JP6908435B2 - Method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile - Google Patents

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Description

本発明は、硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法、及び該製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルの用途に関する。 The present invention relates to a method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile and the use of the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method.

近年の携帯用パソコン、ハンディビデオカメラ、情報端末等の携帯電子機器の普及に伴い、高電圧、高エネルギー密度を有する非水電解質二次電池が電源として広く用いられるようになった。また、環境問題の観点から、電池自動車や電力を動力の一部に利用したハイブリッド車の実用化が行われている。 With the spread of portable electronic devices such as portable personal computers, handy video cameras, and information terminals in recent years, non-aqueous electrolyte secondary batteries having high voltage and high energy density have come to be widely used as a power source. In addition, from the viewpoint of environmental problems, battery vehicles and hybrid vehicles that use electric power as a part of power are being put into practical use.

非水電解質二次電池の特性は、その構成部材である電極、セパレータ、電解質等に依存し、各構成部材の研究開発が盛んに行われている。電極においては、結着剤、集電体等と共に、電極活物質が重要であり、電極活物質の研究開発が盛んに行われている。 The characteristics of a non-aqueous electrolyte secondary battery depend on its constituent members such as electrodes, separators, and electrolytes, and research and development of each constituent member is being actively carried out. In electrodes, electrode active materials are important together with binders, current collectors, etc., and research and development of electrode active materials are being actively carried out.

近年、既知の材料の中では理論的に最大の電気容量を有する物質である硫黄を電極活物質の材料として用いる研究が行われている。例えば、特許文献1には硫黄変性ポリアクリロニトリルを二次電池の活物質として用いることが提案されている。硫黄変性ポリアクリロニトリルは、ポリアクリロニトリル粉末と硫黄粉末との混合物を非酸化性雰囲気下で熱処理することで得られるものである。特許文献1には、硫黄粉末とポリアクリロニトリル粉末との混合物を、硫黄蒸気の流出を防止しつつ、硫黄蒸気を還流させながら非酸化性雰囲気で加熱することによって硫黄変性ポリアクリロニトリルを製造することが記載されている。 In recent years, research has been conducted on using sulfur, which is a substance having the theoretically maximum electric capacity among known materials, as a material for an electrode active material. For example, Patent Document 1 proposes the use of sulfur-modified polyacrylonitrile as an active material for a secondary battery. Sulfur-modified polyacrylonitrile is obtained by heat-treating a mixture of polyacrylonitrile powder and sulfur powder in a non-oxidizing atmosphere. Patent Document 1 states that a sulfur-modified polyacrylonitrile can be produced by heating a mixture of sulfur powder and polyacrylonitrile powder in a non-oxidizing atmosphere while preventing the outflow of sulfur vapor while refluxing the sulfur vapor. Has been described.

上述した通り、硫黄変性ポリアクリロニトリルはポリアクリロニトリル粉末と硫黄粉末との混合物を加熱処理することによって得られるところ、粉体を加熱処理する装置として、特許文献2には落下式粉体処理装置が記載されている。特許文献2に記載の落下式粉体処理装置は、原料の粉体Wを供給する原料供給部30と、原料供給部30から供給されて落下する粉体Wを加熱処理する加熱部40と、加熱処理された粉体Wを冷却する冷却部50とを具備している。特許文献2に記載の落下式粉体処理装置は、加熱部40の下側及び/又は上側からガスを供給することによって、加熱部40内を落下する粉体の落下速度を制御している。特許文献2に記載の落下式粉体処理装置は、加熱部40内を落下する粉体Wの種類、比重、粒径等に応じて、加熱部40の下側及び/又は上側から供給されるガスの供給量を調整することにより、粉体Wの落下速度を制御することができ、そのため、粉体Wの種類、比重、粒径等が異なる場合でも、粉体Wを加熱処理する時間を簡単かつ適切に調整することができる。 As described above, sulfur-modified polyacrylonitrile is obtained by heat-treating a mixture of polyacrylonitrile powder and sulfur powder. Patent Document 2 describes a drop-type powder treatment device as an apparatus for heat-treating the powder. Has been done. The drop-type powder processing apparatus described in Patent Document 2 includes a raw material supply unit 30 that supplies the raw material powder W, a heating unit 40 that heat-treats the powder W that is supplied from the raw material supply unit 30 and drops. It is provided with a cooling unit 50 for cooling the heat-treated powder W. The drop-type powder processing apparatus described in Patent Document 2 controls the falling speed of powder falling in the heating unit 40 by supplying gas from the lower side and / or the upper side of the heating unit 40. The drop-type powder processing apparatus described in Patent Document 2 is supplied from the lower side and / or the upper side of the heating unit 40 according to the type, specific gravity, particle size, etc. of the powder W falling in the heating unit 40. By adjusting the amount of gas supplied, the falling speed of the powder W can be controlled. Therefore, even if the type, specific gravity, particle size, etc. of the powder W are different, the time for heat-treating the powder W can be increased. It can be adjusted easily and appropriately.

国際公開2010/044437号International Release 2010/0444437 特開2012−228631号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-228631

しかし、特許文献1に記載の製造方法は、得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルが硫黄固体を含有するため、硫黄変性ポリアクリロニトリルから硫黄固体を除去する熱処理工程が更に必要であることから経済的ではなく、また、得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルの平均粒子径が大きくばらつくため、二次電池の電極の活物質として十分に満足できるものではなかった。従って、二次電池の電極の活物質として十分に満足できる特性を有する硫黄変性ポリアクリロニトの製造方法が求められていた。 However, the production method described in Patent Document 1 is uneconomical because the obtained sulfur-modified polyacrylonitrile contains a sulfur solid and therefore requires a heat treatment step for removing the sulfur solid from the sulfur-modified polyacrylonitrile. In addition, since the average particle size of the obtained sulfur-modified polyacrylonitrile varies greatly, it is not sufficiently satisfactory as an active material for electrodes of secondary batteries. Therefore, there has been a demand for a method for producing a sulfur-modified polyacrylonite having characteristics that are sufficiently satisfactory as an active material for an electrode of a secondary battery.

また、特許文献2には、落下式粉体処理装置を硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造に用いることについて記載されていない。 Further, Patent Document 2 does not describe the use of a drop-type powder processing apparatus for producing sulfur-modified polyacrylonitrile.

従って、本発明の目的は、高品質な硫黄変性ポリアクリロニトリルを得るための製造方法を提供することにある。また、本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを用いた二次電池用電極の製造方法を提供するものである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a production method for obtaining high quality sulfur-modified polyacrylonitrile. Further, the present invention provides a method for producing an electrode for a secondary battery using the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention.

本発明者らは、鋭意検討を行なった結果、落下式粉体処理装置を用いることで、高品質な硫黄変性ポリアクリロニトリルを効率的に製造できることを見出し、本発明を完成させた。 As a result of diligent studies, the present inventors have found that high-quality sulfur-modified polyacrylonitrile can be efficiently produced by using a drop-type powder processing apparatus, and have completed the present invention.

本発明は、ポリアクリロニトリル粉末及び硫黄粉末を含む原料の粉体を供給する原料供給部と、この原料供給部から供給されて落下される粉体を加熱処理する加熱部と、加熱処理された粉体を冷却させる冷却部とを備えた落下式粉体処理装置を用いた硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法であって、
前記加熱部の下側及び/又は上側からガスを供給させ加熱部内を落下する粉体の落下速度を制御する工程を有する硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法を提供するものである。
The present invention comprises a raw material supply unit that supplies powder of a raw material containing polyacrylonitrile powder and sulfur powder, a heating unit that heat-treats the powder supplied from the raw material supply unit and dropped, and a heat-treated powder. A method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile using a drop-type powder processing apparatus equipped with a cooling unit for cooling the body.
The present invention provides a method for producing a sulfur-modified polyacrylonitrile, which comprises a step of supplying gas from the lower side and / or the upper side of the heating portion to control the falling speed of the powder falling in the heating portion.

また本発明は、前記加熱部の上側に、該加熱部内の排ガスを外部に排出する排ガス部を備え、該排ガス部に、排ガスを無害化する排ガス処理装置が設けられている前記落下式粉体処理装置を用いる、上述の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法を提供するものである。 Further, in the present invention, the drop-type powder is provided with an exhaust gas unit for discharging the exhaust gas in the heating unit to the outside on the upper side of the heating unit, and an exhaust gas treatment device for detoxifying the exhaust gas is provided in the exhaust gas unit. The present invention provides a method for producing the above-mentioned sulfur-modified polyacrylonitrile using a treatment apparatus.

また本発明は、前記加熱部の下側及び/又は上側から供給されるガスにより、前記加熱部内を落下する粉体の落下速度を制御する機構を有する前記落下式粉体処理装置を用いる、前記硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法を提供するものである。 Further, the present invention uses the drop-type powder processing apparatus having a mechanism for controlling the falling speed of the powder falling in the heating portion by the gas supplied from the lower side and / or the upper side of the heating portion. It provides a method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile.

また本発明は、前記加熱部内の圧力を測定するための圧力測定器を有する前記排ガス部と、該圧力測定器によって測定された該加熱部内の圧力に応じて、該加熱部内に導かれるガスの量を調整する制御装置とを有する前記落下式粉体処理装置を用いる、前記硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法を提供するものである。 Further, the present invention relates to the exhaust gas unit having a pressure measuring device for measuring the pressure in the heating unit, and the gas guided into the heating unit according to the pressure in the heating unit measured by the pressure measuring device. The present invention provides a method for producing the sulfur-modified polyacrylonitrile by using the drop-type powder processing apparatus having a control device for adjusting the amount.

また本発明は、前記原料が更に導電助剤を含む、上述の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法を提供するものである。 The present invention also provides the above-mentioned method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile, wherein the raw material further contains a conductive auxiliary agent.

また本発明は、上述の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法によって硫黄変性ポリアクリロニトリルを製造する工程を有する二次電池用電極の製造方法を提供するものである。 The present invention also provides a method for producing an electrode for a secondary battery, which comprises a step of producing sulfur-modified polyacrylonitrile by the above-mentioned method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile.

また本発明は、上述の二次電池用電極の製造方法によって二次電池用電極を製造する工程を有する二次電池の製造方法を提供するものである。 The present invention also provides a method for manufacturing a secondary battery, which comprises a step of manufacturing the electrode for the secondary battery by the method for manufacturing the electrode for the secondary battery described above.

本発明の製造方法は、得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルが硫黄固体を含有しないため、得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルから硫黄固体を除去する熱処理工程が必要でないこと、さらに装置内への硫黄変性ポリアクリロニトリルの固着が少ないことから、硫黄変性ポリアクリロニトリルの回収率が高く、且つメンテナンスが容易になることから経済的である。また、本発明の製造方法によって得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルは、粒径が小さく、且つ均質であることから、これを二次電池用電極の活物質として用いることで、高い電気容量および高い充電容量維持率の二次電池が実現できる。 In the production method of the present invention, since the obtained sulfur-modified polyacrylonitrile does not contain sulfur solids, a heat treatment step for removing the sulfur solids from the obtained sulfur-modified polyacrylonitrile is not required, and the sulfur-modified poly in the apparatus. Since the adhesion of acrylonitrile is small, the recovery rate of sulfur-modified polyacrylonitrile is high and maintenance is easy, which is economical. Further, since the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention has a small particle size and is homogeneous, it can be used as an active material for an electrode for a secondary battery to have a high electric capacity and a high charge. A secondary battery with a capacity retention rate can be realized.

図1は、本発明の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法に用いる落下式粉体処理装置の一例を概略的に示す縦断面図である。FIG. 1 is a vertical cross-sectional view schematically showing an example of a drop-type powder processing apparatus used in the method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile of the present invention. 図2は、本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを含む電極を有する二次電池のコイン型電池の構造の一例を概略的に示す縦断面図である。FIG. 2 is a vertical sectional view schematically showing an example of the structure of a coin-type battery of a secondary battery having an electrode containing a sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention. 図3は、本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを含む電極を有する二次電池の円筒型電池の基本構成を示す概略図である。FIG. 3 is a schematic view showing a basic configuration of a cylindrical battery of a secondary battery having an electrode containing a sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention. 図4は、本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを含む電極を有する二次電池の円筒型電池の内部構造を断面として示す斜視図である。FIG. 4 is a perspective view showing the internal structure of a cylindrical battery of a secondary battery having an electrode containing a sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention as a cross section.

本発明の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法について説明する。 The method for producing the sulfur-modified polyacrylonitrile of the present invention will be described.

まず、本発明の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法において用いられる原料は、ポリアクリロニトリル及び硫黄を含んでおり、また、それ以外の材料を含んでいる場合がある。 First, the raw material used in the method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile of the present invention contains polyacrylonitrile and sulfur, and may also contain other materials.

本発明の製造方法において用いられる原料の粉体はポリアクリロニトリル粉末を含有する。ポリアクリロニトリル粉末は、その平均粒子径が好ましくは1〜150μm、より好ましくは1〜50μmである。ポリアクリロニトリル粉末の平均粒子径が、1μmよりも小さい場合、落下式粉体処理装置において、ポリアクリロニトリル粉末が落下せずに、排ガスと共に排出されてしまい、収率が低下するおそれがあるため好ましくなく、150μmよりも大きい場合、反応が完了する前に加熱部を通過して品質が低下してしまうおそれがあることや、反応時間が長くなることで生産性が低下する恐れがある。また、ポリアクリロニトリル粉末の重量平均分子量は、低いとポリアクリロニトリル粉末の入手が困難であり、大きすぎると結合硫黄含有量が上がりにくくなるため、10,000〜1,000,000程度の範囲にあるものが好ましく、10,000〜300,000程度の範囲にあるものがより好ましい。なお、重量平均分子量は、GPC(ゲル浸透クロマトグラフィー)法によりポリスチレン換算した測定値を用いている。本発明において結合硫黄とは、変性したポリアクリロニトリルと化学結合して存在する硫黄を意味する。 The raw material powder used in the production method of the present invention contains polyacrylonitrile powder. The average particle size of the polyacrylonitrile powder is preferably 1 to 150 μm, more preferably 1 to 50 μm. If the average particle size of the polyacrylonitrile powder is smaller than 1 μm, the polyacrylonitrile powder does not fall and is discharged together with the exhaust gas in the drop-type powder processing apparatus, which is not preferable because the yield may decrease. If it is larger than 150 μm, it may pass through the heating part before the reaction is completed and the quality may be deteriorated, or the reaction time may be lengthened and the productivity may be lowered. Further, the weight average molecular weight of the polyacrylonitrile powder is in the range of about 10,000 to 1,000,000 because it is difficult to obtain the polyacrylonitrile powder if it is low, and it is difficult to increase the bound sulfur content if it is too large. Those in the range of about 10,000 to 300,000 are preferable, and those in the range of about 10,000 to 300,000 are more preferable. For the weight average molecular weight, a measurement value converted into polystyrene by a GPC (gel permeation chromatography) method is used. In the present invention, the bound sulfur means sulfur existing by being chemically bonded to modified polyacrylonitrile.

本発明の製造方法において用いられる原料の粉体は硫黄粉末を含有する。硫黄粉末は、その平均粒子径が、好ましくは1〜100μmの範囲内であり、好ましくは1〜50μmの範囲内である。硫黄粉末の平均粒子径を上記の範囲とする理由は、ポリアクリロニトリル粉末の平均粒子径を上述の範囲とする理由と同様である。本発明の製造方法において用いられる原料における硫黄粉末の含有量は、ポリアクリロニトリル粉末に対する硫黄粉末比率が小さいと、硫黄変性ポリアクリロニトリルの結合硫黄含有量が少なくなり、ポリアクリロニトリル粉末に対する硫黄粉末比率が大きいと増量効果が少なく、更には未反応で回収処理が必要な固体硫黄量が増えてしまうため、ポリアクリロニトリル粉末100質量部に対し、好ましくは100〜500質量部、より好ましくは200〜400質量部とする。 The raw material powder used in the production method of the present invention contains sulfur powder. The average particle size of the sulfur powder is preferably in the range of 1 to 100 μm, preferably in the range of 1 to 50 μm. The reason why the average particle size of the sulfur powder is in the above range is the same as the reason why the average particle size of the polyacrylonitrile powder is in the above range. Regarding the content of sulfur powder in the raw material used in the production method of the present invention, when the ratio of sulfur powder to polyacrylonitrile powder is small, the bound sulfur content of sulfur-modified polyacrylonitrile is small and the ratio of sulfur powder to polyacrylonitrile powder is large. Since the effect of increasing the amount is small and the amount of solid sulfur that is unreacted and needs to be recovered increases, the amount is preferably 100 to 500 parts by mass, more preferably 200 to 400 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polyacrylonitrile powder. And.

本発明の製造方法に用いられる原料の粉体はそれ以外の材料を含む場合がある。上記それ以外の材料としては、例えば、二次電池用電極の導電助剤として用いられるものが挙げられる。具体的には、炭素材料、金属粉末、導電性金属酸化物等が挙げられる。炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、ニードルコークス等であり、金属粉末としては、アルミニウム粉、ニッケル粉等であり、導電性金属酸化物としては、酸化亜鉛、酸化チタン等である。上記その他の材料は、粉末状であることが好ましい。上記その他の材料は、その平均粒子径が、0.01〜50μmであることが好ましく、0.1〜20μmであることがより好ましい。本発明の製造方法において用いられる原料における上記その他の材料の含有量は、ポリアクリロニトリル粉末100質量部に対し、好ましくは1〜30質量部、より好ましくは1〜10質量部とする。 The raw material powder used in the production method of the present invention may contain other materials. Examples of the other materials include those used as a conductive auxiliary agent for electrodes for secondary batteries. Specific examples thereof include carbon materials, metal powders, and conductive metal oxides. Carbon materials include natural graphite, artificial graphite, carbon black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, carbon nanotubes, graphene, needle coke, etc., and metal powders include aluminum powder and nickel. It is a powder or the like, and examples of the conductive metal oxide are zinc oxide, titanium oxide and the like. The other materials are preferably in the form of powder. The average particle size of the other materials is preferably 0.01 to 50 μm, more preferably 0.1 to 20 μm. The content of the other materials in the raw material used in the production method of the present invention is preferably 1 to 30 parts by mass, more preferably 1 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the polyacrylonitrile powder.

本発明の製造方法に用いられる原料に含まれるポリアクリロニトリル粉末、硫黄粉末、前記その他の材料粉末の平均粒子径は、例えばレーザー回折・散乱法により測定することができる。 The average particle size of the polyacrylonitrile powder, sulfur powder, and other material powders contained in the raw materials used in the production method of the present invention can be measured by, for example, a laser diffraction / scattering method.

次に、本発明の製造方法に好適に使用される、硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造装置について説明する。図1に記載の製造装置(以下、単に製造装置10Aともいう)は、落下式粉体処理装置であり、原料の粉体Wを供給する原料供給部30と、原料供給部30から供給されて落下される粉体Wを加熱処理する筒状の加熱部40と、加熱処理された粉体Wを冷却させる冷却部50と、加熱部40に不活性ガスを供給するガス供給装置60と、加熱部40内の排ガスを外部に排出する排ガス部70とを備えている。図1に記載の製造装置は、加熱部40の下側及び/又は上側からガスを供給させて加熱部40内を落下する粉体Wの落下速度を制御している。 Next, an apparatus for producing sulfur-modified polyacrylonitrile, which is preferably used in the production method of the present invention, will be described. The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 (hereinafter, also simply referred to as manufacturing apparatus 10A) is a drop-type powder processing apparatus, which is supplied from a raw material supply unit 30 for supplying raw material powder W and a raw material supply unit 30. A tubular heating unit 40 that heat-treats the dropped powder W, a cooling unit 50 that cools the heat-treated powder W, a gas supply device 60 that supplies an inert gas to the heating unit 40, and heating. It is provided with an exhaust gas unit 70 that discharges the exhaust gas in the unit 40 to the outside. The manufacturing apparatus shown in FIG. 1 controls the falling speed of the powder W that drops in the heating unit 40 by supplying gas from the lower side and / or the upper side of the heating unit 40.

原料供給部30は、図1に示すように、原料供給装置31と、ふるい装置32と、案内管33とを有する。原料供給装置31は、加熱処理される原料を加熱部40に供給する。ふるい装置32は、鉛直方向Xにおける原料供給装置31の下側に位置し、原料供給装置31から導かれた、凝集している粉体Wをふるい分けして、粉体Wの平均粒子径を調整する。案内管33は鉛直方向Xにおけるふるい装置32の直下に位置し、加熱部40内に挿入され、ふるい装置32によって分散させた粉体Wを筒状の加熱部40に導く。なお、原料には、あらかじめふるい分けたものを使用することができる。 As shown in FIG. 1, the raw material supply unit 30 includes a raw material supply device 31, a sieving device 32, and a guide pipe 33. The raw material supply device 31 supplies the heat-treated raw material to the heating unit 40. The sieving device 32 is located below the raw material supply device 31 in the vertical direction X, sifts the agglomerated powder W guided from the raw material supply device 31, and adjusts the average particle size of the powder W. do. The guide pipe 33 is located directly below the sieving device 32 in the vertical direction X, is inserted into the heating unit 40, and guides the powder W dispersed by the sieving device 32 to the tubular heating unit 40. As the raw material, those that have been sifted in advance can be used.

加熱部40は、図1に示すように、鉛直方向Xにおける案内管33の直下に位置している。加熱部40は、加熱部40の外周側に配された加熱装置41によって加熱され、加熱部40内を落下する粉体Wを加熱処理する。加熱部40は、断熱材Dの下端から鉛直下方に向けて垂下する延出部40Aを有し、延出部40Aが冷却部50内に挿入されている。 As shown in FIG. 1, the heating unit 40 is located directly below the guide pipe 33 in the vertical direction X. The heating unit 40 is heated by a heating device 41 arranged on the outer peripheral side of the heating unit 40, and heat-treats the powder W that falls in the heating unit 40. The heating portion 40 has an extension portion 40A that hangs vertically downward from the lower end of the heat insulating material D, and the extension portion 40A is inserted into the cooling portion 50.

冷却部50は、鉛直方向Xにおける加熱部40の直下に位置する。冷却部50は、その内部に、傘状の案内部材51を有する。案内部材51は、加熱部40から冷却部50に導かれた、加熱部40内において加熱処理された粉体Wと接触し、粉体Wを冷却すると共に、粉体Wを冷却部50の内壁面に導く。案内部材51によって冷却部50の内壁面に導に導かれた粉体Wは、冷却部50の内壁面に接触することによって冷却される。尚、冷却部50は案内部材51を有さなくてもよい。 The cooling unit 50 is located directly below the heating unit 40 in the vertical direction X. The cooling unit 50 has an umbrella-shaped guide member 51 inside. The guide member 51 comes into contact with the heat-treated powder W in the heating unit 40, which is guided from the heating unit 40 to the cooling unit 50, cools the powder W, and cools the powder W in the cooling unit 50. Lead to the wall. The powder W guided to the inner wall surface of the cooling unit 50 by the guide member 51 is cooled by coming into contact with the inner wall surface of the cooling unit 50. The cooling unit 50 does not have to have the guide member 51.

ガス供給装置60は加熱部40に窒素,アルゴン等の不活性ガスを供給する。ガス供給装置60は、図1に示すように、第1供給路61aと、第2供給路61bとを有する。第1供給路61aは冷却部50と連通しており、ガス供給装置60から供給された不活性ガスを冷却部50内に導く。第1供給路61aを通して冷却部50内に導かれた不活性ガスは、鉛直方向Xにおける加熱部40の直下から加熱部40内に導かれる。第2供給路61bは原料供給部30と連通しており、ガス供給装置60から供給された不活性ガスを原料供給部30内に導く。第2供給路61bによって導かれた不活性ガスは、ふるい装置32により分散され、案内管33に導かれた粉体Wを加熱部40内に送り出す。 The gas supply device 60 supplies an inert gas such as nitrogen or argon to the heating unit 40. As shown in FIG. 1, the gas supply device 60 has a first supply path 61a and a second supply path 61b. The first supply path 61a communicates with the cooling unit 50, and guides the inert gas supplied from the gas supply device 60 into the cooling unit 50. The inert gas guided into the cooling unit 50 through the first supply path 61a is guided into the heating unit 40 from directly below the heating unit 40 in the vertical direction X. The second supply path 61b communicates with the raw material supply unit 30 and guides the inert gas supplied from the gas supply device 60 into the raw material supply unit 30. The inert gas guided by the second supply path 61b is dispersed by the sieving device 32, and the powder W guided to the guide pipe 33 is sent out into the heating unit 40.

更に、ガス供給装置60は、第1供給路61aに配された第1流量調整弁62aと、第2供給路61bに配された第2流量調整弁62bと、第1流量調整弁62a及び第2流量調整弁62bを制御する制御装置63とを有する。制御装置63は、第1流量調整弁62aを制御し、第1供給路61aを通して冷却部50内から加熱部40内に導かれる不活性ガスの量を調整すると共に、第2流量調整弁62bを制御し、第2供給路61bを通して原料供給部30における案内管33に導かれる不活性ガスの量を調整する。 Further, the gas supply device 60 includes a first flow rate adjusting valve 62a arranged in the first supply path 61a, a second flow rate adjusting valve 62b arranged in the second supply path 61b, a first flow rate adjusting valve 62a, and a first flow rate adjusting valve 62a. It has a control device 63 for controlling the flow rate adjusting valve 62b. The control device 63 controls the first flow rate adjusting valve 62a, adjusts the amount of the inert gas guided from the cooling unit 50 into the heating unit 40 through the first supply path 61a, and adjusts the second flow rate adjusting valve 62b. It controls and adjusts the amount of the inert gas guided to the guide pipe 33 in the raw material supply unit 30 through the second supply path 61b.

排ガス部70は、鉛直方向Xにおける加熱部40の上側に配されている。排ガス部70には、排ガスに含まれる有害成分を除去して排ガスを無害化させる排ガス処理装置71を有する。 The exhaust gas unit 70 is arranged above the heating unit 40 in the vertical direction X. The exhaust gas unit 70 includes an exhaust gas treatment device 71 that removes harmful components contained in the exhaust gas to detoxify the exhaust gas.

また、排ガス部70には、加熱部40内の圧力を測定するための圧力測定器72が設けられている。圧力測定器72は加熱部40内の圧力を測定すると共に、測定した加熱部40内の圧力を制御装置63に出力する。制御装置63は、圧力測定器72から出力された加熱部40の圧力に応じて、第1流量調整弁62aを制御し、第1供給路61aを通して上記の冷却部50内から加熱部40内に導かれる不活性ガスの量を調整すると共に、制御装置63によって第2流量調整弁62bを制御し、第2供給路61bを通して上記の原料供給部30における案内管33に導かれるガスの量を調整する。
ここで、加熱部40における粉体Wの落下速度や落下時間を加熱中に実際に測定することは非常に困難であるが、上述のように、加熱部40内の圧力に基づいて、制御装置63により、冷却部50や案内管33から加熱部40内に導かれるガスの量を調整することによって、製造装置10Aは粉体Wの加熱処理条件の調整や再現をすることができる。
Further, the exhaust gas unit 70 is provided with a pressure measuring device 72 for measuring the pressure in the heating unit 40. The pressure measuring device 72 measures the pressure in the heating unit 40 and outputs the measured pressure in the heating unit 40 to the control device 63. The control device 63 controls the first flow rate adjusting valve 62a according to the pressure of the heating unit 40 output from the pressure measuring device 72, and enters the heating unit 40 from the cooling unit 50 through the first supply path 61a. The amount of the inert gas to be guided is adjusted, and the second flow rate adjusting valve 62b is controlled by the control device 63 to adjust the amount of gas guided to the guide pipe 33 in the raw material supply unit 30 through the second supply path 61b. do.
Here, it is very difficult to actually measure the falling speed and the falling time of the powder W in the heating unit 40 during heating, but as described above, the control device is based on the pressure in the heating unit 40. By adjusting the amount of gas guided from the cooling unit 50 and the guide pipe 33 into the heating unit 40 by the 63, the manufacturing apparatus 10A can adjust and reproduce the heat treatment conditions of the powder W.

また、製造装置10Aには、加熱部40や排ガス部70の周囲に断熱材Dを設けることが好ましい。 Further, it is preferable that the manufacturing apparatus 10A is provided with the heat insulating material D around the heating unit 40 and the exhaust gas unit 70.

製造装置10Aは、粉体Wを加熱処理するにあたり、粉体Wを加熱部40内において加熱処理する時間を長くしたい場合には、制御装置63によって第1流量調整弁62aと第2流量調整弁62bとを制御し、第1供給路61aを通して冷却部50内から加熱部40内に導かれる不活性ガスの量を多くする一方、第2供給路61bを通して原料供給部30における案内管33に導かれる不活性ガスの量を少なくし、或いは原料供給部30における案内管33にガスを導かないよう構成されている。このような構成を有す製造装置10Aによれば、比重や粒径が大きくて加熱部40内において自由落下する速度が速い粉体Wであっても、上記の冷却部50内から加熱部40内に導かれるガスによってその落下速度が遅くすることが可能となり、結果、粉体Wを加熱部40内における粉体Wの加熱処理する時間を長くすることが可能となる。また、自由落下する速度が遅い粉体Wが用いられた場合においては、粉体Wの落下速度を遅くすることが可能となる。 In the manufacturing apparatus 10A, when the powder W is heat-treated, if it is desired to lengthen the time for heat-treating the powder W in the heating unit 40, the control device 63 controls the first flow rate adjusting valve 62a and the second flow rate adjusting valve. While controlling 62b and increasing the amount of inert gas guided from the cooling unit 50 into the heating unit 40 through the first supply passage 61a, it is guided to the guide pipe 33 in the raw material supply unit 30 through the second supply passage 61b. It is configured to reduce the amount of inert gas to be taken or to prevent the gas from being guided to the guide pipe 33 in the raw material supply unit 30. According to the manufacturing apparatus 10A having such a configuration, even if the powder W has a large specific gravity and particle size and has a high free-falling speed in the heating unit 40, the heating unit 40 can be removed from the cooling unit 50. The falling speed of the gas can be slowed down by the gas guided into the inside, and as a result, the time for heat-treating the powder W in the heating unit 40 can be lengthened. Further, when the powder W having a slow free fall speed is used, the falling speed of the powder W can be slowed down.

また、製造装置10Aは、粉体Wを加熱処理するにあたり、粉体Wの加熱部40内における加熱処理する時間を短くしたい場合には、制御装置63によって第1流量調整弁62aと第2流量調整弁62bとを制御し、第1供給路61aを通して冷却部50内から加熱部40内に導かれる不活性ガスの量を少なくし、或いは冷却部50内から加熱部40内に不活性ガスを導かないようにする一方、第2供給路61bを通して原料供給部30における案内管33に導かれる不活性ガスの量を多くするように構成されている。このような構成を有す製造装置10Aによれば、比重や粒径が小さく、加熱部40内において自由落下する速度が遅い粉体Wであっても、案内管33に導かれる不活性ガスによって、加熱部40内における落下する速度を速くすることが可能となり、結果、粉体Wの加熱部40内における加熱処理する時間を短くすることが可能となる。また、自由落下する速度が速い粉体Wが用いられた場合においては、粉体Wの落下速度を更に速くすることが可能となる。 Further, in the manufacturing apparatus 10A, when the powder W is to be heat-treated, if it is desired to shorten the time for heat-treating the powder W in the heating unit 40, the control device 63 controls the first flow rate adjusting valve 62a and the second flow rate. By controlling the regulating valve 62b, the amount of the inert gas guided from the cooling unit 50 into the heating unit 40 through the first supply path 61a is reduced, or the inert gas is introduced from the cooling unit 50 into the heating unit 40. On the other hand, it is configured to increase the amount of the inert gas guided to the guide pipe 33 in the raw material supply unit 30 through the second supply path 61b. According to the manufacturing apparatus 10A having such a configuration, even if the powder W has a small specific gravity and particle size and has a slow free fall speed in the heating unit 40, the inert gas guided to the guide tube 33 causes the powder W to fall freely. It is possible to increase the falling speed in the heating unit 40, and as a result, it is possible to shorten the time for heat treatment of the powder W in the heating unit 40. Further, when the powder W having a high free fall speed is used, the falling speed of the powder W can be further increased.

すなわち、製造装置10Aは、加熱部40の下側及び/又は上側から供給されるガスにより、加熱部40内を落下する粉体Wの落下速度を制御する機構を有する。 That is, the manufacturing apparatus 10A has a mechanism for controlling the falling speed of the powder W falling in the heating unit 40 by the gas supplied from the lower side and / or the upper side of the heating unit 40.

次に、本発明の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法について各工程を追って説明する。本発明の製造方法は、例えば図1に記載の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造装置10Aを用いることにより好適に実施することができる。 Next, the method for producing the sulfur-modified polyacrylonitrile of the present invention will be described step by step. The production method of the present invention can be suitably carried out by using, for example, the sulfur-modified polyacrylonitrile production apparatus 10A shown in FIG.

本発明の製造方法においては、まず、製造装置10Aの原料供給部30に設けられた原料供給装置31から、加熱処理する原料の粉体Wをふるい装置32に導き、このふるい装置32により凝集している粉体Wをふるい分けし、粉体Wの平均粒子径を調整する。本発明の製造方法においては、粉体Wを、その平均粒子径が、好ましくは1〜100μm、より好ましくは1〜50μmとなるように解砕する。 In the manufacturing method of the present invention, first, the powder W of the raw material to be heat-treated is guided to the sieving device 32 from the raw material supply device 31 provided in the raw material supply section 30 of the manufacturing device 10A, and is aggregated by the sieving device 32. The powder W is sieved and the average particle size of the powder W is adjusted. In the production method of the present invention, the powder W is crushed so that its average particle size is preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 50 μm.

そして、ふるい装置32によって分散させた粉体Wを、原料供給部30における案内管33を通して筒状になった加熱部40内に導き、この加熱部40内において落下させる。 Then, the powder W dispersed by the sieving device 32 is guided into the tubular heating unit 40 through the guide pipe 33 in the raw material supply unit 30, and is dropped in the heating unit 40.

本発明の製造方法においては、製造装置10Aの加熱部40の外周側に設けられた加熱装置41により加熱部40内を加熱し、加熱部40内を落下する粉体Wを加熱処理する。 In the manufacturing method of the present invention, the inside of the heating section 40 is heated by the heating device 41 provided on the outer peripheral side of the heating section 40 of the manufacturing device 10A, and the powder W falling in the heating section 40 is heat-treated.

本発明の製造方法においては、粉体Wを加熱部40において加熱処理する際に、製造装置10Aのガス供給装置60から、窒素、アルゴン等の不活性ガスを、第1供給路61aを通して上記の冷却部50内に導き、冷却部50内に導かれた不活性ガスを加熱部40の鉛直方向下側から加熱部40内に導くと共に、ガス供給装置60から上記不活性ガスを、第2供給路61bを通して原料供給部30に導き、ふるい装置32により分散されて案内管33に導かれた粉体Wをこの不活性ガスによって加熱部40内に送り出す。 In the production method of the present invention, when the powder W is heat-treated in the heating unit 40, an inert gas such as nitrogen or argon is introduced from the gas supply device 60 of the production device 10A through the first supply path 61a as described above. The inert gas guided into the cooling unit 50 and guided into the cooling unit 50 is guided into the heating unit 40 from the vertically lower side of the heating unit 40, and the inert gas is secondly supplied from the gas supply device 60. The powder W, which is guided to the raw material supply unit 30 through the passage 61b, dispersed by the sieving device 32 and guided to the guide pipe 33, is sent out into the heating unit 40 by this inert gas.

更に、本発明の製造方法においては、第1供給路61aに設けられた第1流量調整弁62aと、第2供給路61bに設けられた第2流量調整弁62bとを制御装置63により制御し、第1供給路61aを通して冷却部50内から加熱部40内に導かれるガスの量を調整すると共に、第2供給路61bを通して上記の原料供給部30における案内管33に導かれるガスの量を調整する。 Further, in the manufacturing method of the present invention, the first flow rate adjusting valve 62a provided in the first supply path 61a and the second flow rate adjusting valve 62b provided in the second supply path 61b are controlled by the control device 63. The amount of gas guided from the cooling section 50 to the heating section 40 through the first supply path 61a is adjusted, and the amount of gas guided to the guide pipe 33 in the raw material supply section 30 through the second supply path 61b is adjusted. adjust.

具体的には、本発明の製造方法においては、圧力測定器72によって測定された加熱部40内の圧力を制御装置63に出力し、加熱部40の圧力に応じて、制御装置63によって第1流量調整弁62aを制御し、第1供給路61aを通して上記の冷却部50内から加熱部40内に導かれるガスの量を調整すると共に、制御装置63によって第2流量調整弁62bを制御し、第2供給路61bを通して上記の原料供給部30における案内管33に導かれるガスの量を調整する。 Specifically, in the manufacturing method of the present invention, the pressure in the heating unit 40 measured by the pressure measuring device 72 is output to the control device 63, and the first is performed by the control device 63 according to the pressure of the heating unit 40. The flow rate adjusting valve 62a is controlled, the amount of gas guided from the cooling unit 50 to the heating unit 40 through the first supply path 61a is adjusted, and the second flow rate adjusting valve 62b is controlled by the control device 63. The amount of gas guided to the guide pipe 33 in the raw material supply unit 30 is adjusted through the second supply path 61b.

ここで、粉体Wの落下速度や落下時間を加熱中に実際に測定することは非常に困難である。しかし、本発明の製造方法においては、加熱部40内の圧力に基づいて、制御装置63により、冷却部50や案内管33から加熱部40内に導かれるガスの量を調整することにより、粉体Wの加熱処理条件の調整や再現を可能にしている。 Here, it is very difficult to actually measure the falling speed and the falling time of the powder W during heating. However, in the production method of the present invention, the powder is powdered by adjusting the amount of gas guided from the cooling unit 50 and the guide pipe 33 into the heating unit 40 by the control device 63 based on the pressure in the heating unit 40. It makes it possible to adjust and reproduce the heat treatment conditions of the body W.

本発明の製造方法においては、粉体Wを加熱処理するにあたり、粉体Wの加熱部40内における加熱処理する時間を長くする場合には、制御装置63によって第1流量調整弁62aと第2流量調整弁62bとを制御し、第1供給路61aを通して冷却部50内から加熱部40内に導かれる不活性ガスの量を多くする一方、第2供給路61bを通して原料供給部30における案内管33に導かれる不活性ガスの量を少なくするか、或いは原料供給部30における案内管33に不活性ガスを導かないようにする。本発明の製造方法においては、加熱部40に供給される不活性ガスの供給量を上述のように制御することで、比重や粒径が大きく、加熱部40内において自由落下する速度が速い粉体Wであっても、冷却部50内から加熱部40内に導かれる不活性ガスによってその落下速度が遅くなり、粉体Wを加熱部40内において加熱処理する時間を長くすることができる。また、自由落下する速度が遅い粉体Wを用いた場合においては、粉体Wの落下速度を更に遅くすることができる。 In the production method of the present invention, when the powder W is heat-treated, when the time for heat-treating the powder W in the heating unit 40 is lengthened, the control device 63 controls the first flow rate adjusting valve 62a and the second. The flow control valve 62b is controlled to increase the amount of inert gas guided from the cooling unit 50 into the heating unit 40 through the first supply path 61a, while the guide pipe in the raw material supply unit 30 passes through the second supply path 61b. The amount of the inert gas guided to the 33 is reduced, or the inert gas is not guided to the guide pipe 33 in the raw material supply unit 30. In the production method of the present invention, by controlling the supply amount of the inert gas supplied to the heating unit 40 as described above, the powder has a large specific gravity and particle size and has a high free falling speed in the heating unit 40. Even in the body W, the falling speed is slowed by the inert gas guided from the cooling unit 50 into the heating unit 40, and the time for heat-treating the powder W in the heating unit 40 can be lengthened. Further, when the powder W having a slow free fall speed is used, the falling speed of the powder W can be further reduced.

一方、粉体Wの加熱部40内における加熱処理する時間を短くする場合には、制御装置63によって第1流量調整弁62aと第2流量調整弁62bとを制御し、第1供給路61aを通して冷却部50内から加熱部40内に導かれるガスの量を少なくし、或いは冷却部50内から加熱部40内に不活性ガスを導かないようにする一方、第2供給路61bを通して原料供給部30における案内管33に導かれるガスの量を多くする。本発明の製造方法においては、加熱部40に供給される不活性ガスの供給量を上述のように制御することで、比重や粒径が小さくて加熱部40内において自由落下する速度が遅い粉体Wであっても、案内管33に導かれる不活性ガスによって、加熱部40内において落下する速度が速くなり、粉体Wを加熱部40内において加熱処理する時間を短くすることができる。また、自由落下する速度が速い粉体Wを用いた場合において、粉体Wの落下速度を更に速くすることもできる。 On the other hand, when shortening the heat treatment time in the heating unit 40 of the powder W, the control device 63 controls the first flow rate adjusting valve 62a and the second flow rate adjusting valve 62b, and passes through the first supply path 61a. The amount of gas guided from the cooling unit 50 into the heating unit 40 is reduced, or the inert gas is not guided from the cooling unit 50 into the heating unit 40, while the raw material supply unit is passed through the second supply path 61b. The amount of gas guided to the guide pipe 33 in 30 is increased. In the production method of the present invention, by controlling the supply amount of the inert gas supplied to the heating unit 40 as described above, the powder has a small specific gravity and particle size and has a slow free falling speed in the heating unit 40. Even in the body W, the inert gas guided to the guide tube 33 increases the falling speed in the heating unit 40, and the time for heat-treating the powder W in the heating unit 40 can be shortened. Further, when the powder W having a high free fall speed is used, the falling speed of the powder W can be further increased.

本発明の製造方法においては、加熱部40内の温度は、通常300〜1000℃、好ましくは400〜700℃であり、第1供給路61aから供給されるガスの量及び第2供給路61bから供給されるガスの量を、粉体Wが、加熱部40において、1〜120秒、特に5〜60秒加熱される速度で落下するように調整することが好ましい。 In the production method of the present invention, the temperature inside the heating unit 40 is usually 300 to 1000 ° C., preferably 400 to 700 ° C., from the amount of gas supplied from the first supply path 61a and from the second supply path 61b. It is preferable to adjust the amount of gas to be supplied so that the powder W drops in the heating unit 40 at a rate of heating for 1 to 120 seconds, particularly 5 to 60 seconds.

そして、本発明の製造方法においては、落下する加熱処理された粉体Wを、加熱部40内から、加熱部40の鉛直方向下方に設けられた冷却部50内に導いて冷却する。本発明の製造方法においては、冷却部50において、粉体Wを10〜100℃まで冷却することが好ましく、20〜50℃まで冷却することがより好ましい。 Then, in the production method of the present invention, the falling heat-treated powder W is guided from the inside of the heating unit 40 into the cooling unit 50 provided vertically below the heating unit 40 to be cooled. In the production method of the present invention, the powder W is preferably cooled to 10 to 100 ° C., more preferably 20 to 50 ° C. in the cooling unit 50.

具体的には、本発明の製造方法においては、冷却部50内に設けられた傘状の案内部材51に、冷却部50内を落下する粉体Wを接触させて冷却すると共に、案内部材51により粉体Wを冷却部50の内壁面に導き、この内壁面との接触によって粉体Wを効率よく冷却する。 Specifically, in the manufacturing method of the present invention, the umbrella-shaped guide member 51 provided in the cooling unit 50 is brought into contact with the powder W falling in the cooling unit 50 to cool it, and the guide member 51 is cooled. The powder W is guided to the inner wall surface of the cooling unit 50, and the powder W is efficiently cooled by contact with the inner wall surface.

また、本発明の製造方法においては、加熱部40に生成した排ガスを、排ガス部70に取り込み、排ガス処理装置71で無害化した後に、排ガス部70により外部に排出する。 Further, in the manufacturing method of the present invention, the exhaust gas generated in the heating unit 40 is taken into the exhaust gas unit 70, detoxified by the exhaust gas treatment device 71, and then discharged to the outside by the exhaust gas unit 70.

本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルは、硫黄固体を含まず、かつ粒径が小さく均質であるといった特徴を有し、二次電池電極用の活物質として有用である。本発明において硫黄固体とは、変性したポリアクリロニトリルとは化学結合していない、単体として存在する硫黄を意味する。具体的には、本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルは、その平均粒子径が、1〜100μmであることが好ましく、1〜50μmであることがより好ましい。硫黄変性ポリアクリロニトリルの平均粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定することができる。また、硫黄変性ポリアクリロニトリルが硫黄固体を含まないとは、硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける硫黄固体の含有量が5質量%未満、好ましくは2質量%未満、より好ましくは0質量%のことを言う。また、硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける結合硫黄の含有量は、25〜60質量%であることが好ましく、30〜55質量%であることがより好ましい。硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける硫黄固体及び結合硫黄の含有量は、熱重量測定及び元素分析によって測定することができる。尚、以下で、本発明の製造方法によって硫黄変性ポリアクリロニトリルを製造する工程を有する二次電池用電極の製造方法、及び該二次電池用電極の製造方法によって二次電池用電極を製造する工程を有する二次電池の製造方法を説明する。本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルは、正極及び負極のどちらの活物質にも利用することが可能である。本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを負極活物質として用いる場合、正極活物質としては、リチウム二次電池やリチウムイオン二次電池の正極活物質として通常用いられるものを用いることができる。また、本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを正極活物質として用いる場合、負極活物質としては、リチウム二次電池やリチウムイオン二次電池の負極活物質として通常用いられるものを用いることができる。 The sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention is characterized in that it does not contain a sulfur solid, has a small particle size and is homogeneous, and is useful as an active material for a secondary battery electrode. In the present invention, the sulfur solid means sulfur existing as a simple substance that is not chemically bonded to the modified polyacrylonitrile. Specifically, the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention preferably has an average particle size of 1 to 100 μm, more preferably 1 to 50 μm. The average particle size of sulfur-modified polyacrylonitrile can be measured by laser diffraction / scattering methods. Further, the fact that the sulfur-modified polyacrylonitrile does not contain a sulfur solid means that the content of the sulfur solid in the sulfur-modified polyacrylonitrile is less than 5% by mass, preferably less than 2% by mass, and more preferably 0% by mass. The content of bound sulfur in the sulfur-modified polyacrylonitrile is preferably 25 to 60% by mass, more preferably 30 to 55% by mass. The content of solid sulfur and bound sulfur in sulfur-modified polyacrylonitrile can be measured by thermogravimetric analysis and elemental analysis. In the following, a method for manufacturing a secondary battery electrode having a step of manufacturing a sulfur-modified polyacrylonitrile by the manufacturing method of the present invention, and a step of manufacturing a secondary battery electrode by the method for manufacturing the secondary battery electrode. The method of manufacturing the secondary battery having the above will be described. The sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention can be used as an active material for both positive and negative electrodes. When the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention is used as the negative electrode active material, the positive electrode active material used is usually used as the positive electrode active material of a lithium secondary battery or a lithium ion secondary battery. can. When the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention is used as the positive electrode active material, the negative electrode active material used is usually used as the negative electrode active material of a lithium secondary battery or a lithium ion secondary battery. be able to.

二次電池用電極は、以下の(1)〜(3)の工程により製造するものである。
(1)本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを含む電極活物質を含む電極用合剤を混合してスラリー状にする工程
(2)スラリー状の電極用合剤を集電体に塗布する工程
(3)電極用合剤塗布後の集電体を加熱する工程
The electrode for the secondary battery is manufactured by the following steps (1) to (3).
(1) Step of mixing an electrode mixture containing an electrode active material containing a sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention into a slurry (2) Collecting a slurry electrode mixture (3) Step of heating the current collector after applying the electrode mixture

以下においては、上記(1)〜(3)の工程について更に詳細に説明する。
(1)本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを含む電極活物質及び結着剤を含む電極用合剤を混合してスラリー状にする工程
電極活物質及び結着剤を含む電極用合剤において、電極活物質に本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを用いる他は、公知の材料を用いることができる。電極用合剤は、電極活物質及び結着剤以外に、必要に応じて他の成分(結着剤、導電助剤、リチウム塩、重合開始剤、フィラー、溶媒等)を加えることができる。
Hereinafter, the steps (1) to (3) above will be described in more detail.
(1) A step of mixing an electrode active material containing a sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention and an electrode mixture containing a binder to form a slurry. An electrode containing an electrode active material and a binder. In the compounding agent, known materials can be used other than using the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention as the electrode active material. In addition to the electrode active material and the binder, other components (binding agent, conductive auxiliary agent, lithium salt, polymerization initiator, filler, solvent, etc.) can be added to the electrode mixture, if necessary.

電極用合剤に含まれる各成分の配合量については特に制限されず、電池の活物質層についての従来公知の技術に基づき調整することができるが好ましくは、次のとおりである。
電極用合剤における硫黄変性ポリアクリロニトリルの含有量は、電極用合剤中、通常10〜99.9質量%である。
電極活物質100質量部に対して、結着剤は0.1〜10質量部であることが好ましく、0.5〜5質量部であることがより好ましい。
The blending amount of each component contained in the electrode mixture is not particularly limited and can be adjusted based on the conventionally known technique for the active material layer of the battery, but is preferably as follows.
The content of sulfur-modified polyacrylonitrile in the electrode mixture is usually 10 to 99.9% by mass in the electrode mixture.
The amount of the binder is preferably 0.1 to 10 parts by mass, and more preferably 0.5 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrode active material.

電極用合剤を混合してスラリー状にする方法としては、特に制限されないが、通常のボールミル、サンドミル等の分散機、超音波分散機、ホモジナイザー等を使用することができる。 The method of mixing the electrode mixture to form a slurry is not particularly limited, but an ordinary ball mill, a disperser such as a sand mill, an ultrasonic disperser, a homogenizer, or the like can be used.

(2)スラリー状の電極用合剤を集電体に塗布する工程
スラリー状の電極用合剤を集電体に塗布する手法としては、例えば、ダイコーター法、カーテンコーター法、スプレーコーター法、グラビアコーター法、フレキソコーター法、ナイフコーター法、ドクターブレード法、リバースロール法等の各手法を用いることができる。また、塗工工程においては、複数の塗工手法を組み合わせて用いてもよい。本発明においては、集電体上に存在している活物質の密度は、好ましくは1g・cm−3〜2.2g・cm−3、より好ましくはで1.3g・cm−3〜1.9g・cm−3である。
(2) Step of Applying Slurry Electrode Mixture to Current Collector Examples of the method of applying the slurry electrode mixture to the current collector include a die coater method, a curtain coater method, and a spray coater method. Each method such as the gravure coater method, the flexo coater method, the knife coater method, the doctor blade method, and the reverse roll method can be used. Further, in the coating process, a plurality of coating methods may be used in combination. In the present invention, the density of the active material present on the current collector is preferably 1 g · cm -3 to 2.2 g · cm -3 , more preferably 1.3 g · cm -3 to 1. It is 9 g · cm -3 .

(3)電極用合剤塗布後の集電体を加熱乾燥する工程
集電体上に塗布された電極用合剤を加熱する温度は、通常80〜180℃である。また加熱時間等の加熱条件は、電極用合剤の塗布量や揮発速度に応じ適宜設定することができる。この加熱は、電極用合剤中の溶媒を揮発させて乾燥させるためである。加熱により結着剤を重合させる場合には、電極用合剤に熱重合開始剤を含めることもできる。また、電極用合剤が溶媒を含まない場合には、結着剤を重合させるために、加熱せずに紫外光等のエネルギー線を照射してもよい。この場合、電極用合剤には光重合開始剤を含めることが好ましい。
(3) Step of heating and drying the current collector after applying the electrode mixture The temperature for heating the electrode mixture applied on the current collector is usually 80 to 180 ° C. Further, the heating conditions such as the heating time can be appropriately set according to the coating amount and the volatilization rate of the electrode mixture. This heating is for volatilizing and drying the solvent in the electrode mixture. When the binder is polymerized by heating, a thermal polymerization initiator may be included in the electrode mixture. When the electrode mixture does not contain a solvent, it may be irradiated with energy rays such as ultraviolet light without heating in order to polymerize the binder. In this case, it is preferable to include a photopolymerization initiator in the electrode mixture.

また、本発明の電極の製造工程は、上述の操作に続き、塗膜と集電体からなる電極を任意の条件でプレス処理することもできる。 Further, in the electrode manufacturing process of the present invention, following the above-mentioned operation, the electrode composed of the coating film and the current collector can be pressed under arbitrary conditions.

以下、電極の製造工程で用いられる各部材について、更に詳細に説明する。 Hereinafter, each member used in the electrode manufacturing process will be described in more detail.

<結着剤>
本発明で用いる結着剤は、公知のものを用いることができる。結着剤の具体例としては、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)、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体(EPDM)、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリルブタジエンゴム(NBR)、スチレン−イソプレン共重合体、ポリメチルメタクリレート、ポリアクリレート、ポリビニルアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルロース(CMC)、メチルセルロース(MC)、デンプン、ポリビニルピロリドン、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)、ポリイミド(PI)、ポリアクリル酸等が挙げられる。
<Binder>
As the binder used in the present invention, known binders can be used. Specific examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR), and acrylonitrile butadiene rubber (NBR). , Styrene-isoprene copolymer, polymethylmethacrylate, polyacrylate, polyvinyl alcohol (PVA), carboxymethylcellulose (CMC), methylcellulose (MC), starch, polyvinylpyrrolidone, polyethylene (PE), polypropylene (PP), polyimide (PI) ), Polyacrylic acid and the like.

<導電助剤>
本発明で用いる導電助剤としては、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、カーボンナノチューブ、グラフェン、ニードルコークス等の炭素材料;アルミニウム粉、ニッケル粉等の金属粉末;酸化亜鉛、酸化チタン等の導電性金属酸化物等が挙げられる。この導電助剤は、上記の製造方法でも述べたとおり、硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造時に混合することも可能である。電極用合剤における導電助剤の含有量は、電極活物質100質量部に対し、通常0.01〜50質量部である。
<Conductive aid>
The conductive auxiliary agent used in the present invention includes carbon materials such as natural graphite, artificial graphite, carbon black, Ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, carbon nanotubes, graphene, and needle coke; aluminum powder, Metal powders such as nickel powder; conductive metal oxides such as zinc oxide and titanium oxide can be mentioned. As described in the above-mentioned production method, this conductive auxiliary agent can also be mixed during the production of sulfur-modified polyacrylonitrile. The content of the conductive auxiliary agent in the electrode mixture is usually 0.01 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrode active material.

<リチウム塩>
本発明で用いるリチウム塩としては、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiSbF、LiAsF、LiAlCl、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiCSO、Li(CSON等が挙げられる。
<Lithium salt>
The lithium salt used in the present invention, LiClO 4, LiPF 6, LiBF 4, LiCF 3 SO 3, LiSbF 6, LiAsF 6, LiAlCl 4, LiN (CF 3 SO 3) 2, LiC (CF 3 SO 3) 3, Examples thereof include LiC 4 F 4 SO 3 and Li (C 2 F 5 SO 2 ) 2 N.

<重合開始剤>
本発明で用いる重合開始剤としては、熱重合開始剤又は光重合開始剤であり、熱重合開始剤の例としては、AIBN、過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウム、過酸化ラウロイル、ジ−2−エチルヘキシルパーオキシジカーボネート、ジイソプロピルベンゼンハイドロパーオキサイド、クメンハイドロパーオキサイド等であり、光重合開始剤の例としては、α−カルボニル化合物、アシロインエーテル、アシロイン化合物、多核キノン化合物、トリアリールイミダゾールダイマー/p−アミノフェニルケトンの組み合わせ、アクリジン及びフェナジン化合物、オキサジアゾール化合物等である。
<Polymerization initiator>
The polymerization initiator used in the present invention is a thermal polymerization initiator or a photopolymerization initiator, and examples of the thermal polymerization initiator include AIBN, sodium persulfate, potassium persulfate, ammonium persulfate, lauroyl peroxide, and di-. 2-Ethylhexyl peroxydicarbonate, diisopropylbenzene hydroperoxide, cumene hydroperoxide, etc. Examples of photopolymerization initiators are α-carbonyl compounds, acidoin ethers, acidoin compounds, polynuclear quinone compounds, and triarylimidazoles. Dimer / p-aminophenylketone combination, aclysine and phenazine compounds, oxadiazole compounds and the like.

<フィラー>
本発明で用いるフィラーとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のオレフィンポリマー;ガラスファイバー、カーボンファイバーなどの繊維製材料;ゼオライト;アエロジル等が挙げられる。
<Filler>
Examples of the filler used in the present invention include olefin polymers such as polyethylene and polypropylene; fiber materials such as glass fiber and carbon fiber; zeolite; Aerosil and the like.

<溶媒>
本発明で用いる溶媒としては、例えばプロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、アセトニトリル、プロピオニトリル、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、1,3−ジオキソラン、ニトロメタン、N−メチルピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン、酢酸メチル、アクリル酸メチル、ジエチルトリアミン、N,N−ジメチルアミノプロピルアミン、ポリエチレンオキシド、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、γ−ブチロラクトン水、アルコール等が挙げられる。溶媒の使用量は、電極活物質100質量部に対し、30〜300質量部が好ましく、50〜200質量部が更に好ましい。
<Solvent>
Examples of the solvent used in the present invention include propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, acetonitrile, propionitrile, tetrahydrofuran, 2-. Methyl tetrahydrofuran, dioxane, 1,3-dioxolane, nitromethane, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide, dimethylacetamide, methyl ethyl ketone, cyclohexanone, methyl acetate, methyl acrylate, diethyltriamine, N, N-dimethylaminopropylamine , Polyethylene oxide, tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, sulfolane, γ-butyrolactone water, alcohol and the like. The amount of the solvent used is preferably 30 to 300 parts by mass, more preferably 50 to 200 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the electrode active material.

<集電体>
集電体としては、チタン、チタン合金、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、ニッケル、ステンレス鋼、ニッケルメッキ鋼等の導電材料が用いられる。集電体の形状としては、箔状、板状、網状等が挙げられ、集電体は多孔質又は無孔のどちらでもよい。また、これらの導電材料には、密着性や電気特性を改良するために表面処理が施されている場合がある。集電体の厚みは、特に制限はないが、通常1〜100μmである。
<Current collector>
As the current collector, conductive materials such as titanium, titanium alloy, aluminum, aluminum alloy, copper, nickel, stainless steel, and nickel-plated steel are used. Examples of the shape of the current collector include a foil shape, a plate shape, a net shape, and the like, and the current collector may be either porous or non-porous. In addition, these conductive materials may be surface-treated in order to improve adhesion and electrical properties. The thickness of the current collector is not particularly limited, but is usually 1 to 100 μm.

本発明の製造方法で製造された二次電池用電極は、例えば、通常非水電解質二次電池用の電極として用いられるが、一次電池用の電極としても用いることができる。非水電解質二次電池としては、例えばリチウム二次電池及びリチウムイオン二次電池が挙げられるが、これらに限定されない。 The electrode for a secondary battery manufactured by the production method of the present invention is usually used as an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, but can also be used as an electrode for a primary battery. Examples of the non-aqueous electrolyte secondary battery include, but are not limited to, a lithium secondary battery and a lithium ion secondary battery.

次に、本発明の製造方法で製造された電極を用いた、本発明の二次電池の製造方法について好ましい実施形態に基づき詳細に説明する。具体的には、非水電解質二次電池を構成する上記電極を除いた非水電解質、セパレータ、外装部材について説明する。本発明の二次電池の製造方法においては、本発明の二次電池用電極の製造方法により得られた二次電池用電極、非水電解質、セパレータ、外装部材を公知の方法により組み立てる。二次電池の形状は特に制限されず、例えば、コイン型二次電池、円筒型二次電池、角型二次電池、積層型二次電池等が挙げられる。 Next, the method for manufacturing the secondary battery of the present invention using the electrodes manufactured by the manufacturing method of the present invention will be described in detail based on a preferred embodiment. Specifically, the non-aqueous electrolyte, the separator, and the exterior member excluding the above electrodes constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery will be described. In the method for manufacturing a secondary battery of the present invention, the electrode for a secondary battery, the non-aqueous electrolyte, the separator, and the exterior member obtained by the method for manufacturing the electrode for a secondary battery of the present invention are assembled by a known method. The shape of the secondary battery is not particularly limited, and examples thereof include a coin-type secondary battery, a cylindrical secondary battery, a square-type secondary battery, and a laminated secondary battery.

<対極>
本発明の製造方法で製造された二次電池用電極は、正極として使用することができ、負極として使用することもできる。本発明の製造方法で製造された二次電池用電極を、リチウムイオン二次電池の正極として使用する場合は、負極として公知の負極活物質を有する電極を使用することができる。本発明の製造方法で製造された二次電池用電極を、リチウムイオン二次電池の負極として使用する場合は、正極として公知の正極活物質を有する電極を正負極として使用すればよい。
<opposite pole>
The electrode for a secondary battery manufactured by the manufacturing method of the present invention can be used as a positive electrode and can also be used as a negative electrode. When the electrode for a secondary battery manufactured by the production method of the present invention is used as a positive electrode of a lithium ion secondary battery, an electrode having a known negative electrode active material as a negative electrode can be used. When the electrode for a secondary battery manufactured by the production method of the present invention is used as a negative electrode of a lithium ion secondary battery, an electrode having a positive electrode active material known as a positive electrode may be used as a positive electrode or a negative electrode.

公知の負極活物質としては、天然黒鉛、人造黒鉛、難黒鉛化炭素、易黒鉛化炭素、リチウム、リチウム合金、スズ合金、珪素合金、酸化珪素、珪素、酸化チタン、酸化鉄、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化鉛、酸化ルテニウム、酸化タングステン、酸化亜鉛の他、LiVO、LiVO、LiTi12等の複合酸化物が挙げられる。 Known negative electrode active materials include natural graphite, artificial graphite, non-graphitized carbon, easily graphitized carbon, lithium, lithium alloy, tin alloy, silicon alloy, silicon oxide, silicon, titanium oxide, iron oxide, manganese oxide, and oxidation. In addition to cobalt, nickel oxide, lead oxide, ruthenium oxide, tungsten oxide, and zinc oxide, composite oxides such as LiVO 2 , Li 2 VO 4 , and Li 4 Ti 5 O 12 can be mentioned.

公知の正極活物質としては、例えば、リチウム遷移金属複合酸化物、リチウム含有遷移金属リン酸化合物等が挙げられ、これらを混合して用いてもよい。上記リチウム遷移金属複合酸化物の遷移金属としてはバナジウム、チタン、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅等が好ましい。リチウム遷移金属複合酸化物の具体例としては、LiCoO等のリチウムコバルト複合酸化物、LiNiO等のリチウムニッケル複合酸化物、LiMnO、LiMn、LiMnO等のリチウムマンガン複合酸化物、これらのリチウム遷移金属複合酸化物の主体となる遷移金属原子の一部をアルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、リチウム、ニッケル、銅、亜鉛、マグネシウム、ガリウム、ジルコニウム等の他の金属で置換したもの等が挙げられる。置換されたものの具体例としては、例えば、Li1.1Mn1.8Mg0.1、Li1.1Mn1.85Al0.05、LiNi0.5Co0.2Mn0.3、LiNi0.5Mn0.5、LiNi0.80Co0.17Al0.03、LiNi1/3Co1/3Mn1/3、LiMn1.8Al0.2、LiMn1.5Ni0.5等が挙げられる。上記リチウム含有遷移金属リン酸化合物の遷移金属としては、バナジウム、チタン、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル等が好ましく、具体例としては、例えば、LiFePO等のリン酸鉄類、LiCoPO等のリン酸コバルト類、これらのリチウム遷移金属リン酸化合物の主体となる遷移金属原子の一部をアルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、リチウム、ニッケル、銅、亜鉛、マグネシウム、ガリウム、ジルコニウム、ニオブ等の他の金属で置換したもの等が挙げられる。 Examples of known positive electrode active materials include lithium transition metal composite oxides, lithium-containing transition metal phosphoric acid compounds, and the like, and these may be mixed and used. As the transition metal of the lithium transition metal composite oxide, vanadium, titanium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, copper and the like are preferable. Specific examples of the lithium transition metal composite oxide include a lithium cobalt composite oxide such as LiCoO 2 , a lithium nickel composite oxide such as LiNiO 2 , and a lithium manganese composite oxide such as LiMnO 2 , LiMn 2 O 4 , and Li 2 MnO 3. Some of the transition metal atoms that are the main constituents of these lithium transition metal composite oxides are aluminum, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, lithium, nickel, copper, zinc, magnesium, gallium, zirconium, etc. Examples thereof include those substituted with other metals. Specific examples of the substituted ones include, for example, Li 1.1 Mn 1.8 Mg 0.1 O 4 , Li 1.1 Mn 1.85 Al 0.05 O 4 , LiNi 0.5 Co 0.2 Mn. 0.3 O 2 , LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 , LiNi 0.80 Co 0.17 Al 0.03 O 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 1. 8 Al 0.2 O 4 , LiMn 1.5 Ni 0.5 O 4, and the like can be mentioned. The transition metal of the lithium-containing transition metal phosphoric acid compound is preferably vanadium, titanium, manganese, iron, cobalt, nickel or the like, and specific examples thereof include iron phosphates such as LiFePO 4 and phosphorus such as LiCoPO 4. Cobalt acids, some of the transition metal atoms that are the main constituents of these lithium transition metal phosphate compounds are aluminum, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, lithium, nickel, copper, zinc, magnesium, gallium, zirconium. , Niob, etc. replaced with other metals.

<非水電解質>
非水電解質の例としては、電解質を有機溶媒に溶解することにより調製される液状非水電解質、液状電解質と高分子材料を複合化したゲル状非水電解質等が挙げられる。
<Non-aqueous electrolyte>
Examples of the non-aqueous electrolyte include a liquid non-aqueous electrolyte prepared by dissolving the electrolyte in an organic solvent, a gel-like non-aqueous electrolyte in which a liquid electrolyte and a polymer material are combined, and the like.

液状非水電解質の調製に用いる電解質としては、例えば、従来公知のリチウム塩が用いられ、例えば、LiPF、LiBF、LiAsF、LiCFSO、LiCFCO、LiN(CFSO、LiC(CFSO、LiB(CFSO、LiB(C、LiBF(C)、LiSbF、LiSiF、LiAlF、LiSCN、LiClO、LiCl、LiF、LiBr、LiI、LiAlF、LiAlCl、及びこれらの誘導体等が挙げられ、これらの中でも、LiPF、LiBF、LiClO、LiAsF、LiCFSO、及びLiC(CFSO並びにLiCFSOの誘導体、及びLiC(CFSOの誘導体からなる群から選ばれる1種以上を用いるのが好ましい。 As the electrolyte used for preparing the liquid non-aqueous electrolyte, for example, conventionally known lithium salts are used, for example, LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiN (CF 3 SO 2). ) 2 , LiC (CF 3 SO 2 ) 3 , LiB (CF 3 SO 3 ) 4 , LiB (C 2 O 4 ) 2 , LiBF 2 (C 2 O 4 ), LiSbF 6 , LiSiF 5 , LiAlF 4 , LiSCN, Examples thereof include LiClO 4 , LiCl, LiF, LiBr, LiI, LiAlF 4 , LiAlCl 4 , and derivatives thereof. Among these, LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , and LiC ( CF 3 SO 2) 3 and LiCF 3 derivatives of SO 3, and LiC (CF 3 SO 2) is preferably used at least one member selected from the group consisting of 3 derivatives.

本発明に用いられる、液状非水電解質の調製に用いる有機溶媒としては、非水電解質に通常用いられているものを1種又は2種以上組み合わせて用いることができる。具体的には、飽和環状カーボネート化合物、飽和環状エステル化合物、スルホキシド化合物、スルホン化合物、アマイド化合物、飽和鎖状カーボネート化合物、鎖状エーテル化合物、環状エーテル化合物、飽和鎖状エステル化合物等が挙げられる。 As the organic solvent used for preparing the liquid non-aqueous electrolyte used in the present invention, one or a combination of two or more of those usually used for non-aqueous electrolytes can be used. Specific examples thereof include saturated cyclic carbonate compounds, saturated cyclic ester compounds, sulfoxide compounds, sulfone compounds, amide compounds, saturated chain carbonate compounds, chain ether compounds, cyclic ether compounds, and saturated chain ester compounds.

上記有機溶媒のうち、飽和環状カーボネート化合物、飽和環状エステル化合物、スルホキシド化合物、スルホン化合物及びアマイド化合物は、比誘電率が高いため、非水電解質の誘電率を上げる役割を果たし、特に飽和環状カーボネート化合物が好ましい。斯かる飽和環状カーボネート化合物としては、例えば、エチレンカーボネート、1,2−プロピレンカーボネート、1,3−プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、1,3−ブチレンカーボネート、1,1,−ジメチルエチレンカーボネート等が挙げられる。上記飽和環状エステル化合物としては、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、γ−カプロラクトン、δ−ヘキサノラクトン、δ−オクタノラクトン等が挙げられる。上記スルホキシド化合物としては、ジメチルスルホキシド、ジエチルスルホキシド、ジプロピルスルホキシド、ジフェニルスルホキシド、チオフェン等が挙げられる。上記スルホン化合物としては、ジメチルスルホン、ジエチルスルホン、ジプロピルスルホン、ジフェニルスルホン、スルホラン(テトラメチレンスルホンともいう)、3−メチルスルホラン、3,4−ジメチルスルホラン、3,4−ジフェニメチルスルホラン、スルホレン、3−メチルスルホレン、3−エチルスルホレン、3−ブロモメチルスルホレン等が挙げられ、スルホラン、テトラメチルスルホランが好ましい。上記アマイド化合物としては、N−メチルピロリドン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド等が挙げられる。
上記有機溶媒のうち、飽和鎖状カーボネート化合物、鎖状エーテル化合物、環状エーテル化合物及び飽和鎖状エステル化合物は、非水電解質の粘度を低くすることができ、電解質イオンの移動性を高くすることができる等、出力密度等の電池特性を優れたものにすることができる。また、低粘度であるため、低温での非水電解質の性能を高くすることができ、中でも、飽和鎖状カーボネート化合物が好ましい。斯かる飽和鎖状カーボネート化合物としては、例えば、ジメチルカーボネート(DMC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルブチルカーボネート、メチル−t−ブチルカーボネート、ジイソプロピルカーボネート、t−ブチルプロピルカーボネート等が挙げられる。上記の鎖状エーテル化合物又は環状エーテル化合物としては、例えば、ジメトキシエタン(DME)、エトキシメトキシエタン、ジエトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、ジオキサン、1,2−ビス(メトキシカルボニルオキシ)エタン、1,2−ビス(エトキシカルボニルオキシ)エタン、1,2−ビス(エトキシカルボニルオキシ)プロパン、エチレングリコールビス(トリフルオロエチル)エーテル、プロピレングリコールビス(トリフルオロエチル)エーテル、エチレングリコールビス(トリフルオロメチル)エーテル、ジエチレングリコールビス(トリフルオロエチル)エーテル等が挙げられ、これらの中でも、ジオキソランが好ましい。
上記飽和鎖状エステル化合物としては、分子中の炭素数の合計が2〜8であるモノエステル化合物及びジエステル化合物が好ましく、具体的な化合物としては、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソブチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、酪酸メチル、イソ酪酸メチル、トリメチル酢酸メチル、トリメチル酢酸エチル、マロン酸メチル、マロン酸エチル、コハク酸メチル、コハク酸エチル、3−メトキシプロピオン酸メチル、3−メトキシプロピオン酸エチル、エチレングリコールジアセチル、プロピレングリコールジアセチル等が挙げられ、ギ酸メチル、ギ酸エチル、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸プロピル、酢酸イソブチル、酢酸ブチル、プロピオン酸メチル、及びプロピオン酸エチルが好ましい。
Among the above organic solvents, saturated cyclic carbonate compounds, saturated cyclic ester compounds, sulfoxide compounds, sulfone compounds and amide compounds play a role of increasing the dielectric constant of non-aqueous electrolytes because of their high relative dielectric constants, and in particular, saturated cyclic carbonate compounds. Is preferable. Examples of such saturated cyclic carbonate compounds include ethylene carbonate, 1,2-propylene carbonate, 1,3-propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, 1,3-butylene carbonate, and 1,1,-dimethylethylene carbonate. And so on. Examples of the saturated cyclic ester compound include γ-butyrolactone, γ-valerolactone, γ-caprolactone, δ-hexanolactone, and δ-octanolactone. Examples of the sulfoxide compound include dimethyl sulfoxide, diethyl sulfoxide, dipropyl sulfoxide, diphenyl sulfoxide, thiophene and the like. Examples of the sulfone compound include dimethyl sulfone, diethyl sulfone, dipropyl sulfone, diphenyl sulfone, sulfolane (also referred to as tetramethylene sulfone), 3-methyl sulfolane, 3,4-dimethyl sulfolane, 3,4-diphenylmethyl sulfolane, and sulfolene. , 3-Methylsulfone, 3-Ethylsulforen, 3-Bromomethylsulfone and the like, and sulfolane and tetramethylsulfolane are preferable. Examples of the amide compound include N-methylpyrrolidone, dimethylformamide, dimethylacetamide and the like.
Among the above organic solvents, the saturated chain carbonate compound, the chain ether compound, the cyclic ether compound and the saturated chain ester compound can lower the viscosity of the non-aqueous electrolyte and increase the mobility of the electrolyte ions. It is possible to improve the battery characteristics such as output density. Further, since the viscosity is low, the performance of the non-aqueous electrolyte at low temperature can be improved, and among them, the saturated chain carbonate compound is preferable. Examples of such saturated chain carbonate compounds include dimethyl carbonate (DMC), ethyl methyl carbonate (EMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl butyl carbonate, methyl-t-butyl carbonate, diisopropyl carbonate, and t-butyl propyl carbonate. And so on. Examples of the above-mentioned chain ether compound or cyclic ether compound include dimethoxyethane (DME), ethoxymethoxy ethane, diethoxy ethane, tetrahydrofuran, dioxolane, dioxane, 1,2-bis (methoxycarbonyloxy) ethane, 1,2. -Bis (ethoxycarbonyloxy) ethane, 1,2-bis (ethoxycarbonyloxy) propane, ethylene glycol bis (trifluoroethyl) ether, propylene glycol bis (trifluoroethyl) ether, ethylene glycol bis (trifluoromethyl) ether , Diethylene glycol bis (trifluoroethyl) ether and the like, and among these, dioxolane is preferable.
The saturated chain ester compound is preferably a monoester compound or a diester compound having a total of 2 to 8 carbon atoms in the molecule, and specific compounds include methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, and the like. Propyl acetate, isobutyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, ethyl propionate, methyl butyrate, methyl isobutyrate, methyl trimethyl acetate, ethyl trimethyl acetate, methyl malate, ethyl malonate, methyl succinate, ethyl succinate, 3- Methyl methoxypropionate, ethyl 3-methoxypropionate, ethylene glycol diacetyl, propylene glycol diacetyl and the like include methyl formate, ethyl formate, methyl acetate, ethyl acetate, propyl acetate, isobutyl acetate, butyl acetate, methyl propionate, and Ethyl propionate is preferred.

その他、液状非水電解質の調製に用いる有機溶媒としてアセトニトリル、プロピオニトリル、ニトロメタンやこれらの誘導体を用いることもできる。
液状非水電解質における、電解質の含有量は、電解質が有機溶媒中に、好ましくは0.5〜3mol/L、より好ましくは0.8〜1.8mol/Lである。
In addition, acetonitrile, propionitrile, nitromethane and derivatives thereof can also be used as the organic solvent used for preparing the liquid non-aqueous electrolyte.
The content of the electrolyte in the liquid non-aqueous electrolyte is preferably 0.5 to 3 mol / L, more preferably 0.8 to 1.8 mol / L in the organic solvent of the electrolyte.

前記ゲル状非水電解質において、高分子材料と複合化される液状電解質としては、前述の有機溶媒が使用できる。
が挙げられる。
液状電解質と複合化される高分子材料としては、例えばポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリエチレン、ポリエチレンオキサイド(PEO)等が挙げられる。
液状電解質及び高分子化合物の使用量、複合化の方法については特に制限はなく、本技術分野で公知の使用量、公知の方法を採用すればよい。
In the gel-like non-aqueous electrolyte, the above-mentioned organic solvent can be used as the liquid electrolyte to be composited with the polymer material.
Can be mentioned.
Examples of the polymer material compounded with the liquid electrolyte include polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylonitrile (PAN), polyethylene, polyethylene oxide (PEO) and the like.
The amount of the liquid electrolyte and the polymer compound used and the method of compounding are not particularly limited, and the amount of the liquid electrolyte and the polymer compound used and the method known in the art may be adopted.

非水電解質は、イオン性液体、高分子固体電解質、無機固体電解質等を用いてもよい。 As the non-aqueous electrolyte, an ionic liquid, a polymer solid electrolyte, an inorganic solid electrolyte, or the like may be used.

イオン性液体は、常温で液体として存在する有機物塩のことであり、化合物単体で液体なもの、電解質と混合することで液体となるもの、有機溶媒に溶解することで液体となるものが挙げられる。
高分子固体電解質は、電解質を含有する高分子材料を固体化したものである。
無機固体電解質は、イオン電導性を有する固体物質のことである。
An ionic liquid is an organic salt that exists as a liquid at room temperature, and includes a compound that becomes a liquid by itself, a liquid that becomes a liquid when mixed with an electrolyte, and a liquid that becomes a liquid when dissolved in an organic solvent. ..
The polymer solid electrolyte is a solidified polymer material containing an electrolyte.
An inorganic solid electrolyte is a solid substance having ionic conductivity.

本発明の二次電池の製造方法に用いられる非水電解質には、特性を向上(電池寿命向上、安全性向上)のために、電解質添加剤を加えることができる。電解質添加剤の種類としては、シロキサン系や、不飽和結合を有する有機化合物類等が挙げられる。電解質添加剤を用いる場合、非水電解質全体に対し、通常0.01〜10質量%であり、好ましくは、0.1〜5質量%である。 An electrolyte additive can be added to the non-aqueous electrolyte used in the method for producing a secondary battery of the present invention in order to improve the characteristics (improve battery life and safety). Examples of the type of electrolyte additive include siloxane-based compounds and organic compounds having an unsaturated bond. When the electrolyte additive is used, it is usually 0.01 to 10% by mass, preferably 0.1 to 5% by mass, based on the total amount of the non-aqueous electrolyte.

また、本発明の二次電池の製造方法に用いられる非水電解質には、難燃性を付与するために、ハロゲン系、リン系、その他の難燃剤を適宜添加することができる。難燃剤の添加量が、あまりに少ない場合には十分な難燃化効果を発揮できず、またあまりに多い場合は、配合量に見合う増量効果は得られないばかりか、却って非水電解質の特性に悪影響を及ぼすことがあることから、本発明の二次電池の製造方法に用いられる非水電解質を構成する有機溶媒に対して、1〜50質量%であることが好ましく、3〜10質量%であることが更に好ましい。 Further, a halogen-based, phosphorus-based, or other flame retardant can be appropriately added to the non-aqueous electrolyte used in the method for producing a secondary battery of the present invention in order to impart flame retardancy. If the amount of the flame retardant added is too small, a sufficient flame retardant effect cannot be exhibited, and if it is too large, not only the amount increasing effect commensurate with the blended amount cannot be obtained, but also the characteristics of the non-aqueous electrolyte are adversely affected. 1 to 50% by mass, preferably 3 to 10% by mass, based on the organic solvent constituting the non-aqueous electrolyte used in the method for producing a secondary battery of the present invention. Is even more preferable.

<セパレータ>
本発明の二次電池の製造方法で製造される二次電池では、正極と負極との間にセパレータを用いることが好ましい。該セパレータとしては、二次電池のセパレータとして通常用いられる高分子の微多孔性または不織布状のフィルムを特に限定なく使用できる。該フィルムとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリ塩化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリルアミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリイミド、ポリエチレンオキシドやポリプロピレンオキシド等のポリエーテル類、カルボキシメチルセルロースやヒドロキシプロピルセルロース等の種々のセルロース類、ポリ(メタ)アクリル酸及びその種々のエステル類等を主体とする高分子化合物やその誘導体、これらの共重合体や混合物からなるフィルム等が挙げられる。これらのフィルムは、単独で用いてもよいし、これらのフィルムを重ね合わせて複層フィルムとして用いてもよい。更に、これらのフィルムには、種々の添加剤を用いてもよく、その種類や含有量は特に制限されない。これらのフィルムの中でも、二次電池の製造方法で製造される二次電池には、ポリエチレンやポリプロピレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリスルホンからなるフィルムが好ましく用いられる。
<Separator>
In the secondary battery manufactured by the method for manufacturing a secondary battery of the present invention, it is preferable to use a separator between the positive electrode and the negative electrode. As the separator, a polymer microporous or non-woven film usually used as a separator for a secondary battery can be used without particular limitation. Examples of the film include polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene chloride, polyacrylonitrile, polyacrylamide, polytetrafluoroethylene, polysulfone, polyethersulfone, polycarbonate, polyamide, polyimide, and poly such as polyethylene oxide and polypropylene oxide. A film composed of ethers, various celluloses such as carboxymethyl cellulose and hydroxypropyl cellulose, polymer compounds and derivatives thereof mainly composed of poly (meth) acrylic acid and various esters thereof, and copolymers and mixtures thereof. And so on. These films may be used alone, or these films may be laminated and used as a multi-layer film. Further, various additives may be used in these films, and the type and content thereof are not particularly limited. Among these films, a film made of polyethylene, polypropylene, polyvinylidene fluoride, or polysulfone is preferably used for the secondary battery manufactured by the method for manufacturing a secondary battery.

これらのフィルムとしては、電解質がしみ込んでイオンが透過し易いように、不織布状のフィルムあるいは微多孔化がなされたフィルムが用いられる。この微多孔化の方法としては、高分子化合物と溶剤の溶液をミクロ相分離させながら製膜し、溶剤を抽出除去して多孔化する「相分離法」と、溶融した高分子化合物を高ドラフトで押し出し製膜した後に熱処理し、結晶を一方向に配列させ、更に延伸によって結晶間に間隙を形成して多孔化をはかる「延伸法」等が挙げられ、用いられるフィルムによって適宜選択される。 As these films, a non-woven fabric-like film or a microporous film is used so that the electrolyte permeates and ions easily permeate. The microporous method includes a "phase separation method" in which a solution of a polymer compound and a solvent is microphase-separated while forming a film, and the solvent is extracted and removed to make the solvent porous, and a high draft of the molten polymer compound. The "stretching method", in which the crystals are extruded and then heat-treated to arrange the crystals in one direction and further stretched to form gaps between the crystals to make them porous, is appropriately selected depending on the film to be used.

<外装部材>
外装部材としては、ラミネートフィルム又は金属製容器を用いることができる。外装部材の厚さは、通常0.5mm以下であり、好ましくは0.2mm以下である。外装部材の形状としては、扁平型(薄型)、角型、円筒型、コイン型、ボタン型等が挙げられる。
<Exterior member>
As the exterior member, a laminated film or a metal container can be used. The thickness of the exterior member is usually 0.5 mm or less, preferably 0.2 mm or less. Examples of the shape of the exterior member include a flat type (thin type), a square type, a cylindrical type, a coin type, and a button type.

ラミネートフィルムは、樹脂フィルム間に金属層を有する多層フィルムを用いることもできる。金属層は、軽量化のためにアルミニウム箔もしくはアルミニウム合金箔が好ましい。樹脂フィルムは、例えばポリプロピレン(PP)、ポリエチレン(PE)、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の高分子材料を用いることができる。ラミネートフィルムは、熱融着によりシールを行って外装部材の形状に形成することができる。 As the laminated film, a multilayer film having a metal layer between resin films can also be used. The metal layer is preferably an aluminum foil or an aluminum alloy foil for weight reduction. As the resin film, for example, a polymer material such as polypropylene (PP), polyethylene (PE), nylon, or polyethylene terephthalate (PET) can be used. The laminated film can be sealed in the shape of an exterior member by heat fusion.

金属製容器は、例えば、アルミニウム又はアルミニウム合金等から形成することができる。アルミニウム合金としては、マグネシウム、亜鉛、ケイ素などの元素を含む合金が好ましい。アルミニウム又はアルミニウム合金において、鉄、銅、ニッケル、クロム等の遷移金属の含有量を1%以下にすることで、高温環境下での長期信頼性及び放熱性を飛躍的に向上させることができる。 The metal container can be formed from, for example, aluminum or an aluminum alloy. As the aluminum alloy, an alloy containing elements such as magnesium, zinc, and silicon is preferable. By reducing the content of transition metals such as iron, copper, nickel, and chromium to 1% or less in aluminum or aluminum alloy, long-term reliability and heat dissipation in a high temperature environment can be dramatically improved.

二次電池の製造方法で製造される二次電池において、正極材料、非水電解質及びセパレータには、より安全性を向上する目的で、フェノール系酸化防止剤、リン系酸化防止剤、チオエーテル系酸化防止剤、ヒンダードアミン化合物等を添加してもよい。 In the secondary battery manufactured by the method for manufacturing the secondary battery, the positive electrode material, the non-aqueous electrolyte and the separator are subjected to a phenol-based antioxidant, a phosphorus-based antioxidant, and a thioether-based oxidation for the purpose of further improving safety. Inhibitors, hindered amine compounds and the like may be added.

上記構成からなる二次電池の製造方法で製造される二次電池は、外装部材の説明で述べたように、その形状には特に制限を受けず、コイン型、円筒型、角型等、種々の形状とすることができる。図2は、本発明の非水電解質二次電池のコイン型電池の一例を、図3及び図4は円筒型電池の一例をそれぞれ示したものである。 As described in the description of the exterior member, the secondary battery manufactured by the method for manufacturing a secondary battery having the above configuration is not particularly limited in its shape, and may have various shapes such as a coin type, a cylindrical type, and a square type. Can be in the shape of. FIG. 2 shows an example of a coin-type battery of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, and FIGS. 3 and 4 show an example of a cylindrical battery.

図2に示すコイン型の非水電解質二次電池10において、1はリチウムイオンを放出できる正極、1aは正極集電体、2は正極から放出されたリチウムイオンを吸蔵、放出できる炭素質材料よりなる負極、2aは負極集電体、3は非水電解質、4はステンレス製の正極ケース、5はステンレス製の負極ケース、6はポリプロピレン製のガスケット、7はポリエチレン製のセパレータである。 In the coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery 10 shown in FIG. 2, 1 is a positive electrode capable of emitting lithium ions, 1a is a positive electrode current collector, and 2 is a carbonaceous material capable of storing and releasing lithium ions released from the positive electrode. Negative electrode, 2a is a negative electrode current collector, 3 is a non-aqueous electrolyte, 4 is a stainless steel positive electrode case, 5 is a stainless steel negative electrode case, 6 is a polypropylene gasket, and 7 is a polyethylene separator.

また、図3及び図4に示す円筒型の非水電解質二次電池10'において、11は負極、12は負極集電体、13は正極、14は正極集電体、15は非水電解質、16はセパレータ、17は正極端子、18は負極端子、19は負極板、20は負極リード、21は正極板、22は正極リード、23はケース、24は絶縁板、25はガスケット、26は安全弁、27はPTC素子である。 Further, in the cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery 10'shown in FIGS. 3 and 4, 11 is a negative electrode, 12 is a negative electrode current collector, 13 is a positive electrode, 14 is a positive electrode current collector, and 15 is a non-aqueous electrolyte. 16 is a separator, 17 is a positive electrode terminal, 18 is a negative electrode terminal, 19 is a negative electrode plate, 20 is a negative electrode lead, 21 is a positive electrode plate, 22 is a positive electrode lead, 23 is a case, 24 is an insulating plate, 25 is a gasket, and 26 is a safety valve. , 27 are PTC elements.

以下に、実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明する。ただし、以下の実施例等により本発明は何等制限されるものではない。なお、実施例中の平均粒子径はレーザー回折・光散乱法により測定したD50(メジアン径)を示す。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. However, the present invention is not limited in any way by the following examples and the like. The average particle size in the examples indicates D 50 (median diameter) measured by a laser diffraction / light scattering method.

実施例1
<原料の粉末の調製>
ポリアクリロニトリル粉末(シグマアルドリッチ製)及び硫黄粉末(関東化学製)を、前者:後者で1:3の質量比で混合し、原料の粉体Wを調製した。ポリアクリロニトリル粉末の平均粒子径は10μmであり、硫黄粉末の平均粒子径は10μmであった。
Example 1
<Preparation of raw material powder>
Polyacrylonitrile powder (manufactured by Sigma-Aldrich) and sulfur powder (manufactured by Kanto Chemical Co., Inc.) were mixed in a mass ratio of 1: 3 between the former and the latter to prepare a raw material powder W. The average particle size of the polyacrylonitrile powder was 10 μm, and the average particle size of the sulfur powder was 10 μm.

<硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造>
図1の製造装置10Aを用いて硫黄変性ポリアクリロニトリルを製造した。
原料供給部30に設けられた原料供給装置31から、粉体W20gをふるい装置32に導き、ふるい装置32で粉体Wを、その平均粒子径が10μmとなるようにふるい分けした。ふるい分けされた粉体Wを、ガス供給装置60から第2供給路61bを通して供給された窒素ガスによって、400℃に加熱した加熱部40内に送り出し、加熱した。ふるい分けされた粉体Wを加熱部40で加熱する際、製造装置10Aのガス供給装置60から第1供給路61aを通して冷却部50内から加熱部40内に導かれる窒素ガスの量、及び、ガス供給装置60から第2供給路61bを通して原料供給部30における案内管33に導かれる窒素ガスの量を調整し、粉体Wを加熱部40内にて400℃で30秒加熱した。そして、加熱部40で加熱された粉体Wを、冷却部50内に導き、40℃まで冷却し、実施例1の硫黄変性ポリアクリロニトリルを得た。実施例1の硫黄変性ポリアクリロニトリルは、その平均粒子径は12μmであり、39質量%の結合硫黄を含んでいた。また、実施例1の硫黄変性ポリアクリロニトリルは、硫黄固体の含有量が0.5質量%であった。なお、装置内部での硫黄変性ポリアクリロニトリルの付着は見られなかった。硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける硫黄の含有量は、元素分析によって測定した。また、硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける硫黄固体の含有量は熱重量測定によって測定した。熱重量測定は、窒素ガス雰囲気中、50℃〜900℃の温度範囲を、毎分10℃の掃引昇温速度で行った。
<Manufacturing of sulfur-modified polyacrylonitrile>
Sulfur-modified polyacrylonitrile was produced using the production apparatus 10A of FIG.
From the raw material supply device 31 provided in the raw material supply unit 30, 20 g of the powder W was guided to the sieving device 32, and the powder W was sieved by the sieving device 32 so that the average particle size thereof was 10 μm. The sieved powder W was sent out into the heating unit 40 heated to 400 ° C. by the nitrogen gas supplied from the gas supply device 60 through the second supply passage 61b and heated. When the sieved powder W is heated by the heating unit 40, the amount of nitrogen gas guided from the gas supply device 60 of the manufacturing apparatus 10A through the first supply passage 61a into the heating unit 40 from the cooling unit 50, and the gas. The amount of nitrogen gas guided from the supply device 60 to the guide pipe 33 in the raw material supply section 30 through the second supply path 61b was adjusted, and the powder W was heated in the heating section 40 at 400 ° C. for 30 seconds. Then, the powder W heated by the heating unit 40 was guided into the cooling unit 50 and cooled to 40 ° C. to obtain the sulfur-modified polyacrylonitrile of Example 1. The sulfur-modified polyacrylonitrile of Example 1 had an average particle size of 12 μm and contained 39% by mass of bound sulfur. The sulfur-modified polyacrylonitrile of Example 1 had a sulfur solid content of 0.5% by mass. No adhesion of sulfur-modified polyacrylonitrile was observed inside the device. The sulfur content in sulfur-modified polyacrylonitrile was measured by elemental analysis. The content of the sulfur solid in the sulfur-modified polyacrylonitrile was measured by thermogravimetric analysis. The thermogravimetric analysis was performed in a nitrogen gas atmosphere in a temperature range of 50 ° C. to 900 ° C. at a sweep rate of 10 ° C. per minute.

実施例2
原料粉体Wとして平均粒子径20μmの硫黄粉末と、平均粒子径20μmのポリアクリロニトリル粉末とを用いた以外は実施例1と同様にして硫黄変性ポリアクリロニトリルを得た。
Example 2
A sulfur-modified polyacrylonitrile was obtained in the same manner as in Example 1 except that a sulfur powder having an average particle size of 20 μm and a polyacrylonitrile powder having an average particle size of 20 μm were used as the raw material powder W.

得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルは、平均粒子径は24μmであり、39質量%の結合硫黄を含んでいた。また、実施例2の硫黄変性ポリアクリロニトリルは、硫黄固体の含有量が0.5質量%であった。なお、装置内部での硫黄変性ポリアクリロニトリルの付着は見られなかった。硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける硫黄の含有量は、元素分析によって測定した。また、硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける硫黄固体の含有量は熱重量測定によって測定した。熱重量測定は、窒素ガス雰囲気中、50℃〜900℃の温度範囲を、毎分10℃の掃引昇温速度で行った。 The obtained sulfur-modified polyacrylonitrile had an average particle size of 24 μm and contained 39% by mass of bound sulfur. The sulfur-modified polyacrylonitrile of Example 2 had a sulfur solid content of 0.5% by mass. No adhesion of sulfur-modified polyacrylonitrile was observed inside the device. The sulfur content in sulfur-modified polyacrylonitrile was measured by elemental analysis. The content of the sulfur solid in the sulfur-modified polyacrylonitrile was measured by thermogravimetric analysis. The thermogravimetric analysis was performed in a nitrogen gas atmosphere in a temperature range of 50 ° C. to 900 ° C. at a sweep rate of 10 ° C. per minute.

比較例1
特許文献1の図1の製造装置を用いて硫黄変性ポリアクリロニトリルを製造した。
実施例1で用いた紛体Wと同じものを原料として用いた。紛体W20gを反応容器に収容した。そしてヒーターで反応容器を加熱し、粉体Wを400℃で10分間反応させ、硫黄変性ポリアクリロニトリルを得た。加熱は、反応によって発生する硫化水素を、硫化水素を排出するための開口部から排出しながら行った。また、加熱初期に、反応容器内に不活性ガスを導入するための開口部から窒素ガスを導入し、反応容器内を非酸化性雰囲気とし、その後、粉体Wの温度が100℃になった時点で不活性ガスを導入するための開口部を閉塞した。結果、窒素ガスは発生する硫化水素と共に排出され、反応容器内は硫黄蒸気雰囲気となった。すなわち、粉体Wを400℃で10分間反応させた際には、反応容器内は硫黄蒸気雰囲気であった。得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルは硫黄固体を含有していたため、更に450℃で熱処理を行い、比較例1の硫黄変性ポリアクリロニトリルを得た。比較例1の硫黄変性ポリアクリロニトリルは、平均粒子径は1mm以上であり、38質量%の結合硫黄を含んでいた。また、比較例1の硫黄変性ポリアクリロニトリルは、硫黄固体の含有量が1質量%であった。なお、装置内部には硫黄変性ポリアクリロニトリルが一部付着していた。硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける硫黄の含有量は、元素分析によって測定した。また、硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける硫黄固体の含有量は熱重量測定によって測定した。熱重量測定は、窒素ガス雰囲気中、50℃〜900℃の温度範囲を、毎分10℃の掃引昇温速度で行った。
Comparative Example 1
Sulfur-modified polyacrylonitrile was produced using the production apparatus of FIG. 1 of Patent Document 1.
The same powder W used in Example 1 was used as a raw material. 20 g of powder W was placed in a reaction vessel. Then, the reaction vessel was heated with a heater, and the powder W was reacted at 400 ° C. for 10 minutes to obtain a sulfur-modified polyacrylonitrile. The heating was performed while discharging the hydrogen sulfide generated by the reaction from the opening for discharging the hydrogen sulfide. Further, at the initial stage of heating, nitrogen gas was introduced from the opening for introducing the inert gas into the reaction vessel to create a non-oxidizing atmosphere in the reaction vessel, and then the temperature of the powder W became 100 ° C. At that point, the opening for introducing the inert gas was closed. As a result, nitrogen gas was discharged together with the generated hydrogen sulfide, and the inside of the reaction vessel became a sulfur vapor atmosphere. That is, when the powder W was reacted at 400 ° C. for 10 minutes, the inside of the reaction vessel had a sulfur vapor atmosphere. Since the obtained sulfur-modified polyacrylonitrile contained a sulfur solid, it was further heat-treated at 450 ° C. to obtain the sulfur-modified polyacrylonitrile of Comparative Example 1. The sulfur-modified polyacrylonitrile of Comparative Example 1 had an average particle size of 1 mm or more and contained 38% by mass of bound sulfur. The sulfur-modified polyacrylonitrile of Comparative Example 1 had a sulfur solid content of 1% by mass. A part of sulfur-modified polyacrylonitrile was attached to the inside of the apparatus. The sulfur content in sulfur-modified polyacrylonitrile was measured by elemental analysis. The content of the sulfur solid in the sulfur-modified polyacrylonitrile was measured by thermogravimetric analysis. The thermogravimetric analysis was performed in a nitrogen gas atmosphere in a temperature range of 50 ° C. to 900 ° C. at a sweep rate of 10 ° C. per minute.

比較例2
実施例2と同じ原料粉体Wを用い、特許文献1の図1の製造装置を用いて比較例1と同様に硫黄変性ポリアクリロニトリルを製造した。得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルは硫黄固体を含有していたため、更に450℃で熱処理を行い、比較例2の硫黄変性ポリアクリロニトリルを得た。比較例2の硫黄変性ポリアクリロニトリルは、平均粒子径は1mm以上であり、37質量%の結合硫黄を含んでいた。比較例2の硫黄変性ポリアクリロニトリルは、硫黄固体の含有量が1質量%であった。なお、装置内部に硫黄変性ポリアクリロニトリルが一部付着していた。硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける硫黄の含有量は、元素分析によって測定した。また、硫黄変性ポリアクリロニトリルにおける硫黄固体の含有量は熱重量測定によって測定した。熱重量測定は、窒素ガス雰囲気中、50℃〜900℃の温度範囲を、毎分10℃の掃引昇温速度で測定した。
Comparative Example 2
Using the same raw material powder W as in Example 2, a sulfur-modified polyacrylonitrile was produced in the same manner as in Comparative Example 1 using the production apparatus of FIG. 1 of Patent Document 1. Since the obtained sulfur-modified polyacrylonitrile contained a sulfur solid, it was further heat-treated at 450 ° C. to obtain the sulfur-modified polyacrylonitrile of Comparative Example 2. The sulfur-modified polyacrylonitrile of Comparative Example 2 had an average particle size of 1 mm or more and contained 37% by mass of bound sulfur. The sulfur-modified polyacrylonitrile of Comparative Example 2 had a sulfur solid content of 1% by mass. A part of sulfur-modified polyacrylonitrile was attached to the inside of the apparatus. The sulfur content in sulfur-modified polyacrylonitrile was measured by elemental analysis. The content of the sulfur solid in the sulfur-modified polyacrylonitrile was measured by thermogravimetric analysis. The thermogravimetric analysis was carried out in a nitrogen gas atmosphere in a temperature range of 50 ° C. to 900 ° C. at a sweep heating rate of 10 ° C. per minute.

実施例3
<非水電解質二次電池の製造>
<電極の製造>
活物質として、実施例1で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリル79.0質量部、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業製)1.5質量部、カーボンナノチューブ(昭和電工製、商品名VGCF)1.5質量部、及び結着剤としてポリイミド(I.S.T製)18.0質量部をNMP113質量部に混合し、分散させてスラリー状とした。このスラリーをステンレス製の集電体に塗布し、120℃で乾燥後、更に350℃で熱処理を行った。その後、この電極を所定の大きさにカットし、円盤状電極を作製した。
Example 3
<Manufacturing of non-aqueous electrolyte secondary batteries>
<Manufacturing of electrodes>
79.0 parts by mass of sulfur-modified polyacrylonitrile obtained in Example 1 as an active material, 1.5 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo) as a conductive auxiliary agent, carbon nanotubes (manufactured by Showa Denko, trade name VGCF) 1.5 parts by mass and 18.0 parts by mass of polyimide (manufactured by IST) as a binder were mixed with 113 parts by mass of NMP and dispersed to form a slurry. This slurry was applied to a stainless steel current collector, dried at 120 ° C., and further heat-treated at 350 ° C. Then, this electrode was cut to a predetermined size to prepare a disk-shaped electrode.

<非水電解液の調製>
エチレンカーボネート30体積%、ジメチルカーボネート30体積%、エチルメチルカーボネート40体積%からなる混合溶媒に、LiPFを1mol/Lの濃度で溶解し電解質溶液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte solution>
An electrolyte solution was prepared by dissolving LiPF 6 at a concentration of 1 mol / L in a mixed solvent consisting of 30% by volume of ethylene carbonate, 30% by volume of dimethyl carbonate and 40% by volume of ethylmethyl carbonate.

<電池の組み立て>
得られた円盤状電極、及びその対極としてリチウム金属を用い、セパレータとしてガラスフィルターを挟んでケース内に保持した。その後、先に調製した非水電解液をケース内に注入し、ケースを密閉、封止して、実施例2の非水電解質二次電池(φ20mm、厚さ3.2mmのコイン型)を製作した。
<Battery assembly>
The obtained disc-shaped electrode and lithium metal as its counter electrode were used, and a glass filter was sandwiched as a separator and held in the case. After that, the non-aqueous electrolyte solution prepared above is injected into the case, and the case is sealed and sealed to manufacture the non-aqueous electrolyte secondary battery (φ20 mm, thickness 3.2 mm, coin type) of Example 2. did.

実施例4
実施例2で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを用いて電極を製造したこと以外は実施例3と同様にして非水電解質二次電池を製作した。
Example 4
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Example 3 except that an electrode was produced using the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained in Example 2.

比較例3
活物質として比較例1で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリル79.0質量部、導電助剤としてアセチレンブラック(電気化学工業製)1.5質量部、カーボンナノチューブ(昭和電工製、商品名VGCF)1.5質量部、及び結着剤としてポリイミド(I.S.T製)18.0質量部をNMP113質量部に混合したが、硫黄変性ポリアクリロニトリルの粒径が大きく、スラリー状とはならなかった。
そこで、比較例1で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを、粉砕機を用いて、その平均粒子径が12μmとなるように粉砕したものを活物質として用いた。この粉砕した硫黄変性ポリアクリロニトリルを用いる以外は実施例3と同様にして比較例3の非水電解質二次電池を得た。
Comparative Example 3
79.0 parts by mass of sulfur-modified polyacrylonitrile obtained in Comparative Example 1 as an active material, 1.5 parts by mass of acetylene black (manufactured by Denki Kagaku Kogyo) as a conductive auxiliary agent, carbon nanotube (manufactured by Showa Denko, trade name VGCF) 1 5.5 parts by mass and 18.0 parts by mass of polyimide (manufactured by IST) as a binder were mixed with 113 parts by mass of NMP, but the sulfur-modified polyacrylonitrile had a large particle size and did not form a slurry. ..
Therefore, the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained in Comparative Example 1 was pulverized using a pulverizer so that its average particle size was 12 μm, and used as an active material. A non-aqueous electrolyte secondary battery of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Example 3 except that the crushed sulfur-modified polyacrylonitrile was used.

比較例4
比較例2で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを用いて電極を製造したこと以外は比較例3と同様にして非水電解質二次電池を製作した。比較例2で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルはそのままではスラリー状とはならず、粉砕機を用いて平均粒子径が12μmになるように粉砕したものを活物質として用いた。
Comparative Example 4
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 3 except that an electrode was produced using the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained in Comparative Example 2. The sulfur-modified polyacrylonitrile obtained in Comparative Example 2 did not form a slurry as it was, and was pulverized using a pulverizer to an average particle size of 12 μm and used as an active material.

比較例5
比較例1で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルを、450℃加熱処理することなく用いた以外は比較例3と同様にして非水電解質二次電池を製作した。比較例1で得られた450℃加熱処理前の硫黄変性ポリアクリロニトリルはそのままではスラリー状とはならず、粉砕機を用いて平均粒子径が12μmになるように粉砕したものを活物質として用いた。
Comparative Example 5
A non-aqueous electrolyte secondary battery was produced in the same manner as in Comparative Example 3 except that the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained in Comparative Example 1 was used without heat treatment at 450 ° C. The sulfur-modified polyacrylonitrile before heat treatment at 450 ° C. obtained in Comparative Example 1 did not form a slurry as it was, and was pulverized using a pulverizer so that the average particle size was 12 μm, and used as an active material. ..

実施例3及び4並びに比較例3,4及び5の非水電解質二次電池のサイクル容量維持率を下記試験法により評価した。 The cycle capacity retention rate of the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3, 4 and 5 was evaluated by the following test method.

<サイクル容量維持率試験方法>
非水電解質二次電池を、25℃の恒温槽内に入れ、放電電流60mA/gで1.0Vまで定電流放電し、充電電流60mA/gで3.0Vまで定電流充電した。その後、放電電流600mA/gで1.0Vまで定電流放電し、充電電流600mA/gで3.0Vまで定電流充電する操作を10回行い、11回目は放電電流60mA/gで1.0Vまで定電流放電し、充電電流60mA/gで3.0Vまで定電流充電した。11回目の充電容量をサイクル試験後の充電容量とし、下記式に示すように、充電容量維持率(%)を、初期充電容量を100とした場合のサイクル試験後の充電容量の割合として求めた。
充電容量維持率(%)=[(サイクル試験後の充電容量)/(初期充電容量)]×100
<Cycle capacity maintenance rate test method>
The non-aqueous electrolyte secondary battery was placed in a constant temperature bath at 25 ° C., discharged to 1.0 V at a discharge current of 60 mA / g, and charged to 3.0 V at a charging current of 60 mA / g. After that, the operation of constant current discharging to 1.0 V at a discharge current of 600 mA / g and constant current charging to 3.0 V at a charging current of 600 mA / g was performed 10 times, and the eleventh operation was performed up to 1.0 V at a discharge current of 60 mA / g. It was discharged with a constant current and charged with a constant current of up to 3.0 V at a charging current of 60 mA / g. The 11th charge capacity was defined as the charge capacity after the cycle test, and the charge capacity retention rate (%) was determined as the ratio of the charge capacity after the cycle test when the initial charge capacity was 100, as shown in the following formula. ..
Charge capacity retention rate (%) = [(Charge capacity after cycle test) / (Initial charge capacity)] x 100

実施例3及び4の非水電解質二次電池は充電容量維持率がそれぞれ89%、91%であった。これに対し、比較例3,4及び5の非水電解質二次電池は充電容量維持率がそれぞれ85%、85%、71%であった。以上の結果から、本発明の製造方法で得られた硫黄変性ポリアクリロニトリルは電極の活物質として有用であることが明らかとなった。 The non-aqueous electrolyte secondary batteries of Examples 3 and 4 had a charge capacity retention rate of 89% and 91%, respectively. On the other hand, the non-aqueous electrolyte secondary batteries of Comparative Examples 3, 4 and 5 had charge capacity retention rates of 85%, 85% and 71%, respectively. From the above results, it was clarified that the sulfur-modified polyacrylonitrile obtained by the production method of the present invention is useful as an active material for electrodes.

1 正極
1a 正極集電体
2 負極
2a 負極集電体
3 電解質
4 正極ケース
5 負極ケース
6 ガスケット
7 セパレータ
10 コイン型の非水電解質二次電池
10' 円筒型の非水電解質二次電池
11 負極
12 負極集電体
13 正極
14 正極集電体
15 電解質
16 セパレータ
17 正極端子
18 負極端子
19 負極板
20 負極リード
21 正極板
22 正極リード
23 ケース
24 絶縁板
25 ガスケット
26 安全弁
27 PTC素子
10A 硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造装置
30 原料供給部
31 原料供給装置
32 ふるい装置
33 案内管
40 加熱部
40A 延出部
41 加熱装置
50 冷却部
51 案内部材
60 ガス供給装置
61a 第1供給路
61b 第2供給路
62a 第1流量調整弁
62b 第2流量調整弁
63 制御装置
70 排ガス部
71 排ガス処理装置
72 圧力測定器
D 断熱材
W 粉体
1 Positive electrode 1a Positive electrode current collector 2 Negative electrode 2a Negative electrode current collector 3 Electrode 4 Positive electrode case 5 Negative electrode case 6 Gasket 7 Separator 10 Coin-type non-aqueous electrolyte secondary battery 10'Cylindrical non-aqueous electrolyte secondary battery 11 Negative electrode 12 Negative electrode current collector 13 Positive electrode 14 Positive electrode current collector 15 Electrode 16 Separator 17 Positive electrode terminal 18 Negative electrode terminal 19 Negative electrode plate 20 Negative electrode lead 21 Positive electrode plate 22 Positive electrode lead 23 Case 24 Insulation plate 25 Gasket 26 Safety valve 27 PTC element 10A Sulfur-modified polyacrylonitrile Manufacturing equipment 30 Raw material supply unit 31 Raw material supply equipment 32 Sifting device 33 Guide tube 40 Heating unit 40A Extension unit 41 Heating device 50 Cooling unit 51 Guide member 60 Gas supply device 61a First supply path 61b Second supply path 62a First Flow control valve 62b Second flow control valve 63 Control device 70 Exhaust gas unit 71 Exhaust gas treatment device 72 Pressure measuring device D Insulation material W Powder

Claims (7)

ポリアクリロニトリル粉末及び硫黄粉末を含む原料の粉体を供給する原料供給部と、この原料供給部から供給されて落下される粉体を加熱処理する加熱部と、加熱処理された粉体を冷却させる冷却部とを備えた落下式粉体処理装置を用いた硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法であって、
前記原料供給部において原料の粉体をふるい分けし、加熱部に供給される原料の粉体の平均粒子径を調整する工程、及び
前記加熱部の下側及び/又は上側からガスを供給させ加熱部内を落下する粉体の落下速度を制御する工程を有する硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法。
The raw material supply unit that supplies the powder of the raw material containing the polyacrylonitrile powder and the sulfur powder, the heating unit that heat-treats the powder supplied from the raw material supply unit and dropped, and the heat-treated powder are cooled. A method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile using a drop-type powder processing apparatus equipped with a cooling unit.
The step of sieving the raw material powder in the raw material supply unit and adjusting the average particle size of the raw material powder supplied to the heating unit, and supplying gas from the lower side and / or the upper side of the heating unit in the heating unit. A method for producing a sulfur-modified polyacrylonitrile, which comprises a step of controlling the falling speed of the falling powder.
前記加熱部の上側に、該加熱部内の排ガスを外部に排出する排ガス部を備え、該排ガス部に、排ガスを無害化する排ガス処理装置が設けられている前記落下式粉体処理装置を用いる請求項1に記載の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法。 A claim for using the drop-type powder treatment device, which is provided on the upper side of the heating section with an exhaust gas section for discharging the exhaust gas in the heating section to the outside, and the exhaust gas section is provided with an exhaust gas treatment device for detoxifying the exhaust gas. Item 3. The method for producing a sulfur-modified polyacrylonitrile according to Item 1. 前記加熱部の下側及び/又は上側から供給されるガスにより、前記加熱部内を落下する粉体の落下速度を制御する機構を有する前記落下式粉体処理装置を用いる請求項1又は2に記載の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法。 The invention according to claim 1 or 2, wherein the falling powder processing apparatus is used, which has a mechanism for controlling the falling speed of the powder falling in the heating portion by the gas supplied from the lower side and / or the upper side of the heating portion. Method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile. 前記加熱部内の圧力を測定するための圧力測定器を有する前記排ガス部と、該圧力測定器によって測定された該加熱部内の圧力に応じて、該加熱部内に導かれるガスの量を調整する制御装置とを有する前記落下式粉体処理装置を用いる、請求項2に記載の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法。 Control that adjusts the amount of gas guided into the heating unit according to the exhaust gas unit having a pressure measuring device for measuring the pressure in the heating unit and the pressure in the heating unit measured by the pressure measuring device. The method for producing a sulfur-modified polyacrylonitrile according to claim 2, wherein the drop-type powder processing apparatus having the apparatus is used. 前記原料が更に導電助剤を含む、請求項1〜4の何れか1項に記載の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法。 The method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile according to any one of claims 1 to 4, wherein the raw material further contains a conductive auxiliary agent. 請求項1〜5の何れか1項に記載の硫黄変性ポリアクリロニトリルの製造方法によって硫黄変性ポリアクリロニトリルを製造する工程を有する二次電池用電極の製造方法。 A method for producing an electrode for a secondary battery, which comprises a step of producing sulfur-modified polyacrylonitrile by the method for producing sulfur-modified polyacrylonitrile according to any one of claims 1 to 5. 請求項6に記載の二次電池用電極の製造方法によって二次電池用電極を製造する工程を有する二次電池の製造方法。 A method for manufacturing a secondary battery, which comprises a step of manufacturing an electrode for a secondary battery by the method for manufacturing an electrode for a secondary battery according to claim 6.
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