JP6809473B2 - Fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder, electrode sheet using it, and power storage device using it - Google Patents

Fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder, electrode sheet using it, and power storage device using it Download PDF

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Description

本発明は、蓄電デバイスの電極材料等として好適な繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、および、この繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を電極合剤層に用いた蓄電デバイスの電極シートと、この電極シートを用いた蓄電デバイスに関するものである。 The present invention comprises a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder suitable as an electrode material for a power storage device, and an electrode sheet for a power storage device using the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder as an electrode mixture layer. The present invention relates to a power storage device using this electrode sheet.

近年、蓄電デバイスの電極材料として種々の材料が研究されている。その中でも、リチウムチタン複合酸化物は、負極の活物質として用いた場合に入出力特性に優れる蓄電デバイスを提供できるので、HEV、PHEV、BEVといった電気自動車用の蓄電デバイスの活物質材料として注目されている。 In recent years, various materials have been studied as electrode materials for power storage devices. Among them, lithium-titanium composite oxide can provide a power storage device having excellent input / output characteristics when used as an active material for a negative electrode, and therefore attracts attention as an active material material for a power storage device for electric vehicles such as HEVs, PHEVs, and BEVs. ing.

しかしながら、リチウムチタン複合酸化物などのリチウム含有酸化物は一般に導電性が低いことから、導電性を向上させる目的で、これらのリチウム含有酸化物に炭素質物質などの導電剤を添加し複合化することが提案されている。炭素質物質としては、黒鉛粉末、アセチレンブラックなどの粉末状炭素や、カーボンナノチューブ(CNT)やカーボンナノファイバー(CNF)などの繊維状炭素などがあるが、繊維状炭素は、少ない添加量でも導電性を向上させることが可能なため、このような導電剤として適した材料である。また、炭素質物質が複合化された活物質材料で球状二次粒子を形成すれば、このような球状二次粒子を含む粉末はスラリー化や塗工が容易なため、電極材料として適している。したがって、リチウムチタン複合酸化物と繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含む繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、蓄電デバイスの電極材料として好適である。 However, since lithium-containing oxides such as lithium-titanium composite oxides generally have low conductivity, a conductive agent such as a carbonaceous substance is added to these lithium-containing oxides for the purpose of improving the conductivity to form a composite. Has been proposed. Carbonaceous substances include powdered carbon such as graphite powder and acetylene black, and fibrous carbon such as carbon nanotubes (CNT) and carbon nanofibers (CNF). Fibrous carbon is conductive even with a small amount of addition. It is a material suitable as such a conductive agent because it can improve the properties. Further, if spherical secondary particles are formed from an active material in which a carbonaceous substance is compounded, the powder containing such spherical secondary particles is suitable as an electrode material because it is easy to slurry and coat. .. Therefore, the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder containing spherical secondary particles containing lithium titanium composite oxide and fibrous carbon is suitable as an electrode material for a power storage device.

Tiを含まないリチウム含有酸化物に関する従来技術ではあるが、特許文献1には、マンガン酸リチウム粒子とカーボンナノチューブ(CNT)とを含む球状二次粒子から構成される正極用複合材料が開示され、この正極用複合材料が適用されたリチウムイオン電池が、カーボンナノチューブ(CNT)ではなくカーボンブラックにより複合化された球状二次粒子から構成される正極用複合材料や、マンガン酸リチウム粒子と、凝集した繊維状炭素の粒子とを含む正極用材料が適用されたリチウムイオン電池に比べて、内部抵抗が小さいことが示されている。 Although it is a prior art relating to a lithium-containing oxide containing no Ti, Patent Document 1 discloses a composite material for a positive electrode composed of spherical secondary particles containing lithium manganate particles and carbon nanotubes (CNTs). The lithium ion battery to which this positive electrode composite material was applied aggregated with the positive electrode composite material composed of spherical secondary particles composited with carbon black instead of carbon nanotubes (CNT) and lithium manganate particles. It has been shown that the internal resistance is smaller than that of a lithium ion battery to which a positive electrode material containing fibrous carbon particles is applied.

LiおよびTiを含むリチウムチタン複合酸化物に繊維状炭素が複合化された球状二次粒子を含む電極用材料については特許文献2に開示されており、チタン酸リチウムの一次粒子の凝集体と、カーボンナノチューブ(CNT)とを含有する球状の顆粒状複合体が、単に炭素被覆されただけの顆粒状複合体より体積抵抗が低いことが示されている。 A material for an electrode containing spherical secondary particles in which fibrous carbon is composited with a lithium-titanium composite oxide containing Li and Ti is disclosed in Patent Document 2, and an aggregate of primary particles of lithium titanate and an aggregate of primary particles of lithium titanate are used. It has been shown that spherical granular composites containing carbon nanotubes (CNTs) have lower volume resistance than granular composites that are simply carbon coated.

このように、リチウムチタン複合酸化物に繊維状炭素を複合化して、球状二次粒子を含む粉末にし、それを負極用材料として用いることで、負極の導電性が改善し、蓄電デバイスの入出力特性はさらに向上する。 In this way, fibrous carbon is composited with the lithium-titanium composite oxide to form a powder containing spherical secondary particles, which is used as a negative electrode material to improve the conductivity of the negative electrode and input / output of the power storage device. The characteristics are further improved.

特許第5377946号公報Japanese Patent No. 5377946 特開2014−29863号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-29863

一方で、リチウムチタン複合酸化物を電気自動車用の蓄電デバイスの負極活物質材料に用いる場合、例えばチタン酸リチウムは、Li金属に対して1V以上も高い電圧で充放電するため、急速充電を行ってもリチウム金属が析出しにくいという長所を有している反面、エネルギー密度が理論的に低いという弱点がある。したがって、チタン酸リチウムなどのリチウムチタン複合酸化物を負極活物質材料に用いる場合は、電極(負極)を少しでも高密度化したいという要求がある。しかし、単純に電極作製時のプレス圧を高めて電極合剤層を高密度化すると、高温で充放電サイクルさせた場合の容量維持率の低下や、ガス発生量の著しい増大という問題が生じる。そのため、このままでは、例えば10年以上のような長期にわたり性能が低下しないことが強く要求される電気自動車用の蓄電デバイスの活物質材料として、リチウムチタン複合酸化物を適用することは困難である。 On the other hand, when lithium-titanium composite oxide is used as a negative electrode active material for a power storage device for an electric vehicle, for example, lithium titanate charges and discharges Li metal at a voltage as high as 1 V or more, so that it is rapidly charged. However, while it has the advantage that lithium metal does not easily precipitate, it has the disadvantage that the energy density is theoretically low. Therefore, when a lithium titanium composite oxide such as lithium titanate is used as a negative electrode active material, there is a demand for increasing the density of the electrode (negative electrode) as much as possible. However, if the press pressure at the time of electrode fabrication is simply increased to increase the density of the electrode mixture layer, problems such as a decrease in the capacity retention rate and a significant increase in the amount of gas generated when the charge / discharge cycle is performed at a high temperature occur. Therefore, it is difficult to apply the lithium-titanium composite oxide as an active material of a power storage device for an electric vehicle, which is strongly required not to deteriorate in performance for a long period of time, for example, 10 years or more.

また、特許文献2に開示されているような、リチウムチタン複合酸化物と繊維状炭素とを含む球状二次粒子(顆粒状複合体)を含む粉末を負極用材料として用いると、蓄電デバイスの入出力特性は改善されるものの、上述した高温充放電サイクル後の容量維持率の低下やガス発生量の増大は、より顕著になることが判明した。 Further, when a powder containing spherical secondary particles (granular composite) containing a lithium titanium composite oxide and fibrous carbon as disclosed in Patent Document 2 is used as a negative electrode material, a power storage device is inserted. Although the output characteristics are improved, it has been found that the decrease in the capacity retention rate and the increase in the amount of gas generated after the above-mentioned high-temperature charge / discharge cycle become more remarkable.

そこで本発明は、高温環境下での充放電サイクル特性に優れ、充放電サイクル後のガス発生量が少ない炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、それを含む蓄電デバイスの電極シート、その電極シートが用いられた蓄電デバイスを提供することを課題とする。 Therefore, the present invention uses a carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder having excellent charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and a small amount of gas generated after the charge / discharge cycle, an electrode sheet of a power storage device containing the powder, and the electrode sheet thereof. An object of the present invention is to provide a power storage device.

本発明者らは、前記の課題について検討した結果、リチウムチタン複合酸化物と繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含む繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を蓄電デバイスに適用した場合に、このような蓄電デバイスにおける、高温充放電サイクル後の容量維持率の低下やガス発生量の増大の原因の一つが、球状二次粒子の表面近傍に繊維状炭素が凝集して局在化することにあることを突き止めた。そして、これに対し、リチウムチタン複合酸化物の原料の粒度分布を特定の値以下にした上で繊維状炭素と混合し、球状に造粒し焼成することによって、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を調製することで、その繊維状炭素の凝集による局在化を解消できることを見出した。 As a result of examining the above-mentioned problems, the present inventors have applied a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder containing spherical secondary particles containing a lithium titanium composite oxide and fibrous carbon to a power storage device. One of the causes of the decrease in capacity retention rate and the increase in gas generation amount after the high temperature charge / discharge cycle in such a power storage device is that fibrous carbon aggregates and localizes near the surface of spherical secondary particles. I found out that there was something. On the other hand, the particle size distribution of the raw material of the lithium-titanium composite oxide is set to a specific value or less, mixed with fibrous carbon, granulated into spheres, and fired to perform fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxidation. It has been found that by preparing a product powder, localization due to aggregation of the fibrous carbon can be eliminated.

本発明者らは、さらに前記の課題を解決すべく検討した結果、リチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と、平均直径と平均アスペクト比が特定の範囲である繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含む、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末において、熱重量分析による測定から算出される炭素含有率(質量%)と、X線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)が特定の範囲であり、前記球状二次粒子の平均圧縮強度が特定の範囲である繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末が、高温における充放電サイクル寿命が長く、高温環境下における充放電サイクル後のガス発生量が少ないことを見出して本発明を完成した。すなわち、本発明は以下の事項に関する。 As a result of further studies to solve the above problems, the present inventors have found that spherical secondary particles containing primary particles made of lithium titanium composite oxide and fibrous carbon having an average diameter and an average aspect ratio in a specific range. In a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder containing particles, the carbon content (mass%) calculated from the measurement by thermoweight analysis and the carbon and titanium calculated from the measurement by X-ray photoelectron spectroscopy. The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder having an atomic ratio (carbon / titanium) in a specific range and an average compressive strength of the spherical secondary particles in a specific range has a long charge / discharge cycle life at high temperatures. The present invention has been completed by finding that the amount of gas generated after the charge / discharge cycle in a high temperature environment is small. That is, the present invention relates to the following matters.

(1) LiおよびTiを含むリチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と、平均直径が5〜40nmで、平均アスペクト比が10〜1000である繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含み、平均円形度が90%以上の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末であって、前記繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末における、熱重量分析による測定から算出される、リチウムチタン複合酸化物粉末の質量に対する炭素の質量割合をAとし、Aの百分率表記をa(質量%)とし、X線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)をBとしたときに、aが0.1〜3質量%であり、B/Aが90〜200であり、前記球状二次粒子の平均圧縮強度が1〜25MPaであることを特徴とする蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。 (1) Spherical secondary particles containing primary particles made of a lithium titanium composite oxide containing Li and Ti and fibrous carbon having an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000 are included and averaged. A fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder having a circularity of 90% or more, which is a lithium titanium composite oxide powder calculated from measurement by thermal weight analysis in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder. The mass ratio of carbon to the mass of A was defined as A, the percentage notation of A was defined as a (mass%), and the atomic ratio of carbon to titanium (carbon / titanium) calculated from the measurement by X-ray photoelectron spectroscopy was defined as B. For electrodes of power storage devices, characterized in that a is 0.1 to 3% by mass, B / A is 90 to 200, and the average compressive strength of the spherical secondary particles is 1 to 25 MPa. Fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder.

(2) 前記リチウムチタン複合酸化物が、LiTi12を主成分とするチタン酸リチウムであることを特徴とする(1)の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。(2) The fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide for electrodes of the power storage device according to (1), wherein the lithium-titanium composite oxide is lithium titanate containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component. Powder.

(3) 1−メチル−2−ピロリドン吸油量が55ml/100g〜160ml/100gであることを特徴とする(1)または(2)の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。 (3) A fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of a power storage device according to (1) or (2), wherein the oil absorption of 1-methyl-2-pyrrolidone is 55 ml / 100 g to 160 ml / 100 g. ..

(4) 前記リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBETが0.03〜0.6μmであることを特徴とする(1)〜(3)いずれかの蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。(4) the specific surface area equivalent diameter D BET of lithium-titanium composite oxide powder is characterized in that it is a 0.03~0.6μm (1) ~ (3) either electrode fibrous carbon of the electric storage device Containing lithium titanium composite oxide powder.

(5) 前記繊維状炭素が、そのグラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、前記繊維状炭素は、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成することにより構成されていることを特徴とする(1)〜(4)いずれかの蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。 (5) The fibrous carbon is formed by stacking 2 to 30 bell-shaped structural units having a crown having a closed graphite mesh surface and an open body at the lower part, sharing a central axis. The fibrous carbon is composed of a plurality of the bell-shaped structural unit aggregates formed by connecting the plurality of the bell-shaped structural unit aggregates at intervals in a Head-to-Tail manner to form fibers. (1) to (4) A fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of a power storage device.

(6) 前記リチウムチタン複合酸化物粉末の、LiTi12の(111)面のピーク半値幅からScherrerの式より算出される結晶子径をDとしたときに、Dが80nmより大きく、DBETとDの比DBET/D(μm/μm)が3以下であることを特徴とする(1)〜(5)いずれかの蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。(6) said lithium-titanium composite oxide powder, Li 4 Ti of 5 O 12 a crystallite size calculated from the Scherrer formula from the peak half width of the (111) plane is taken as D X, D X is 80nm larger, and wherein the D BET and D X the ratio D BET / D X (μm / μm) is 3 or less (1) to (5) one of the electrodes for fibrous carbon-containing lithium of the electric storage device Titanium composite oxide powder.

(7) 前記球状二次粒子が非繊維状炭素を含むことを特徴とする(1)〜(6)いずれかの蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。 (7) A fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of any of (1) to (6), which is characterized in that the spherical secondary particles contain non-fibrous carbon.

(8) 集電体の片面または両面に電極合剤層を有する蓄電デバイスの電極シートであって、前記電極合剤層が、(1)〜(7)いずれかの蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を含む蓄電デバイスの電極シート。 (8) An electrode sheet of a power storage device having an electrode mixture layer on one side or both sides of a current collector, and the electrode mixture layer is a fibrous electrode for a power storage device according to any one of (1) to (7). Electrode sheet for power storage device containing carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder.

(9) 前記電極合剤層の電解液保液率が0.7cm/cm〜1cm/cmであり、前記電極合剤層の電極密度が1.9g/cm〜2.5g/cmであることを特徴とする(8)の蓄電デバイスの電極シート。(9) the electrolyte solution holding ratio of the electrode mixture layer is 0.7cm 3 / cm 3 ~1cm 3 / cm 3, the electrode density of the electrode mixture layer is 1.9 g / cm 3 to 2.5 g / electrode sheet of the energy storage device, characterized in that cm is 3 (8).

(10) 前記電極合剤層の、BET法により求める比表面積をS(m/g)とし、前記電極合剤層の電解液保液率(cm/cm)をLとしたときに、L/Sが0.2〜0.3であることを特徴とする(9)の蓄電デバイスの電極シート。(10) of the electrode mixture layer, the specific surface area determined by the BET method and S E (m 2 / g) , the electrolyte solution holding ratio of the electrode mixture layer (cm 3 / cm 3) was L E when the electrode sheet of the electric storage device that L E / S E is characterized in that 0.2 to 0.3 (9).

(11) (8)〜(10)いずれかの電極シートを含む蓄電デバイス。 (11) A power storage device including any of the electrode sheets (8) to (10).

(12) (8)〜(10)いずれかの電極シートを含むリチウムイオン二次電池。 (12) A lithium ion secondary battery including any of the electrode sheets (8) to (10).

(13) (8)〜(10)いずれかの電極シートを含むハイブリッドキャパシタ。 (13) A hybrid capacitor including any of the electrode sheets (8) to (10).

(14) エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、および2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種以上の環状カーボネートを含む非水溶媒に、LiPF、LiBF、LiPO、およびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を含む電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることを特徴とする(11)の蓄電デバイス。(14) In a non-aqueous solvent containing one or more cyclic carbonates selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate, LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and The power storage device according to (11), which uses a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt containing at least one lithium salt selected from LiN (SO 2 F) 2 is dissolved.

(15) 前記非水電解液が、全電解質塩の濃度が0.5M以上2.0M以下であり、前記電解質塩として、少なくともLiPFを含み、更に0.001M以上1.0M以下のLiBF、LiPO、及びLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩が含まれる非水電解液であることを特徴とする(14)の蓄電デバイス。(15) The non-aqueous electrolyte solution has a total electrolyte salt concentration of 0.5 M or more and 2.0 M or less, contains at least LiPF 6 as the electrolyte salt, and further contains LiBF 4 of 0.001 M or more and 1.0 M or less. , LiPO 2 F 2 , and LiN (SO 2 F) 2, a non-aqueous electrolyte solution containing at least one lithium salt selected from (14).

(16) 前記非水電解液が、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、およびジブチルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の対称鎖状カーボネートと、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、およびエチルプロピルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の非対称鎖状カーボネートと、をさらに含むことを特徴とする(14)または(15)の蓄電デバイス。 (16) The non-aqueous electrolyte solution includes one or more symmetrical chain carbonates selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate, and methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, and methyl isopropyl carbonate. , Methylbutyl carbonate, and one or more asymmetric chain carbonates selected from ethylpropyl carbonate, according to (14) or (15).

本発明によれば、蓄電デバイスの電極材料として適用した場合に、高温における充放電サイクル寿命が長く、充放電サイクル後のガス発生量が少ない繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、それを含む蓄電デバイスの電極シート、その電極シートが用いられた蓄電デバイスを提供することができる。 According to the present invention, a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder having a long charge / discharge cycle life at a high temperature and a small amount of gas generated after the charge / discharge cycle when applied as an electrode material of a power storage device, and the like. It is possible to provide an electrode sheet of a power storage device and a power storage device using the electrode sheet.

(繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末)
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、LiおよびTiを含むリチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と、平均直径が5〜40nmで、平均アスペクト比が10〜1000である繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含み、平均円形度が90%以上の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末であって、前記繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末における、熱重量分析による測定から算出される、リチウムチタン複合酸化物粉末の質量に対する炭素の質量割合をAとし、Aの百分率表記をa(質量%)とし、X線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)をBとしたときに、aが0.1〜3質量%であり、B/Aが90〜200であり、前記球状二次粒子の平均圧縮強度が1〜25MPaであることを特徴とする蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末である。
(Fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder)
The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention contains primary particles composed of lithium titanium composite oxide containing Li and Ti, and fibrous particles having an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000. A fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder containing spherical secondary particles containing carbon and having an average circularity of 90% or more, which is obtained by thermal weight analysis of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder. Let A be the mass ratio of carbon to the mass of the lithium-titanium composite oxide powder calculated from the measurement, and let a (mass%) be the percentage notation of A, and the carbon and titanium calculated from the measurement by X-ray photoelectron spectroscopic analysis. When the atomic ratio (carbon / titanium) of is B, a is 0.1 to 3% by mass, B / A is 90 to 200, and the average compressive strength of the spherical secondary particles is 1 to 25 MPa. It is a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of a power storage device.

なお、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、前記球状二次粒子からなることが好ましいが(すなわち、実質的に、前記球状二次粒子から構成されることが好ましいが)、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末が適用された蓄電デバイスの特性に影響が生じない程度に、前記球状二次粒子以外の成分、たとえば、繊維状炭素、ならびに、リチウムチタン複合酸化物粒子および繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粒子などの、前記球状二次粒子以外の粒子を含んでも良い。 The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is preferably composed of the spherical secondary particles (that is, preferably substantially composed of the spherical secondary particles). To the extent that the characteristics of the power storage device to which the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is applied are not affected, components other than the spherical secondary particles, for example, fibrous carbon and lithium titanium composite oxidation Particles other than the spherical secondary particles, such as physical particles and fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide particles, may be included.

本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる球状二次粒子は、LiおよびTiを含むリチウムチタン複合酸化物(以下、リチウムチタン複合酸化物と記すことがある)からなる一次粒子と、繊維状炭素とを含む。以下、リチウムチタン複合酸化物とその物性、繊維状炭素、球状二次粒子とその物性、そして、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の物性の順に、これらについて説明する。 The spherical secondary particles contained in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention are primary particles composed of a lithium titanium composite oxide containing Li and Ti (hereinafter, may be referred to as a lithium titanium composite oxide). And fibrous carbon. Hereinafter, these will be described in the order of lithium titanium composite oxide and its physical properties, fibrous carbon, spherical secondary particles and their physical properties, and fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder.

[リチウムチタン複合酸化物]
本発明の前記球状二次粒子に含まれるリチウムチタン複合酸化物としては、LiおよびTiを含む酸化物であり、蓄電デバイスの電極に適用できる化合物であれば特に限定されないが、例えば、スピネル構造を有するリチウムチタン酸化物、ラムステライド型リチウムチタン酸化物などが挙げられ、これらのLiおよびTiのサイトの一部が他の金属元素で置換されたリチウムチタン複合酸化物であっても良い。本発明のリチウムチタン複合酸化物としては、LiTi12を主成分とするチタン酸リチウムであることが好ましい。LiTi12は、蓄電デバイスの電極に活物質として適用した場合に、Liイオンの挿入・脱離に伴う体積変化が小さいため結晶構造維持に優れ、充放電サイクルによる劣化が比較的少ない。また、炭素材料に比較し、リチウムイオンの挿入・脱離の電位が貴であるため、低温でのリチウム金属の析出、負極活物質による溶媒の還元分解が抑制され、安全性が高いことが知られている。ここで、LiTi12を主成分とするとは、X線回折法によって測定されるピークのうち、LiTi12の(111)面由来のピークの強度を100としたときに、アナターゼ型二酸化チタンの(101)面由来のピークの強度が5以下であり、ルチル型二酸化チタンの(110)面由来のピークの強度が5以下であり、LiTiOの(−133)面由来のピークの強度に100/80を乗じて算出した値(LiTiOの(002)面のピークの強度に相当)が5以下であることを言う。また、LiTi12を主成分とするとは、LiTi12の完全結晶を使用することを必ずしも意味するものではない。
[Lithium-titanium composite oxide]
The lithium titanium composite oxide contained in the spherical secondary particles of the present invention is an oxide containing Li and Ti, and is not particularly limited as long as it is a compound applicable to an electrode of a power storage device. For example, a spinel structure may be used. Examples thereof include a lithium titanium oxide having a lithium titanium oxide and a ramsteride type lithium titanium oxide, and a lithium titanium composite oxide in which a part of these Li and Ti sites is substituted with another metal element may be used. The lithium titanium composite oxide of the present invention is preferably lithium titanate containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component. When Li 4 Ti 5 O 12 is applied as an active material to the electrodes of a power storage device, it is excellent in maintaining the crystal structure because the volume change due to the insertion and desorption of Li ions is small, and the deterioration due to the charge / discharge cycle is relatively small. .. In addition, since the potential for insertion and desorption of lithium ions is higher than that of carbon materials, it is known that precipitation of lithium metal at low temperature and reduction decomposition of solvent by negative electrode active material are suppressed, and safety is high. Has been done. Here, assuming that Li 4 Ti 5 O 12 is the main component, when the intensity of the peak derived from the (111) plane of Li 4 Ti 5 O 12 among the peaks measured by the X-ray diffractometry is 100. , The intensity of the peak derived from the (101) plane of anatase-type titanium dioxide is 5 or less, the intensity of the peak derived from the (110) plane of rutile-type titanium dioxide is 5 or less, and (-133) of Li 2 TiO 3 It means that the value calculated by multiplying the intensity of the peak derived from the surface by 100/80 (corresponding to the intensity of the peak on the (002) surface of Li 2 TiO 3 ) is 5 or less. Further, the fact that Li 4 Ti 5 O 12 is the main component does not necessarily mean that a perfect crystal of Li 4 Ti 5 O 12 is used.

X線回折測定により得られるLiTi12の(111)面由来のピーク、アナターゼ型二酸化チタンの(101)面由来のピーク、ルチル型二酸化チタンの(110)面由来のピーク、およびLiTiOの(002)面由来のピークは、それぞれ各結晶相のメインピークである。本発明において、LiTiOについてのみ、LiTiOのメインピークである(002)面由来のピークに代えて、LiTiOの(−133)面由来のピークの強度に100/80を乗じて算出した値を用いるものとし、これをLiTiOのメインピークである(002)面相当のピークの強度とするものであるが、その理由としては、LiTiOのメインピークである(002)面由来のピークがLi4/3Ti5/3の(111)面由来のピークの裾野と重なってピーク分離処理が必要になることがあるのに対し、LiTiOの(−133)面由来のピークは他の構成相由来のピークと重ならないので、より簡単にLiTiOのメインピーク相当の強度を算出するためである。また、100/80を乗じるのは、これらのピーク強度比に基づくものである。A peak derived from the (111) plane of Li 4 Ti 5 O 12 obtained by X-ray diffraction measurement, a peak derived from the (101) plane of anatase-type titanium dioxide, a peak derived from the (110) plane of rutile-type titanium dioxide, and Li. The peaks derived from the (002) plane of 2 TiO 3 are the main peaks of each crystal phase. In the present invention, the Li 2 TiO 3 only, instead of the peak derived from the main peak of Li 2 TiO 3 (002) plane, the intensity of the peak derived from Li 2 TiO 3 of (-133) plane 100/80 The value calculated by multiplying by is used, and this is used as the intensity of the peak corresponding to the (002) plane, which is the main peak of Li 2 TiO 3. The reason is that the main peak of Li 2 TiO 3 is used. in it (002), whereas it may be necessary to peak separation peak derived from surface overlap with the base of the peak derived from (111) plane of Li 4/3 Ti 5/3 O 4, Li 2 TiO This is because the peak derived from the (-133) plane of No. 3 does not overlap with the peak derived from other constituent phases, so that the intensity corresponding to the main peak of Li 2 TiO 3 can be calculated more easily. Also, multiplying by 100/80 is based on these peak intensity ratios.

本発明のリチウムチタン複合酸化物がLiTi12を主成分とするチタン酸リチウムである場合、本発明のチタン酸リチウムにおいては、Tiに対するLiの原子比Li/Tiは、0.75〜0.90であることが好ましい。この範囲内であると、チタン酸リチウム中におけるLiTi12の割合が多くなり、本発明のチタン酸リチウムが電極材料として適用された蓄電デバイスの初期充放電容量が大きくなる。この観点から、原子比Li/Tiは、より好ましくは0.77以上であり、更に好ましくは0.78以上であり、特に好ましくは0.79以上である。また、より好ましくは0.89以下であり、更に好ましくは0.88以下である。When the lithium-titanium composite oxide of the present invention is lithium titanate containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component, in the lithium titanate of the present invention, the atomic ratio Li / Ti of Li to Ti is 0.75. It is preferably ~ 0.90. Within this range, the proportion of Li 4 Ti 5 O 12 in lithium titanate increases, and the initial charge / discharge capacity of the power storage device to which the lithium titanate of the present invention is applied as the electrode material increases. From this viewpoint, the atomic ratio Li / Ti is more preferably 0.77 or more, further preferably 0.78 or more, and particularly preferably 0.79 or more. Further, it is more preferably 0.89 or less, still more preferably 0.88 or less.

<リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBET
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBETは、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末より、繊維状炭素を含む炭素質物質を除去した後のリチウムチタン複合酸化物粉末の、BET法により求める比表面積から算出される比表面積相当径である。炭素質物質の除去方法としては、特に限定されないが、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末より、繊維状炭素を含む炭素質物質が除去でき、リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積が変化しない手段であれば良い。その手段としては、大気下などの酸素共存下で、リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積が変化しない条件での熱処理、例えば、450〜550℃で、1〜4時間の熱処理を行うことが好ましい。
<Diameter equivalent to specific surface area of lithium titanium composite oxide powder D BET >
The specific surface area equivalent diameter DBET of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is the lithium titanium composite oxidation after removing the carbonaceous substance containing fibrous carbon from the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. It is the specific surface area equivalent diameter calculated from the specific surface area of the powder obtained by the BET method. The method for removing the carbonaceous substance is not particularly limited, but the carbonic substance containing fibrous carbon can be removed from the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder, and the specific surface area of the lithium titanium composite oxide powder does not change. Any means will do. As the means, it is preferable to perform heat treatment under the condition that the specific surface area of the lithium titanium composite oxide powder does not change in the coexistence of oxygen such as in the atmosphere, for example, heat treatment at 450 to 550 ° C. for 1 to 4 hours. ..

本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBETは、特に限定されないが、0.03μm〜0.6μmであることが好ましい。DBETが0.03μm〜0.6μmであれば、蓄電デバイスの充放電容量をより大きくすることができる。ただし、本発明においては、DBETの値は、このような範囲に特に限定されるものではない。また、DBETは0.03〜0.4μmであることが特に好ましく、この範囲であれば蓄電デバイスの入力特性もより向上する。The specific surface area equivalent diameter D BET of lithium-titanium composite oxide powder of the present invention is not particularly limited, is preferably 0.03Myuemu~0.6Myuemu. When the D BET is 0.03 μm to 0.6 μm, the charge / discharge capacity of the power storage device can be further increased. However, in the present invention, the value of DBET is not particularly limited to such a range. Further, particularly preferred that D BET is 0.03~0.4Myuemu, input characteristics of the electric storage device if this range is also improved.

<リチウムチタン複合酸化物粉末の結晶子径D
本発明においては、リチウムチタン複合酸化物粉末のLiTi12の(111)面のピーク半値幅からScherrerの式より算出される結晶子径をDとする。本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末のDは、特に限定されないが、80nm以上であることが好ましい。Dが80nm以上であると、リチウムイオンが粒界を移動するときの抵抗の影響を最小限に抑えることができ、粒界をリチウムイオンが移動することで生じる分極増加による電池性能の低下をより適切に抑制できる。またDは、特に限定されないが、500nm以下であることが好ましい。Dが500nm以下であれば粒子内部の拡散抵抗の影響を最小限に抑えることができ、粒子内部をリチウムイオンが移動することで生じる分極増加による電池性能の低下をより適切に抑制できる。ただし、本発明においては、Dの値は、このような範囲に特に限定されるものではない。Dの測定方法については、後述の実施例にて詳細に説明する。なお、リチウムチタン複合酸化物粉末の結晶子径Dについては、DBETとは異なり、炭素質物質の存在がその測定結果に影響を与えないため、本発明においては繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を対象にして測定を行う。
<Crystallite diameter D X of the lithium-titanium composite oxide powder>
In the present invention, the crystallite diameter calculated from Scherrer equation from the peak half width of the (111) plane of Li 4 Ti 5 O 12 of the lithium-titanium composite oxide powder and D X. D X of the lithium-titanium composite oxide powder of the present invention is not particularly limited, it is preferably 80nm or more. When D X is at 80nm or more, it is possible to minimize the effects of resistance when the lithium ions move grain boundary, deterioration in battery performance due to polarization increases caused by the grain boundaries lithium ion moves It can be suppressed more appropriately. The D X is not particularly limited, it is preferably 500nm or less. D X it is possible to minimize the influence of the diffusion resistance of the interior of the particles as long as 500nm or less, more appropriately suppress a decrease in battery performance due to polarization increases caused by the internal particles of lithium ions to move. However, in the present invention, the value of D X is not particularly limited to this range. A method for measuring the D X, described in detail in Examples below. Note that the crystallite diameter D X of the lithium-titanium composite oxide powder, unlike D BET, since the presence of the carbonaceous material does not affect the measurement result, fibrous carbon-containing lithium-titanium composite in the present invention The measurement is performed on the oxide powder.

<リチウムチタン複合酸化物粉末のDBETとDの比DBET/D(μm/μm)>
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末のDBETとDの比DBET/D(μm/μm)は、特に限定されないが、2以下であることが好ましく、1.5以下であることが特に好ましい。DBET/Dが小さいほど、本発明の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末が電極材料として適用された蓄電デバイスの入出力特性をより高めることができる。ただし、本発明においては、DBET/D(μm/μm)の値は、上記範囲に特に限定されるものではない。
<The ratio of D BET and D X the lithium-titanium composite oxide powder D BET / D X (μm / μm)>
The ratio D BET / D X of D BET and D X the lithium-titanium composite oxide powder of the present invention (μm / μm) is not particularly limited, is preferably 2 or less, not more than 1.5 Especially preferable. More D BET / D X is smaller, the input-output characteristic of the electric storage device fibrous carbon-containing lithium titanate powder of the present invention is applied as an electrode material can be further improved. However, in the present invention, the value of D BET / D X (μm / μm) is not particularly limited to the above range.

[繊維状炭素]
本発明の繊維状炭素は、平均直径が5〜40nmで、平均アスペクト比が10〜1000である。繊維状炭素の平均直径が5nm未満の場合は、炭素繊維が凝集するため、高温環境下における充放電サイクル特性や充放電サイクル後のガス発生を向上させることができない。一方、繊維状炭素の平均直径が40nmより大きい場合は導電性の改善効果が小さい。また、繊維状炭素の平均アスペクト比が10未満の場合は、導電性の改善効果が小さい。導電性の改善効果をより高めるという観点から、繊維状炭素の平均アスペクト比は、好ましくは30以上、より好ましくは50以上である。一方、繊維状炭素の平均アスペクト比が1000より大きい場合は、炭素繊維が凝集するため、高温環境下における充放電サイクル特性の向上や充放電サイクル後のガス発生を効果的に抑制することができない。高温環境下における充放電サイクル特性をより高めることができ、また、充放電サイクル後のガス発生をより低減できるという観点から、繊維状炭素の平均アスペクト比は、好ましくは500以下、さらに好ましくは200以下である。繊維状炭素の平均直径と平均アスペクト比の測定方法については、後述の実施例にて詳細に説明する。本発明の繊維状炭素としては、この平均直径と平均アスペクト比を有する繊維状炭素であれば特に限定されないが、例えば、単層および多層カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどが挙げられる。特に好ましい繊維状炭素は、特開2012―46864などに記載されている、そのグラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成することにより構成されていることを特徴とする繊維状炭素である。本発明の繊維状炭素がこのような特に好ましい態様の繊維状炭素である場合は、特に電極中での分散状態が良好である。
[Fibrous carbon]
The fibrous carbon of the present invention has an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000. When the average diameter of the fibrous carbon is less than 5 nm, the carbon fibers are aggregated, so that the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and the gas generation after the charge / discharge cycle cannot be improved. On the other hand, when the average diameter of the fibrous carbon is larger than 40 nm, the effect of improving the conductivity is small. Further, when the average aspect ratio of the fibrous carbon is less than 10, the effect of improving the conductivity is small. From the viewpoint of further enhancing the effect of improving the conductivity, the average aspect ratio of the fibrous carbon is preferably 30 or more, more preferably 50 or more. On the other hand, when the average aspect ratio of the fibrous carbon is larger than 1000, the carbon fibers are aggregated, so that it is not possible to effectively improve the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and effectively suppress the gas generation after the charge / discharge cycle. .. The average aspect ratio of fibrous carbon is preferably 500 or less, more preferably 200, from the viewpoint that the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment can be further enhanced and the gas generation after the charge / discharge cycle can be further reduced. It is as follows. The method for measuring the average diameter and the average aspect ratio of the fibrous carbon will be described in detail in Examples described later. The fibrous carbon of the present invention is not particularly limited as long as it is a fibrous carbon having this average diameter and average aspect ratio, and examples thereof include single-walled and multi-walled carbon nanotubes and carbon nanofibers. A particularly preferable fibrous carbon is described in JP-A-2012-46864, in which a bell-shaped structural unit having a crown having a closed graphite mesh surface and a body having an open lower portion share a central axis. A plurality of bell-shaped structural unit aggregates formed by stacking 2 to 30 layers are provided, and the plurality of bell-shaped structural unit aggregates are connected at intervals in a Head-to-Tail manner to form fibers. It is a fibrous carbon characterized by being composed of. When the fibrous carbon of the present invention is such a fibrous carbon of a particularly preferable embodiment, the dispersed state in the electrode is particularly good.

[球状二次粒子]
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は球状二次粒子を含んでおり、この球状二次粒子は、上述のリチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と繊維状炭素とを含む。ここでいう球状二次粒子とは、二次粒子の外観が球状に近似した形状、すなわち略球状であれば良く、完全な球状(真球状)に限定されるものではない。本発明の球状二次粒子には、部分的に凹凸がある粒子や、楕円球状などの球状に近い形状の粒子も含まれる。
[Spherical secondary particles]
The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention contains spherical secondary particles, and the spherical secondary particles include the primary particles made of the above-mentioned lithium titanium composite oxide and fibrous carbon. The spherical secondary particles referred to here may have a shape in which the appearance of the secondary particles approximates a spherical shape, that is, a substantially spherical shape, and is not limited to a perfect spherical shape (true spherical shape). The spherical secondary particles of the present invention also include particles having a partially uneven shape and particles having a shape close to a spherical shape such as an elliptical spherical particle.

<球状二次粒子の平均圧縮強度>
本発明の球状二次粒子の平均圧縮強度は1〜25MPaである。球状二次粒子の平均圧縮強度がこの範囲であれば、蓄電デバイスの高温環境下での充放電サイクル特性を向上させることができ、充放電サイクル後のガス発生量を抑制することもできる。このような効果が得られるのは、球状二次粒子の平均圧縮強度がこの範囲であれば、電極合剤層を形成したときに、電極合剤層においても、繊維状炭素が局在化せず、かつ、リチウムチタン複合酸化物同士、あるいはリチウムチタン複合酸化物と繊維状炭素の接触面積が大きくなるためであると推察される。ここで、球状二次粒子の平均圧縮強度を25MPa以下にすることは、電極合剤層の高密度化、すなわち高エネルギー密度化に対しても効果的である。上記の観点から、平均圧縮強度の下限は、好ましくは2MPa以上、より好ましくは3MPa以上であり、平均圧縮強度の上限は、好ましくは20MPa以下、より好ましくは15MPa以下、さらに好ましくは10MPa以下である。前記球状二次粒子の平均圧縮強度の測定方法は後述の実施例にて説明する。
<Average compressive strength of spherical secondary particles>
The average compressive strength of the spherical secondary particles of the present invention is 1 to 25 MPa. When the average compressive strength of the spherical secondary particles is within this range, the charge / discharge cycle characteristics of the power storage device in a high temperature environment can be improved, and the amount of gas generated after the charge / discharge cycle can be suppressed. Such an effect can be obtained when the average compressive strength of the spherical secondary particles is within this range, and when the electrode mixture layer is formed, the fibrous carbon is localized even in the electrode mixture layer. It is presumed that this is because the contact area between the lithium-titanium composite oxides or between the lithium-titanium composite oxide and the fibrous carbon becomes large. Here, setting the average compressive strength of the spherical secondary particles to 25 MPa or less is also effective for increasing the density of the electrode mixture layer, that is, increasing the energy density. From the above viewpoint, the lower limit of the average compressive strength is preferably 2 MPa or more, more preferably 3 MPa or more, and the upper limit of the average compressive strength is preferably 20 MPa or less, more preferably 15 MPa or less, still more preferably 10 MPa or less. .. The method for measuring the average compressive strength of the spherical secondary particles will be described in Examples described later.

<繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の平均円形度>
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、上述の球状二次粒子を含み、平均円形度が90%以上である。平均円形度が90%未満の場合は、それを適用した蓄電デバイスの入出力特性が低下する。この理由としては、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を他の電極構成材料と混合して塗料化した際に、その塗料中の繊維状炭素の分散性が悪くなり、電極合剤層において繊維状炭素が局在化することによると推察される。塗料化の際に、円形度が低い、いびつな形状の二次粒子からは、粒子表面近傍の繊維状炭素やリチウムチタン複合酸化物の一次粒子が脱落しやすいためであると思われる。蓄電デバイスの入出力特性をより高めるという観点から、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の平均円形度は95%以上であることが好ましい。平均円形度の測定方法は後述の実施例にて説明する。
<Average circularity of fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder>
The fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention contains the above-mentioned spherical secondary particles and has an average circularity of 90% or more. If the average circularity is less than 90%, the input / output characteristics of the power storage device to which it is applied deteriorate. The reason for this is that when the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder is mixed with other electrode constituent materials to form a paint, the dispersibility of the fibrous carbon in the paint deteriorates, and in the electrode mixture layer. It is presumed that this is due to the localization of fibrous carbon. This is probably because the fibrous carbon and lithium-titanium composite oxide primary particles near the particle surface are likely to fall off from the distorted secondary particles with low circularity during coating. From the viewpoint of further enhancing the input / output characteristics of the power storage device, the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention has an average circularity of 95% or more of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. It is preferable to have. The method for measuring the average circularity will be described in Examples described later.

<繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末における、熱重量分析による測定から算出される炭素含有率、およびX線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比>
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、熱重量分析による測定から算出される、リチウムチタン複合酸化物粉末の質量に対する炭素の質量割合をAとし、Aの百分率表記をa(質量%)とし、X線光電子分光分析により測定される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)をBとしたときに、aが0.1〜3質量%であり、B/Aが90〜200である。aが0.1質量%より小さいと、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の電子伝導性が十分に向上しないため、入出力特性が良い蓄電デバイスは得られない。aが3質量%より大きいと、球状二次粒子表面の繊維状炭素の量が増えて、球状二次粒子表面で凝集するため、高温環境下での充放電サイクル特性が良い蓄電デバイスは得られず、充放電サイクル後のガス発生も抑制されない。入出力特性および高温環境下での充放電サイクル特性をより高めるという観点から、aの下限は0.3質量%がより好ましく、0.5質量%がさらに好ましい。また、aの上限は2.5質量%がより好ましく、2質量%がさらに好ましい。また、B/Aが90より小さくても、あるいは200より大きくても、高温環境下での充放電サイクル特性が良い蓄電デバイスは得られず、充放電サイクル後のガス発生も抑制されない。充放電サイクル特性をより高めることができ、また、充放電サイクル後のガス発生をより低減できるという観点から、B/Aの下限は100がより好ましく、110がさらに好ましい。また、B/Aの上限は190がより好ましく、180がさらに好ましい。熱重量分析においては、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の粒子全体、すなわち、実質的に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる前記球状二次粒子全体における、炭素の質量割合が測定されるので、Aは、前記球状二次粒子全体における炭素含有率を示すものとなる。一方、X線光電子分光分析においては、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の粒子表面、すなわち、実質的に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる前記球状二次粒子を構成する炭素とチタンのうち、表面に位置する炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)のみが測定されるので、Bは、前記球状二次粒子の表面の炭素含有率に代わる指標である。そして、本発明におけるB/Aは、前記球状二次粒子を構成する炭素とチタンのうち、表面に位置する炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)を、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末全体の炭素含有率(質量%)で除した値であり、前記球状二次粒子全体における炭素含有率と、球状二次粒子表面における炭素含有率との比を表す指標である。B/Aが大きいほど、球状二次粒子表面の炭素含有率が、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末全体の炭素含有率に比べて大きいことになる。
<Carbon content calculated by thermogravimetric analysis and atomic ratio of carbon to titanium calculated by X-ray photoelectron spectroscopy in fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder>
In the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, the mass ratio of carbon to the mass of the lithium titanium composite oxide powder calculated from the measurement by thermogravimetric analysis is defined as A, and the percentage notation of A is a (mass). %), And when the atomic ratio (carbon / titanium) of carbon to titanium measured by X-ray photoelectron spectroscopy is B, a is 0.1 to 3% by mass and B / A is 90 to 90 to It is 200. If a is smaller than 0.1% by mass, the electron conductivity of the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder is not sufficiently improved, so that a power storage device having good input / output characteristics cannot be obtained. When a is larger than 3% by mass, the amount of fibrous carbon on the surface of the spherical secondary particles increases and aggregates on the surface of the spherical secondary particles, so that a power storage device having good charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment can be obtained. However, gas generation after the charge / discharge cycle is not suppressed. From the viewpoint of further enhancing the input / output characteristics and the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment, the lower limit of a is more preferably 0.3% by mass, further preferably 0.5% by mass. Further, the upper limit of a is more preferably 2.5% by mass, further preferably 2% by mass. Further, even if the B / A is smaller than 90 or larger than 200, a power storage device having good charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment cannot be obtained, and gas generation after the charge / discharge cycle is not suppressed. From the viewpoint that the charge / discharge cycle characteristics can be further enhanced and the gas generation after the charge / discharge cycle can be further reduced, the lower limit of B / A is more preferably 100 and further preferably 110. Further, the upper limit of B / A is more preferably 190, and even more preferably 180. In the thermal weight analysis, the entire particles of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder, that is, substantially the entire spherical secondary particles contained in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. Since the mass ratio of carbon is measured, A indicates the carbon content in the entire spherical secondary particles. On the other hand, in the X-ray photoelectron spectroscopic analysis, the particle surface of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder, that is, the spherical secondary contained in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. Of the carbon and titanium that make up the particles, only the atomic ratio (carbon / titanium) of carbon and titanium located on the surface is measured, so B is an index that replaces the carbon content on the surface of the spherical secondary particles. Is. Then, the B / A in the present invention determines the atomic ratio (carbon / titanium) of carbon and titanium located on the surface of the carbon and titanium constituting the spherical secondary particles to be fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxidation. It is a value divided by the carbon content (mass%) of the entire material powder, and is an index showing the ratio of the carbon content of the entire spherical secondary particles to the carbon content of the surface of the spherical secondary particles. The larger the B / A, the larger the carbon content on the surface of the spherical secondary particles as compared with the carbon content of the entire fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder.

<繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末のD50>
繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末のD50は、粉体ハンドリングの観点から、1μm以上であることが好ましく、より好ましくは3μm以上である。また、電極合剤密度を高め、高エネルギー密度化させるという観点から、25μm以下であることが好ましく、より好ましくは20μm以下であり、さらに好ましくは15μm以下である。ここで、D50とは、体積分率で計算した累積体積頻度が、粒径の小さい方から積算して50%になる粒径のことである。
<D50 of fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder>
The D50 of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, from the viewpoint of powder handling. Further, from the viewpoint of increasing the electrode mixture density and increasing the energy density, it is preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less, and further preferably 15 μm or less. Here, D50 is a particle size in which the cumulative volume frequency calculated by the volume fraction is 50% in total from the smallest particle size.

<繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の1−メチル−2−ピロリドン吸油量>
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、1−メチル−2−ピロリドン(以下NMPと記すことがある)吸油量が55ml/100g〜160ml/100gであることが好ましい。NMP吸油量がこの範囲であれば、蓄電デバイスの高温環境下での充放電サイクル特性がさらに向上し、充放電サイクル後のガス発生量がさらに低減される。このような効果が得られるのは、NMP吸油量をこの範囲とすることで、蓄電デバイスの、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末が用いられた電極合剤層中の電解液保液量を適切にすることができることによると推察される。高温環境下における充放電サイクル特性をより高めることができ、また、充放電サイクル後のガス発生をより低減できるという観点からは、NMP吸油量の下限は、好ましくは60ml/100g、より好ましくは65ml/100g、さらに好ましくは70ml/100gである。また、NMP吸油量の上限は、好ましくは155ml/100g、より好ましくは150ml/100g、さらに好ましくは145ml/100gである。ここで、ml/100gという単位は繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末100gあたりのNMPの吸収量(単位は、ml)を表す。なお、NMP吸油量は、リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積や、繊維状炭素の添加割合などで調整することができる。
<1-Methyl-2-pyrrolidone oil absorption of fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder>
The fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention preferably has an oil absorption of 1-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as NMP) of 55 ml / 100 g to 160 ml / 100 g. When the NMP oil absorption amount is within this range, the charge / discharge cycle characteristics of the power storage device in a high temperature environment are further improved, and the amount of gas generated after the charge / discharge cycle is further reduced. Such an effect can be obtained by setting the NMP oil absorption amount in this range, and the electrolytic solution in the electrode mixture layer in which the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is used for the power storage device. It is presumed that this is because the amount of liquid retained can be adjusted appropriately. From the viewpoint that the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment can be further enhanced and the gas generation after the charge / discharge cycle can be further reduced, the lower limit of the NMP oil absorption amount is preferably 60 ml / 100 g, more preferably 65 ml. / 100 g, more preferably 70 ml / 100 g. The upper limit of the NMP oil absorption is preferably 155 ml / 100 g, more preferably 150 ml / 100 g, and further preferably 145 ml / 100 g. Here, the unit of ml / 100 g represents the amount of NMP absorbed per 100 g of fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder (unit is ml). The amount of NMP oil absorbed can be adjusted by adjusting the specific surface area of the lithium titanium composite oxide powder, the addition ratio of fibrous carbon, and the like.

また、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、さらに非繊維状炭素を含んでも良い。非繊維状炭素は特に限定されないが、比表面積が20〜200m/gの粉末であれば、特に高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果が得られるので好ましい。具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどが好ましい。Further, the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention may further contain non-fibrous carbon. The non-fibrous carbon is not particularly limited, but a powder having a specific surface area of 20 to 200 m 2 / g is preferable because it has an effect of improving charge / discharge cycle characteristics particularly in a high temperature environment. Specifically, acetylene black, Ketjen black and the like are preferable.

(繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の製造方法)
以下に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の製造方法の一例を、リチウムチタン複合酸化物がチタン酸リチウムである場合について、原料の調製工程、乾燥・造粒工程、および焼成工程に分けて説明するが、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の製造方法はこれに限定されない。
(Manufacturing method of fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder)
The following is an example of the method for producing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, in the case where the lithium titanium composite oxide is lithium titanate, a raw material preparation step, a drying / granulation step, and firing. Although the description will be described separately for each step, the method for producing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is not limited to this.

[原料混合スラリーの調製工程]
本発明においては、リチウム原料とチタン原料とを混合し、その混合物のD95が特定の範囲になるように予め調製した後、その混合物と繊維状炭素とを湿式混合して原料混合スラリー(以下、混合スラリーと略記することがある)を調製する。このように調製した混合スラリーを乾燥・造粒し、焼成することで、得られる繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末のB/Aを90〜200にすることができる。
[Preparation process of raw material mixed slurry]
In the present invention, a lithium raw material and a titanium raw material are mixed, the D95 of the mixture is prepared in advance so as to be in a specific range, and then the mixture and the fibrous carbon are wet-mixed and the raw material mixed slurry (hereinafter referred to as “raw material mixed slurry”). (Sometimes abbreviated as mixed slurry) is prepared. The B / A of the obtained fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium-titanium composite oxide) powder can be adjusted to 90 to 200 by drying, granulating, and calcining the mixed slurry prepared in this manner.

<リチウムチタン複合酸化物原料の調製工程>
チタン酸リチウムの原料としては、チタン原料およびリチウム原料を用いる。チタン原料としては、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン等のチタン化合物が用いられる。チタン原料としては、短時間でリチウム原料と反応し易いことが好ましく、その観点で、アナターゼ型二酸化チタンが好ましい。特にルチル化率が0%の完全アナターゼ型二酸化チタンが好ましい。
<Preparation process of lithium titanium composite oxide raw material>
As the raw material of lithium titanate, a titanium raw material and a lithium raw material are used. As the titanium raw material, titanium compounds such as anatase-type titanium dioxide and rutile-type titanium dioxide are used. As the titanium raw material, it is preferable that it easily reacts with the lithium raw material in a short time, and from this viewpoint, anatase-type titanium dioxide is preferable. In particular, complete anatase-type titanium dioxide having a rutileization rate of 0% is preferable.

リチウム原料としては、水酸化リチウム一水和物、酸化リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸リチウム等のリチウム化合物が用いられるが、水酸化リチウム一水和物、炭酸リチウムが好ましい。 As the lithium raw material, lithium compounds such as lithium hydroxide monohydrate, lithium oxide, lithium hydrogen carbonate and lithium carbonate are used, but lithium hydroxide monohydrate and lithium carbonate are preferable.

以上のチタン原料およびリチウム原料を、繊維状炭素と混合する前に混合し、さらに、レーザ回折・散乱型粒度分布測定機にて測定される粒度分布曲線におけるD95が2μm以下になるように調製する。これにより、B/Aが90〜200の繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末を得ることができる。ここで、D95とは、体積分率で計算した累積体積頻度が、粒径の小さい方から積算して95%になる粒径のことである。繊維状炭素との混合に供するチタン原料とリチウム原料の混合物の状態は、混合物の粉末を含むスラリー状が好ましい。 The above titanium raw material and lithium raw material are mixed before being mixed with fibrous carbon, and further prepared so that D95 in the particle size distribution curve measured by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring machine is 2 μm or less. .. As a result, a fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium-titanium composite oxide) powder having a B / A of 90 to 200 can be obtained. Here, D95 is a particle size in which the cumulative volume frequency calculated by the volume fraction is 95% in total from the smallest particle size. The state of the mixture of the titanium raw material and the lithium raw material to be mixed with the fibrous carbon is preferably in the form of a slurry containing the powder of the mixture.

チタン原料とリチウム原料の混合物の調製方法としては、次に挙げる方法を採用することができる。第一の方法は、原料を調合後、混合と同時に粉砕を行う方法である。第二の方法は、各原料を混合後のD95が2μm以下になるまで粉砕した後、これらを混合、あるいは軽く粉砕しながら混合する方法である。第三の方法は、各原料を晶析などの方法によって微粒子からなる粉末を製造し、必要に応じて分級して、これらを混合、あるいは軽く粉砕しながら混合する方法である。なかでも、第一の方法において、原料の混合と同時に粉砕を行う方法は、工程が少ない方法なので工業的に有利な方法である。いずれの方法であっても、混合は湿式で行われることが望ましく、その際の分散剤としては、ポリビニルアルコール、またはポリカルボン酸アンモニウム塩を用いることが望ましい。
本発明において、粒子表面への繊維状炭素の局在化が抑制された球状二次粒子を含む繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、具体的にはB/Aが90〜200である繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を得ることができるようになったことについて、以下のように考察する。
As a method for preparing a mixture of a titanium raw material and a lithium raw material, the following methods can be adopted. The first method is a method in which the raw materials are mixed and then pulverized at the same time as mixing. The second method is a method in which each raw material is pulverized until the D95 after mixing becomes 2 μm or less, and then these are mixed or mixed while being lightly pulverized. The third method is a method in which each raw material is produced into a powder composed of fine particles by a method such as crystallization, classified as necessary, and these are mixed or mixed while being lightly pulverized. Among them, in the first method, the method of pulverizing at the same time as mixing the raw materials is an industrially advantageous method because there are few steps. Regardless of the method, it is desirable that the mixing is carried out in a wet manner, and it is desirable to use polyvinyl alcohol or an ammonium polycarboxylic acid salt as the dispersant at that time.
In the present invention, a fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder containing spherical secondary particles in which localization of fibrous carbon is suppressed on the particle surface, specifically, a fiber having a B / A of 90 to 200. The fact that it has become possible to obtain a carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder will be considered as follows.

チタン酸リチウムを含むリチウムチタン複合酸化物に繊維状炭素を複合化して球状二次粒子を形成する場合、従来は繊維状炭素が球状二次粒子の表面に極端に局在化していた。その理由を次のように考察する。 When fibrous carbon is composited with a lithium titanium composite oxide containing lithium titanate to form spherical secondary particles, the fibrous carbon has conventionally been extremely localized on the surface of the spherical secondary particles. The reason is considered as follows.

リチウム原料、チタン原料および繊維状炭素を混合したときに、繊維状炭素は、チタン原料の粒子表面に比べてリチウム原料の粒子表面により多く存在し、そして凝集して存在する。繊維状炭素に対するリチウム原料の親和性と、チタン原料の親和性が著しく相違している可能性があり、その影響と思われる。 When the lithium raw material, the titanium raw material and the fibrous carbon are mixed, the fibrous carbon is present more on the particle surface of the lithium raw material than on the particle surface of the titanium raw material, and is agglomerated. There is a possibility that the affinity of the lithium raw material for fibrous carbon and the affinity of the titanium raw material are significantly different, which is considered to be the effect.

また、一般的にリチウム原料はチタン原料に比べて粒子径が著しく大きく、その比表面積が非常に小さいため、このような性質を持つ原料を含むスラリー中では、そのスラリーを、粉砕効果を伴わない効率の良い混合手段で混合しても、また、繊維状炭素の分散性が良い分散剤を使用しても、あるいは混合時間を長くしても、繊維状炭素は僅かなリチウム原料の粒子表面に凝集して存在しようとする。結果的に、繊維状炭素と親和性の良いリチウム原料の表面に直接接触する繊維状炭素の割合が非常に小さくなる。 Further, in general, a lithium raw material has a significantly larger particle size than a titanium raw material and its specific surface area is very small. Therefore, in a slurry containing a raw material having such properties, the slurry is not crushed. Even if mixed by an efficient mixing means, a dispersant having a good dispersibility of fibrous carbon is used, or the mixing time is lengthened, the fibrous carbon is present on the particle surface of a small amount of lithium raw material. It tries to coagulate and exist. As a result, the proportion of fibrous carbon that comes into direct contact with the surface of the lithium raw material, which has a good affinity for fibrous carbon, becomes very small.

スラリーを噴霧・乾燥すると、スラリーが微粒化される。この分散媒を含む粒子の表面から分散媒が蒸発し、それに伴って粒子内部の分散媒が粒子表面に移動し、それが粒子表面から蒸発しながら固形物の造粒粒子が形成される。以上のような状態のスラリーの場合、分散媒が粒子内部から粒子表面に移動するとともに、比重が小さく、リチウム原料の粒子表面と直接接触していない繊維状炭素が、凝集したまま分散媒と一緒に粒子表面に向かって移動することになる。このようにして形成された造粒粒子においては、造粒粒子の表面近傍に繊維状炭素が局在化することになる。そして、このような造粒粒子を焼成して得られた球状二次粒子においても、繊維状炭素はその粒子表面に局在化することになる。 When the slurry is sprayed and dried, the slurry is atomized. The dispersion medium evaporates from the surface of the particles containing the dispersion medium, and the dispersion medium inside the particles moves to the particle surface accordingly, and the solid granulated particles are formed while evaporating from the particle surface. In the case of the slurry in the above state, the dispersion medium moves from the inside of the particles to the particle surface, and the fibrous carbon having a small specific gravity and not in direct contact with the particle surface of the lithium raw material is agglomerated together with the dispersion medium. Will move toward the particle surface. In the granulated particles formed in this way, fibrous carbon is localized near the surface of the granulated particles. Then, even in the spherical secondary particles obtained by firing such granulated particles, the fibrous carbon is localized on the surface of the particles.

これに対して、繊維状炭素と混合する前に予めリチウム原料の粒子径を小さくすると、繊維状炭素が直接接触するリチウム原料の比表面積が大きくなり、比表面積が大きくなることで、繊維状炭素は分散してリチウム原料の粒子表面に直接接触することができる。その結果、スラリー中での繊維状炭素の凝集が抑制されて、リチウム原料の表面に直接接触する繊維状炭素の割合が大きくなる。このようなスラリーを噴霧・乾燥した場合は、分散媒の粒子表面への移動に伴う、繊維状炭素の粒子表面への移動も抑制される。その結果、造粒粒子においても、それを焼成して得られた球状二次粒子においても、その粒子表面への繊維状炭素の局在化が抑制される。 On the other hand, if the particle size of the lithium raw material is reduced in advance before mixing with the fibrous carbon, the specific surface area of the lithium raw material with which the fibrous carbon comes into direct contact increases, and the specific surface area increases, so that the fibrous carbon Can be dispersed and come into direct contact with the surface of the lithium raw material particles. As a result, the aggregation of fibrous carbon in the slurry is suppressed, and the proportion of fibrous carbon that comes into direct contact with the surface of the lithium raw material increases. When such a slurry is sprayed and dried, the movement of the fibrous carbon to the particle surface due to the movement of the dispersion medium to the particle surface is also suppressed. As a result, the localization of fibrous carbon on the particle surface is suppressed in both the granulated particles and the spherical secondary particles obtained by firing the particles.

以上のように、繊維状炭素を含むリチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる球状二次粒子において、繊維状炭素が球状二次粒子の表面に局在化しやすい原因の一つは、繊維状炭素に対するリチウム原料とチタン原料の親和性と粒子径の相違にあると推察され、本発明において、リチウムチタン複合酸化物の原料の粒度分布を特定の値以下にした上で繊維状炭素と混合することによって、粒子表面への繊維状炭素の局在化が抑制された球状二次粒子を含む繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、具体的にはB/Aが90〜200である繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を得ることができるようになったものと思われる。 As described above, in the spherical secondary particles contained in the lithium titanium composite oxide powder containing fibrous carbon, one of the causes for the fibrous carbon to be easily localized on the surface of the spherical secondary particles is the fibrous carbon. It is presumed that there is a difference in the affinity and particle size between the lithium raw material and the titanium raw material, and in the present invention, the particle size distribution of the raw material of the lithium titanium composite oxide is set to a specific value or less and then mixed with fibrous carbon. , Fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder containing spherical secondary particles in which localization of fibrous carbon is suppressed on the particle surface, specifically, fibrous carbon-containing B / A of 90 to 200. It seems that the lithium-titanium composite oxide powder can be obtained.

<繊維状炭素の調製工程>
原料に用いる繊維状炭素としては、得られる繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末の球状二次粒子において、平均直径が5〜40nmで、平均アスペクト比が10〜1000となる繊維状炭素であれば良い。チタン原料とリチウム原料の混合物と繊維状炭素との混合工程において、その条件を調整することによって繊維状炭素を切断することができるので、平均アスペクト比が1000より大きい繊維状炭素を用いても良い。本発明においては、平均直径が5〜40nmの、所謂カーボンナノチューブ(CNT)やカーボンナノファイバー(CNF)が好ましく用いられる。なかでも、グラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成することにより構成されていることを特徴とする、特開2012―46864の実施例などに記載されている繊維状炭素が特に好ましい。このような繊維状炭素を用いることで、B/Aが90〜200の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末が得られやすくなる。
<Preparation process of fibrous carbon>
The fibrous carbon used as a raw material may be any fibrous carbon having an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000 in the obtained spherical secondary particles of fibrous carbon-containing lithium titanate powder. .. In the step of mixing the mixture of the titanium raw material and the lithium raw material and the fibrous carbon, the fibrous carbon can be cut by adjusting the conditions, so that the fibrous carbon having an average aspect ratio of more than 1000 may be used. .. In the present invention, so-called carbon nanotubes (CNTs) and carbon nanofibers (CNFs) having an average diameter of 5 to 40 nm are preferably used. Among them, a set of bell-shaped structural units formed by stacking 2 to 30 layers of bell-shaped structural units having a crown with a closed graphite net surface and a body with an open lower part sharing a central axis. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-46864, which comprises a plurality of bodies, wherein the plurality of bell-shaped structural unit aggregates are connected at intervals in a Head-to-Tail manner to form fibers. The fibrous carbon described in Examples and the like is particularly preferable. By using such fibrous carbon, it becomes easy to obtain fibrous carbon-containing lithium titanate powder having a B / A of 90 to 200.

繊維状炭素は凝集しやすいため、繊維状炭素を、チタン原料とリチウム原料の混合物と混合する前に、液体分散媒体中で分散剤を用いて開繊、分散すると同時に、平均アスペクト比が大きい繊維状炭素の場合は粉砕(切断)して、スラリー状のまま、チタン原料とリチウム原料の混合物と混合することが好ましい。 Since fibrous carbon tends to aggregate, fibers having a large average aspect ratio at the same time as being opened and dispersed using a dispersant in a liquid dispersion medium before mixing the fibrous carbon with a mixture of a titanium raw material and a lithium raw material. In the case of carbon, it is preferable to pulverize (cut) and mix the slurry with a mixture of a titanium raw material and a lithium raw material.

前記分散剤としては、ポリビニルアルコール、ポリカルボン酸アンモニウム塩、オレイン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンカルボン酸エステル、モノアルコールエステル、フェロセン誘導体等の界面活性剤、ピレン化合物(ピレンアンモニウム)、ポルフィリン化合物(ZnPP、Hemin、PPEt)、ポリフルオレン、環状グルカン、葉酸、ラクタム化合物(−CONH−)、ラクトン化合物(−CO−O−)等の環式/多環芳香族化合物、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンエチレン等の直鎖状共役重合体、ポリビニルピロリドン(PVP)等の環状アミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリマーミセル、水溶性ピレン含有ポリマー、果糖、多糖類(カルボキシメチルセルロース等)、アミロース等の糖類、ラタキサン等の包接錯体、コール酸類縁体が挙げられ、特に分散媒体が水溶液系のときは、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドンが好適である。分散剤は、繊維状炭素の凝集体に対し質量比で1/100以上、100/100以下で添加されることが好ましい。前記分散媒体としては、特に限定はされないが、取り扱い及びリチウム化合物の溶解性の観点から、水、アルコール類等の極性溶媒が通常使用される。繊維状炭素の凝集体の開繊、分散は、分散媒体と分散剤と繊維状炭素の凝集体等を合わせて、ホモミキサー、トリミックス等で攪拌することにより行われるが、より効果的にするために振動衝撃波による超音波、ビーズ、ボール等の衝撃、振盪を利用したビーズミル、ペイントシェーカーが用いられる。平均アスペクト比が大きい繊維状炭素の場合は、ビーズミルなどの比較的粉砕能力の高い方法が好ましく採用される。 Examples of the dispersant include surfactants such as polyvinyl alcohol, ammonium polycarboxylic acid salt, sodium oleate, polyoxyethylene carboxylic acid ester, monoalcohol ester, and ferrocene derivative, pyrene compound (pyreneammonium), and porphyrin compound (ZnPP, Hemin, PPEt), polyfluorene, cyclic glucan, folic acid, lactam compounds (-CONH-), lactone compounds (-CO-O-) and other cyclic / polycyclic aromatic compounds, polythiophene, polyphenylene vinylene, polyphenylene ethylene and the like. Encapsulation of linear conjugated polymers, cyclic amides such as polyvinylpyrrolidone (PVP), polystyrene sulfonic acid, polymer micelles, water-soluble pyrene-containing polymers, fructose, polysaccharides (carboxymethyl cellulose, etc.), saccharides such as amylose, lactam, etc. Examples thereof include complexes and cole acids relatives, and carboxymethyl cellulose and polyvinylpyrrolidone are particularly suitable when the dispersion medium is an aqueous solution system. The dispersant is preferably added in a mass ratio of 1/100 or more and 100/100 or less with respect to the aggregate of fibrous carbon. The dispersion medium is not particularly limited, but a polar solvent such as water or alcohol is usually used from the viewpoint of handling and solubility of the lithium compound. The opening and dispersion of the agglomerates of fibrous carbon is carried out by combining the dispersion medium, the dispersant, the agglomerates of fibrous carbon, etc. and stirring with a homomixer, a trimix, etc., but it is more effective. For this purpose, ultrasonic waves due to vibration shock waves, impacts of beads, balls, etc., bead mills using shaking, and paint shakers are used. In the case of fibrous carbon having a large average aspect ratio, a method having a relatively high crushing ability such as a bead mill is preferably adopted.

繊維状炭素を液体分散媒体中で開繊および分散させる前に、繊維状炭素に酸化処理を施すこともできる。酸化処理を行うことにより、繊維状炭素が分散媒体に馴染みやすくなり、本発明のチタン酸リチウムに対する分散性がより高まることで、高温環境下での充放電サイクル特性と、充放電サイクル後のガス発生抑制に効果的である。酸化処理方法としては、たとえば、硝酸/硫酸、オゾン、超臨界水、超臨界炭酸ガス等による液相酸化、または大気焼成、酸素プラズマ等による気相酸化等による炭素繊維表面への親水化処理を施す方法が挙げられる。 The fibrous carbon can also be oxidized before it is opened and dispersed in the liquid dispersion medium. By performing the oxidation treatment, the fibrous carbon becomes more compatible with the dispersion medium, and the dispersibility in lithium titanate of the present invention is further enhanced, so that the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and the gas after the charge / discharge cycle can be achieved. It is effective in suppressing the occurrence. As the oxidation treatment method, for example, liquid phase oxidation with nitric acid / sulfuric acid, ozone, supercritical water, supercritical carbon dioxide gas, etc., or hydrophilization treatment on the carbon fiber surface by atmospheric firing, gas phase oxidation with oxygen plasma, etc. There is a method of applying.

<チタン原料とリチウム原料の混合物と、繊維状炭素の混合工程>
次いで、上述の方法で得られたチタン原料とリチウム原料の混合物と、繊維状炭素とを、得られる繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末全体における炭素含有率(質量%)が0.1〜3質量%になる所望の割合で混合し、乾燥・造粒工程に供する混合スラリーを調製する。チタン原料とリチウム原料の混合物と、繊維状炭素とが均一に混合できる方法であれば、これらの混合方法は特に限定されないが、前述の通り、チタン原料とリチウム原料の混合物のスラリーと、繊維状炭素のスラリーとを混合することが好ましく、例えば、ホモミキサー、トリミックス等で撹拌する方法や、ビーズミル、ペイントシェーカー等の衝撃、振盪を利用した方法で混合することが出来る。繊維状炭素のアスペクト比が10未満になるような方法でなければ、原料がさらに粉砕される混合方法であっても良い。
<Mixing process of a mixture of titanium raw material and lithium raw material and fibrous carbon>
Next, the mixture of the titanium raw material and the lithium raw material obtained by the above method and the fibrous carbon were added to the obtained fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium-titanium composite oxide) powder in terms of carbon content (mass%). Is mixed at a desired ratio of 0.1 to 3% by mass to prepare a mixed slurry to be used in the drying / granulating step. The mixing method is not particularly limited as long as the mixture of the titanium raw material and the lithium raw material and the fibrous carbon can be uniformly mixed, but as described above, the slurry of the mixture of the titanium raw material and the lithium raw material and the fibrous form It is preferable to mix with the carbon slurry, for example, it can be mixed by a method of stirring with a homomixer, a trimix or the like, or a method of using impact or shaking with a bead mill, a paint shaker or the like. As long as the aspect ratio of the fibrous carbon is not less than 10, a mixing method in which the raw material is further pulverized may be used.

[乾燥・造粒工程]
次いで、得られた混合スラリーを乾燥・造粒する。乾燥・造粒方法は、平均円形度が90%以上の繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末が得られる方法であればいかなる方法でも良いが、通常、噴霧乾燥(スプレードライ)法を採用する。一般的な噴霧乾燥(スプレードライ)法により乾燥・造粒された造粒粉末ならば、平均円形度が大きく、焼成後でも、通常、平均円形度は90%以上になる。
[Drying / granulation process]
Next, the obtained mixed slurry is dried and granulated. The drying / granulating method may be any method as long as it can obtain fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium-titanium composite oxide) powder having an average circularity of 90% or more, but is usually spray-dried (spray-dried). ) Adopt the method. A granulated powder dried and granulated by a general spray drying method has a large average circularity, and even after firing, the average circularity is usually 90% or more.

なかでも、二流体スプレードライヤーを使用した噴霧乾燥(スプレードライ)法が好ましく、その場合の噴霧乾燥は、190℃以上、更には210℃以上の温度下、スラリーの送液速度範囲0.1L/分から1L/分で行うことが好ましい。造粒粉末の大きさは、主にスラリーの固形分と噴霧するエアーの圧力によって制御できる。スラリーの固形分が大きいと造粒粉末は大きくなり、スラリーの固形分が小さいと造粒粉末は小さくなる。また、エアーの圧力が小さいと造粒粉末は大きくなり、エアーの圧力が大きいと造粒粉末は小さくなる。得られた造粒粉末は、そのまま次の焼成工程に供することができる。 Of these, the spray drying method using a two-fluid spray dryer is preferable, and in that case, the spray drying is performed at a temperature of 190 ° C. or higher, further 210 ° C. or higher, and the slurry feeding rate range is 0.1 L / L. It is preferably carried out at 1 L / min. The size of the granulated powder can be controlled mainly by the solid content of the slurry and the pressure of the sprayed air. When the solid content of the slurry is large, the granulated powder becomes large, and when the solid content of the slurry is small, the granulated powder becomes small. Further, when the air pressure is small, the granulated powder becomes large, and when the air pressure is large, the granulated powder becomes small. The obtained granulated powder can be used as it is for the next firing step.

[焼成工程]
次いで、得られた造粒粉末を焼成する。繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末の球状二次粒子の平均圧縮強度を1〜25MPaにするには、造粒粉末を高温かつ短時間で焼成することが好ましい。このような観点から、焼成時の最高温度は、好ましくは1000℃以下であり、より好ましくは950℃以下であり、更に好ましくは900℃以下である。繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末の球状二次粒子の比表面積を大きく、かつ結晶子径を大きくする観点から、焼成時の最高温度は、好ましくは720℃以上であり、より好ましくは750℃以上であり、さらに好ましくは780℃以上である。同じ観点から、焼成時の最高温度での保持時間は、好ましくは2〜60分であり、より好ましくは5〜45分であり、更に好ましくは5〜30分である。焼成時の最高温度が高い時には、より短い保持時間を選択することが好ましい。同様に、焼成により得られる結晶子径を大きくする観点から、焼成時の昇温過程においては、700℃〜最高温度の滞留時間を特に短くすることが好ましい。
[Baking process]
Then, the obtained granulated powder is calcined. In order to make the average compressive strength of the spherical secondary particles of the fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium-titanium composite oxide) powder 1 to 25 MPa, it is preferable to calcin the granulated powder at a high temperature and in a short time. From such a viewpoint, the maximum temperature at the time of firing is preferably 1000 ° C. or lower, more preferably 950 ° C. or lower, and further preferably 900 ° C. or lower. From the viewpoint of increasing the specific surface area of the spherical secondary particles of the fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium-titanium composite oxide) powder and increasing the crystallite diameter, the maximum temperature at the time of firing is preferably 720 ° C. or higher. , More preferably 750 ° C. or higher, and even more preferably 780 ° C. or higher. From the same viewpoint, the holding time at the maximum temperature at the time of firing is preferably 2 to 60 minutes, more preferably 5 to 45 minutes, and further preferably 5 to 30 minutes. When the maximum temperature during firing is high, it is preferable to select a shorter holding time. Similarly, from the viewpoint of increasing the crystallite diameter obtained by firing, it is particularly preferable to shorten the residence time from 700 ° C. to the maximum temperature in the heating process during firing.

本発明においては、造粒粉末を、上述のように高温で短時間焼成することによって、球状二次粒子の平均圧縮強度を1〜25MPaにできる。焼成時間を長くすれば、球状二次粒子の平均圧縮強度は25MPaより大きくなりやすく、予め合成したチタン酸リチウム粉末と繊維状炭素とを混合して造粒しただけでは、球状二次粒子の平均圧縮強度は1MPa未満になりやすい。 In the present invention, the average compressive strength of the spherical secondary particles can be adjusted to 1 to 25 MPa by firing the granulated powder at a high temperature for a short time as described above. If the firing time is lengthened, the average compressive strength of the spherical secondary particles tends to be larger than 25 MPa, and the average of the spherical secondary particles is simply obtained by mixing and granulating the pre-synthesized lithium titanate powder and fibrous carbon. The compression strength tends to be less than 1 MPa.

このような条件で焼成できる方法であれば、焼成方法は特に限定されるものではない。利用できる焼成炉としては、固定床式焼成炉、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、流動床式、ロータリーキルン式焼成炉が挙げられる。ただし、短時間で効率的な焼成をする場合は、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、ロータリーキルン式焼成炉が好ましい。匣鉢に造粒粉末を収容して焼成するローラーハース式焼成炉、またはメッシュベルト式焼成炉を用いる場合は、得られるチタン酸リチウムの品質を一定にするために、焼成時の造粒粉末の温度分布を均一にすることが好ましく、匣鉢への造粒粉末の収容量を少量にすることが好ましい。 The firing method is not particularly limited as long as it can be fired under such conditions. Examples of the firing furnace that can be used include a fixed-bed type firing furnace, a roller hearth type firing furnace, a mesh belt type firing furnace, a fluidized bed type firing furnace, and a rotary kiln type firing furnace. However, in the case of efficient firing in a short time, a roller hearth type firing furnace, a mesh belt type firing furnace, and a rotary kiln type firing furnace are preferable. When using a roller hearth type firing furnace or a mesh belt type firing furnace in which the granulated powder is placed in a saggar and fired, in order to keep the quality of the obtained lithium titanate constant, the granulated powder at the time of firing is used. It is preferable to make the temperature distribution uniform, and it is preferable to reduce the amount of the granulated powder contained in the sack.

ロータリーキルン式焼成炉は、造粒粉末を収容する容器が不要で、連続的に造粒粉末を投入しながら焼成が出来る点、被焼成物への熱履歴が均一で、均質な繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得やすい点から、本発明のチタン酸リチウム粉末を製造するには特に好ましい焼成炉である。 The rotary kiln type firing furnace does not require a container to store the granulated powder, it can be fired while continuously injecting the granulated powder, the heat history to the object to be fired is uniform, and homogeneous fibrous carbon-containing titanium. It is a particularly preferable firing furnace for producing the lithium titanate powder of the present invention because it is easy to obtain the lithium titanate powder.

焼成時の雰囲気は、繊維状炭素または場合によって含まれる非繊維状炭素を焼成時に消耗あるいは消失させないために、酸素を含まない窒素または希ガスなどの不活性雰囲気であることが好ましい。 The atmosphere during firing is preferably an inert atmosphere such as oxygen-free nitrogen or a rare gas so that fibrous carbon or non-fibrous carbon contained in some cases is not consumed or eliminated during firing.

(電極シート)
次いで、本発明の電極シートについて説明する。本発明の蓄電デバイスの電極シートは、集電体の片面または両面に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を含む電極合剤層を有する蓄電デバイスの電極シートであり、蓄電デバイスの設計形状に合わせて裁断され、正極または負極として使用される。前記電極合剤層は、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末以外には結着剤を含む。また、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる繊維状炭素や、場合によっては含まれる非繊維状炭素以外に、電極合剤層形成時に加えられる導電助剤を含むことができる。以下では、便宜的に、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる繊維状炭素を第一の導電助剤、場合によっては含まれる非繊維状炭素を第二の導電助剤とし、電極合剤層形成時に加えられる導電助剤を第三の導電助剤と記すことがある。
(Electrode sheet)
Next, the electrode sheet of the present invention will be described. The electrode sheet of the power storage device of the present invention is an electrode sheet of the power storage device having an electrode mixture layer containing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention on one side or both sides of the current collector. It is cut according to the design shape of and used as a positive electrode or a negative electrode. The electrode mixture layer contains a binder in addition to the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. Further, in addition to the fibrous carbon contained in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder and the non-fibrous carbon contained in some cases, a conductive auxiliary agent added at the time of forming the electrode mixture layer can be contained. In the following, for convenience, the fibrous carbon contained in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder is used as the first conductive auxiliary agent, and in some cases, the non-fibrous carbon contained is used as the second conductive auxiliary agent. The conductive auxiliary agent added at the time of forming the mixture layer may be referred to as a third conductive auxiliary agent.

<電極合剤層の電解液保液率と電極合剤層の密度>
本発明の蓄電デバイスの電極シートは、電極合剤層の電解液保液率が0.7〜1.0であり、電極合剤層の密度が1.9〜2.5g/cmであることが好ましい。なお、本発明における電解液保液率とは、電極シートをプロピレンカーボネート溶媒にLiPFを1M溶解させた非水電解液(以下、1M LiPF/PC)に浸漬させた際の、電極合剤層中に含侵した非水電解液の体積の、電極合剤層の体積に対する割合である。前記電極合剤層の電解液保液率および電極合剤層密度の測定方法は後述の実施例にて説明する。前記電極合剤層の電解液保液率および電極合剤層密度がこの範囲にある場合は、エネルギー密度が向上し、電解液が浸み込みやすくなる、すなわちLiの挿入脱離反応は円滑に進行し、高温環境下での充放電サイクル特性と、充放電サイクル後のガス発生抑制に効果的である。本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を用いた上で、第三の導電助剤の添加量や電極合剤層の電極密度を調整することで前記電極合剤層の電解液保液率および電極合剤層密度をこの範囲に調節することができる。
<Electrolyte retention rate of electrode mixture layer and density of electrode mixture layer>
In the electrode sheet of the power storage device of the present invention, the electrolytic solution retention rate of the electrode mixture layer is 0.7 to 1.0, and the density of the electrode mixture layer is 1.9 to 2.5 g / cm 3 . Is preferable. The electrolytic solution retention rate in the present invention is an electrode mixture when the electrode sheet is immersed in a non-aqueous electrolytic solution (hereinafter, 1M LiPF 6 / PC) in which 1M of LiPF 6 is dissolved in a propylene carbonate solvent. It is the ratio of the volume of the non-aqueous electrolyte solution impregnated in the layer to the volume of the electrode mixture layer. The method for measuring the electrolytic solution retention rate and the electrode mixture layer density of the electrode mixture layer will be described in Examples described later. When the electrolytic solution retention rate and the electrode mixture layer density of the electrode mixture layer are within this range, the energy density is improved and the electrolytic solution is easily infiltrated, that is, the Li insertion / desorption reaction is smooth. It progresses and is effective for charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and suppression of gas generation after the charge / discharge cycle. By using the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention and adjusting the amount of the third conductive additive added and the electrode density of the electrode mixture layer, the electrolytic solution retention of the electrode mixture layer is maintained. The liquid ratio and the electrode mixture layer density can be adjusted within this range.

<電極合剤層の比表面積S(m/g)と電解液保液率Lとの比S/L
さらに、本発明の蓄電デバイスの電極シートは、前記電極合剤層の、BET法により求める比表面積をS(m/g)とし、前記電極合剤層の電解液保液率をLとしたときに、S/Lが0.20〜0.30であることが好ましい。S/Lがこの範囲にある場合は、蓄電デバイスの高温環境下での充放電サイクル特性が特に良くなり、充放電サイクル後のガス発生量が特に低減される。S/Lをこの範囲にすることによって、電極合剤層中の電解液保液量が、これらの効果を得るに適した範囲に調節されることによると推察される。S/Lは、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末だけでなく、第三の導電助剤の比表面積や添加量などでも調節することができる。前記電極合剤層の比表面積の測定方法は実施例にて説明する。
<Specific surface area S E of the electrode mixture layer (m 2 / g) and the ratio S E / L E of the electrolyte solution holding ratio L E>
Further, the electrode sheets of the electricity storage device of the present invention, the electrode mixture layer, the specific surface area determined by the BET method and S E (m 2 / g) , the electrolyte solution holding ratio of the electrode mixture layer L E when a, S E / L E is preferably a 0.20 to 0.30. If S E / L E is in this range, the charge-discharge cycle characteristics under high temperature environment of the electric storage device is particularly well, the amount of gas generated after the charge-discharge cycle is particularly reduced. By the S E / L E In this range, the electrolyte solution holding amount of the electrode mixture layer is presumed to be due to adjusted is that the range suitable for obtaining these effects. S E / L E can be adjusted in such fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder as well as the specific surface area and amount of the third conductive additive of the present invention. The method for measuring the specific surface area of the electrode mixture layer will be described in Examples.

(蓄電デバイス)
本発明の蓄電デバイスは、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を含む電極へのリチウムイオンのインターカレーション、脱インターカレーションを利用してエネルギーを貯蔵、放出するデバイスであって、例えば、ハイブリッドキャパシタやリチウム電池などが挙げられる。
(Power storage device)
The power storage device of the present invention is a device that stores and releases energy by utilizing intercalation and deintercalation of lithium ions on an electrode containing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. For example, a hybrid capacitor, a lithium battery, and the like can be mentioned.

[ハイブリッドキャパシタ]
前記ハイブリッドキャパシタとしては、正極に、活性炭など電気二重層キャパシタの電極材料と同様の物理的な吸着によって容量が形成される活物質や、グラファイトなど物理的な吸着とインターカレーション、脱インターカレーションによって容量が形成される活物質や、導電性高分子などレドックスにより容量が形成される活物質を使用し、負極に本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を使用するデバイスである。
[Hybrid capacitor]
The hybrid capacitor includes an active material whose capacity is formed on the positive electrode by physical adsorption similar to that of the electrode material of an electric double layer capacitor such as activated carbon, and physical adsorption and intercalation and deintercalation such as graphite. It is a device that uses an activated carbon whose capacity is formed by redox or an active material whose capacity is formed by redox such as a conductive polymer, and uses the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention for the negative electrode.

[リチウム電池]
本発明のリチウム電池は、リチウム一次電池およびリチウム二次電池を総称する。また、本明細書において、リチウム二次電池という用語は、いわゆるリチウムイオン二次電池も含む概念として用いる。
[Lithium battery]
The lithium battery of the present invention is a general term for a lithium primary battery and a lithium secondary battery. Further, in the present specification, the term lithium secondary battery is used as a concept including a so-called lithium ion secondary battery.

前記リチウム電池は、正極、負極および非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液等により構成されているが、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は電極材料として用いることができる。本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、正極活物質および負極活物質のいずれとして用いてもよいが、以下には負極活物質として用いた場合を説明する。 The lithium battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, a non-aqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent, and the like, and the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is used as an electrode material. be able to. The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention may be used as either a positive electrode active material or a negative electrode active material, but the case where it is used as a negative electrode active material will be described below.

<負極>
負極は、負極集電体の片面または両面に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末および結着剤を含む電極合剤層を有する。電極合剤層はさらに第三の導電助剤を含むことがある。
<Negative electrode>
The negative electrode has an electrode mixture layer containing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention and a binder on one side or both sides of the negative electrode current collector. The electrode mixture layer may further contain a third conductive auxiliary agent.

前記負極用の、第三の導電助剤としては、化学変化を起こさない電子伝導材料であれば特に制限はない。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チェンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、単相カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ(グラファイト層が多層同心円筒状)(非魚骨状)、カップ積層型カーボンナノチューブ(魚骨状(フィッシュボーン))、節型カーボンナノファイバー(非魚骨構造)、プレートレット型カーボンナノファイバー(トランプ状)等のカーボンナノチューブ類等が挙げられる。また、グラファイト類とカーボンブラック類とカーボンナノチューブ類を適宜混合して用いてもよい。特に限定されることはないが、カーボンブラック類の比表面積は好ましくは30〜3000m/gであり、さらに好ましくは50〜2000m/gである。30m/g未満の比表面積では、活物質との接触面積が減少するため、導電性が取れなくなり、内部抵抗が上昇することになる。3000m/g超の比表面積になると、塗料化に必要となる溶媒量が増えるため、電極密度を向上させることがより困難になり、合剤層の高容量化に適さない。また、グラファイト類の比表面積は、好ましくは30〜600m/gであり、さらに好ましくは50〜500m/gである。30m/g未満の比表面積では、活物質との接触面積が減少するため、導電性が取れなくなり、内部抵抗が上昇することになる。600m/g超の比表面積になると、塗料化に必要となる溶媒量が増えるため、電極密度を向上させることがより困難になり、合剤層の高容量化に適さない。また、カーボンナノチューブ類のアスペクト比は、好ましくは10〜1000である。アスペクト比が大きいと、形成される繊維の構造が円筒チューブ状に近づき、1本の繊維における繊維軸方向の導電性は向上するが、構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が低くなるため、隣接繊維間の導電性が悪化する。一方、アスペクト比が小さいと構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が高くなるため、隣接繊維間の導電性は向上するが、繊維外周面が、繊維軸方向に短いグラファイト網面が多数連結して構成されるため、1本の繊維における繊維軸方向の導電性が損なわれる。The third conductive auxiliary agent for the negative electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not cause a chemical change. For example, natural graphite (scaly graphite, etc.), graphite such as artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, single-walled carbon nanotubes, and multi-walled carbon nanotubes. (Graphite layer is multi-layered concentric cylindrical) (non-fishbone), cup-stacked carbon nanotubes (fishbone), node-shaped carbon nanofibers (non-fishbone structure), platelet-type carbon nanofibers ( Examples thereof include carbon nanotubes (trump-shaped) and the like. Further, graphites, carbon blacks and carbon nanotubes may be appropriately mixed and used. There is no particular limitation, specific surface area of the carbon blacks is preferably 30~3000m 2 / g, more preferably from 50~2000m 2 / g. If the specific surface area is less than 30 m 2 / g, the contact area with the active material is reduced, so that conductivity cannot be obtained and the internal resistance increases. When the specific surface area exceeds 3000 m 2 / g, the amount of solvent required for coating increases, which makes it more difficult to improve the electrode density and is not suitable for increasing the volume of the mixture layer. The specific surface area of graphites is preferably 30 to 600 m 2 / g, and more preferably 50 to 500 m 2 / g. If the specific surface area is less than 30 m 2 / g, the contact area with the active material is reduced, so that conductivity cannot be obtained and the internal resistance increases. When the specific surface area exceeds 600 m 2 / g, the amount of solvent required for coating increases, which makes it more difficult to improve the electrode density and is not suitable for increasing the volume of the mixture layer. The aspect ratio of the carbon nanotubes is preferably 10 to 1000. When the aspect ratio is large, the structure of the formed fiber approaches a cylindrical tube shape, and the conductivity in the fiber axis direction in one fiber is improved, but the open end of the graphite mesh surface constituting the structural unit body is a fiber. Since the frequency of exposure to the outer peripheral surface is low, the conductivity between adjacent fibers is deteriorated. On the other hand, when the aspect ratio is small, the open end of the graphite mesh surface constituting the body of the structural unit is frequently exposed to the outer peripheral surface of the fiber, so that the conductivity between adjacent fibers is improved, but the outer peripheral surface of the fiber is the fiber. Since a large number of short graphite mesh surfaces are connected in the axial direction, the conductivity in the fiber axial direction in one fiber is impaired.

第三の導電助剤の添加量は、活物質の比表面積や導電助剤の種類や組合せにより最適化されるが、合剤層全体に対して、好ましくは10質量%以下であり、より好ましくは5質量%以下であり、さらに好ましくは2質量%以下である。繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、第一の導電助剤である繊維状炭素、場合によっては第二の導電助剤である非繊維状炭素を含んでおり、第三の導電助剤が添加されなくても、蓄電デバイスとして十分な性能が発現する。 The amount of the third conductive auxiliary agent added is optimized by the specific surface area of the active material and the type and combination of the conductive auxiliary agents, but is preferably 10% by mass or less with respect to the entire mixture layer, which is more preferable. Is 5% by mass or less, more preferably 2% by mass or less. The fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder contains fibrous carbon, which is the first conductive auxiliary agent, and in some cases, non-fibrous carbon, which is the second conductive auxiliary agent, and is a third conductive auxiliary agent. Even if is not added, sufficient performance as a power storage device is exhibited.

前記負極用の結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルピロリドン(PVP)、スチレンとブタジエンの共重合体(SBR)、アクリロニトリルとブタジエンの共重合体(NBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。特に限定されることはないが、ポリフッ化ビニリデンの分子量は、好ましくは2万〜20万である。電極合剤層の結着性を確保する観点から、2.5万以上であることが好ましく、3万以上であることがより好ましく、5万以上であることがさらに好ましい。活物質と導電助剤との接触を妨げずに導電性が確保する観点から、15万以下であることが好ましい。特に活物質の比表面積が10m/g以上の場合には、分子量は10万以上であることが好ましい。Examples of the binder for the negative electrode include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinylpyrrolidone (PVP), a copolymer of styrene and butadiene (SBR), and a common weight of acrylonitrile and butadiene. Coalescence (NBR), carboxymethyl cellulose (CMC) and the like can be mentioned. Although not particularly limited, the molecular weight of polyvinylidene fluoride is preferably 20,000 to 200,000. From the viewpoint of ensuring the binding property of the electrode mixture layer, it is preferably 25,000 or more, more preferably 30,000 or more, and further preferably 50,000 or more. From the viewpoint of ensuring conductivity without hindering contact between the active material and the conductive auxiliary agent, it is preferably 150,000 or less. In particular, when the specific surface area of the active material is 10 m 2 / g or more, the molecular weight is preferably 100,000 or more.

結着剤の添加量は、活物質の比表面積や導電助剤の種類や組合せにより最適化を行うが、通常、合剤層全体に対して、好ましくは0.2〜15質量%である。結着性を高め合剤層の強度を確保する観点から、0.5質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることがさらに好ましく、2質量%以上であることが特に好ましい。合剤層における活物質比率の減少を抑制し、合剤層の単位質量および単位体積あたりの蓄電デバイスの放電容量を低減させない観点から、結着剤の添加量は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。 The amount of the binder added is optimized depending on the specific surface area of the active material and the type and combination of the conductive auxiliary agent, but is usually preferably 0.2 to 15% by mass with respect to the entire mixture layer. From the viewpoint of enhancing the binding property and ensuring the strength of the mixture layer, it is more preferably 0.5% by mass or more, further preferably 1% by mass or more, and particularly preferably 2% by mass or more. .. The amount of the binder added should be 10% by mass or less from the viewpoint of suppressing the decrease in the active material ratio in the mixture layer and not reducing the unit mass of the mixture layer and the discharge capacity of the power storage device per unit volume. Is preferable, and 5% by mass or less is more preferable.

前記負極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、焼成炭素、あるいはそれらの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を被覆させたもの等が挙げられる。また、これらの材料の表面を酸化してもよく、表面処理により負極集電体表面に凹凸を付けてもよい。また、前記負極集電体の形態としては、例えば、シート、ネット、フォイル、フィルム、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発砲体、繊維群、不織布の成形体などが挙げられる。 Examples of the negative electrode current collector include aluminum, stainless steel, nickel, copper, titanium, calcined carbon, and those whose surfaces are coated with carbon, nickel, titanium, and silver. Further, the surface of these materials may be oxidized, or the surface of the negative electrode current collector may be made uneven by surface treatment. In addition, examples of the form of the negative electrode current collector include a sheet, a net, a foil, a film, a punched body, a lath body, a porous body, a foam body, a fiber group, and a molded body of a non-woven fabric.

前記負極は、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、結着剤、必要に応じて第三の導電助剤に溶剤を加えて、これらを混合・混練し、さらに溶剤を加えながら粘度を調節して塗料化した後、前記負極集電体上に塗布し、乾燥、圧縮することによって得ることができる。 For the negative electrode, a solvent is added to the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, a binder, and if necessary, a third conductive auxiliary agent, and these are mixed and kneaded, and further the solvent is added. It can be obtained by adjusting the viscosity to form a paint, applying it on the negative electrode current collector, drying it, and compressing it.

本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、結着剤、必要に応じて添加する第三の導電助剤を溶剤中に混合する方法としては、特に限定されることはないが、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末と導電助剤と結着剤を同時に溶剤中で混合する方法、導電助剤と結着剤をあらかじめ溶剤中で混合した後に本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を追加混合する方法、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末のスラリーと導電助剤スラリーと結着剤溶液をあらかじめ作製し、それぞれを混合する方法などが挙げられる。これらの合剤層構成材料を合剤層に均一に分散させて存在させるには、導電助剤と結着剤をあらかじめ溶剤中で混合した後に負極活物質を追加混合する方法および負極活物質スラリーと導電助剤スラリーと結着剤溶液をあらかじめ作製し、それぞれを混合する方法が好ましい。 The method for mixing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, the binder, and the third conductive auxiliary agent added as needed in the solvent is not particularly limited, but the present invention. The method of mixing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, the conductive auxiliary agent and the binder at the same time in a solvent, and the fibrous carbon of the present invention after mixing the conductive auxiliary agent and the binder in the solvent in advance. A method of additionally mixing the contained lithium titanium composite oxide powder, a method of preparing a slurry of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, a conductive auxiliary agent slurry and a binder solution in advance, and mixing them with each other. Can be mentioned. In order to uniformly disperse and exist these mixture layer constituent materials in the mixture layer, a method of mixing the conductive auxiliary agent and the binder in advance in a solvent and then additionally mixing the negative electrode active material and the negative electrode active material slurry It is preferable to prepare the conductive auxiliary agent slurry and the binder solution in advance and mix them.

溶剤としては、水や有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、N−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなど非プロトン性有機溶媒を単独、または2種類以上混合したものが挙げられ、好ましくはN−メチルピロリドンである。 As the solvent, water or an organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include alone or a mixture of two or more aprotic organic solvents such as N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylformamide, and N-methylpyrrolidone is preferable.

溶剤に水を用いる場合には、結着剤を凝集させないために、結着剤は、最終的に所望の粘度に調整する段階で添加することが好ましい。また、負極集電体としてアルミニウムを用いた場合、塗料のpHが高くなると、アルミニウムの腐食が起こるため、酸性化合物を加えて、腐食が起こらないpHまで下げることが好ましい。酸性化合物としては、無機酸や有機酸のどちらも使用できる。無機酸としては、好ましくはリン酸、ホウ酸、シュウ酸であり、より好ましくはシュウ酸である。有機酸としては、好ましくは有機カルボン酸である。また、アルミニウムの腐食を防ぐ方法として、アルミニウム集電体の表面にカーボンなど耐アルカリ性のあるものを被覆させたアルミニウム集電体を用いるのが好ましい。 When water is used as the solvent, it is preferable to add the binder at the stage of finally adjusting the viscosity to a desired value so that the binder does not aggregate. Further, when aluminum is used as the negative electrode current collector, if the pH of the paint is high, the aluminum is corroded. Therefore, it is preferable to add an acidic compound to reduce the pH to a pH at which corrosion does not occur. As the acidic compound, either an inorganic acid or an organic acid can be used. The inorganic acid is preferably phosphoric acid, boric acid, or oxalic acid, and more preferably oxalic acid. The organic acid is preferably an organic carboxylic acid. Further, as a method for preventing the corrosion of aluminum, it is preferable to use an aluminum current collector in which the surface of the aluminum current collector is coated with an alkali-resistant material such as carbon.

溶剤に有機溶媒を用いる場合には、結着剤をあらかじめ有機溶媒に溶解させて使用することが好ましい。 When an organic solvent is used as the solvent, it is preferable to dissolve the binder in the organic solvent in advance before use.

本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、結着剤、必要に応じて添加する第三の導電助剤に溶剤を加えて、混合・混練する装置としては、例えば、プラネタリーミキサーなどの混練容器内で攪拌棒が自転しながら公転するタイプの混練機、二軸押し出し型混練機、遊星式撹拌脱泡装置、ビーズミル、高速旋回型ミキサ、粉体吸引連続溶解分散装置などを用いることができる。また、固形分濃度が高い状態で、混合・混練を開始し、段階的に固形分濃度を下げて塗料の粘度を調整することが好ましく、その場合は、粘度に応じて、その粘度に適した前記混合・混練装置を使い分けることが好ましい。なお、混合・混練を開始する段階の固形分濃度は、好ましくは60〜90質量%、さらに好ましくは70〜90質量%である。60質量%未満では、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、結着剤、必要に応じて添加する第三の導電助剤を均一分散させるのに十分なせん断力を得ることが難しく、90質量%超では装置の負荷が大きくなりやすい。 As a device for adding a solvent to the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, a binder, and a third conductive auxiliary agent added as needed, and mixing and kneading, for example, a planetary mixer or the like. Use a kneader of the type in which the stirring rod rotates while rotating in the kneading container, a biaxial extrusion type kneader, a planetary stirring and defoaming device, a bead mill, a high-speed swirling mixer, a powder suction continuous dissolution and dispersion device, etc. Can be done. Further, it is preferable to start mixing and kneading in a state where the solid content concentration is high and gradually reduce the solid content concentration to adjust the viscosity of the coating material. In that case, the viscosity is suitable according to the viscosity. It is preferable to use the mixing / kneading device properly. The solid content concentration at the stage of starting mixing / kneading is preferably 60 to 90% by mass, more preferably 70 to 90% by mass. If it is less than 60% by mass, sufficient shearing force can be obtained to uniformly disperse the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, a binder, and a third conductive auxiliary agent added as needed. It is difficult, and if it exceeds 90% by mass, the load of the device tends to increase.

<正極>
正極は、正極集電体の片面または両面に、正極活物質、導電助剤および結着剤を含む合剤層を有する。
<Positive electrode>
The positive electrode has a mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive auxiliary agent, and a binder on one side or both sides of the positive electrode current collector.

前記正極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出可能な材料が使用され、例えば、活物質としては、コバルト、マンガン、ニッケルを含有するリチウムとの複合金属酸化物やリチウム含有オリビン型リン酸塩などが挙げられ、これらの正極活物質は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。このような複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiCo1−xNi(0.01<x<1)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi1/2Mn3/2等が挙げられ、これらのリチウム複合酸化物の一部は他元素で置換してもよく、コバルト、マンガン、ニッケルの一部をSn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、Cu、Bi、Mo、La等の少なくとも1種以上の元素で置換したり、Oの一部をSやFで置換したり、あるいは、これらの他元素を含有する化合物を被覆することができる。リチウム含有オリビン型リン酸塩としては、例えば、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO、LiMnPO、LiFe1−xPO(MはCo、Ni、Mn、Cu、Zn、およびCdから選ばれる少なくとも1種であり、xは、0≦x≦0.5である。)等が挙げられる。As the positive electrode active material, a material capable of occluding and releasing lithium is used, and as the active material, for example, a composite metal oxide with lithium containing cobalt, manganese, and nickel, a lithium-containing olivine-type phosphate, and the like are used. These positive electrode active materials can be used alone or in combination of two or more. Examples of such composite metal oxides include LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiCo 1-x Ni x O 2 (0.01 <x <1), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn. Examples thereof include 1/3 O 2 and LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 , and some of these lithium composite oxides may be replaced with other elements, and some of cobalt, manganese, and nickel may be Sn. , Mg, Fe, Ti, Al, Zr, Cr, V, Ga, Zn, Cu, Bi, Mo, La, etc., or a part of O is replaced with S or F. Alternatively, it can be coated with a compound containing these other elements. The lithium-containing olivine phosphate is selected from, for example, LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , LiMnPO 4 , LiFe 1-x M x PO 4 (M is Co, Ni, Mn, Cu, Zn, and Cd). There is at least one kind, and x is 0 ≦ x ≦ 0.5) and the like.

前記正極用の導電助剤および結着剤としては、負極と同様のものが挙げられる。前記正極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、焼成炭素、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたもの等が挙げられる。これらの材料の表面を酸化してもよく、表面処理により正極集電体表面に凹凸を付けてもよい。また、集電体の形態としては、例えば、シート、ネット、フォイル、フィルム、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発砲体、繊維群、不織布の成形体などが挙げられる。 Examples of the conductive auxiliary agent and the binder for the positive electrode include the same as those for the negative electrode. Examples of the positive electrode current collector include aluminum, stainless steel, nickel, titanium, calcined carbon, aluminum and stainless steel whose surface is surface-treated with carbon, nickel, titanium and silver. The surface of these materials may be oxidized, or the surface of the positive electrode current collector may be made uneven by surface treatment. In addition, examples of the form of the current collector include a sheet, a net, a foil, a film, a punched body, a lath body, a porous body, a foam body, a fiber group, and a molded body of a non-woven fabric.

<非水電解液>
非水電解液は、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものである。この非水電解液には特に制限は無く、種々のものを用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte>
The non-aqueous electrolyte solution is a solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent. The non-aqueous electrolytic solution is not particularly limited, and various ones can be used.

前記電解質塩としては、非水電解質に溶解するものが用いられ、例えば、LiPF、LiBF、LiPO、LiN(SOF)、LiClO等の無機リチウム塩、LiN(SOCF、LiN(SO、LiCFSO、LiC(SOCF、LiPF(CF、LiPF(C、LiPF(CF、LiPF(iso−C、LiPF(iso−C)等の鎖状のフッ化アルキル基を含有するリチウム塩や、(CF(SONLi、(CF(SONLi等の環状のフッ化アルキレン鎖を含有するリチウム塩、ビス[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウムやジフルオロ[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウム等のオキサレート錯体をアニオンとするリチウム塩が挙げられる。これらの中でも、特に好ましい電解質塩は、LiPF、LiBF、LiPO、およびLiN(SOF)であり、最も好ましい電解質塩はLiPFである。これらの電解質塩は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。また、これらの電解質塩の好適な組み合わせとしては、LiPFを含み、更にLiBF、LiPO、およびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が非水電解液中に含まれている場合が好ましい。As the electrolyte salt, one that dissolves in a non-aqueous electrolyte is used. For example, an inorganic lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , LiN (SO 2 F) 2 , LiClO 4 or the like, LiN (SO 2). CF 3 ) 2 , LiN (SO 2 C 2 F 5 ) 2 , LiCF 3 SO 3 , LiC (SO 2 CF 3 ) 3 , LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 , LiPF 3 Lithium salts containing chain-like alkyl fluoride groups such as (CF 3 ) 3 , LiPF 3 (iso-C 3 F 7 ) 3 , LiPF 5 (iso-C 3 F 7 ), and (CF 2 ) 2 ( SO 2 ) 2 NLi, (CF 2 ) 3 (SO 2 ) 2 NLi and other lithium salts containing cyclic fluorinated alkylene chains, lithium bis [oxalate-O, O'] lithium borate and difluoro [oxalate-O, O'] Examples thereof include a lithium salt having an oxalate complex such as lithium borate as an anion. Among these, particularly preferable electrolyte salts are LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN (SO 2 F) 2 , and the most preferable electrolyte salt is LiPF 6 . These electrolyte salts can be used alone or in combination of two or more. Further, as a suitable combination of these electrolyte salts, LiPF 6 is contained, and at least one lithium salt selected from LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN (SO 2 F) 2 is contained in the non-aqueous electrolyte solution. It is preferable that it is contained in.

これら全電解質塩が溶解されて使用される濃度は、前記の非水溶媒に対して、通常0.3M以上が好ましく、0.5M以上がより好ましく、0.7M以上が更に好ましい。またその上限は、2.5M以下が好ましく、2.0M以下がより好ましく、1.5M以下が更に好ましい。 The concentration in which all the electrolyte salts are dissolved and used is usually preferably 0.3 M or more, more preferably 0.5 M or more, still more preferably 0.7 M or more, based on the above-mentioned non-aqueous solvent. The upper limit thereof is preferably 2.5 M or less, more preferably 2.0 M or less, and even more preferably 1.5 M or less.

一方、前記非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エステル、エーテル、アミド、リン酸エステル、スルホン、ラクトン、ニトリル、S=O結合含有化合物等が挙げられ、環状カーボネートを含むことが好ましい。なお、「鎖状エステル」なる用語は、鎖状カーボネートおよび鎖状カルボン酸エステルを含む概念として用いる。 On the other hand, examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates, chain carbonates, chain esters, ethers, amides, phosphate esters, sulfones, lactones, nitriles, S = O bond-containing compounds and the like, and include cyclic carbonates. Is preferable. The term "chain ester" is used as a concept including a chain carbonate and a chain carboxylic acid ester.

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種又は二種以上が挙げられ、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種以上が、50C充電レート特性の向上効果や高温保存時のガス発生量を低減する観点からより好適であり、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネートおよび2,3−ブチレンカーボネートから選ばれるアルキレン鎖を有する環状カーボネートの一種以上が更に好適である。全環状カーボネート中のアルキレン鎖を有する環状カーボネートの割合が55体積%〜100体積%であることが好ましく、60体積%〜90体積%であることが更に好ましい。 Examples of the cyclic carbonate include one or more selected from ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate, and ethylene carbonate, propylene carbonate, 1, One or more selected from 2-butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate are more preferable from the viewpoint of improving the 50C charge rate characteristic and reducing the amount of gas generated during high-temperature storage, and propylene carbonate, 1,2-. One or more cyclic carbonates having an alkylene chain selected from butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate are more preferable. The proportion of the cyclic carbonate having an alkylene chain in the total cyclic carbonate is preferably 55% by volume to 100% by volume, more preferably 60% by volume to 90% by volume.

したがって、前記非水電解液としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種以上の環状カーボネートを含む非水溶媒に、LiPF、LiBF、LiPO、およびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を含む電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることが好ましく、前記環状カーボネートとしては、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネートおよび2,3−ブチレンカーボネートから選ばれるアルキレン鎖を有する環状カーボネートの一種以上が更に好ましい。Therefore, the non-aqueous electrolyte solution is a non-aqueous solvent containing one or more cyclic carbonates selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate, and LiPF 6 , LiBF 4 , and so on. It is preferable to use a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt containing at least one lithium salt selected from LiPO 2 F 2 and LiN (SO 2 F) 2 is dissolved, and the cyclic carbonate includes propylene carbonate, 1, One or more cyclic carbonates having an alkylene chain selected from 2-butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate are more preferable.

また、特に、全電解質塩の濃度が0.5M以上2.0M以下であり、前記電解質塩として、少なくともLiPFを含み、更に0.001M以上1M以下のLiBF、LiPO、及びLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩が含まれる非水電解液を用いることが好ましい。LiPF以外のリチウム塩が非水溶媒中に占める割合が0.001M以上であると、蓄電デバイスの高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が発揮されやすく、1.0M以下であると高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が低下する懸念が少ないので好ましい。LiPF以外のリチウム塩が非水溶媒中に占める割合は、好ましくは0.01M以上、特に好ましくは0.03M以上、最も好ましくは0.04M以上である。その上限は、好ましくは0.8M以下、さらに好ましくは0.6M以下、特に好ましくは0.4M以下である。In particular, the total electrolyte salt concentration is 0.5 M or more and 2.0 M or less, and the electrolyte salt contains at least LiPF 6 , and further 0.001 M or more and 1 M or less LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN. It is preferable to use a non-aqueous electrolyte solution containing at least one lithium salt selected from (SO 2 F) 2 . When the ratio of the lithium salt other than LiPF 6 in the non-aqueous solvent is 0.001 M or more, the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics of the power storage device in a high temperature environment and the reduction of the amount of gas generated after the charge / discharge cycle are achieved. The effect is easily exhibited, and when it is 1.0 M or less, there is little concern that the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle are reduced, which is preferable. The proportion of the lithium salt other than LiPF 6 in the non-aqueous solvent is preferably 0.01 M or more, particularly preferably 0.03 M or more, and most preferably 0.04 M or more. The upper limit is preferably 0.8 M or less, more preferably 0.6 M or less, and particularly preferably 0.4 M or less.

また、前記非水溶媒は、適切な物性を達成するために、混合して使用されることが好ましい。その組合せは、例えば、環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとラクトンとの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとエーテルの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートと鎖状エステルとの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとニトリルとの組合せ、環状カーボネート類と鎖状カーボネートとS=O結合含有化合物との組合せ等が挙げられる。 Moreover, it is preferable that the non-aqueous solvent is mixed and used in order to achieve appropriate physical characteristics. The combinations are, for example, a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate and a lactone, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate and an ether, and a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate and a chain ester. Examples thereof include a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate and a nitrile, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate and an S = O bond-containing compound, and the like.

鎖状エステルとしては、メチルエチルカーボネート(MEC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、メチルイソプロピルカーボネート(MIPC)、メチルブチルカーボネート、およびエチルプロピルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の非対称鎖状カーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート、およびジブチルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の対称鎖状カーボネート、ピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、ピバリン酸プロピル等のピバリン酸エステル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酢酸メチル、および酢酸エチル(EA)から選ばれる1種又は2種以上の鎖状カルボン酸エステルが好適に挙げられる。 As the chain ester, one or more asymmetric chain carbonates selected from methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propyl carbonate (MPC), methyl isopropyl carbonate (MIPC), methyl butyl carbonate, and ethyl propyl carbonate, One or more symmetrical chain carbonates selected from dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate, pivalic acid esters such as methyl pivalate, ethyl pivalate, and propyl pivalate. , One or more chain carboxylic acid esters selected from methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl acetate, and ethyl acetate (EA) are preferred.

前記鎖状エステルの中でも、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、プロピオン酸メチル、酢酸メチルおよび酢酸エチル(EA)から選ばれるメチル基を有する鎖状エステルが好ましく、特にメチル基を有する鎖状カーボネートが好ましい。 Among the chain esters, a chain ester having a methyl group selected from dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, methyl butyl carbonate, methyl propionate, methyl acetate and ethyl acetate (EA) is preferable. In particular, a chain carbonate having a methyl group is preferable.

また、鎖状カーボネートを用いる場合には、2種以上を用いることが好ましい。さらに対称鎖状カーボネートと非対称鎖状カーボネートの両方が含まれるとより好ましく、対称鎖状カーボネートの含有量が非対称鎖状カーボネートより多く含まれると更に好ましい。 When chain carbonate is used, it is preferable to use two or more kinds. Further, it is more preferable that both the symmetric chain carbonate and the asymmetric chain carbonate are contained, and it is further preferable that the content of the symmetric chain carbonate is higher than that of the asymmetric chain carbonate.

鎖状エステルの含有量は、特に制限されないが、非水溶媒の総体積に対して、60〜90体積%の範囲で用いるのが好ましい。該含有量が60体積%以上であれば非水電解液の粘度が高くなりすぎず、90体積%以下であれば非水電解液の電気伝導度が低下するなどして高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が低下するおそれが少ないので上記範囲であることが好ましい。 The content of the chain ester is not particularly limited, but it is preferably used in the range of 60 to 90% by volume with respect to the total volume of the non-aqueous solvent. If the content is 60% by volume or more, the viscosity of the non-aqueous electrolyte solution does not become too high, and if it is 90% by volume or less, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte solution decreases, so that the non-aqueous electrolyte solution is charged in a high temperature environment. The above range is preferable because there is little possibility that the effect of improving the discharge cycle characteristics and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle are reduced.

鎖状カーボネート中に対称鎖状カーボネートが占める体積の割合は、51体積%以上が好ましく、55体積%以上がより好ましい。その上限としては、95体積%以下がより好ましく、85体積%以下であると更に好ましい。対称鎖状カーボネートにジメチルカーボネートが含まれると特に好ましい。また、非対称鎖状カーボネートはメチル基を有するとより好ましく、メチルエチルカーボネートが特に好ましい。上記の場合に一段と高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が向上するので好ましい。 The volume ratio of the symmetrical chain carbonate to the chain carbonate is preferably 51% by volume or more, more preferably 55% by volume or more. The upper limit thereof is more preferably 95% by volume or less, and further preferably 85% by volume or less. It is particularly preferable that the symmetric chain carbonate contains dimethyl carbonate. Further, the asymmetric chain carbonate is more preferably having a methyl group, and methyl ethyl carbonate is particularly preferable. In the above case, it is preferable because the effect of further improving the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle are improved.

環状カーボネートと鎖状エステルの割合は、高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果を高める観点から、環状カーボネート:鎖状エステル(体積比)が10:90〜45:55が好ましく、15:85〜40:60がより好ましく、20:80〜35:65が特に好ましい。 The ratio of cyclic carbonate to chain ester is a cyclic carbonate: chain ester (volume ratio) from the viewpoint of improving the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and enhancing the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle. Is preferably 10:90 to 45:55, more preferably 15:85-40:60, and particularly preferably 20:80 to 35:65.

<リチウム電池の構造>
本発明のリチウム電池の構造は特に限定されるものではなく、正極、負極および単層又は複層のセパレータを有するコイン型電池、さらに、正極、負極およびロール状のセパレータを有する円筒型電池や角型電池等が一例として挙げられる。
<Lithium battery structure>
The structure of the lithium battery of the present invention is not particularly limited, and is a coin-type battery having a positive electrode, a negative electrode and a single-layer or multi-layer separator, and a cylindrical battery or a square having a positive electrode, a negative electrode and a roll-shaped separator. A type battery and the like can be mentioned as an example.

前記セパレータとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持った絶縁性の薄膜が用いられる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース紙、ガラス繊維紙、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド微多孔膜などが挙げられ、2種以上を組み合わせて構成された多層膜としたものも用いることができる。またこれらのセパレータ表面にPVDF、シリコン樹脂、ゴム系樹脂などの樹脂や、酸化アルミニウム、二酸化珪素、酸化マグネシウムなどの金属酸化物の粒子などをコーティングすることもできる。前記セパレータの孔径としては、一般的に電池用として有用な範囲であればよく、例えば、0.01〜10μmである。前記セパレータの厚みとしては、一般的な電池用の範囲であればよく、例えば5〜300μmである。 As the separator, an insulating thin film having a large ion transmittance and a predetermined mechanical strength is used. For example, polyethylene, polypropylene, cellulose paper, glass fiber paper, polyethylene terephthalate, polyimide microporous film and the like can be mentioned, and a multilayer film formed by combining two or more kinds can also be used. Further, the surface of these separators can be coated with resins such as PVDF, silicon resin and rubber resin, and particles of metal oxides such as aluminum oxide, silicon dioxide and magnesium oxide. The pore diameter of the separator may be in a range generally useful for batteries, and is, for example, 0.01 to 10 μm. The thickness of the separator may be in the range for a general battery, for example, 5 to 300 μm.

次に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を構成するリチウムチタン複合酸化物がLiTi12を主成分とするチタン酸リチウムである場合について、実施例および比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から容易に類推可能な様々な組み合わせを包含する。特に、実施例の非水電解液構成する溶媒の組み合わせに限定されるものではない。以下に記載の実施例、比較例に挙げる物性値の詳細について記載する。Next, in the case where the lithium titanium composite oxide constituting the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is lithium titanate containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component, Examples and Comparative Examples Although described in more detail with reference to the above, the present invention is not limited to the following examples, and includes various combinations that can be easily inferred from the purpose of the invention. In particular, the combination of solvents constituting the non-aqueous electrolytic solution of Examples is not limited. Details of the physical property values given in the examples and comparative examples described below will be described.

(各種物性測定方法)
〔1.粒度分布〕
本発明に係る各粉末の粒度分布の測定には、レーザ回折・散乱型粒度分布測定機(日機装株式会社、マイクロトラックMT3300EXII)を用いた。測定試料の調整には、チタン酸リチウムの原料スラリー、および混合スラリーの場合はエタノールを、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の場合はイオン交換水を、それぞれ測定溶媒として用いた。50mlの測定溶媒に約50mgの試料を投入し、さらに界面活性剤である0.2%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を1cc添加し、得られた測定用スラリーを超音波分散機で処理した。分散処理が施された測定用スラリーを測定セルに収容して、さらに測定溶媒を加えてスラリー濃度を調整した。スラリーの透過率が適正範囲になったところで粒度分布測定を行った。
(Various physical property measurement methods)
[1. Particle size distribution]
A laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring machine (Nikkiso Co., Ltd., Microtrack MT3300EXII) was used for measuring the particle size distribution of each powder according to the present invention. For the preparation of the measurement sample, ethanol was used as the raw material slurry of lithium titanate and ethanol in the case of the mixed slurry, and ion-exchanged water was used in the case of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder, respectively. About 50 mg of the sample was put into 50 ml of the measurement solvent, 1 cc of a 0.2% aqueous sodium hexametaphosphate solution as a surfactant was added, and the obtained measurement slurry was treated with an ultrasonic disperser. The dispersion-treated measurement slurry was housed in a measurement cell, and a measurement solvent was further added to adjust the slurry concentration. The particle size distribution was measured when the transmittance of the slurry was within the appropriate range.

〔2.繊維状炭素の平均直径および平均アスペクト比〕
繊維状炭素の平均直径D(nm)と平均繊維長L(nm)は、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末のSEM画像から算出した。SEM画像中の繊維状炭素100本の直径の平均値とアスペクト比の平均値を、繊維状炭素の平均直径および平均アスペクト比とした。アスペクト比はL(繊維長)/D(繊維直径)として計算される。
[2. Average diameter and average aspect ratio of fibrous carbon]
The average diameter D (nm) and average fiber length L (nm) of the fibrous carbon were calculated from the SEM image of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. The average value of the diameter and the average aspect ratio of 100 fibrous carbons in the SEM image was taken as the average diameter and the average aspect ratio of the fibrous carbons. The aspect ratio is calculated as L (fiber length) / D (fiber diameter).

〔3.XRD〕
測定装置として、CuKα線を用いたX線回折装置(株式会社リガク製、RINT−TTR−III型)を用いた。X線回折測定の測定条件は、測定角度範囲(2θ):10°〜90°、ステップ間隔:0.02°、測定時間:0.25秒/ステップ、線源:CuKα線、管球の電圧:50kV、電流:300mAとした。
[3. XRD]
As a measuring device, an X-ray diffractometer using CuKα rays (manufactured by Rigaku Co., Ltd., RINT-TTR-III type) was used. The measurement conditions for X-ray diffraction measurement are: measurement angle range (2θ): 10 ° to 90 °, step interval: 0.02 °, measurement time: 0.25 seconds / step, source: CuKα ray, tube voltage. : 50 kV, current: 300 mA.

チタン酸リチウムのメインピーク強度(回折角2θ=18.1〜18.5°の範囲内の(111)面由来ピーク強度)、アナターゼ型二酸化チタンのメインピーク強度(回折角2θ=24.7〜25.7°の範囲内の(101)面由来ピーク強度)、ルチル型二酸化チタンのメインピーク強度(回折角2θ=27.2〜27.6°の範囲内の(110)面由来ピーク強度)、およびLiTiOのピーク強度(回折角2θ=43.5〜43.8°の範囲内の(−133)面由来ピーク強度)を測定した。またLiTiOの(−133)面由来ピーク強度に100/80を乗じてLiTiOのメインピーク強度((002)面相当のピークの強度)を算出した。そして、チタン酸リチウムのメインピーク強度を100としたときの、前記のルチル型二酸化チタン、アナターゼ型二酸化チタン、およびLiTiOのメインピーク強度の相対値を算出した。Main peak intensity of lithium titanate (peak intensity derived from (111) plane within the range of diffraction angle 2θ = 18.1 to 18.5 °), main peak intensity of anatase-type titanium dioxide (diffraction angle 2θ = 24.7 to 24.7 to) (101) plane-derived peak intensity within the range of 25.7 °), main peak intensity of rutile-type titanium dioxide ((110) surface-derived peak intensity within the range of diffraction angle 2θ = 27.2 to 27.6 °) , And the peak intensity of Li 2 TiO 3 (peak intensity derived from the (-133) plane in the range of diffraction angle 2θ = 43.5 to 43.8 °) was measured. Also the calculation of Li 2 TiO 3 and (-133) main peak intensity of Li 2 TiO 3 is multiplied by 100/80 on surface derived peak intensity ((002) intensity of the peak of the corresponding surface). Then, when the main peak intensity of lithium titanate was 100, the relative values of the main peak intensities of the rutile-type titanium dioxide, anatase-type titanium dioxide, and Li 2 TiO 3 were calculated.

〔4.リチウムチタン複合酸化物粉末の結晶子径(D)〕
本発明のチタン酸リチウム粉末の結晶子径(D)は、CuKα線を用いたX線回折装置(株式会社リガク製、RINT−TTR−III型)を用いて測定した。測定条件を、測定角度範囲(2θ):15.8°〜21.0°、ステップ間隔:0.01°、測定時間:1秒/ステップ、線源:CuKα線、管球の電圧:50kV、電流:300mAとして得られたリチウムチタン複合酸化物の(111)面のピーク半値幅からScherrerの式、すなわち以下の式(1)より求めた。なお、半値幅の算出においては、回折装置の光学系による線幅を補正する必要があり、この補正にはシリコン粉末を使用した。
= K・λ/( FW(S)・cosθ) ・・・(1)
FW(S)^D = FWHM^D − FW(I)^D
FW(I)=f0+f1×(2θ)+f2×(2θ)
θ=(t0+t1×(2θ)+t2(2θ))/2
K:Scherrer定数(0.94)
λ:CuKα線の波長(1.54059Å)
FW(S):試料固有の半値幅(FWHM)
FW(I):装置固有の半値幅(FWHM)
D:デコンボリューションパラメータ(1.3)
f0=5.108673E−02
f1=1.058424E−04
f2=6.871481E−06
θ:ブラッグ角の補正値
t0=−3.000E−03
t1=5.119E−04
t2=−3.599E−06
[4. Crystallite diameter of the lithium-titanium composite oxide powder (D X)]
Crystallite diameter of the lithium titanate powder of the present invention (D X) was measured using an X-ray diffraction apparatus using a CuKα ray (manufactured by Rigaku Corporation, RINT-TTR-III type). The measurement conditions are as follows: measurement angle range (2θ): 15.8 ° to 21.0 °, step interval: 0.01 °, measurement time: 1 second / step, source: CuKα ray, tube voltage: 50 kV, It was obtained from the peak half width of the (111) plane of the lithium-titanium composite oxide obtained at a current of 300 mA from Scherrer's equation, that is, the following equation (1). In calculating the full width at half maximum, it was necessary to correct the line width by the optical system of the diffractometer, and silicon powder was used for this correction.
D X = K · λ / ( FW (S) · cosθ c) ··· (1)
FW (S) ^ D = FWHM ^ D-FW (I) ^ D
FW (I) = f0 + f1 × (2θ) + f2 × (2θ) 2
θ c = (t0 + t1 × (2θ) + t2 (2θ) 2 ) / 2
K: Teacher constant (0.94)
λ: CuKα 1- line wavelength (1.54059 Å)
FW (S): Sample-specific full width at half maximum (FWHM)
FW (I): Full width at half maximum (FWHM) specific to the device
D: Deconvolution parameter (1.3)
f0 = 5.108673E-02
f1 = 1.058424E-04
f2 = 6.871481E-06
θ c : Bragg angle correction value t0 = -3.00E-03
t1 = 5.119E-04
t2 = -3.599E-06

〔5.リチウムチタン複合酸化物粉末のBET比表面積(m/g)〕
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末のBET比表面積の測定は、上述の<リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBET>で説明した方法で、繊維状炭素を含む炭素質物質を除去した後のリチウムチタン複合酸化物粉末について行った。このリチウムチタン複合酸化物粉末について、株式会社マウンテック製、全自動BET比表面積測定装置、商品名「Macsorb HM model−1208」を使用し、液体窒素を用いて一点法でBET比表面積を測定した。
[5. BET specific surface area of lithium titanium composite oxide powder (m 2 / g)]
The BET specific surface area of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is measured by the method described in <Specific surface area equivalent diameter D BET of lithium titanium composite oxide powder> described above, and carbonaceous substances containing fibrous carbon are removed. This was performed on the lithium titanium composite oxide powder after the above. The BET specific surface area of this lithium titanium composite oxide powder was measured by a one-point method using liquid nitrogen using a fully automatic BET specific surface area measuring device manufactured by Mountech Co., Ltd., trade name "Macsorb HM model-1208".

〔6.リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径(DBET)〕
比表面積相当径(DBET)は、粉末を構成する全ての粒子が同一径の球と仮定して、下記の式(2)より求めた。ここで、DBETは比表面積相当径(μm)、ρはチタン酸リチウムの真密度(g/cc)、Sは〔5.リチウムチタン複合酸化物粉末のBET比表面積(m/g)〕で説明した方法で測定されたBET比表面積(m/g)である。
BET = 6/(ρ×S) ・・・(2)
[6. Specific Surface Area Equivalent Diameter of Lithium Titanium Composite Oxide Powder ( DBET )]
The specific surface area equivalent diameter ( DBET ) was calculated from the following formula (2) on the assumption that all the particles constituting the powder were spheres having the same diameter. Here, DBET is the diameter equivalent to the specific surface area (μm), ρ S is the true density of lithium titanate (g / cc), and S is [5. A BET specific surface area of the lithium-titanium composite oxide powder (m 2 / g)] measured BET specific surface area method described in (m 2 / g).
D BET = 6 / (ρ S × S) ・ ・ ・ (2)

〔7.平均円形度〕
円形度は、粒子を2次元平面に投影したときの球形度の指標であり、球形度に代わる指標である。本発明においては、本発明の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末の二次粒子について、測定対象の粒子の周囲長に対する、測定対象の粒子と同じ面積を持つ真円の周囲長を百分率で表した値を各粒子の円形度として求め、その平均値を平均円形度とした。測定対象の粒子の周囲長は、SEM画像を画像処理することにより求め、円形度は下記の式(3)で求めた。50個の粒子の円形度の平均値を平均円形度とした。
円形度=(測定対象の粒子と同じ面積をもつ真円の周囲長)/(測定対象の粒子の周囲長)×100(%) ・・・(3)
[7. Average circularity]
Circularity is an index of sphericity when a particle is projected on a two-dimensional plane, and is an index that replaces sphericity. In the present invention, for the secondary particles of the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of the present invention, the peripheral length of a perfect circle having the same area as the particle to be measured is expressed as a percentage with respect to the peripheral length of the particle to be measured. The value was calculated as the circularity of each particle, and the average value was defined as the average circularity. The peripheral length of the particle to be measured was determined by image processing the SEM image, and the circularity was determined by the following formula (3). The average value of the circularity of the 50 particles was defined as the average circularity.
Circularity = (peripheral length of a perfect circle having the same area as the particle to be measured) / (peripheral length of the particle to be measured) × 100 (%) ・ ・ ・ (3)

〔8.熱重量分析(TG)〕
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の炭素含有率(質量%)の測定を以下に説明する熱重量分析により行った。示差熱熱重量同時測定装置(HITACHITG/DTA7300)を使用して、以下の試験条件で示差熱−熱重量同時分析測定(TG−DTA)を行い、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の炭素含有率(質量%)を求めた。
<試験条件>
雰囲気:大気
昇温速度:20℃/分
測定温度:室温〜900℃
[8. Thermogravimetric analysis (TG)]
The carbon content (mass%) of the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention was measured by thermogravimetric analysis described below. Using a differential thermal-thermogravimetric simultaneous measurement device (HITACHITG / DTA7300), differential thermal-thermogravimetric simultaneous analysis measurement (TG-DTA) was performed under the following test conditions, and the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide of the present invention was performed. The carbon content (mass%) of the powder was determined.
<Test conditions>
Atmosphere: Atmosphere Temperature rise rate: 20 ° C / min Measurement temperature: Room temperature to 900 ° C

〔9.X線光電子分光分析(XPS)〕
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の粒子表面の炭素含有率に代わる指標として、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末について、X線光電子分光分析により、炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)を測定した。X線光電子分光分析による炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)の測定は、アルバック・ファイ製PHI1800型X線光電子分光装置を用いて、以下の試験条件にて行った。
<試験条件>
X線源:AlKα 400W
分析領域:2.0mm×0.8mm
[9. X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS)]
As an alternative to the carbon content on the particle surface of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder is subjected to X-ray photoelectron spectroscopic analysis to atomize carbon and titanium. The ratio (carbon / titanium) was measured. The measurement of the atomic ratio (carbon / titanium) between carbon and titanium by X-ray photoelectron spectroscopy was performed using a PHI1800 type X-ray photoelectron spectrometer manufactured by ULVAC-PHI under the following test conditions.
<Test conditions>
X-ray source: AlKα 400W
Analysis area: 2.0 mm x 0.8 mm

〔10.二次粒子の平均圧縮強度〕
球状二次粒子の圧縮試験を、島津製微小圧縮試験機MCT−510を用いて以下の試験条件にて行った。
<試験条件>
試験圧子:FLAT50
測定モード:圧縮試験
試験力: 4.9[mN]
負荷速度:0.0446[mN/秒]
[10. Average compressive strength of secondary particles]
A compression test of spherical secondary particles was performed using a Shimadzu microcompression tester MCT-510 under the following test conditions.
<Test conditions>
Test indenter: FLAT50
Measurement mode: Compression test Test force: 4.9 [mN]
Load speed: 0.0446 [mN / sec]

そして、球状二次粒子の圧縮強度(Cs[MPa])を、以下の式(4)により算出した。
Cs=2.48P/πd ・・・(4)
P:試験力[N]、d:粒子径(mm)
Then, the compressive strength (Cs [MPa]) of the spherical secondary particles was calculated by the following formula (4).
Cs = 2.48P / πd 2 ... (4)
P: Test force [N], d: Particle diameter (mm)

本実施形態では、得られた球状二次粒子のうち、粒径がD50(μm)の±3μm以内である二次粒子10個について、上述の測定を行い、測定値の平均値を球状二次粒子の平均圧縮強度とした。 In the present embodiment, among the obtained spherical secondary particles, 10 secondary particles having a particle size of ± 3 μm or less of D50 (μm) are measured as described above, and the average value of the measured values is the spherical secondary particle. The average compression strength of the particles was used.

〔11.1−メチル−2−ピロリドン吸油量〕
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末のN−メチルピロリドン吸油量は、試薬液体としてNMP(1−メチル−2−ピロリドン)を使用して、JIS K6217−4(2008)に準拠した方法で測定した。
[11.1-Methyl-2-pyrrolidone oil absorption]
The oil absorption of N-methylpyrrolidone in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention conformed to JIS K6217-4 (2008) using NMP (1-methyl-2-pyrrolidone) as the reagent liquid. Measured by method.

〔12.電極合剤層の電解液保液率〕
本発明の電極シートの電極合剤層の電解液保液率を次のようにして測定した。電極シートを16mmφの大きさに切り出し、室温にて非水電解液{1M LiPF/PC}に10分間浸した。このあと、電極シートを非水電解液{1M LiPF/PC}から取り出し、表面に付着した非水電解液{1M LiPF/PC}を吸湿性の不織布で電極に損傷を与えないように静かに拭き取り、電極合剤層中に残留した非水電解液{1M LiPF/PC}の質量を測定し、体積に換算した。電解液保液率は、以下の式(5)に示すように、電極合剤層中に残留した非水電解液の体積を電極合剤層の体積で除して値を百分率にして算出した。
電解液保液率(%)=(電極合剤層に残留した)非水電解液{1M LiPF/PC})の体積(cm))/(電極合剤層の体積(cm))×100 ・・・(5)
[12. Electrolyte retention rate of electrode mixture layer]
The electrolytic solution retention rate of the electrode mixture layer of the electrode sheet of the present invention was measured as follows. The electrode sheet was cut into a size of 16 mmφ and immersed in a non-aqueous electrolytic solution {1M LiPF 6 / PC} at room temperature for 10 minutes. Thereafter, removed electrode sheet from a non-aqueous electrolyte solution {1M LiPF 6 / PC}, quiet non-aqueous electrolyte adhering to the surface {1M LiPF 6 / PC} so as not to damage the electrode hygroscopic nonwoven The mass of the non-aqueous electrolyte solution {1M LiPF 6 / PC} remaining in the electrode mixture layer was measured and converted into volume. As shown in the following formula (5), the electrolytic solution retention rate was calculated by dividing the volume of the non-aqueous electrolytic solution remaining in the electrode mixture layer by the volume of the electrode mixture layer and dividing the value as a percentage. ..
Electrolyte retention rate (%) = Volume of non-aqueous electrolyte (remaining in the electrode mixture layer {1M LiPF 6 / PC}) (cm 3 )) / (Volume of electrode mixture layer (cm 3 )) × 100 ・ ・ ・ (5)

(実施例1)
<チタン酸リチウムの原料スラリーの調製>
チタン酸リチウムの原料であるLiCO(平均粒径:4.6μm)とTiO(比表面積:9.2m/g)を、Tiに対するLiの原子比Li/Ti:0.83になるように秤量し、TiOに対して0.1質量%のポリビニルアルコール(PVA)と共に、固形分濃度41質量%となるようにイオン交換水を加え撹拌してスラリーを作製した。このスラリーを、ビーズミル(ウィリー・エ・バッコーフェン社製、形式:ダイノーミル KD−20BC型、アジテーター材質:ポリウレタン、ベッセル内面材質:ジルコニア、ビーズ材質:ジルコニア、ビーズ外径:0.65mm、ベッセル内ビーズ充填率:80体積%)を使用して、アジテーター周速13m/秒、スラリーフィード速度55kg/時の条件で、ベッセル内圧が0.03MPa以下になるように制御しながら、粉砕・混合を行い、チタン酸リチウムの原料スラリーを調製した。得られたチタン酸リチウムの原料スラリーについて、レーザ回折・散乱型粒度分布測定機にてD95を測定すると、0.9μmであった。
(Example 1)
<Preparation of raw material slurry of lithium titanate>
Li 2 CO 3 (average particle size: 4.6 μm) and TiO 2 (specific surface area: 9.2 m 2 / g), which are the raw materials for lithium titanate, have been reduced to Li / Ti: 0.83, which is the atomic ratio of Li to Ti. Weighed so as to, ion-exchanged water was added so as to have a solid content concentration of 41% by mass together with 0.1% by mass of polyvinyl alcohol (PVA) with respect to TiO 2 and stirred to prepare a slurry. This slurry is mixed with a bead mill (manufactured by Willy et Bacoffen, model: Dynomill KD-20BC type, agitator material: polyurethane, vessel inner surface material: zirconia, bead material: zirconia, bead outer diameter: 0.65 mm, bead filling in the vessel. Using a rate: 80% by volume), crushing and mixing was performed under the conditions of an agitator peripheral speed of 13 m / sec and a slurry feed speed of 55 kg / hour while controlling the internal pressure of the vessel to be 0.03 MPa or less, and titanium. A raw material slurry of lithium acid acid was prepared. When the D95 of the obtained raw material slurry of lithium titanate was measured by a laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring machine, it was 0.9 μm.

<多層カーボンナノチューブの合成>
イオン交換水中に、金属元素のモル比がCo:Mg:Al=8:66:26となるように、硝酸コバルト〔Co(NO・6HO:分子量291.03〕、硝酸マグネシウム〔Mg(NO・6HO:分子量256.41〕、硝酸アルミニウム〔Al(NO・9HO:分子量375.13〕を溶解させ、塩基性条件下で攪拌混合した。その後、生成した沈殿物のろ過、洗浄、乾燥を行った。これを500℃に加熱して1時間焼成した後、乳鉢で粉砕し、置換固溶によるスピネル構造を持つ触媒を取得した。次いで、石英製反応管に、石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒を散布した。He雰囲気中で管内温度を550℃に加熱した後、CO、Hからなる混合ガス(容積比:CO/H=99.0/1.0)を原料ガスとして反応管の下部から1.28L/分の流量で7時間流し、多層カーボンナノチューブを得た。得られた多層カーボンナノチューブは、触媒の質量に対して15倍の収量であった。
<Synthesis of multi-walled carbon nanotubes>
In deionized water, the molar ratio of the metal elements Co: Mg: Al = 8: 66: 26 and so as to, cobalt nitrate [Co (NO 3) 2 · 6H 2 O: molecular weight 291.03], magnesium nitrate [ mg (NO 3) 2 · 6H 2 O: molecular weight 256.41], aluminum nitrate [Al (NO 3) 3 · 9H 2 O: dissolved molecular weight 375.13], respectively, and the mixture was stirred under basic conditions. Then, the produced precipitate was filtered, washed, and dried. This was heated to 500 ° C. and calcined for 1 hour, and then pulverized in a mortar to obtain a catalyst having a spinel structure by substitution solid solution. Next, a support made of quartz wool was provided in the quartz reaction tube, and the catalyst was sprayed on the support. After heating the temperature inside the tube to 550 ° C. in a He atmosphere, a mixed gas consisting of CO and H 2 (volume ratio: CO / H 2 = 99.0 / 1.0) is used as a raw material gas from the bottom of the reaction tube. A multi-walled carbon nanotube was obtained by flowing at a flow rate of 28 L / min for 7 hours. The yield of the obtained multi-walled carbon nanotubes was 15 times that of the mass of the catalyst.

<多層カーボンナノチューブスラリーの調製>
得られた多層カーボンナノチューブと、カルボキシメチルセルロース(CMC)とイオン交換水を、質量比として1.0:0.8:98.2となるように調合・撹拌してスラリーを作成した。このスラリーを、ビーズミル(淺田鉄工社製、形式:PICOMILL PCM−LR型、アジテーター材質:窒化珪素、ベッセル内面材質:ジルコニア)を使用して、ジルコニア製(外径:1.0mm)のビーズをベッセルに80体積%充填し、アジテーター周速8m/秒、スラリーフィード速度30〜50ml/分で、ベッセル内圧が0.06MPa以下になるように制御しながら、粉砕した。
<Preparation of multi-walled carbon nanotube slurry>
The obtained multi-walled carbon nanotubes, carboxymethyl cellulose (CMC) and ion-exchanged water were mixed and stirred so as to have a mass ratio of 1.0: 0.8: 98.2 to prepare a slurry. Using a bead mill (manufactured by Asada Iron Works Co., Ltd., model: PICOMILL PCM-LR type, agitator material: silicon nitride, vessel inner surface material: zirconia), a bezel made of zirconia (outer diameter: 1.0 mm) is used as a vessel. Was filled with 80% by volume and pulverized at an agitator peripheral speed of 8 m / sec and a slurry feed speed of 30 to 50 ml / min while controlling the internal pressure of the vessel to be 0.06 MPa or less.

<混合スラリーの調製>
次いで、チタン酸リチウムの原料スラリーと多層カーボンナノチューブスラリーを、チタン酸リチウムの原料と多層カーボンナノチューブの質量比が99.5:0.5となるように混合し、固形分が15%となるようにイオン交換水を加えて混合・撹拌した。このスラリーを、ビーズミル(ウィリー・エ・バッコーフェン社製、形式:ダイノーミル KD−20BC型、アジテーター材質:ポリウレタン、ベッセル内面材質:ジルコニア)を使用して、ジルコニア製(外径:0.65mm)のビーズをベッセルに80体積%充填し、アジテーター周速13m/秒、スラリーフィード速度55kg/時で、ベッセル内圧が0.05MPa以下になるように制御しながら、混合を行った。
<Preparation of mixed slurry>
Next, the raw material slurry of lithium titanate and the multi-walled carbon nanotube slurry are mixed so that the mass ratio of the raw material of lithium titanate and the multi-walled carbon nanotubes is 99.5: 0.5 so that the solid content becomes 15%. Ion-exchanged water was added to the mixture, and the mixture was mixed and stirred. This slurry is made of zirconia (outer diameter: 0.65 mm) using a bead mill (manufactured by Willy et Bacoffen, type: Dynomill KD-20BC type, agitator material: polyurethane, vessel inner surface material: zirconia). Was filled in the vessel in an amount of 80% by volume, and mixing was carried out at an agitator peripheral speed of 13 m / sec and a slurry feed speed of 55 kg / hour while controlling the internal pressure of the vessel to be 0.05 MPa or less.

<スプレードライ法による噴霧・造粒>
得られた混合スラリーを、二流体ノズルスプレードライヤーにて噴霧・乾燥し、造粒粉末を得た。プリス社製スプレードライヤー「P260TN−31HOP」を用いて入口温度235℃,出口温度110℃、噴霧圧力0.5MPa、スラリー供給速度50kg/時として噴霧乾燥し、造粒粉末を得た。
<Spray / granulation by spray dry method>
The obtained mixed slurry was sprayed and dried with a two-fluid nozzle spray dryer to obtain a granulated powder. Using a spray dryer "P260TN-31HOP" manufactured by Pris, spray drying was performed at an inlet temperature of 235 ° C., an outlet temperature of 110 ° C., a spray pressure of 0.5 MPa, and a slurry supply rate of 50 kg / hour to obtain granulated powder.

<焼成>
得られた造粒粉末を、付着防止機構を備えたロータリーキルン式焼成炉(炉芯管長さ:4m、炉芯管直径:30cm、外部加熱式)の原料供給側から炉心管内に導入し、窒素雰囲気中で乾燥し、焼成した。このときの、炉心管の水平方向からの傾斜角度を2度、炉心管の回転速度を20rpm、焼成物回収側から炉心管内に導入する窒素の流速を20L/分として、炉心管の加熱温度を、原料供給側:860℃、中央部:860℃、焼成物回収側:860℃とし、焼成物の、加熱域での滞留時間を26分とした。その後、炉心管の焼成物回収側から回収した焼成物を、篩(目の粗さ:75μm)分けし、篩を通過した繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を収集した。
<Baking>
The obtained granulated powder is introduced into the core tube from the raw material supply side of a rotary kiln type firing furnace (core tube length: 4 m, furnace core tube diameter: 30 cm, external heating type) equipped with an adhesion prevention mechanism to create a nitrogen atmosphere. It was dried inside and fired. At this time, the inclination angle of the core tube from the horizontal direction is 2 degrees, the rotation speed of the core tube is 20 rpm, the flow velocity of nitrogen introduced into the core tube from the fired product recovery side is 20 L / min, and the heating temperature of the core tube is set. The raw material supply side: 860 ° C., the central portion: 860 ° C., the fired product recovery side: 860 ° C., and the residence time of the fired product in the heating region was set to 26 minutes. Then, the fired product recovered from the fired product recovery side of the core tube was divided into sieves (mesh roughness: 75 μm), and the fibrous carbon-containing lithium titanate powder passed through the sieve was collected.

得られた繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の物性を[各種物性測定方法]で説明した方法で測定した。以上の実施例1の製造条件(原料混合物のD95を含む)および繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の物性を、他の実施例、比較例と併せて表1および表2に示す。なお、表中のABとはアセチレンブラックのことである。 The physical properties of the obtained fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder were measured by the methods described in [Various physical property measurement methods]. The production conditions of Example 1 (including D95 of the raw material mixture) and the physical characteristics of the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder are shown in Tables 1 and 2 together with other Examples and Comparative Examples. In addition, AB in the table is acetylene black.

Figure 0006809473
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Figure 0006809473
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<特性評価用非水電解液の調製>
特性を評価するための電池に用いる非水電解液は、次のように調製した。エチレンカーボネート(EC):プロピレンカーボネート(PC):メチルエチルカーボネート(MEC):ジメチルカーボネート(DMC)(体積比)=10:20:20:50の非水溶媒を調製し、これに電解質塩としてLiPFを1M、LiPOを0.05Mの濃度になるように溶解して非水電解液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution for characterization>
The non-aqueous electrolyte solution used for the battery for evaluating the characteristics was prepared as follows. A non-aqueous solvent of ethylene carbonate (EC): propylene carbonate (PC): methyl ethyl carbonate (MEC): dimethyl carbonate (DMC) (volume ratio) = 10: 20: 20: 50 was prepared, and LiPF was prepared as an electrolyte salt. A non-aqueous electrolyte solution was prepared by dissolving 6 at a concentration of 1 M and LiPO 2 F 2 at a concentration of 0.05 M.

<評価電極シートの作製>
活物質として実施例1の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を95質量%、アセチレンブラック(第三の導電助剤)を2質量%、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)を3質量%の割合で含有する塗料を次のように作製した。あらかじめ1−メチル−2−ピロリドン溶剤に溶解させたポリフッ化ビニリデンとアセチレンブラックと1−メチル−2−ピロリドン溶剤を遊星式撹拌脱泡装置にて混合した後、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を加え、更に1−メチル−2−ピロリドン溶剤を加え全固形分濃度が56質量%となるように調製し、遊星式撹拌脱泡装置にて混合して塗料を調整した。得られた塗料をアルミニウム箔上に塗布し、乾燥させて評価電極片面シートを作製した。また、得られた塗料をアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥させて評価電極両面シートを作製した。
<Preparation of evaluation electrode sheet>
As the active material, 95% by mass of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of Example 1, 2% by mass of acetylene black (third conductive auxiliary agent), and 3% by mass of polyvinylidene fluoride (binding agent). The paint contained in the ratio was prepared as follows. Polyvinylidene fluoride, acetylene black, and 1-methyl-2-pyrrolidone solvent previously dissolved in 1-methyl-2-pyrrolidone solvent are mixed by a planetary stirring and defoaming device, and then the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide is mixed. The powder was added, and a 1-methyl-2-pyrrolidone solvent was further added to prepare the total solid content concentration to 56% by mass, and the mixture was mixed with a planetary stirring defoaming device to prepare a coating material. The obtained paint was applied onto an aluminum foil and dried to prepare a single-sided evaluation electrode sheet. Further, the obtained paint was applied to both sides of the aluminum foil and dried to prepare a double-sided evaluation electrode sheet.

<コイン電池の作製>
前記評価電極片面シートを直径14mmの円形に打ち抜き、プレス加工した後、120℃で5時間真空乾燥することによって評価電極を作製した。このとき片面の合剤層の厚さは32μmで、合剤量は70g/mであった。作製した評価電極と金属リチウム(厚み0.5mm、直径16mmの円形に成形したもの)をグラスフィルター(ワットマン製 GA−100とGF/Cの2枚重ね)を介して対向させ、評価するための電池用として調製した、前記特性評価用非水電解液を、それぞれ加えて封止することによって、2030型コイン型電池を作製した。
<Making coin batteries>
The evaluation electrode single-sided sheet was punched into a circle having a diameter of 14 mm, pressed, and then vacuum dried at 120 ° C. for 5 hours to prepare an evaluation electrode. At this time, the thickness of the mixture layer on one side was 32 μm, and the amount of the mixture was 70 g / m 2 . The prepared evaluation electrode and metallic lithium (molded into a circle with a thickness of 0.5 mm and a diameter of 16 mm) are opposed to each other via a glass filter (two layers of Watman GA-100 and GF / C) for evaluation. A 2030-inch coin-type battery was produced by adding and sealing each of the non-aqueous electrolytic solutions for characteristic evaluation prepared for the battery.

<初期充放電効率の測定(室温)>
25℃の恒温槽内にて、上述の<コイン電池の作製>で説明した方法で作製したコイン型電池に、評価電極にLiが吸蔵される方向を充電として、0.2mA/cmの電流密度で1Vまで充電を行い、さらに1Vで充電電流が0.05mA/cmの電流密度になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、0.2mA/cmの電流密度で2Vまで放電させる定電流放電を行った。この時の放電容量を初回放電容量(mAh/g)とした。結果を表2に示す。
<Measurement of initial charge / discharge efficiency (room temperature)>
In a constant temperature bath at 25 ° C., a current of 0.2 mA / cm 2 is charged in the direction in which Li is stored in the evaluation electrode in the coin-type battery manufactured by the method described in <Manufacturing a coin battery> described above. was charged with a density up to 1V, after further charge current at 1V makes a constant-current constant-voltage charge for charging to a current density of 0.05 mA / cm 2, to 2V at a current density of 0.2 mA / cm 2 A constant current discharge was performed to discharge. The discharge capacity at this time was defined as the initial discharge capacity (mAh / g). The results are shown in Table 2.

<対極シートの作製>
上述の<評価電極シートの作製>と同様な作製方法において、活物質として、コバルト酸リチウム粉末を90質量%、アセチレンブラック(導電助剤)を5質量%、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)を5質量%の割合で含有する塗料を調整し、アルミニウム箔上に塗布、乾燥させた後、反対面にも塗料を塗布、乾燥させて対極両面シートを作製した。
<Making a counter electrode sheet>
In the same production method as the above-mentioned <Production of evaluation electrode sheet>, 90% by mass of lithium cobalt oxide powder, 5% by mass of acetylene black (conductive aid), and vinylidene fluoride (binding agent) are used as active materials. The coating material contained in a proportion of 5% by mass was adjusted, applied onto the aluminum foil and dried, and then the coating material was also applied and dried on the opposite surface to prepare a counter electrode double-sided sheet.

<ラミネート電池の作製>
前記評価電極両面シートをプレス加工し、所定の電極密度とした後、打ち抜き、リード線接続部分を有する合剤層が縦4.2cm横5.2cmの負極を作製した。このとき片面の合剤層の厚さは32μmで、合剤量は70g/mであった。前記対極両面シートをプレス加工した後、打ち抜き、リード線接続部分を有する合剤層が縦4cm横5cmの正極を作製した。このとき片面の合剤層の厚さは40μmで、合剤量は68g/mであった。作製した負極と正極を、微多孔性ポリエチレンフィルム製セパレータを介して対向させ、積層し、アルミ箔のリード線を正負極共に接続し、前記特性評価用非水電解液を、それぞれ加えてアルミラミネートで真空封止することによって、45℃充放電サイクル及び充放電サイクル後のガス発生評価用のラミネート型電池を作製した。このラミネート型電池の容量は200mAhで、負極と正極の容量の比(負極容量/正極容量比)は1.1であった。
<Making laminated batteries>
The evaluation electrode double-sided sheet was press-processed to obtain a predetermined electrode density, and then punched to prepare a negative electrode having a mixture layer having a lead wire connecting portion of 4.2 cm in length and 5.2 cm in width. At this time, the thickness of the mixture layer on one side was 32 μm, and the amount of the mixture was 70 g / m 2 . After the counter electrode double-sided sheet was press-processed, a positive electrode having a lead wire connecting portion of 4 cm in length and 5 cm in width was produced by punching. At this time, the thickness of the mixture layer on one side was 40 μm, and the amount of the mixture was 68 g / m 2 . The produced negative electrode and positive electrode are opposed to each other via a separator made of a microporous polyethylene film, laminated, the lead wires of the aluminum foil are connected together with the positive and negative electrodes, and the non-aqueous electrolytic solution for characteristic evaluation is added to the aluminum laminate. By vacuum-sealing with, a laminated battery for evaluating gas generation after a 45 ° C. charge / discharge cycle and a charge / discharge cycle was produced. The capacity of this laminated battery was 200 mAh, and the ratio of the capacity of the negative electrode to the positive electrode (negative electrode capacity / positive electrode capacity ratio) was 1.1.

<サイクル試験、およびガス発生量の測定>
25℃の恒温槽内にて、上述の<ラミネート電池の作製>で説明した方法で作製したラミネート電池に、40mAで2.75Vまで充電を行い、さらに2.75Vで充電電流が10mAの電流になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、40mAの電流で1.4Vまで放電させる定電流放電を3サイクル行った。ラミネート電池を恒温槽から取り出し、アルキメデス法にて、ラミネート電池の体積(サイクル試験前のラミネート電池の体積)を測定した。その後、恒温槽の温度を45℃にして、200mAで2.75Vまで充電を行い、さらに2.75Vで充電電流が10mAの電流になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、200mAの電流で1.4Vまで放電させる定電流放電を500サイクル行った。1サイクル目の放電容量を、500サイクル目の放電容量で除して500cyc放電容量維持率[45℃]を算出した。その後、恒温槽の温度を25℃にして、1時間保存した。次に、ラミネート電池を恒温槽から取り出し、ラミネート電池の体積(保存後のラミネート電池の体積)をアルキメデス法で測定した。サイクル試験後のラミネート電池の体積からサイクル試験前のラミネート電池の体積を差し引いて、ガス発生量[45℃]を算出した。結果を表2に示す。
<Cycle test and measurement of gas generation>
In a constant temperature bath at 25 ° C., the laminated battery produced by the method described in <Manufacturing a laminated battery> described above is charged to 2.75 V at 40 mA, and further, the charging current becomes 10 mA at 2.75 V. After performing constant current constant voltage charging to charge until the battery becomes full, constant current discharge to discharge to 1.4 V with a current of 40 mA was performed for 3 cycles. The laminated battery was taken out from the constant temperature bath, and the volume of the laminated battery (volume of the laminated battery before the cycle test) was measured by the Archimedes method. After that, the temperature of the constant temperature bath is set to 45 ° C., charging is performed at 200 mA to 2.75 V, and then constant current constant voltage charging is performed at 2.75 V until the charging current reaches a current of 10 mA, and then 200 mA. A constant current discharge of up to 1.4 V with a current was performed for 500 cycles. The discharge capacity of the first cycle was divided by the discharge capacity of the 500th cycle to calculate the 500 cyc discharge capacity retention rate [45 ° C.]. Then, the temperature of the constant temperature bath was set to 25 ° C., and the mixture was stored for 1 hour. Next, the laminated battery was taken out from the constant temperature bath, and the volume of the laminated battery (volume of the laminated battery after storage) was measured by the Archimedes method. The gas generation amount [45 ° C.] was calculated by subtracting the volume of the laminated battery before the cycle test from the volume of the laminated battery after the cycle test. The results are shown in Table 2.

以上の、実施例1の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を電極シートに用いたラミネート型電池の特性評価結果を、他の実施例、比較例の炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を電極シートに用いたリチウムイオン二次電池(ラミネート型電池)の特性評価結果と併せて表2に示す。 Based on the above characteristics evaluation results of the laminated battery using the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of Example 1 as the electrode sheet, the carbon-containing lithium titanium composite oxide powders of other Examples and Comparative Examples are used as electrodes. Table 2 shows the characteristics evaluation results of the lithium ion secondary battery (laminated battery) used for the sheet.

(実施例2〜4)
繊維状炭素としての多層カーボンナノチューブの添加割合を表1に示す割合に変更して混合スラリーを調製したことと、実施例2、3については、チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したこと以外は実施例1と同様の方法で実施例2〜4の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Examples 2 to 4)
The mixed slurry was prepared by changing the addition ratio of the multi-walled carbon nanotubes as fibrous carbon to the ratio shown in Table 1, and in Examples 2 and 3, the value of D95 as a raw material of lithium titanate is shown in Table 1. The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Examples 2 to 4 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the raw material slurry of lithium titanate was prepared so as to be. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(実施例5)
表1に示すように、分散剤として、ポリビニルアルコールに代えて、同量のポリカルボン酸アンモニウム塩を用いて、チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したこと以外は実施例2と同様の方法で実施例5の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 5)
As shown in Table 1, instead of polyvinyl alcohol, the same amount of ammonium polycarboxylic acid salt was used as the dispersant, and lithium titanate was prepared so that the D95 of the raw material of lithium titanate became the value shown in Table 1. The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 5 was obtained in the same manner as in Example 2 except that the raw material slurry was prepared. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(実施例6)
チタン原料に、表1に示す比表面積のTiOを用いて、チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したこと以外は実施例2と同様の方法で実施例6の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 6)
Example 2 and Example 2 except that a lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the values shown in Table 1 using TiO 2 having the specific surface area shown in Table 1 as the titanium raw material. The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 6 was obtained in the same manner. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(実施例7)
繊維状炭素としての多層カーボンナノチューブの添加割合を表1に示す割合に変更して混合スラリーを調製したことと、造粒粉末の焼成時の最高温度を表1に示す温度に変更したこと以外は実施例6と同様の方法で実施例7の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 7)
Except for the fact that the mixed slurry was prepared by changing the addition ratio of multi-walled carbon nanotubes as fibrous carbon to the ratio shown in Table 1, and that the maximum temperature at the time of firing of the granulated powder was changed to the temperature shown in Table 1. The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 6. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(実施例8、9)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、造粒粉末の焼成時の最高温度を表1に示す温度に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で実施例8、9の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Examples 8 and 9)
Except for the fact that the lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the values shown in Table 1, and that the maximum temperature at the time of firing the granulated powder was changed to the temperature shown in Table 1. The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Examples 8 and 9 was obtained in the same manner as in Example 1. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(実施例10)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、多層カーボンナノチューブと、アセチレンブラックと、CMCとイオン交換水を、質量比で0.5:0.5:0.8:98.2となるように調合・撹拌して、アセチレンブラックを含む多層カーボンナノチューブスラリーを調製したことと、チタン酸リチウムの原料スラリーと、アセチレンブラックを含む多層カーボンナノチューブスラリーとを、チタン酸リチウムの原料と多層カーボンナノチューブとアセチレンブラックの質量比が、「チタン酸リチウムの原料:多層カーボンナノチューブとアセチレンブラックとの合計」=99.0:1.0となるように混合して混合スラリーを調製したこと以外は、実施例1と同様の方法で実施例10の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 10)
The raw material slurry of lithium titanate was prepared so that the D95 of the raw material of lithium titanate had the values shown in Table 1, and the multi-walled carbon nanotubes, acetylene black, CMC and ion-exchanged water were mixed in a mass ratio of 0. The multi-walled carbon nanotube slurry containing acetylene black was prepared by mixing and stirring so as to be 5: 0.5: 0.8: 98.2, and the raw material slurry of lithium titanate and the multi-walled layer containing acetylene black. The mass ratio of the raw material of lithium titanate, the multi-walled carbon nanotubes, and acetylene black to the carbon nanotube slurry is "raw material of lithium titanate: total of multi-walled carbon nanotubes and acetylene black" = 99.0: 1.0. A fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 10 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixture was mixed as described above to prepare a mixed slurry. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(実施例11、12)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、多層カーボンナノチューブとアセチレンブラックを、各々表1に示す割合で混合したことと、チタン酸リチウムの原料スラリーと、アセチレンブラックを含む多層カーボンナノチューブスラリーとを、チタン酸リチウムの原料と多層カーボンナノチューブとアセチレンブラックの質量比が、「チタン酸リチウムの原料:多層カーボンナノチューブとアセチレンブラックとの合計」=99.0:1.0となるように混合して混合スラリーを調製したこと以外は、実施例10と同様の方法で実施例11、12の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Examples 11 and 12)
The raw material slurry of lithium titanate was prepared so that the D95 of the raw material of lithium titanate had the values shown in Table 1, the multi-walled carbon nanotubes and acetylene black were mixed at the ratios shown in Table 1, and titanium. The mass ratio of the lithium titanate raw material slurry and the multi-walled carbon nanotube slurry containing acetylene black to the lithium titanate raw material, the multi-walled carbon nanotubes and the acetylene black is as follows: "Lithium titanate raw material: multi-walled carbon nanotubes and acetylene black. The fibrous carbon-containing lithium titanate powders of Examples 11 and 12 were obtained in the same manner as in Example 10 except that the mixed slurry was prepared by mixing so that the total was 99.0: 1.0. It was. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(実施例13)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したこと以外は実施例2と同様の方法で実施例13の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。第三の導電助剤としてのアセチレンブラックの添加割合を表1に示す割合に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 13)
The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 13 was prepared in the same manner as in Example 2 except that the lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the values shown in Table 1. Obtained. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1 except that the addition ratio of acetylene black as the third conductive auxiliary agent was changed to the ratio shown in Table 1.

(実施例14〜17)
実施例1で作成した繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を用いて、第三の導電助剤としてのアセチレンブラックの添加割合を表1に示す割合に変更したことと、評価電極シートの電極合剤密度を表1に示す値になるように変更したこと以外は実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Examples 14 to 17)
Using the fibrous carbon-containing lithium titanate powder prepared in Example 1, the addition ratio of acetylene black as a third conductive auxiliary agent was changed to the ratio shown in Table 1, and the electrode mixture of the evaluation electrode sheet was changed. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1 except that the density was changed to the values shown in Table 1.

(実施例18)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、繊維状炭素としての多層カーボンナノチューブの添加割合を表1に示す割合に変更して混合スラリーを調製したことと、造粒粉末の焼成時の最高温度を表1に示す温度に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で実施例18の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 18)
The raw material slurry of lithium titanate was prepared so that the D95 of the raw material of lithium titanate became the value shown in Table 1, and the addition ratio of the multi-walled carbon nanotubes as fibrous carbon was changed to the ratio shown in Table 1. The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 18 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mixed slurry was prepared and the maximum temperature at the time of firing the granulated powder was changed to the temperature shown in Table 1. Obtained. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(比較例1)
チタン酸リチウムの原料であるLiCO(平均粒径:4.6μm)とTiO(比表面積:9.2m/g)を混合し撹拌して作製したスラリーについて、ビーズミルを用いた粉砕・混合を行わなかったこと以外は実施例2と同様の方法で比較例1の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 1)
A slurry prepared by mixing and stirring Li 2 CO 3 (average particle size: 4.6 μm) and TiO 2 (specific surface area: 9.2 m 2 / g), which are raw materials for lithium titanate, is pulverized using a bead mill. A fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 1 was obtained in the same manner as in Example 2 except that mixing was not performed. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(比較例2)
チタン原料に表1に示す比表面積のTiOを用いて、チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、造粒粉末を、高純度アルミナ製の匣鉢に充填し、マッフル型電気炉を用いて、200℃/時の昇温速度で加熱し、表1に示す条件で保持して焼成したこと以外は実施例2と同様の方法で繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 2)
Using TiO 2 having the specific surface area shown in Table 1 as the titanium raw material, a raw material slurry of lithium titanate was prepared so that the D95 of the raw material of lithium titanate had the values shown in Table 1, and the granulated powder was prepared. Same as in Example 2 except that the mixture was filled in a high-purity alumina pot, heated at a heating rate of 200 ° C./hour using a muffle-type electric furnace, and held under the conditions shown in Table 1 for firing. To obtain fibrous carbon-containing lithium titanate powder by the above method. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(比較例3)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、造粒粉末の焼成時の最高温度を表1に示す温度に変更したこと以外は実施例2と同様の方法で比較例3の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 3)
Except for the fact that the lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the values shown in Table 1, and that the maximum temperature at the time of firing the granulated powder was changed to the temperature shown in Table 1. The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Example 2. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(比較例4)
実施例1と同様の方法で調製したチタン酸リチウムの原料スラリーを、多層カーボンナノチューブスラリーなどの導電剤スラリーとの混合も、噴霧・造粒も行わず、実施例1で用いたロータリーキルン式焼成炉と同じ焼成炉を用いて、その原料供給側から炉心管内に導入し、実施例1と同様の条件で乾燥し、焼成した。その後、炉心管の焼成物回収側から回収した焼成物を粉砕し、チタン酸リチウム粉末を収集した。
次に、収集したチタン酸リチウム粉末を、チタン酸リチウムに対して0.1質量%のポリビニルアルコール(PVA)と共に、固形分濃度40質量%となるようにイオン交換水を加え撹拌してスラリーを作製した。このスラリーと、実施例1と同様の条件で調製した多層カーボンナノチューブスラリーとを、チタン酸リチウムと多層カーボンナノチューブの質量比が99:1.0となるように、実施例1の混合スラリーの調製に用いたビーズミルと同じビーズミルを使用して、実施例1の混合スラリーの調製と同様の条件で混合・撹拌した。得られた、チタン酸リチウムと多層カーボンナノチューブとからなる混合スラリーを、実施例1と同じスプレードライヤーを使用して、実施例1と同様の条件で噴霧乾燥し、チタン酸リチウムと多層カーボンナノチューブとからなる造粒粉末を得た。その後、回収した造粒粉末を、実施例1と同様の方法で篩分けし、篩を通過した粉末を収集し、比較例4の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 4)
The raw material slurry of lithium titanate prepared by the same method as in Example 1 was not mixed with a conductive agent slurry such as a multi-walled carbon nanotube slurry, sprayed or granulated, and was used in the rotary kiln type firing furnace used in Example 1. Using the same firing furnace as above, the mixture was introduced into the core tube from the raw material supply side, dried under the same conditions as in Example 1, and fired. Then, the fired product recovered from the fired product recovery side of the core tube was crushed to collect lithium titanate powder.
Next, the collected lithium titanate powder is mixed with 0.1% by mass of polyvinyl alcohol (PVA) with respect to lithium titanate with ion-exchanged water so as to have a solid content concentration of 40% by mass, and the slurry is stirred. Made. Preparation of the mixed slurry of Example 1 so that the mass ratio of lithium titanate and the multi-walled carbon nanotubes is 99: 1.0 between this slurry and the multilayer carbon nanotube slurry prepared under the same conditions as in Example 1. Using the same bead mill as the bead mill used in the above, mixing and stirring were performed under the same conditions as for the preparation of the mixed slurry of Example 1. The obtained mixed slurry composed of lithium titanate and multi-walled carbon nanotubes was spray-dried using the same spray dryer as in Example 1 under the same conditions as in Example 1 to obtain lithium titanate and multi-walled carbon nanotubes. A granulated powder consisting of was obtained. Then, the recovered granulated powder was sieved by the same method as in Example 1, and the powder passed through the sieve was collected to obtain the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 4. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(比較例5)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、造粒粉末を、高純度アルミナ製の匣鉢に充填し、マッフル型電気炉を用いて、200℃/時の昇温速度で加熱し、表1に示す条件で保持して焼成したこと以外は実施例2と同様の方法で繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 5)
The raw material slurry of lithium titanate was prepared so that the D95 of the raw material of lithium titanate had the values shown in Table 1, and the granulated powder was filled in a saggar made of high-purity alumina to prepare a muffle type electric furnace. A fibrous carbon-containing lithium titanate powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that the mixture was heated at a heating rate of 200 ° C./hour, held under the conditions shown in Table 1 and fired. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(比較例6)
繊維状炭素としての多層カーボンナノチューブの添加割合を表1に示す割合に変更して混合スラリーを調製したこと以外は実施例2と同様の方法で比較例6の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 6)
The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 6 was prepared in the same manner as in Example 2 except that the ratio of the multi-walled carbon nanotubes added as the fibrous carbon was changed to the ratio shown in Table 1 to prepare a mixed slurry. Obtained. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(比較例7)
表1に示すように、繊維状炭素として多層カーボンナノチューブに代えて単層カーボンナノチューブを用いたこと以外は、実施例2と同様の方法で比較例7の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 7)
As shown in Table 1, the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 7 was obtained in the same manner as in Example 2 except that single-walled carbon nanotubes were used instead of multi-walled carbon nanotubes as the fibrous carbon. It was. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(比較例8)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、混合スラリーを、噴霧・乾燥せずに、スラリーのまま、直接ロータリーキルン式焼成炉に導入して、乾燥、焼成したこと以外は、実施例2と同様の方法で比較例8の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。
(Comparative Example 8)
The raw material slurry of lithium titanate was prepared so that the D95 of the raw material of lithium titanate had the values shown in Table 1, and the mixed slurry was directly placed in the rotary kiln type firing furnace without spraying and drying. A fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 8 was obtained in the same manner as in Example 2 except that it was introduced, dried and fired.

(比較例9)
表1に示すように、繊維状炭素を用いず、非繊維状炭素のアセチレンブラックのみを用い、その添加割合をチタン酸リチウムの原料とアセチレンブラックの質量比が99.0:1.0となるように混合スラリーを調製したこと以外は、実施例1と同様の方法で比較例9の炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 9)
As shown in Table 1, acetylene black, which is non-fibrous carbon, is used without using fibrous carbon, and the mass ratio of lithium titanate raw material and acetylene black is 99.0: 1.0. A carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 9 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixed slurry was prepared as described above. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

(比較例10)
実施例1と同様の方法で合成した多層カーボンナノチューブと、スチレン−アクリル系親水性コポリマーでできている分散剤と、アクリル系疎水性ポリマーでできている分散剤と、イオン交換水を、質量比が1.0:0.7:0.1:98.2となるように混合して、多層カーボンナノチューブスラリーを調整した。このスラリーを、ビーズミル(淺田鉄工社製、形式:PICOMILL PCM−LR型、アジテーター材質:窒化珪素、ベッセル内面材質:ジルコニア、ビーズ材質:ジルコニア、ビーズ外径:1.0mm、ベッセル内ビーズ充填率:80体積%)を使用して、アジテーター周速8m/秒、スラリーフィード速度30〜50ml/分の条件で、ベッセル内圧が0.06MPa以下になるように制御しながら、粉砕した。その後、チタン酸リチウムの原料であるLiCO(平均粒径:4.6μm)とTiO(比表面積:9.2m/g)とを、Tiに対するLiの原子比Li/Ti:0.83になるように秤量し、前記多層カーボンナノチューブスラリーに、チタン酸リチウムの原料と多層カーボンナノチューブの質量比が99.0:1.0となるように混合し、固形分が15%となるようにイオン交換水を加えた。このスラリーを、ビーズミル(ウィリー・エ・バッコーフェン社製、形式:ダイノーミル KD−20BC型、アジテーター材質:ポリウレタン、ベッセル内面材質:ジルコニア、ビーズ材質:ジルコニア、ビーズ外径:0.65mm、ベッセル内ビーズ充填率:80体積%)を使用して、アジテーター周速13m/秒、スラリーフィード速度55kg/時の条件で、ベッセル内圧が0.05MPa以下になるように制御しながら、混合し、混合スラリーを調製した。以上のように混合スラリーを調製したこと以外は実施例1と同様の方法で比較例10の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 10)
The mass ratio of multi-walled carbon nanotubes synthesized by the same method as in Example 1, a dispersant made of a styrene-acrylic hydrophilic copolymer, a dispersant made of an acrylic hydrophobic polymer, and ion-exchanged water. The multi-walled carbon nanotube slurry was prepared by mixing so that the ratio was 1.0: 0.7: 0.1: 98.2. This slurry is used as a bead mill (manufactured by Asada Iron Works, Model: PICOMILL PCM-LR type, agitator material: silicon nitride, vessel inner surface material: zirconia, bead material: zirconia, bead outer diameter: 1.0 mm, bead filling rate in vessel: Using 80% by volume), the cells were pulverized under the conditions of an agitator peripheral speed of 8 m / sec and a slurry feed speed of 30 to 50 ml / min while controlling the internal pressure of the vessel to be 0.06 MPa or less. After that, Li 2 CO 3 (average particle size: 4.6 μm) and TiO 2 (specific surface area: 9.2 m 2 / g), which are raw materials for lithium titanate, were added to the atomic ratio of Li to Ti Li / Ti: 0. Weighed to be .83, and mixed with the multi-layer carbon nanotube slurry so that the mass ratio of the lithium titanate raw material and the multi-layer carbon nanotube is 99.0: 1.0, and the solid content becomes 15%. Ion-exchanged water was added as described above. This slurry is mixed with a bead mill (manufactured by Willy et Bacoffen, model: Dynomill KD-20BC type, agitator material: polyurethane, vessel inner surface material: zirconia, bead material: zirconia, bead outer diameter: 0.65 mm, bead filling in the vessel. Using a rate: 80% by volume), mix while controlling the internal pressure of the vessel to be 0.05 MPa or less under the conditions of an agitator peripheral speed of 13 m / sec and a slurry feed speed of 55 kg / hour to prepare a mixed slurry. did. A fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 10 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixed slurry was prepared as described above. An electrode sheet and a laminated battery using the electrode sheet were produced in the same manner as in Example 1.

実施例2〜13および比較例の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末の物性、その粉末を使用した電極シートの物性、およびその電極シートを用いて作製したリチウムイオン二次電池の特性は表2に示す通りであった。 Table 2 shows the physical characteristics of the fibrous carbon-containing lithium titanate powders of Examples 2 to 13 and Comparative Examples, the physical characteristics of the electrode sheet using the powder, and the characteristics of the lithium ion secondary battery produced using the electrode sheet. It was as shown.

本発明の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を使用すれば、高温環境下での充放電サイクル特性に優れ、充放電サイクル後のガス発生量が少ない蓄電デバイスを得ることができる。したがって、本発明の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末は、特にハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、バッテリー電気自動車などに搭載される、長期にわたり性能が低下しないことが強く要求される蓄電デバイスの電極材料として好適である。 By using the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of the present invention, it is possible to obtain a power storage device having excellent charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and a small amount of gas generated after the charge / discharge cycle. Therefore, the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of the present invention is a power storage device that is strongly required not to deteriorate in performance for a long period of time, which is particularly mounted on hybrid electric vehicles, plug-in hybrid electric vehicles, battery electric vehicles, and the like. It is suitable as an electrode material.

Claims (16)

LiおよびTiを含むリチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と、平均直径が5〜40nmで、平均アスペクト比が10〜1000である繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含み、平均円形度が90%以上の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末であって、
前記繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末における、熱重量分析による測定から算出される、リチウムチタン複合酸化物粉末の質量に対する炭素の質量割合をAとし、Aの百分率表記をa(質量%)とし、X線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)をBとしたときに、aが0.1〜3質量%であり、
B/Aが90〜200であり、
前記球状二次粒子の平均圧縮強度が1〜25MPaであることを特徴とする蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。
It contains primary particles made of a lithium-titanium composite oxide containing Li and Ti, and spherical secondary particles containing fibrous carbon having an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000, and has an average circularity. A lithium-titanium composite oxide powder containing 90% or more of fibrous carbon.
The mass ratio of carbon to the mass of the lithium titanium composite oxide powder calculated from the measurement by thermogravimetric analysis in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder is defined as A, and the percentage notation of A is a (mass%). When the atomic ratio (carbon / titanium) of carbon to titanium calculated from the measurement by X-ray photoelectron spectroscopy is B, a is 0.1 to 3% by mass.
B / A is 90-200,
A fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder for an electrode of a power storage device, characterized in that the average compressive strength of the spherical secondary particles is 1 to 25 MPa.
前記リチウムチタン複合酸化物が、LiTi12を主成分とするチタン酸リチウムであることを特徴とする請求項1記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。 The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of a power storage device according to claim 1, wherein the lithium titanium composite oxide is lithium titanate containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component. 前記リチウムチタン複合酸化物粉末の1−メチル−2−ピロリドン吸油量が55ml/100g〜160ml/100gであることを特徴とする請求項1または2に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。 The fibrous carbon-containing lithium for an electrode of the power storage device according to claim 1 or 2, wherein the 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption amount of the lithium titanium composite oxide powder is 55 ml / 100 g to 160 ml / 100 g. Titanium composite oxide powder. 前記リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBETが0.03μm〜0.6μmであることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。 The fibrous carbon-containing electrode for the power storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the lithium titanium composite oxide powder has a specific surface area equivalent diameter D BET of 0.03 μm to 0.6 μm. Lithium-titanium composite oxide powder. 前記繊維状炭素が、そのグラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、
前記繊維状炭素は、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成することにより構成されていることを特徴とする請求項1〜4いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。
The fibrous carbon is formed by stacking 2 to 30 bell-shaped structural units having a crown having a closed graphite mesh surface and an open body at the lower part in a layered manner sharing a central axis. Equipped with multiple aggregates of state structure units
Any of claims 1 to 4, wherein the fibrous carbon is composed of a plurality of the bell-shaped structural unit aggregates connected at intervals in a Head-to-Tail manner to form a fiber. The fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder for electrodes of the power storage device according to item 1.
前記リチウムチタン複合酸化物粉末の、LiTi12の(111)面のピーク半値幅からScherrerの式より算出される結晶子径をDとしたときに、Dが80nmより大きく、DBETとDの比DBET/D(μm/μm)が3以下であることを特徴とする請求項1〜5いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。 Wherein the lithium-titanium composite oxide powder, Li 4 Ti of 5 O 12 the crystallite diameter calculated from (111) plane Scherrer formula from the peak half width of when the D X, D X is larger than 80 nm, D BET and D ratio of X D BET / D X (μm / μm) the electrode for fibrous carbon-containing lithium titanium device according to any one of claims 1-5, characterized in that more than 3 Composite oxide powder. 前記球状二次粒子が非繊維状炭素を含むことを特徴とする請求項1〜6いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。 The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of a power storage device according to any one of claims 1 to 6, wherein the spherical secondary particles contain non-fibrous carbon. 集電体の片面または両面に電極合剤層を有する蓄電デバイスの電極シートであって、
前記電極合剤層が、請求項1〜7いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を含む蓄電デバイスの電極シート。
An electrode sheet of a power storage device having an electrode mixture layer on one side or both sides of a current collector.
The electrode sheet of a power storage device in which the electrode mixture layer contains a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of the power storage device according to any one of claims 1 to 7.
前記電極合剤層の電解液保液率が0.7cm/cm〜1cm/cmであり、前記電極合剤層の電極密度が1.9g/cm〜2.5g/cmであることを特徴とする請求項8記載の蓄電デバイスの電極シート。 The electrolyte solution holding ratio of the electrode mixture layer is 0.7cm 3 / cm 3 ~1cm 3 / cm 3, the electrode density of the electrode mixture layer is 1.9g / cm 3 ~2.5g / cm 3 The electrode sheet of the power storage device according to claim 8, wherein the electrode sheet is characterized by the above. 前記電極合剤層の、BET法により求める比表面積をS(m/g)とし、前記電極合剤層の電解液保液率(cm/cm)をLとしたときに、L/Sが0.2〜0.3であることを特徴とする請求項9記載の蓄電デバイスの電極シート。 Of the electrode mixture layer, the specific surface area determined by the BET method and S E (m 2 / g) , the electrolyte solution holding ratio of the electrode mixture layer (cm 3 / cm 3) when the L E, the electrode sheet of the electric storage device according to claim 9, wherein L E / S E is characterized in that 0.2 to 0.3. 請求項8〜10いずれか一項に記載の電極シートを含む蓄電デバイス。 A power storage device including the electrode sheet according to any one of claims 8 to 10. 請求項8〜10いずれか一項に記載の電極シートを含むリチウムイオン二次電池。 A lithium ion secondary battery comprising the electrode sheet according to any one of claims 8 to 10. 請求項8〜10いずれか一項に記載の電極シートを含むハイブリッドキャパシタ。 A hybrid capacitor including the electrode sheet according to any one of claims 8 to 10. エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、および2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種以上の環状カーボネートを含む非水溶媒に、LiPF、LiBF、LiPO、およびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を含む電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることを特徴とする請求項11に記載の蓄電デバイス。 LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN (SO) in a non-aqueous solvent containing one or more cyclic carbonates selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate. 2 F) The power storage device according to claim 11, wherein a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt containing at least one lithium salt selected from 2 is dissolved is used. 前記非水電解液が、全電解質塩の濃度が0.5M以上2.0M以下であり、前記電解質塩として、少なくともLiPFを含み、更に0.001M以上1.0M以下のLiBF、LiPO、及びLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩が含まれる非水電解液であることを特徴とする請求項14に記載の蓄電デバイス。 The non-aqueous electrolyte solution has a total electrolyte salt concentration of 0.5 M or more and 2.0 M or less, contains at least LiPF 6 as the electrolyte salt, and further contains LiBF 4 and LiPO 2 of 0.001 M or more and 1.0 M or less. The power storage device according to claim 14, further comprising a non-aqueous electrolyte solution containing at least one lithium salt selected from F 2 and LiN (SO 2 F) 2 . 前記非水電解液が、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、およびジブチルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の対称鎖状カーボネートと、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、およびエチルプロピルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の非対称鎖状カーボネートと、をさらに含むことを特徴とする請求項14または15に記載の蓄電デバイス。 The non-aqueous electrolyte solution contains one or more symmetrical chain carbonates selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate, and methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, and methyl butyl. The power storage device according to claim 14 or 15, further comprising one or more asymmetric chain carbonates selected from carbonates and ethylpropyl carbonates.
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