で、比表面積は20m/g以上がさらに好ましく、30m/g以上が特に好ましい。上限は特に制限されないが、製造の手順が煩雑となり、合成が困難な点で、比表面積は200m/g以下が好ましい。 Among them, the specific surface area of the lithium secondary battery using the composite active material obtained by the production method of the present invention is more excellent in cycle characteristics (hereinafter, also simply referred to as “the effect of the present invention is more excellent”). Is more preferably 20 m 2 /g or more, particularly preferably 30 m 2 /g or more. The upper limit is not particularly limited, but the specific surface area is preferably 200 m 2 /g or less from the viewpoint that the manufacturing procedure becomes complicated and synthesis is difficult.

なお、黒鉛の比表面積は、窒素吸着によるBET法(JIS Z 8830、一点法)を用いて測定したものである。 The specific surface area of graphite is measured by the BET method by nitrogen adsorption (JIS Z 8830, one-point method).

黒鉛中においては、例えば、黒鉛面を重ねる方向でグラフェンシートが複数枚重なった層が含まれており、グラフェンシートは主にファンデルワールス力によって互いに結合している態様が挙げられる。 The graphite includes, for example, a layer in which a plurality of graphene sheets are stacked in the direction in which the graphite surfaces are stacked, and the graphene sheets are bonded to each other mainly by Van der Waals force.

上記の黒鉛中に含まれる積層したグラフェンシートの層の平均厚みは、本発明の効果がより優れる点で、40nm以下が好ましく、22nm以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、製造手順が煩雑になることから、通常、4nm以上である場合が多い。 The average thickness of the layer of the laminated graphene sheets contained in the above graphite is preferably 40 nm or less, more preferably 22 nm or less, from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent. The lower limit is not particularly limited, but is usually 4 nm or more in many cases because the manufacturing procedure becomes complicated.

なお、上記平均厚みの測定方法としては、電子顕微鏡観察(TEM)によって黒鉛を観察し、黒鉛中の積層したグラフェンシートの層の厚みを10個以上測定して、その値を算術平均することによって、平均厚みが得られる。 In addition, as a method of measuring the average thickness, by observing graphite by electron microscope observation (TEM), measuring 10 or more thicknesses of the layers of the laminated graphene sheets in graphite, and averaging the values arithmetically. , An average thickness is obtained.

なお、上記の黒鉛としては、いわゆるグラフェン(グラフェンシート)そのものを使用することもできる。 Note that so-called graphene (graphene sheet) itself can be used as the above graphite.

本工程で使用される黒鉛としては、市販品を使用してもよいし、公知の方法で製造してもよい。 As the graphite used in this step, a commercially available product may be used, or a known method may be used.

該黒鉛としては、いわゆる膨張黒鉛や、薄片状黒鉛を使用することができる。 So-called expanded graphite or flaky graphite can be used as the graphite.

膨張黒鉛の製造方法としては、例えば、酸中に黒鉛(例えば、鱗片状黒鉛)を室温で浸漬した後、得られた酸処理黒鉛に加熱処理(好ましくは、700〜1000℃で処理)を施すことにより製造することができる。より具体的には、硫酸9質量部と硝酸1質量部の混酸に鱗片状天然黒鉛を1時間程度浸漬後、酸を除去し、水洗・乾燥を行う。その後、得られた酸処理黒鉛を850℃程度の炉に投入することで膨張黒鉛が得られる。なお、酸処理黒鉛の代わりに、アルカリ金属など黒鉛と層間化合物を形成した黒鉛を使用しても、膨張黒截を得ることができる。 As a method for producing expanded graphite, for example, after immersing graphite (for example, flake graphite) in acid at room temperature, the acid-treated graphite obtained is subjected to heat treatment (preferably at 700 to 1000° C.). It can be manufactured. More specifically, the scaly natural graphite is immersed in a mixed acid of 9 parts by mass of sulfuric acid and 1 part by mass of nitric acid for about 1 hour, then the acid is removed, and washing and drying are performed. Then, the obtained acid-treated graphite is put into a furnace at about 850° C. to obtain expanded graphite. In addition, the expanded black matrix can be obtained by using graphite in which an intercalation compound is formed with graphite such as an alkali metal, instead of the acid-treated graphite.

また、薄片状黒鉛の製造方法としては、上記膨張黒鉛を溶媒に分散後、超音波処理や大きなズリ応力を与える粉辟機(例えば、石臼)などで処理することにより、膨張黒鉛のヒンジ部が破壊され、グラフェンシート枚数で50枚程度(好ましくは、10〜150枚)が積層した薄片状の黒鉛を得ることができる。 In addition, as a method for producing flaky graphite, after the expanded graphite is dispersed in a solvent, the hinge part of the expanded graphite is treated by ultrasonic treatment or a powder mill that gives a large shear stress (for example, a stone mill). It is possible to obtain flake graphite in which about 50 (preferably 10 to 150) graphene sheets are laminated and destroyed.

なお、上記の膨張黒鉛を構成するグラフェンシートの枚数と、それを解碎した薄片状黒鉛を構成するグラフェンシートの枚数は、基本的にほぼ同一と推測される。
(リチウムイオンと化合可能な電池活物質)
本工程で使用される電池活物質としては、リチウムイオンと化合可能な電池活物質(好ましくは、負極活物質)である。言い換えれば、リチウムイオンと化合して、リチウムイオンを吸蔵および放出し得る物質(例えば、金属、金属の炭化物、窒化物など)であればよい。例えば、リチウムイオンの吸収および放出が可能な金属もしくは非金属、または、リチウムと合金化可能な金属酸化物である。
The number of graphene sheets forming the expanded graphite and the number of graphene sheets forming the flaky graphite obtained by disintegrating the expanded graphite are basically estimated to be substantially the same.
(Battery active material that can be combined with lithium ion)
The battery active material used in this step is a battery active material (preferably a negative electrode active material) that can be combined with lithium ions. In other words, any substance that can combine with lithium ions to occlude and release lithium ions (eg, metal, metal carbide, nitride, etc.) may be used. For example, a metal or nonmetal capable of absorbing and releasing lithium ions, or a metal oxide capable of alloying with lithium.

より具体的には、Si、Sn、Al、Sb、Zn、Bi、Cd、Pb、In、Ag、Ga、Geなどの金属(リチウムと合金化可能な金属)もしくはこれら金属を含む合金(例えば、Si合金、Sb合金、Sn合金、In合金)が挙げられる。 More specifically, metals such as Si, Sn, Al, Sb, Zn, Bi, Cd, Pb, In, Ag, Ga, and Ge (metals that can be alloyed with lithium) or alloys containing these metals (for example, Si alloy, Sb alloy, Sn alloy, In alloy).

なかでも、本発明の効果がより優れる点で、電池活物質が周期表の13族の元素、周期表の14族の元素、周期表の15族の元素、マグネシウム、および、マンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有することが好ましく(好ましくは、これら元素の金属またはこれら金属を含む合金)、Si、Sn、Al、Sb、およびInからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有することがより好ましく(好ましくは、これら元素の金属またはこれら金属を含む合金)、Si、Snの元素を含有することがさらに好ましい(好ましくは、これら元素の金属またはこれら金属を含む合金)。特に、電池活物質がシリコンであることが好ましい。 Among them, in terms of the effect of the present invention being more excellent, the battery active material is selected from the group consisting of elements of Group 13 of the periodic table, elements of Group 14 of the periodic table, elements of Group 15 of the periodic table, magnesium, and manganese. It is preferable to contain at least one element selected (preferably a metal of these elements or an alloy containing these metals), and at least one element selected from the group consisting of Si, Sn, Al, Sb, and In. Is more preferable (preferably, metals of these elements or alloys containing these metals), and it is further preferable to contain elements of Si or Sn (preferably, metals of these elements or alloys containing these metals). .. Particularly, the battery active material is preferably silicon.

なお、該合金については、上記した金属の組み合わせからなる合金の他、リチウムイオンを吸蔵および放出しない金属を含む合金であってもよい。この場合、合金中の上記リチウムと合金化可能な金属の含有量はより多いほうが好ましい。SEM観察で得られる2次電子像で判断する粒子の均一性やサイクル特性などから判断すると、金属含有量の上限は70質量%であることが好ましく、60質量%以下がより好ましい。 The alloy may be an alloy containing a combination of the above-mentioned metals or an alloy containing a metal that does not occlude and release lithium ions. In this case, it is preferable that the content of the metal capable of being alloyed with lithium in the alloy is higher. The upper limit of the metal content is preferably 70% by mass, more preferably 60% by mass or less, judging from the uniformity of particles and the cycle characteristics judged by the secondary electron image obtained by SEM observation.

使用される電池活物質の形状は特に制限されず、粉状、板状、粒状、繊維状、塊状、球状など、あらゆる形状のものが使用可能である。 The shape of the battery active material used is not particularly limited, and any shape such as powder, plate, granule, fiber, lump, and sphere can be used.

使用される電池活物質の平均粒子径としては、本発明の効果がより優れる点で、1μm以下が好ましく、0.5μm以下がより好ましく、0.1μm以下がさらに好ましい。下限値については、特に制限はなく小さいほうが好ましい。通常の粉枠方法では、平均粒子径0.01μm程度までの微粉末を製造することが可能であり、この程度の粒径の粉末を有効に用いることができる。 The average particle size of the battery active material used is preferably 1 μm or less, more preferably 0.5 μm or less, and further preferably 0.1 μm or less, from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent. The lower limit value is not particularly limited and is preferably small. With the usual powder-frame method, it is possible to produce fine powder having an average particle size of up to about 0.01 μm, and powder with a particle size of this level can be used effectively.

なお、平均粒子径の測定方法としては、レーザー回折式の粒度分布測定器が用いられる。より具体的には、D 50:50%体積粒径を平均粒子径とする。 As a method for measuring the average particle diameter, a laser diffraction type particle size distribution measuring device is used. More specifically, the D 50:50% volume particle diameter is defined as the average particle diameter.

なお、上記所定の平均粒子径の電池活物質を得る方法としては、擾拌槽型擾拌ミル(ビーズミル等)等などの公知の装置を用いて電池活物質の粉辟を行うことによって、上記した粒径の小さい粉末を得ることが可能である。 As a method of obtaining a battery active material having the above-mentioned predetermined average particle diameter, by performing powdering of the battery active material using a known device such as a stirring tank type stirring mill (bead mill etc.), It is possible to obtain a powder having a small particle size.

特に、電池活物質としては、シリコン粒子が好ましく、平均粒子径100nm以下(特に、平均粒子径50nm以下が好ましい)のシリコン粒子が特に好ましい。
(水溶性結着剤(水溶性化合物))
本工程で使用される水溶性結着剤は、上述した黒鉛と電池活物質とを結着させる材料である。例えば、水溶性結着剤として使用できる糖類などは、後述する焼成工程において炭化して、複合活物質中において非晶質炭素となり、複合活物質の特性を向上させる役割を果たす。また、水溶性結着剤は水への溶解性に優れるため、上述した黒鉛および電池活物質と水溶性結着剤とを混合する際に水を使用してこれらを混合することができる。
In particular, as the battery active material, silicon particles are preferable, and silicon particles having an average particle diameter of 100 nm or less (in particular, an average particle diameter of 50 nm or less) are particularly preferable.
(Water-soluble binder (water-soluble compound))
The water-soluble binder used in this step is a material that binds the above-mentioned graphite and the battery active material. For example, a saccharide or the like that can be used as a water-soluble binder is carbonized in the firing step described later to become amorphous carbon in the composite active material, which serves to improve the properties of the composite active material. Further, since the water-soluble binder has excellent solubility in water, water can be used to mix the above-mentioned graphite and battery active material with the water-soluble binder.

なお、水溶性結着剤とは水に溶解し得る材料であり、より具体的には、1Lの水に10g以上溶解し得る材料である。 The water-soluble binder is a material that can be dissolved in water, and more specifically, a material that can be dissolved in 1 L of water in an amount of 10 g or more.

水溶性結着剤としては公知の材料(例えば、界面活性剤)を使用することができ、例えば、多価アルコール、アミン化合物、カルボン酸化合物、硫酸化合物(例えば、ドデシルスルホン酸)、硝酸化合物、またはそれらのエステル誘導体やアルカリ金属塩、アルカリ土類金属塩などが挙げられ、本発明の効果がより優れる点で、多価アルコールが好ましい。多価アルコールとは、複数のヒドロキシ基を含む化合物であり、いわゆる低分子化合物であっても、所定の繰り返し単位を複数含む高分子化合物であってもよい。 Known materials (for example, surfactants) can be used as the water-soluble binder, and examples thereof include polyhydric alcohols, amine compounds, carboxylic acid compounds, sulfuric acid compounds (for example, dodecylsulfonic acid), nitric acid compounds, Alternatively, ester derivatives thereof, alkali metal salts, alkaline earth metal salts and the like can be mentioned, and polyhydric alcohols are preferable from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent. The polyhydric alcohol is a compound containing a plurality of hydroxy groups, and may be a so-called low molecular compound or a polymer compound containing a plurality of predetermined repeating units.

なかでも、本発明の効果がより優れる点で、糖類、グリセリン類、または、ポリアルキレングリコール類などが挙げられる。なお、糖類としては、単糖類、ニ糖類、多糖類のいずれも用いることができる。 Among them, saccharides, glycerins, polyalkylene glycols, and the like are listed because the effects of the present invention are more excellent. As the saccharides, any of monosaccharides, disaccharides and polysaccharides can be used.

より具体的には、水溶性結着剤としては、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、スクロース、マルトース、ラクトース、デンプン、セルロース、グリコーゲン、アルギン酸、ぺクチン、キシリトール、ソルビトール、マルトトリオース、エリスリトールなどの糖類や、グリセリン、ジグリセリン、トリグリセリン、ポリグリセリンなどのグリセリン類、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコールなどのポリアルキレングリコール類、1,3−ブチレングリコール、1,4−ブチレングリコール、プロピレン グリコール、ジプロピレングリコール、1,2−ペンタンジオ一ル、1,2−ヘキシレングリコールなどのグリコール類、ポリビニルアルコールなどの水溶性高分子、ペンタエリスリトール、ジペンタエリスリトールなどが挙げられる。また、これらのエステル誘導体、または、これらとアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属との塩であってもよい。 More specifically, examples of the water-soluble binder include glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose, lactose, starch, cellulose, glycogen, alginic acid, pectin, xylitol, sorbitol, maltotriose, and erythritol. Sugars, glycerins such as glycerin, diglycerin, triglycerin and polyglycerin, polyalkylene glycols such as polyethylene glycol and polypropylene glycol, 1,3-butylene glycol, 1,4-butylene glycol, propylene glycol, dipropylene glycol 1,2-pentanediol, glycols such as 1,2-hexylene glycol, water-soluble polymers such as polyvinyl alcohol, pentaerythritol, and dipentaerythritol. In addition, these ester derivatives or salts of these with alkali metals or alkaline earth metals may be used.

また、水溶性結着剤として糖類を使用する場合、本発明の効果がより優れる点で、2種以上の糖を併用することが好ましい。より具体的には、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、スクロース、マルトース、ラクトース、デンプン、セルロース、グリコーゲン、アルギン酸、ぺクチン、キシリトール、ソルビトール、マルトトリオース、および、エリスリトールからなる群から選択される2種以上を使用することが好ましい。 When a saccharide is used as the water-soluble binder, it is preferable to use two or more saccharides in combination, because the effect of the present invention is more excellent. More specifically, for example, 2 selected from the group consisting of glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose, lactose, starch, cellulose, glycogen, alginic acid, pectin, xylitol, sorbitol, maltotriose, and erythritol. It is preferred to use more than one species.

なお、水溶性結着剤としては、市販品を使用することができ、例えば、糖類の原料としては、はちみつ、ケーキシロップなどを使用することができる。なお、本工程にて使用されるはちみつとしては、特に制限されないが、例えば、はちみつ、精製はちみつ、加糖はちみつ、アカシアはちみつ等が挙げられる。
(工程の手順)
本工程では、まず、上述した黒鉛、電池活物質、および、水溶性結着剤を水中にて混合する。つまり、上述した各種成分を水溶媒中にて混合する。混合処理としては、公知の撹拌処理を実施することができる。なお、混合時には、本発明の効果を損なわない範囲で、有機溶媒が存在していてもよい。
A commercially available product can be used as the water-soluble binder, and for example, honey, cake syrup, etc. can be used as the raw material of the sugar. The honey used in this step is not particularly limited, and examples thereof include honey, purified honey, sweetened honey, and acacia honey.
(Process procedure)
In this step, first, the above-described graphite, battery active material, and water-soluble binder are mixed in water. That is, the various components described above are mixed in a water solvent. As the mixing treatment, known stirring treatment can be carried out. In addition, at the time of mixing, an organic solvent may be present as long as the effect of the present invention is not impaired.

混合処理の条件は特に制限されず、使用される材料に応じて適宜最適な条件が選択される。 The conditions of the mixing treatment are not particularly limited, and the optimum conditions are appropriately selected according to the materials used.

また、必要に応じて、混合処理時に超音波処理を実施してもよい。つまり、黒鉛成分と電池活物質と水溶性結着剤とを超音波処理を施しながら混合してもよい。 In addition, ultrasonic treatment may be performed during the mixing treatment, if necessary. That is, the graphite component, the battery active material, and the water-soluble binder may be mixed while performing ultrasonic treatment.

黒鉛と電池活物質との混合比は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、黒鉛100質量部に対して、電池活物質を10〜150質量部混合することが好ましく、25〜100質量部混合することがより好ましい。 The mixing ratio of graphite and the battery active material is not particularly limited, but from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent, it is preferable to mix 10 to 150 parts by mass of the battery active material with respect to 100 parts by mass of graphite. It is more preferable to mix 100 parts by mass.

黒鉛と水溶性結着剤との混合比は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、黒鉛100質量部に対して、水溶性結着剤を1〜50質量部混合することが好ましく、10〜30質量部混合することがより好ましい。 The mixing ratio of the graphite and the water-soluble binder is not particularly limited, but from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent, 1 to 50 parts by mass of the water-soluble binder may be mixed with 100 parts by mass of graphite. It is preferable to mix 10 to 30 parts by mass.

また、水の使用量は特に制限されないが、より高度な分散が図られる結果、本発明の効果がより優れる点で、黒鉛100質量部に対して、水を500〜15000質量部混合することが好ましく、1000〜7000質量部混合することがより好ましい。 The amount of water used is not particularly limited, but as a result of achieving a higher degree of dispersion, the effect of the present invention is more excellent, and it is possible to mix water in an amount of 500 to 15,000 parts by mass with respect to 100 parts by mass of graphite. It is more preferable to mix 1000 to 7000 parts by mass.

次に、上記混合処理により得られた水分散液から水を除去して、黒鉛、電池活物質、および、水溶性結着剤を含む混合物を得る。言い換えると、上記混合処理により得られた水分散液から、固形分である、黒鉛、電池活物質、および、水溶性結着剤を含む混合物を回収する。 Next, water is removed from the aqueous dispersion obtained by the above mixing treatment to obtain a mixture containing graphite, the battery active material, and the water-soluble binder. In other words, a mixture containing graphite, a battery active material, and a water-soluble binder, which is a solid content, is recovered from the aqueous dispersion obtained by the above mixing treatment.

水を除去する方法は特に制限されず、公知の装置(例えば、エバポレータ)などを使用する方法が挙げられる。また、濾過などにより水と固形分とを分離する方法を実施してもよい。なお、得られた混合物中においては、本発明の効果を損なわない範囲において、水が残存していてもよい。 The method of removing water is not particularly limited, and examples thereof include a method using a known device (eg, evaporator). Further, a method of separating water and solid content by filtration or the like may be carried out. In addition, in the obtained mixture, water may remain as long as the effect of the present invention is not impaired.

なお、上記混合物生成工程の後述する球形化工程の前に、必要に応じて、得られた混合物をプレスするプレス工程が含まれていてもよい。プレス工程を実施すると、黒鉛間の距離がより小さくなり、後述する球形化処理がより効率的に進行する。 A pressing step of pressing the obtained mixture may be included, if necessary, before the spheroidizing step of the mixture producing step, which will be described later. When the pressing step is carried out, the distance between the graphites becomes smaller, and the spheroidizing treatment described later proceeds more efficiently.

なお、プレスの方法は特に制限されず、公知の方法を採用できる。
<球形化工程>
球形化工程は、上記混合物生成工程で得られた黒鉛、電池活物質および水溶性結着剤を含む混合物に球形化処理を施し、球状の混合物を製造する工程である。
The pressing method is not particularly limited, and a known method can be adopted.
<Spheroidizing process>
The spheronization step is a step of producing a spherical mixture by subjecting the mixture containing the graphite, the battery active material and the water-soluble binder obtained in the mixture formation step to a spheronization treatment.

本工程を実施することにより、黒鉛のシートがその内部に電池活物質および水溶性結着剤を取り込むように折り畳まれて球形化する。その際、黒鉛のエッジ部は内部に折り畳まれ、形成される複合活物質の表面には実質的に電池活物質が露出しない構造が得られる。 By carrying out this step, the graphite sheet is folded into a spherical shape so that the battery active material and the water-soluble binder are incorporated therein. At that time, the edge portion of the graphite is folded inside, and a structure in which the battery active material is not substantially exposed on the surface of the formed composite active material is obtained.

球形化処理の方法は特に制限されず、主に衝撃応力を加えられる粉碎機であれば特に限定されない。粉碎機としては、例えば、高速回転衝撃式粉碎機が挙げられ、より具体的にはサンプルミル、ハンマミル、ピンミル等を用いることができる。なかでも、本発明の効果がより優れる点で、ピンミルが好ましい。 The method of spheroidizing treatment is not particularly limited and is not particularly limited as long as it is a powder mill that can mainly apply impact stress. Examples of the powder mill include a high-speed rotary impact powder mill, and more specifically, a sample mill, a hammer mill, a pin mill and the like can be used. Among them, the pin mill is preferable because the effect of the present invention is more excellent.

高速回転衝撃式粉碎機としては、高速回転するローターに試料を衝突させて、その衝撃力による微細化を達成するものが挙げられ、例えば、ローターに固定式あるいはスイング式の衝撃子を取り付けたハンマーミルタイプのハンマー型、回転する円盤にピンや衝撃へッドを取り付けたピンミルタイプの回転円盤型、試料がシャフト方向に搬送されながら粉碎する軸流型、狭い環状部での粒子の微細化を行うアニュラー型などが挙げられる。より具体的には、ハンマミル、ピンミル、スクリーンミル、ターボ型ミル、遠心分級型ミルなどが挙げられる。 Examples of high-speed rotary impact type dust mills include those in which a sample is collided with a rotor that rotates at high speed to achieve miniaturization by the impact force. Mill type hammer type, pin mill type rotating disc type with pins and impact heads attached to a rotating disc, axial flow type in which a sample is crushed while being conveyed in the shaft direction, and particle refinement in a narrow annular part An annular type is used. More specifically, a hammer mill, a pin mill, a screen mill, a turbo type mill, a centrifugal classification type mill and the like can be mentioned.

なお、本工程を上記高速回転衝撃式粉碎機で行なう場合には、通常100rpm以上、好ましくは1500rpm以上、また、通常2000rpm以下の回転速度で球形化を行うことが好ましい。したがって衝突速度は20m/秒〜100m/秒程度とすることが好ましい。 When this step is performed by the high-speed rotary impact type dust mill, it is preferable to perform spheroidization at a rotation speed of usually 100 rpm or more, preferably 1500 rpm or more, and usually 2000 rpm or less. Therefore, the collision speed is preferably about 20 m/sec to 100 m/sec.

粉砕と異なり、球形化処理は低い衝撃力で処理するため、本工程は通常循環処理を行うことが好ましい。その処理時間は、使用する粉碎機の種類や仕込み量等によって異なるが、通常2分以内であり、適切なピン或いは衝突板の配置がなされた装置であれば処理時間は10秒程度で終了する。 Unlike the pulverization, the spheroidizing treatment is performed with a low impact force, and therefore it is preferable to usually perform the circulation treatment in this step. The processing time varies depending on the type of powder mill used and the amount charged, but it is usually within 2 minutes, and the processing time is about 10 seconds in the case of an apparatus in which an appropriate pin or collision plate is arranged. ..

また、球形化処理は空気中で行うことが好ましい。窒素気流同処理を行うと、大気開放時に発火する危険がある。
<焼成工程>
焼成工程は、上記で得られた球状混合物に対して焼成処理を施し、略球状のリチウムニ次電池用複合活物質(複合活物質)を製造する工程である。なお、複合活物質には、上記黒鉛由来の黒給成分と、電池活物質とが少なくとも含まれる。なお、水溶性結着剤はその種類によって、複合活物質に水溶性結着剤由来の成分が含まれる。例えば、水溶性結着剤として糖類を使用した場合、糖類由来の非晶質炭素が複合活物質に含まれる。また、例えば、水溶性結着剤としてグリセリン類を用いた場合、焼成処理によりグリセリン類は揮発する場合が多い。
Further, the spheroidizing treatment is preferably performed in air. If the nitrogen stream is treated in the same way, there is a risk of ignition when opening to the atmosphere.
<Firing process>
The firing step is a step of subjecting the spherical mixture obtained above to a firing treatment to produce a substantially spherical composite active material for lithium secondary batteries (composite active material). The composite active material contains at least the black component derived from graphite and the battery active material. Depending on the type of the water-soluble binder, the composite active material contains components derived from the water-soluble binder. For example, when a saccharide is used as the water-soluble binder, amorphous carbon derived from the saccharide is included in the composite active material. Further, for example, when glycerin is used as the water-soluble binder, the glycerin often volatilizes by the baking treatment.

焼成処理の条件としては、本発明の効果がより優れる点で、焼成温度としては400℃以上が好ましく、600℃以上がより好ましい。なお、上限は特に制限されないが、複合活物質の耐熱性の点から、2000℃以下が好ましく、1500℃以下がより好ましく、1000℃以下がさらに好ましい。 As the conditions for the baking treatment, from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent, the baking temperature is preferably 400° C. or higher, more preferably 600° C. or higher. The upper limit is not particularly limited, but from the viewpoint of heat resistance of the composite active material, it is preferably 2000°C or lower, more preferably 1500°C or lower, and further preferably 1000°C or lower.

また、焼成時間としては、0.5時間以上が好ましく、1時間以上がより好ましい。なお、上限は特に制限されないが、発明の効果が飽和する点から、5時間以下の場合が多い。 The firing time is preferably 0.5 hours or longer, more preferably 1 hour or longer. The upper limit is not particularly limited, but it is often 5 hours or less from the point that the effect of the invention is saturated.

焼成処理を行う雰囲気は、炭素の酸化を防ぐ観点から、不活性雰囲気下が好ましい。 The atmosphere for the firing treatment is preferably an inert atmosphere from the viewpoint of preventing carbon oxidation.

なお、上記焼成工程の後、必要に応じて、得られた複合活物質をより微細化するための粉枠処理を実施してもよい。粉碎方法としては、公知の手段が実施できる。
<任意の工程>
本発明の複合活物質の製造方法の第1実施態様においては、上述した工程以外の他のエ程が含まれていてもよい。
After the firing step, if necessary, a powder frame treatment may be carried out to further miniaturize the obtained composite active material. A known method can be used as a dusting method.
<Arbitrary process>
The first embodiment of the method for producing a composite active material of the present invention may include steps other than the steps described above.

なかでも、本発明の効果がより優れる点で、上記焼成工程で得られた焼成物と非晶質炭素の前駆体とを混合して混合物を得て、混合物に対して焼成処理を施す工程をさらに有していてもよい。本工程を実施することにより、焼成工程で得られた焼成物の表面が非晶質炭素の前駆体で覆われ、焼成処理を実施することにより、非晶質炭素で覆われた複合粒子が得られる。 Among them, in that the effect of the present invention is more excellent, a step of mixing the calcined product obtained in the above calcining step with a precursor of amorphous carbon to obtain a mixture, and subjecting the mixture to a calcining treatment is performed. You may also have. By carrying out this step, the surface of the fired product obtained in the firing step is covered with the precursor of amorphous carbon, and by carrying out the firing treatment, composite particles covered with amorphous carbon are obtained. To be

非晶質炭素の前駆体としては、例えば、高分子化合物(例えば、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂)、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、メソフェーズピッチ、コークス、低分子重質油、またはそれらの誘導体などが挙げられ、石炭系ピッチ(例えば、コールタールピッチ)、石油系ピッチ、メソフェーズピッチ、コークス、低分子重質油、またはそれらの誘導体などが好ましい。なかでも、非晶質炭素としては、本発明の効果がより優れる点で、石炭系ピッチなどの前駆体から得られるソフトカーボンが好ましい。 Examples of the amorphous carbon precursor include, for example, polymer compounds (for example, thermosetting resin and thermoplastic resin), coal pitch (for example, coal tar pitch), petroleum pitch, mesophase pitch, coke, and low molecule. Examples thereof include heavy oil and derivatives thereof, and coal-based pitch (for example, coal tar pitch), petroleum-based pitch, mesophase pitch, coke, low-molecular heavy oil, and derivatives thereof are preferable. Among them, as the amorphous carbon, soft carbon obtained from a precursor such as coal-based pitch is preferable because the effect of the present invention is more excellent.

熱硬化性樹脂としては特に限定されず、例えば、ノボラック型フエノール樹脂、レゾール型フエノール樹脂などのフエノール樹脂;ビスフエノール型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂;メラミン樹脂;尿素樹脂;アニリン樹脂;シアネート樹脂;フラン樹脂;ケトン樹脂;不飽和ポリエステル樹脂;ウレタン樹脂などが挙げられる。また、これらが種々の成分で変性された変性物を用いることもできる。 The thermosetting resin is not particularly limited, and examples thereof include phenol resins such as novolac-type phenol resin and resol-type phenol resin; epoxy resins such as bisphenol-type epoxy resin and novolac-type epoxy resin; melamine resin; urea resin; aniline resin. Cyanate resin, furan resin, ketone resin, unsaturated polyester resin, urethane resin and the like. Further, a modified product obtained by modifying these with various components can also be used.

また、熱可塑性樹脂としては、特に限定されず、例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリル−スチレン(AS)樹脂、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン(ABS)樹脂、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、メタクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリアセタール、ポリフェニレンエーテル、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルファイド、ポリサルホン、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリイミド、ポリフタルアミドなどが挙げられる。 Further, the thermoplastic resin is not particularly limited, and examples thereof include polyethylene, polystyrene, polyacrylonitrile, acrylonitrile-styrene (AS) resin, acrylonitrile-butadiene-styrene (ABS) resin, polypropylene, polyvinyl chloride, methacryl resin, polyethylene. Examples thereof include terephthalate, polyamide, polycarbonate, polyacetal, polyphenylene ether, polybutylene terephthalate, polyphenylene sulfide, polysulfone, polyether sulfone, polyether ether ketone, polyether imide, polyamide imide, polyimide and polyphthalamide.

これらのうち1種または2種以上を組み合わせて用いることができる。 These can be used alone or in combination of two or more.

なお、上記のような非晶質炭素の前駆体の形状は特に制限されず、粉状、板状、粒状、繊維状、塊状、球状など、あらゆる形状のものが使用可能である。これらの非晶質炭素の前駆体は、各種成分を混合する際に使用する溶剤に溶解することが好ましい。 The shape of the precursor of the amorphous carbon as described above is not particularly limited, and any shape such as powder, plate, granule, fiber, lump, and sphere can be used. These amorphous carbon precursors are preferably dissolved in a solvent used when mixing various components.

使用される非晶質炭素の前駆体の重量平均分子量としては、本発明の効果がより優れる点で1000以上が好ましく、1,000,000以下がより好ましい。 The weight average molecular weight of the amorphous carbon precursor used is preferably 1,000 or more, and more preferably 1,000,000 or less, from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent.

焼成物と非晶質炭素の前駆体との混合方法は特に制限されず、公知の方法を採用することができ、例えば、乾式処理または湿式処理などが挙げられる。 The method of mixing the calcined product and the precursor of amorphous carbon is not particularly limited, and a known method can be adopted, and examples thereof include dry treatment or wet treatment.

混合物と非晶質炭素の前駆体との混合比は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、混合物100質量部に対して、非晶質炭素の前駆体を0.1〜70質量部混合することが好ましく、15〜50質量部混合することがより好ましい。 The mixing ratio of the mixture and the precursor of amorphous carbon is not particularly limited, but from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent, 0.1 to 70 parts by weight of the precursor of amorphous carbon is added to 100 parts by weight of the mixture. It is preferable to mix by mass part, and it is more preferable to mix by 15 to 50 mass part.

また、焼成処理の条件は使用される材料に応じて適宜最適な条件が選択されるが、例えば、上述した焼成工程の条件が挙げられる。
<リチウム二次電池用複合活物質>
上述した工程を経ることにより得られる複合活物質には、黒鉛成分、および、電池活物質が少なくとも含まれる。
In addition, the firing conditions are appropriately selected depending on the materials used, and examples include the firing process conditions described above.
<Composite active material for lithium secondary battery>
The composite active material obtained by going through the above-mentioned steps contains at least a graphite component and a battery active material.

複合活物質中における黒鉛成分の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、複合活物質全量に対して、15〜80質量%が好ましく、25〜75質量%がより好ましく、35〜70質量%がさらに好ましい。 The content of the graphite component in the composite active material is not particularly limited, but from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent, it is preferably 15 to 80% by mass, more preferably 25 to 75% by mass with respect to the total amount of the composite active material. 35 to 70 mass% is more preferable.

複合活物質中における電池活物質の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、複合活物質全量に対して、5〜80質量%が好ましく、10〜70質量%がより好ましく、15〜50質量%がさらに好ましい。 Although the content of the battery active material in the composite active material is not particularly limited, it is preferably 5 to 80% by mass, and more preferably 10 to 70% by mass with respect to the total amount of the composite active material in that the effect of the present invention is more excellent. It is preferably 15 to 50% by mass, and more preferably.

複合活物質中に水溶性結着剤由来の成分(例えば、非晶質炭素)が含まれる場合、その含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、複合活物質全量に対して、0.1〜60質量%が好ましく、0.2〜50質量%がより好ましく、1〜40質量%がさらに好ましい。 When a component derived from a water-soluble binder (for example, amorphous carbon) is contained in the composite active material, the content is not particularly limited, but in terms of more excellent effect of the present invention, the total amount of the composite active material is On the other hand, 0.1 to 60 mass% is preferable, 0.2 to 50 mass% is more preferable, and 1 to 40 mass% is further preferable.

複合活物質に上述した非晶質炭素の前駆体由来の非晶質炭素が含まれる場合、複合活物質中における非晶質炭素の含有量は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、複合活物質全量に対して、5〜60質量%が好ましく、10〜50質量%がより好ましく、15〜40質量%がさらに好ましい。 When the composite active material contains amorphous carbon derived from the above-mentioned precursor of amorphous carbon, the content of amorphous carbon in the composite active material is not particularly limited, but the effect of the present invention is more excellent. With respect to the total amount of the composite active material, 5 to 60 mass% is preferable, 10 to 50 mass% is more preferable, and 15 to 40 mass% is further preferable.

複合活物質の形状は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、略球状の形状を有することが好ましい。なお、略球状とは、長径と短径との比率であるアスペクト比(長径/短径)が1〜3の範囲程度の複合活物質粒子の形状を表す。上記アスペクト比は、少なくとも100の粒子について一つ一つの粒子の長径/短径を求め、それらの算術平均した値(算術平均値)を意味する。 The shape of the composite active material is not particularly limited, but it is preferable that the composite active material has a substantially spherical shape from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent. Note that the substantially spherical, the aspect ratio is the ratio of the major axis to the minor axis (major axis / / minor) represents the shape of the composite active material particles of about a range of 1-3. The aspect ratio means a value (arithmetic mean value) obtained by obtaining the major axis/minor axis of each particle for at least 100 particles and arithmetically averaging them.

なお、上記における短径とは、走査型電子顕微鏡などによって観察される粒子の外側に接し、粒子を挟み込む二つの平行線の組み合わせのうち最短間隔になる二つの平行線の距離である。一方、長径とは、該短径を決定する平行線に直角方向の二つの平行線であって、粒子の外側に接する二つの平行線の組み合わせのうち、最長間隔になる二つの平行線の 距離である。これらの四つの線で形成される長方形は、粒子がちょうどその中に納まる大きさとなる。 The minor axis in the above is the distance between two parallel lines that come into contact with the outside of a particle observed by a scanning electron microscope or the like and have the shortest distance among the two parallel lines that sandwich the particle. On the other hand, the major axis is two parallel lines perpendicular to the parallel line that determines the minor axis, and the distance between the two parallel lines with the longest distance among the two parallel lines in contact with the outside of the particle. Is. The rectangle formed by these four lines is the size that the particles will fit within.

複合活物質の粒径(D 50:50%体積粒径)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、2〜40μmが好ましく、5〜35μmがより好ましく、5〜30μmがさらに好ましい。 The particle size (D 50: 50% volume particle size) of the composite active material is not particularly limited, but from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent, 2 to 40 μm is preferable, 5 to 35 μm is more preferable, and 5 to 30 μm is more preferable. preferable.

なお、粒径(D 90:90%体積粒径)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、10〜75μmが好ましく、10〜60μmがより好ましく、20〜45μmがさらに好ましい。 The particle size (D 90: 90% volume particle size) is not particularly limited, but is preferably 10 to 75 μm, more preferably 10 to 60 μm, and further preferably 20 to 45 μm, from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent.

さらに、粒径(D 10:10%体積粒径)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、1〜20μmが好ましく、2〜10μmがより好ましい。 Further, the particle size (D 10:10% volume particle size) is not particularly limited, but is preferably 1 to 20 μm, more preferably 2 to 10 μm from the viewpoint that the effect of the present invention is more excellent.

D 10、D 50およびD 90は、レーザー回折散乱法により測定した累積粒度分布の微粒側から累積10%、累積50%、累積90%の粒径にそれぞれ該当する。 D 10, D 50 and D 90 correspond to particle sizes of 10% cumulative, 50% cumulative and 90% cumulative, respectively, from the fine particle side of the cumulative particle size distribution measured by the laser diffraction scattering method.

なお、測定に際しては、複合活物質を液体に加えて超音波などを利用しながら激しく混合し、作製した分散液を装置にサンプルとして導入し、測定を行う。液体としては作業上、水やアルコール、低揮発性の有機溶媒を用いることが好ましい。この時、得られる粒度分布図は正規分布を示すことが好ましい。 At the time of measurement, the composite active material is added to the liquid and vigorously mixed while utilizing ultrasonic waves, and the prepared dispersion liquid is introduced into the apparatus as a sample for measurement. In terms of work, it is preferable to use water, alcohol, or a low-volatile organic solvent as the liquid. At this time, it is preferable that the obtained particle size distribution chart shows a normal distribution.

複合活物質の比表面積(BET比表面積)は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、30m/g以下が好ましく、10m/g以下がより好ましい。下限は特に制限されないが、0.1m/g以上が好ましい。 The specific surface area of the composite active material (BET specific surface area) is not particularly limited, in terms of the effect of the present invention is more excellent, preferably 30 m 2 / g or less, 10 m 2 / g or less is more preferable. The lower limit is not particularly limited, but is preferably 0.1 m 2 /g or more.

複合活物質の比表面積(BET比表面積)の測定方法は、試料を300℃で30分真空乾燥後、窒素吸着1点法で測定する。
<<第2実施態様>>
本発明の複合活物質の製造方法の第2実施態様としては、所定の成分を混合して混合物を得る混合物生成工程と、混合物に球形化処理を施す球形化工程と、球形化工程で得られた生成物と水溶性結着剤とを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して固形物を回収する混合工程と、得られた固形分に対して焼成処理を施す焼成工程と、を有する方法が挙げられる。なお、第2実施態様においては、混合工程および焼成工程において、上 記要件2を満たす。
As a method for measuring the specific surface area (BET specific surface area) of the composite active material, the sample is vacuum dried at 300° C. for 30 minutes and then measured by the nitrogen adsorption single point method.
<<Second Embodiment>>
As a second embodiment of the method for producing a composite active material of the present invention, there are obtained a mixture producing step of obtaining a mixture by mixing predetermined components, a spheroidizing step of subjecting the mixture to a spheroidizing treatment, and a spheroidizing step. The mixing step of mixing the obtained product and the water-soluble binder in water, removing water from the obtained aqueous dispersion to recover the solid matter, and subjecting the obtained solid content to the baking treatment. And a firing step. In addition, in the second embodiment, the above requirement 2 is satisfied in the mixing step and the firing step.

本発明の第2実施態様においては、混合物生成工程において水溶性結着剤を使用していない点、混合工程を実施している点、および、焼成工程において混合工程にて得られた固形分に対して焼成処理を施している点以外は、第1実施態様と同様の手順を実施する。そこで、以下では、第2実施態様と第1実施態様との相違点について主に詳述する。
<混合物生成工程>
本発明の第2実施態様の混合物生成工程においては、水溶性結着剤を使用しなかった以外は、上述した第1実施態様の混合物生成工程と同様の原料および手順を実施する。
<混合工程>
混合工程は、球形化工程を経て得られた生成物と水溶性結着剤とを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して固形物を回収する工程である。本工程を実施することにより、生成物と水溶性結着剤との混合物を効率よく製造することができる。
In the second embodiment of the present invention, the water-soluble binder is not used in the mixture forming step, the mixing step is performed, and the solid content obtained in the mixing step in the firing step is On the other hand, the same procedure as in the first embodiment is carried out except that the baking treatment is performed. Therefore, the differences between the second embodiment and the first embodiment will be mainly described below in detail.
<Mixture generation process>
In the mixture producing step of the second embodiment of the present invention, the same raw materials and procedures as in the mixture producing step of the first embodiment described above are carried out except that the water-soluble binder is not used.
<Mixing process>
The mixing step is a step in which the product obtained through the spheroidizing step and the water-soluble binder are mixed in water, and water is removed from the obtained aqueous dispersion to recover a solid. By carrying out this step, a mixture of the product and the water-soluble binder can be efficiently produced.

混合工程の手順は、第1実施態様の混合物生成工程と同様の方法にて実施することができる。 The procedure of the mixing step can be performed by the same method as the mixture forming step of the first embodiment.

また、球形化工程を経て得られた生成物と水溶性結着剤との混合比は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、生成物100質量部に対して、水溶性結着剤を10〜60質量部混合することが好ましく、20〜40質量部混合することがより好ましい。 Further, the mixing ratio of the product obtained through the spheroidizing step and the water-soluble binder is not particularly limited, but the effect of the present invention is more excellent, and the water-soluble binder is added to 100 parts by mass of the product. The binder is preferably mixed in an amount of 10 to 60 parts by mass, more preferably 20 to 40 parts by mass.

さらに、水分散液から水を除去する方法としては、第1実施態様の混合物生成工程に記載の方法が挙げられる。 Further, as a method for removing water from the aqueous dispersion, the method described in the mixture producing step of the first embodiment can be mentioned.

なお、第2実施態様においては、上述した第1実施態様で述べた<任意の工程>をさらに実施してもよい。 In addition, in the second embodiment, the <arbitrary step> described in the first embodiment may be further performed.

上記手順を実施することにより、第1実施態様と同様に、黒鉛成分、電池活物質、および、水溶性結着剤由来の成分を含む複合活物質が得られる。
<<第3実施態様>>
本発明の複合活物質の製造方法の第3実施態様としては、所定の成分を混合して混合物を得る混合物生成工程と、混合物に球形化処理を施す球形化工程と、得られた生成物に対して焼成処理を施す焼成工程と、焼成工程で得られた焼成物と水溶性結着剤とを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して固形物を回収し、固形物に対して焼成処理を施す混合焼成工程とを有する。なお、第3実施態様においては、混合焼成工程において、上記要件3を満たす。
By carrying out the above procedure, a composite active material containing a graphite component, a battery active material, and a component derived from a water-soluble binder is obtained, as in the first embodiment.
<<Third Embodiment>>
As a third embodiment of the method for producing a composite active material of the present invention, a mixture forming step of obtaining a mixture by mixing predetermined components, a spheroidizing step of subjecting the mixture to a spheroidizing treatment, and the obtained product On the other hand, a firing step of performing a firing treatment, a fired material obtained in the firing step and a water-soluble binder are mixed in water, and water is removed from the obtained water dispersion to recover a solid matter, And a firing step of performing a firing treatment on the solid matter. In addition, in 3rd Embodiment, the said requirement 3 is satisfy|filled in a mixing baking process.

本発明の第3実施態様においては、混合物生成工程において水溶性結着剤を使用せずに、混合工程を実施し、混合焼成工程を実施した以外は、第1実施態様と同様の手順を実施する。 In the third embodiment of the present invention, the same procedure as in the first embodiment is carried out except that the water-soluble binder is not used in the mixture forming step, the mixing step is carried out, and the mixing and firing step is carried out. To do.

そこで、以下では、混合焼成工程について主に詳述する。 Therefore, hereinafter, the mixing and firing step will be mainly described in detail.

混合焼成工程においては、まず、焼成工程で得られた焼成物と水溶性結着剤とを水中にて混合する。混合方法の手順は、第1実施態様の混合物生成工程にて述べた方法が挙げられる。 In the mixing and firing step, first, the fired product obtained in the firing step and the water-soluble binder are mixed in water. As the procedure of the mixing method, the method described in the mixture producing step of the first embodiment can be mentioned.

また、混合焼成工程において、焼成工程を経て得られた生成物と水溶性結着剤との混合比は特に制限されないが、本発明の効果がより優れる点で、生成物100質量部に対して、水溶性結着剤を10〜100質量部混合することが好ましく、20〜80質量部混合することがより好ましい。 Further, in the mixing and firing step, the mixing ratio of the product obtained through the firing step and the water-soluble binder is not particularly limited, but in terms of the effect of the present invention being more excellent, with respect to 100 parts by mass of the product. The water-soluble binder is preferably mixed in an amount of 10 to 100 parts by mass, more preferably 20 to 80 parts by mass.

さらに、水分散液から水を除去する方法としては、第1実施態様の混合物生成工程に記載の方法が挙げられる。 Further, as a method for removing water from the aqueous dispersion, the method described in the mixture producing step of the first embodiment can be mentioned.

また、焼成処理の条件は使用される材料に応じて適宜最適な条件が選択されるが、例えば、上述した第1実施態様の焼成工程の条件が挙げられる。 Further, the optimal conditions for the firing treatment are selected according to the material used, and examples thereof include the conditions for the firing process of the first embodiment described above.

上記手順を実施することにより、第1実施態様と同様に、黒鉛成分、電池活物質、および、水溶性結着剤由来の成分を含む複合活物質が得られる。 By carrying out the above procedure, a composite active material containing a graphite component, a battery active material, and a component derived from a water-soluble binder is obtained, as in the first embodiment.

上記では要件1〜要件3(第1実施態様〜第3実施態様)についてそれぞれ述べたが、2つ以上の要件を同時に実施してもよい。 Although requirements 1 to 3 (first embodiment to third embodiment) have been described above, two or more requirements may be implemented at the same time.

例えば、要件1と要件3とを同時に実施してもよい。より具体的には、混合物生成工程において、黒鉛、リチウムイオンと化合可能な電池活物質、および、水溶性結着剤を水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して、黒鉛、リチウムイオンと化合可能な電池活物質、および、水溶性結着剤を含む混合物を得る工程を実施して、かつ、焼成工程後に、焼成工程で得られた焼成物と水溶性結着剤とを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して固形物を回収し、固形物に対して焼成処理を施す混合焼成工程をさらに実施してもよい。 For example, Requirement 1 and Requirement 3 may be implemented at the same time. More specifically, in the mixture forming step, graphite, a battery active material that can be combined with lithium ions, and a water-soluble binder are mixed in water, and water is removed from the obtained aqueous dispersion, After the step of obtaining a mixture containing graphite, a battery active material that can be combined with lithium ions, and a water-soluble binder, and after the firing step, the fired product obtained in the firing step and the water-soluble binder You may further perform the mixing baking process which mix|blends and in water, water is removed from the obtained water dispersion liquid, a solid substance is collect|recovered, and a solid substance is baked.

また、要件1と要件2とを同時に実施してもよいし、要件2と要件3とを同時に実施してもよい。
<<リチウム二次電池>>
上述した複合活物質は、リチウム二次電池で使用される電池材料(電極材料)に使用される活物質として有用である。
Further, the requirement 1 and the requirement 2 may be implemented at the same time, or the requirement 2 and the requirement 3 may be implemented at the same time.
<<Lithium secondary battery>>
The composite active material described above is useful as an active material used in a battery material (electrode material) used in a lithium secondary battery.

複合活物質を使用してリチウム二次電池用負極を製造する方法は特に制限されず、公知の方法を使用することができる。 The method for producing the negative electrode for a lithium secondary battery using the composite active material is not particularly limited, and a known method can be used.

例えば、複合活物質と結着剤とを混合し、加圧成形または溶剤を用いてペースト化し、銅箔上に塗布してリチウム二次電池用負極とすることができる。 For example, a composite active material and a binder may be mixed, pressure-molded or made into a paste using a solvent, and applied on a copper foil to form a negative electrode for a lithium secondary battery.

なお、集電体としては銅箔以外に、電池のサイクルがより優れる点で、三次元構造を有する集電体が好ましい。三次元構造を有する集電体の材料としては、例えば、炭素繊維、スポンジ状カーボン(スポンジ状樹脂にカーボンを塗工したもの)、金属などが挙げられる。 As the current collector, in addition to the copper foil, a current collector having a three-dimensional structure is preferable because the battery cycle is more excellent. Examples of the material of the current collector having a three-dimensional structure include carbon fibers, sponge-like carbon (sponge-like resin coated with carbon), and metal.

三次元構造を有する集電体(多孔質集電体)としては、金属や炭素の導電体の多孔質体として、平織り金網、エキスパンドメタル、ラス網、金属発泡体、金属織布、金属不織布、炭素繊維織布、または炭素繊維不織布などが挙げられる。 As a current collector (porous current collector) having a three-dimensional structure, as a porous body of a conductor of metal or carbon, a plain weave wire mesh, expanded metal, lath net, metal foam, metal woven cloth, metal nonwoven cloth, Examples include carbon fiber woven cloth and carbon fiber non-woven cloth.

使用される結着剤としては、公知の材料を使用でき、例えば、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系樹脂、SBR、ポリエチレン、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、膠などが用いられる。 As the binder to be used, known materials can be used, and examples thereof include fluorine-based resins such as polyvinylidene fluoride and polytetrafluoroethylene, SBR, polyethylene, polyvinyl alcohol, carboxymethyl cellulose and glue.

また、溶剤としては、例えば、水、イソプロピルアルコール、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミドなどが挙げられる。 Examples of the solvent include water, isopropyl alcohol, N-methylpyrrolidone, dimethylformamide and the like.

なお、ペースト化する際には、上記のように必要に応じて、公知の攪拌機、混合機、混練機、ニーダーなどを用いて攪拌混合してもよい。 When forming a paste, a known stirrer, mixer, kneader, kneader or the like may be used for stirring and mixing as described above.

複合活物質を用いて塗工用スラリーを調製する場合、導電材として導電性カーボンブラック、カーボンナノチューブまたはその混合物を添加することが好ましい。上記工程により得られた複合活物質の形状は、比較的、粒状化(特に、略球形化)している場合が多く、粒子間の接触は点接触となりやすい。この弊害を避けるために、スラリーにカーボンブラック、カーボンナノチューブまたはその混合物を配合する方法が挙げられる。 When the coating slurry is prepared using the composite active material, it is preferable to add conductive carbon black, carbon nanotubes or a mixture thereof as the conductive material. The shape of the composite active material obtained by the above process is often relatively granular (particularly, substantially spherical), and the contact between particles is likely to be point contact. In order to avoid this adverse effect, a method of adding carbon black, carbon nanotubes or a mixture thereof to the slurry can be mentioned.

カーボンブラック、カーボンナノチューブまたはその混合物の配合量は特に制限されないが、複合活物質100質量部に対して、0.2〜4質量部であることが好ましく、0.5〜2質量部であることがより好ましい。カーボンナノチューブの例としては、シングルウォールカーボンナノチューブ、マルチウォールカーボンナノチューブがある。 The blending amount of carbon black, carbon nanotubes or a mixture thereof is not particularly limited, but is preferably 0.2 to 4 parts by mass, and 0.5 to 2 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the composite active material. Is more preferable. Examples of carbon nanotubes include single-wall carbon nanotubes and multi-wall carbon nanotubes.

上記複合活物質を使用して得られる負極を有するリチウム二次電池に使用される正極、電解液、セパレー夕としては、それぞれ公知の材料を用いることができる。 Known materials can be used for the positive electrode, the electrolytic solution, and the separator used in the lithium secondary battery having the negative electrode obtained by using the composite active material.

リチウム二次電池は、上述した負極、正極、セパレータ、電解液、その他電池構成要素(例えば、集電体、ガスケット、封ロ板、ケースなど)を用いて、常法にしたがって円筒型、角型あるいはボタン型などの形態を有することができる。 The lithium secondary battery uses the above-mentioned negative electrode, positive electrode, separator, electrolytic solution, and other battery constituent elements (for example, current collector, gasket, sealing plate, case, etc.), and is of a cylindrical type or a rectangular type according to a conventional method. Alternatively, it may have a button type or the like.

本発明のリチウム二次電池は、各種携帯電子機器に用いられ、特にノート型パソコン、ノート型ワープロ、パームトップ(ポケット)パソコン、携帯電話、携帯ファックス、携帯プリンター、ヘッドフォンステレオ、ビデオカメラ、携帯テレビ、ポータブルCD、ポータブルMD、電動髭剃り機、電子手帳、トランシーバー、電動工具、ラジオ、テープレコーダー、デジタカメラ、携帯コピー機、携帯ゲーム機などに用いることができる。また、さらに、電気自動車、ハイブリッド自動車、自動販売機、電動カート、ロードレベリング用蓄電システム、家庭用蓄電器、分散型電力貯蔵機システム(据置型電化製品に内蔵)、非常時電力供給システムなどの二次電池として用いることもできる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The lithium secondary battery of the present invention is used for various portable electronic devices, and in particular, notebook type personal computers, notebook type word processors, palmtop (pocket) personal computers, mobile phones, portable fax machines, portable printers, headphone stereos, video cameras, portable televisions. , Portable CD, portable MD, electric shaving machine, electronic notebook, transceiver, electric tool, radio, tape recorder, digital camera, portable copying machine, portable game machine, etc. In addition, it will also be used for electric vehicles, hybrid vehicles, vending machines, electric carts, power storage systems for load leveling, household power storage, distributed power storage systems (built into stationary appliances), emergency power supply systems, etc. It can also be used as a secondary battery.

以下、実施例により、本発明についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
<実施例1>
(膨張黒鉛の調製)
平均粒子径1mmの鱗片状天然黒鉛を硫酸9質量部、硝酸1質量部の混酸に室温で1時間浸漬後、No3ガラスフィルターで混酸を除去して酸処理黒鉛を得た。さらに酸処理黒鉛を水洗後、乾燥した。乾燥した酸処理黒鉛5gを蒸留水100g中で擾拌し、1時間後にpHを測定したところ、pHは6.7であった。乾燥した酸処理黒鉛を850℃に設定した窒素雰囲気下の縦型電気炉に投入し、膨張黒鉛を得た。膨張黒鉛の嵩密度は0.025g/cm、比表面積は24.3m/gであった。
(混合工程)
平均粒子径0.3μmのシリコン微粉末のメタノールスラリー(固体濃度24.8質量%)をシリコンの添加量が30質量部となるように、ビーカー中の1600質量部の水に投入し、さらに、はちみつ(三洋通商社製、成分:フルクトース40.94g、グルコース35.75g、ガラクトース3.1g、マルトース1.44g、スクロース0.89g、水17.1g、その他微量成分(タンパク質、ビタミン、ミネラル))を25質量部(炭化後5.7質量部)加え、インラインミキサーで10分間、携拌を行った。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.
<Example 1>
(Preparation of expanded graphite)
The scale-like natural graphite having an average particle diameter of 1 mm was immersed in a mixed acid of 9 parts by mass of sulfuric acid and 1 part by mass of nitric acid at room temperature for 1 hour, and then the mixed acid was removed with a No3 glass filter to obtain acid-treated graphite. The acid-treated graphite was washed with water and then dried. When 5 g of the dried acid-treated graphite was stirred in 100 g of distilled water and the pH was measured 1 hour later, the pH was 6.7. The dried acid-treated graphite was put into a vertical electric furnace in a nitrogen atmosphere set at 850° C. to obtain expanded graphite. The expanded graphite had a bulk density of 0.025 g/cm 3 and a specific surface area of 24.3 m 2 /g.
(Mixing process)
A methanol slurry of silicon fine powder having an average particle diameter of 0.3 μm (solid concentration 24.8% by mass) was added to 1600 parts by mass of water in a beaker so that the amount of silicon added was 30 parts by mass, and further, Honey (manufactured by Sanyo Tsusho Co., ingredient: fructose 40.94 g, glucose 35.75 g, galactose 3.1 g, maltose 1.44 g, sucrose 0.89 g, water 17.1 g, other trace ingredients (protein, vitamins, minerals)) 25 parts by mass (5.7 parts by mass after carbonization) was added, and the mixture was stirred for 10 minutes with an in-line mixer.

シリコン微粉末、および、はちみつが分散した水溶液に上記膨張黒鉛(70質量部)を加え、膨張黒鉛とシリコン微粉末とはちみつとを含む均一混合スラリーを調製した。エバポレーターを用い、このスラリーから水を除去し、粉末の混合物を得た。 The expanded graphite (70 parts by mass) was added to the silicon fine powder and the aqueous solution in which the honey was dispersed to prepare a uniform mixed slurry containing the expanded graphite, the silicon fine powder, and the honey. Water was removed from this slurry using an evaporator to obtain a powder mixture.

なお、はちみつには、上記のように複数種の糖が含まれていた。
(プレス工程)
3本ローラー(EKAKT50)を用い、上記粉末の混合物のプレスを行った。この処理で開いていた膨張黒鉛の層が閉じ、層間距離が縮まり、また密度も上昇し、次の球形化工程での衝突エネルギーを上昇させることで、球形化の効率を上げることが可能となる。
(球形化工程)
ニューパワーミル、PM−2005M−1380W(大阪ケミカル株式会社)(回転速度:20000rpm、処理時間:90秒を10回)を用いて、上記で得られた粉末の混合物を球形状に造粒成形を行った。
(焼成処理(炭化処理))
窒素を流しながら(1L/min)、球状の混合物を900℃で1時間焼成することで、はちみつに含まれる糖類の炭化を同時に行った。これにより、黒鉛成分の含有量70質量部、シリコンの含有量30質量部、糖類由来の非晶質炭素の含有量5.7質量部からなる略球形の混合物を得た。
(コールタールピッチによる被覆)
得らえた略球形の混合物(100質量部)を、コールタールピッチ(炭化度45%、30質量部)をキノリン(200質量部)に溶解させた溶液中で加え、10分間撹拌した後、以下の方法を用い焼成を行い、被覆を行った。
(焼成)
窒素を流しながら(1L/min)、混合物を300℃で1時間、600℃で2時間焼成することで、コールタールピッチをソフトカーボンへ変性させた。これにより、黒鉛成分の含有量70質量部、シリコンの含有量30質量部、糖類由来の非晶質炭素の含有量5.7質量部、コールタールピッチ由来のソフトカーボンの含有量30質量部からなる略球形のリチウム二次電池用複合活物質を得た。
The honey contained a plurality of types of sugar as described above.
(Press process)
The above powder mixture was pressed using a three-roller (EKAKT50). This process closes the expanded graphite layer that has been opened, shortens the interlayer distance, and also increases the density. By increasing the collision energy in the next sphering process, it becomes possible to increase the spheroidizing efficiency. ..
(Sphericalizing process)
Using a new power mill, PM-2005M-1380W (Osaka Chemical Co., Ltd.) (rotation speed: 20000 rpm, treatment time: 90 seconds 10 times), the powder mixture obtained above was granulated into a spherical shape. went.
(Baking treatment (carbonization treatment))
The saccharides contained in the honey were carbonized at the same time by baking the spherical mixture at 900° C. for 1 hour while flowing nitrogen (1 L/min). As a result, a substantially spherical mixture having a graphite component content of 70 parts by mass, a silicon content of 30 parts by mass, and a saccharide-derived amorphous carbon content of 5.7 parts by mass was obtained.
(Coating with coal tar pitch)
The obtained substantially spherical mixture (100 parts by mass) was added to a solution in which coal tar pitch (carbonization degree 45%, 30 parts by mass) was dissolved in quinoline (200 parts by mass), and the mixture was stirred for 10 minutes. The coating was performed by firing using the method described in 1.
(Baking)
The coal tar pitch was modified into soft carbon by firing the mixture at 300° C. for 1 hour and at 600° C. for 2 hours while flowing nitrogen (1 L/min). Thereby, from the content of the graphite component of 70 parts by mass, the content of silicon of 30 parts by mass, the content of the amorphous carbon derived from saccharides of 5.7 parts by mass, and the content of the soft carbon derived from coal tar pitch of 30 parts by mass. A substantially spherical composite active material for a lithium secondary battery was obtained.

その物性は以下の通りである。粒度分布D 50:19μm、BET比表面積:7.6m/g、形状:略球状
10kV以下の低加速電圧にて、SEM(走査型電子顕微鏡)を用いて複合活物質の2次電子像から、複合活物質においては、黒鉛成分および電池活物質がソフトカーボンで覆われた構造であることが分かった。
The physical properties are as follows. Particle size distribution D 50: 19 μm, BET specific surface area: 7.6 m 2 /g, shape: approximately spherical From a secondary electron image of the composite active material using a SEM (scanning electron microscope) at a low accelerating voltage of 10 kV or less. It was found that in the composite active material, the graphite component and the battery active material had a structure covered with soft carbon.

なお、SEM観察により観察されるリチウム二次電池用複合活物質表面上に露出しているシリコンの面積率は2%以下であった。 The area ratio of silicon exposed on the surface of the composite active material for a lithium secondary battery observed by SEM observation was 2% or less.

さらに、複合活物質中には、薄片化黒鉛が観察された。なお、薄片化黒鉛の厚みは20nm程度(グラフェンシートの積総数60)であった。
(負極製造)
上記複合活物質95.5質量部、SBR(スチレンブタジエンゴム)2.5重量部、CMC(カルボキシメチルセルロース)1.5質量部、導電用カーボンブラック0.5質量部、および水100質量部を秤り取り、双腕型ミキサーを用いて3分間混合することで塗エ用スラリーを調製した。本スラリーを銅箔に塗工し、乾燥して、負極を製造した。
(正極製造)
LiNi1−x−yCoAl84質量部、PVDF含有NMP溶液(PVDF:ポリフッ化ビニリデン、NMP:メチルピロリドン)(含有量:12%)66質量部、導電用カーボンブラック8質量部、およびNMP29質量部を秤り取り、双腕型ミキサーを用いて3分間混合することで塗工用スラリーを調製した。本スラリーをアルミ箔に塗工し、乾燥して、正極を製造した。
(フルセル製造)
上記負極と正極を電極とし、エチレンカーボネート:ジエチルカーボネート=1:1、1.2モル/LのLiPF電解液、さらに2体積%のフルオロエチレンカーボネートを加えてフルセルを作製し、以下の電池評価を行った。
(電池評価:電極膨張測定)
上記フルセルを用いて、サイクル試験を行った。その際、充放電容量および初期不可逆容量を測定すると共に、60サイクル、100サイクルでの1サイクル目に対する容量維持率を比較した。なお、充放電のレートは0.5Cを用い、充電側でのカットオフ電圧は4.0V、放電側のカットオフ電圧は2.7Vとし、サイクル実験(100回)を行った。
Furthermore, exfoliated graphite was observed in the composite active material. The exfoliated graphite had a thickness of about 20 nm (total number of graphene sheets stacked: 60).
(Manufacture of negative electrode)
95.5 parts by weight of the composite active material, 2.5 parts by weight of SBR (styrene-butadiene rubber), 1.5 parts by weight of CMC (carboxymethylcellulose), 0.5 part by weight of conductive carbon black, and 100 parts by weight of water. The slurry for coating was prepared by collecting and mixing for 3 minutes using a double-arm mixer. This slurry was applied to a copper foil and dried to produce a negative electrode.
(Production of positive electrode)
LiNi 1-x-y Co x Al y O 2 84 parts by weight, PVDF-containing NMP solution (PVDF: polyvinylidene fluoride, NMP: methylpyrrolidone) (content: 12%) 66 parts by weight, the conductive carbon black 8 parts by weight , And NMP 29 parts by mass were weighed and mixed for 3 minutes using a double-arm mixer to prepare a coating slurry. This slurry was applied to an aluminum foil and dried to produce a positive electrode.
(Full cell manufacturing)
Using the above-mentioned negative electrode and positive electrode as electrodes, ethylene carbonate:diethyl carbonate=1:1, 1.2 mol/L LiPF 6 electrolyte and 2% by volume of fluoroethylene carbonate were added to prepare a full cell, and the following battery evaluations were made. I went.
(Battery evaluation: electrode expansion measurement)
A cycle test was performed using the above full cell. At that time, the charge and discharge capacities and the initial irreversible capacities were measured, and the capacity retention ratios for the first cycle of 60 cycles and 100 cycles were compared. The charge/discharge rate was 0.5 C, the charge-side cutoff voltage was 4.0 V, and the discharge-side cutoff voltage was 2.7 V, and a cycle experiment (100 times) was performed.

なお、サイクル試験前の電極の形状は、直径14mmで厚みが55μmの円盤状であった。 The shape of the electrode before the cycle test was a disk shape having a diameter of 14 mm and a thickness of 55 μm.

また、100サイクル中の最大のクーロン効率「Maxクーロン効率」も合わせて測定した。 The maximum coulombic efficiency “Max coulombic efficiency” in 100 cycles was also measured.

結果を表1にまとめて示す。
<実施例2>
はちみつの代わりに、ケーキシロップ(朝日商事社製、成分:果糖ブドウ糖液糖.水飴・香料・カラメル色素)25質量部(炭化後4.43質量部)を用いた以外は、実施例1と同様の手順に従って、複合活物質を製造し、さらに、フルセルを製造して、各種評価を実施した。
<実施例3>
はちみつの代わりに、ジグリセリン(坂本薬品社製、25質量部(炭化後0.3質量部))を用いた以外は、実施例1と同様の手順に従って、複合活物質を製造し、さらに、フルセルを製造して、各種評価を実施した。
The results are summarized in Table 1.
<Example 2>
The same as in Example 1 except that 25 parts by mass (4.43 parts by mass after carbonization) of cake syrup (manufactured by Asahi Shoji Co., Ltd., component: fructose-glucose liquid sugar, starch syrup, perfume, caramel color) was used instead of honey. According to the procedure of 1., the composite active material was manufactured, and further, the full cell was manufactured, and various evaluations were performed.
<Example 3>
A composite active material was produced according to the same procedure as in Example 1 except that diglycerin (manufactured by Sakamoto Yakuhin Co., Ltd., 25 parts by mass (0.3 parts by mass after carbonization)) was used instead of honey, and further, A full cell was manufactured and various evaluations were performed.

Figure 0006733248
Figure 0006733248

上記表1に示すように、本発明のリチウム二次電池用複合活物質を用いたフルセルは、サイクル特性に優れることが確認された。 As shown in Table 1 above, it was confirmed that the full cell using the composite active material for a lithium secondary battery of the present invention has excellent cycle characteristics.

Claims (6)

黒鉛、および、リチウムイオンと化合可能な電池活物質を少なくとも含有する混合物を得る混合物生成工程と、
前記混合物に球形化処理を施す球形化工程と、
前記球形化処理を経て得られた生成物に対して焼成処理を施す焼成工程とを有し、以下の要件1〜要件3の少なくとも1つを満たす、リチウム二次電池用複合活物質の製造方法。
要件1:前記混合物生成工程が、前記黒鉛、前記リチウムイオンと化合可能な電池活物質、および、水溶性結着剤である多価アルコールを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して、前記黒鉛、前記リチウムイオンと化合可能な電池活物質、および、前記多価アルコールを含む混合物を得る工程である。
要件2:前記球形化工程と前記焼成工程との間に、前記球形化工程で得られた生成物と多価アルコールとを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して固形物を回収する混合工程をさらに有し、前記焼成工程にて前記固形物に対して焼成処理が施される。
要件3:前記焼成工程後に、前記焼成工程で得られた焼成物と多価アルコールとを水中にて混合し、得られた水分散液から水を除去して固形物を回収し、前記固形物に対して焼成処理を施す混合焼成工程をさらに有する。
A mixture producing step of obtaining a mixture containing at least graphite and a battery active material capable of being combined with lithium ions;
A spheronization step of subjecting the mixture to a spheronization treatment,
A method for producing a composite active material for a lithium secondary battery, comprising: a calcination step of subjecting the product obtained through the spheroidizing treatment to a calcination treatment, and satisfying at least one of requirements 1 to 3 below. ..
Requirement 1: In the mixture forming step, the graphite, the battery active material that can be combined with the lithium ions, and the polyhydric alcohol that is a water-soluble binder are mixed in water, and water is obtained from the resulting aqueous dispersion. Is removed to obtain a mixture containing the graphite, the battery active material that can be combined with the lithium ions, and the polyhydric alcohol .
Requirement 2: Between the sphering step and the calcination step, the product obtained in the sphering step and a polyhydric alcohol are mixed in water, and water is removed from the obtained aqueous dispersion. The method further includes a mixing step of collecting the solid matter, and the solid matter is subjected to a firing treatment in the firing step.
Requirement 3: After the firing step, the fired product obtained in the firing step and the polyhydric alcohol are mixed in water, water is removed from the obtained aqueous dispersion to recover a solid matter, and the solid matter is obtained. The method further includes a mixing and firing step of performing a firing treatment on.
前記多価アルコールが、糖類、グリセリン類、および、ポリアルキレングリコール類からなる群から選択される1種を含む、請求項1に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to claim 1, wherein the polyhydric alcohol contains one selected from the group consisting of sugars, glycerins, and polyalkylene glycols. 前記多価アルコールが、グルコース、フルクトース、ガラクトース、スクロース、マルトース、ラクトース、デンプン、セルロース、グリコーゲン、アルギン酸、ぺクチン、グリセリン、ジグリセリン、ポリエチレングリコール、または、これらのエステル誘導体、または、これらとアルカリ金属もしくはアルカリ土類金属との塩を含む、請求項1又は2に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 The polyhydric alcohol is glucose, fructose, galactose, sucrose, maltose, lactose, starch, cellulose, glycogen, alginic acid, pectin, glycerin, diglycerin, polyethylene glycol, or an ester derivative thereof, or an alkali metal with these. or salts with alkaline earth metals, the manufacturing method of the composite active material for lithium secondary battery according to claim 1 or 2. 前記黒鉛が膨張黒鉛である、請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 The graphite is expanded graphite, method for producing a lithium secondary battery composite active material according to any one of claims 1-3. 前記リチウムイオンと化合可能な電池活物質が、周期表の13族の元素、周期表の14族の元素、周期表の15族の元素、マグネシウム、および、マンガンからなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含有する、請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウムニ次電池用複合活物質の製造方法。 The battery active material that can be combined with the lithium ion is at least one selected from the group consisting of elements of Group 13 of the periodic table, elements of Group 14 of the periodic table, elements of Group 15 of the periodic table, magnesium, and manganese. The method for producing a composite active material for a lithium secondary battery according to any one of claims 1 to 4 , containing the element of. 前記リチウムイオンと化合可能な電池活物質の平均粒子径が1μm以下である、請求項1〜のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用複合活物質の製造方法。 The average particle diameter of the lithium ions can compound a battery active material is 1μm or less, the manufacturing method of a lithium secondary battery composite active material according to any one of claims 1-5.
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