JP7156468B2 - Method for producing negative electrode material for lithium ion secondary battery, and negative electrode material for lithium ion secondary battery - Google Patents

Method for producing negative electrode material for lithium ion secondary battery, and negative electrode material for lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極材の製造方法、及びリチウムイオン二次電池用負極材に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for producing a negative electrode material for lithium ion secondary batteries, and a negative electrode material for lithium ion secondary batteries.

リチウムイオン二次電池は、小型、軽量、かつ高エネルギー密度という特性を活かし、従来よりノート型パーソナルコンピュータ(PC)、携帯電話、スマートフォン、タブレット型PC等の電子機器に広く使用されている。近年、CO排出による地球温暖化等の環境問題を背景に、電池のみで走行を行うクリーンな電気自動車(EV)、ガソリンエンジンと電池を組み合わせたハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)等が普及してきており、EV、HEV、PHEV等に搭載される電池としてリチウムイオン二次電池(車載用リチウムイオン二次電池)が用いられている。また最近では、電力貯蔵用にもリチウムイオン二次電池が用いられており、多岐の分野にリチウムイオン二次電池の用途が拡大している。 Lithium-ion secondary batteries have been widely used in electronic devices such as notebook personal computers (PCs), mobile phones, smart phones, and tablet PCs, taking advantage of their characteristics of small size, light weight, and high energy density. In recent years, against the background of environmental problems such as global warming due to CO2 emissions, clean electric vehicles (EV) that run only on batteries, hybrid electric vehicles (HEV) that combine a gasoline engine and batteries, and plug-in hybrid electric vehicles have become popular. (PHEV) and the like are becoming widespread, and lithium ion secondary batteries (vehicle lithium ion secondary batteries) are used as batteries mounted in EVs, HEVs, PHEVs, and the like. Recently, lithium ion secondary batteries have also been used for power storage, and the applications of lithium ion secondary batteries are expanding in a wide variety of fields.

リチウムイオン二次電池の負極材の性能が、リチウムイオン二次電池の出力特性に大きく影響する。リチウムイオン二次電池用負極材の材料としては、炭素材料が広く用いられている。負極材に使用される炭素材料は、黒鉛と、黒鉛より結晶性の低い炭素材料(非晶質炭素等)とに大別される。黒鉛は、炭素原子の六角網面が規則正しく積層した構造を有し、リチウムイオン二次電池の負極材としたときに六角網面の端部よりリチウムイオンの挿入反応及び脱離反応が進行し、充放電が行われる。 The performance of the negative electrode material of the lithium ion secondary battery greatly affects the output characteristics of the lithium ion secondary battery. Carbon materials are widely used as materials for negative electrode materials for lithium ion secondary batteries. Carbon materials used for negative electrode materials are roughly classified into graphite and carbon materials having a lower crystallinity than graphite (such as amorphous carbon). Graphite has a structure in which hexagonal mesh planes of carbon atoms are regularly stacked, and when used as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, lithium ion insertion reaction and desorption reaction proceed from the end of the hexagonal mesh plane, Charging and discharging are performed.

非晶質炭素は、六角網面の積層が不規則であるか、六角網面を有しない。非晶質炭素を用いた負極材では、リチウムイオンの挿入反応及び脱離反応が負極材の全表面で進行する。そのため、負極材として黒鉛を用いる場合よりも出力特性に優れるリチウムイオン電池が得られやすい(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。一方、非晶質炭素は黒鉛よりも結晶性が低いため、エネルギー密度が黒鉛よりも低い。
また、特許文献3では、ミクロ孔容量を特定の範囲に調整することによる初期効率の向上が提案されている。
Amorphous carbon has irregular lamination of hexagonal mesh planes or no hexagonal mesh planes. In a negative electrode material using amorphous carbon, lithium ion intercalation reaction and deintercalation reaction proceed over the entire surface of the negative electrode material. Therefore, it is easier to obtain a lithium ion battery with better output characteristics than when graphite is used as the negative electrode material (see, for example, Patent Documents 1 and 2). On the other hand, since amorphous carbon has lower crystallinity than graphite, its energy density is lower than that of graphite.
Further, Patent Document 3 proposes improving the initial efficiency by adjusting the micropore volume to a specific range.

特開平4-370662号公報JP-A-4-370662 特開平5-307956号公報JP-A-5-307956 国際公開第2012/090728号WO2012/090728

炭素材料の特性を考慮し、非晶質炭素で黒鉛を被覆した複合粒子を含み、高いエネルギー密度を維持しつつ、表面の反応性を低減させて初期の充放電効率を良好に維持し、出力特性を高めた負極材も提案されている。しかしながら、上述したような背景から、リチウムイオン二次電池の出力特性の一層の向上を実現する負極材が求められている。また、EV、HEV、PHEV等の車載用リチウムイオン二次電池においては、高温保存特性も求められている。
また、特許文献3に記載のように、従来は、初期効率とミクロ孔容量とがトレードオフの関係にあり、充電特性と初期効率の両立が困難であった。
Considering the characteristics of the carbon material, it contains composite particles coated with amorphous carbon and graphite, and maintains high energy density while reducing surface reactivity to maintain good initial charge-discharge efficiency and output. A negative electrode material with improved properties has also been proposed. However, from the background as described above, there is a demand for a negative electrode material that realizes further improvement in the output characteristics of lithium ion secondary batteries. In addition, lithium ion secondary batteries for vehicles such as EVs, HEVs, and PHEVs are required to have high-temperature storage characteristics.
Further, as described in Patent Document 3, conventionally, there is a trade-off relationship between the initial efficiency and the micropore capacity, and it has been difficult to achieve both charging characteristics and initial efficiency.

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、入力特性、出力特性、高温保存特性及び初期効率に優れるリチウムイオン二次電池用負極を製造可能なリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and manufactures a negative electrode material for a lithium ion secondary battery that can produce a negative electrode for a lithium ion secondary battery that is excellent in input characteristics, output characteristics, high temperature storage characteristics, and initial efficiency. The purpose is to provide a method.

本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討した結果、本発明に至った。すなわち、本発明の一形態は以下の態様を包含する。 The present inventors made intensive studies to achieve the above object, and as a result, arrived at the present invention. That is, one form of the present invention includes the following aspects.

<1> 炭素性物質Aに対してBET比表面積を2%~50%増加させる処理を施した賦活化炭素性物質Aを準備する工程と、
前記賦活化炭素性物質Aと、前記炭素性物質Aとは異なる炭素性物質Bの元となる炭素性物質前駆体とを混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を熱処理して焼成物を得る工程と、
を有するリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。
<1> A step of preparing an activated carbonaceous material A that has been treated to increase the BET specific surface area of the carbonaceous material A by 2% to 50%;
obtaining a mixture by mixing the activated carbonaceous material A and a carbonaceous material precursor from which a carbonaceous material B different from the carbonaceous material A is obtained;
a step of heat-treating the mixture to obtain a fired product;
A method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery having

<2> 前記焼成物を得る工程は、前記焼成物のBET比表面積を0.5m/g~10m/gにする工程である<1>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。 <2> The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to <1>, wherein the step of obtaining the baked product is a step of setting the BET specific surface area of the baked product to 0.5 m 2 /g to 10 m 2 /g. Production method.

<3> 前記熱処理が、700℃~1500℃の温度条件下で行われる<1>又は<2>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。 <3> The method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to <1> or <2>, wherein the heat treatment is performed at a temperature of 700°C to 1500°C.

<4> 前記炭素性物質Bの結晶性が、前記賦活化炭素性物質Aの結晶性よりも低い<1>~<3>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。 <4> The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of <1> to <3>, wherein the crystallinity of the carbonaceous material B is lower than the crystallinity of the activated carbonaceous material A. Production method.

<5> 炭素性物質AAと、前記炭素性物質AAとは異なる炭素性物質Bとを含有し、
空気雰囲気下600℃で30分間熱処理したときに、前記熱処理する前のBET比表面積に対する前記熱処理した後のBET比表面積の比が、2.5以上となるリチウムイオン二次電池用負極材。
<5> Containing a carbonaceous substance AA and a carbonaceous substance B different from the carbonaceous substance AA,
A negative electrode material for a lithium ion secondary battery, wherein the ratio of the BET specific surface area after heat treatment to the BET specific surface area before heat treatment is 2.5 or more when heat treated at 600° C. for 30 minutes in an air atmosphere.

本発明によれば、入力特性、出力特性、高温保存特性及び初期効率に優れるリチウムイオン二次電池用負極材、並びにこれを製造可能なリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法が提供される。 INDUSTRIAL APPLICABILITY According to the present invention, there are provided a negative electrode material for lithium ion secondary batteries that is excellent in input characteristics, output characteristics, high temperature storage characteristics and initial efficiency, and a method for producing a negative electrode material for lithium ion secondary batteries capable of producing the same. .

以下、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。以下の実施形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合を除き、必須ではない。数値及びその範囲についても同様であり、本発明を制限するものではない。 DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Embodiments for carrying out the present invention will be described in detail below. However, the present invention is not limited to the following embodiments. In the following embodiments, the constituent elements (including element steps and the like) are not essential unless otherwise specified. The same applies to numerical values and their ranges, which do not limit the present invention.

本開示において「工程」との語には、他の工程から独立した工程に加え、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の目的が達成されれば、当該工程も含まれる。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。負極材又は組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、負極材又は組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。負極材又は組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、負極材又は組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」との語には、当該層が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「積層」との語は、層を積み重ねることを示し、二以上の層が結合されていてもよく、二以上の層が着脱可能であってもよい。
In the present disclosure, the term "process" includes a process that is independent of other processes, and even if the purpose of the process is achieved even if it cannot be clearly distinguished from other processes. .
In the present disclosure, the numerical range indicated using "-" includes the numerical values before and after "-" as the minimum and maximum values, respectively.
In the numerical ranges described step by step in the present disclosure, the upper limit or lower limit of one numerical range may be replaced with the upper or lower limit of another numerical range described step by step. . Moreover, in the numerical ranges described in the present disclosure, the upper or lower limits of the numerical ranges may be replaced with the values shown in the examples.
In the present disclosure, each component may contain multiple types of applicable substances. When there are multiple types of substances corresponding to each component in the negative electrode material or composition, the content rate or content of each component is the ratio of the multiple types of substances present in the negative electrode material or composition, unless otherwise specified. It means the total content rate or content.
Particles corresponding to each component in the present disclosure may include a plurality of types. When a plurality of types of particles corresponding to each component are present in the negative electrode material or composition, the particle diameter of each component is the same as that of the mixture of the plurality of types of particles present in the negative electrode material or composition, unless otherwise specified. means value.
In the present disclosure, the term "layer" includes not only the case where the layer is formed in the entire region when observing the region where the layer exists, but also the case where it is formed only in part of the region. included.
In the present disclosure, the term "laminate" indicates stacking layers, and two or more layers may be bonded, or two or more layers may be detachable.

<リチウムイオン二次電池用負極材の製造方法>
本開示のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法は、炭素性物質Aに対してBET比表面積を2%~50%増加させる処理を施した賦活化炭素性物質Aを準備する工程と、前記賦活化炭素性物質Aと、前記炭素性物質Aとは異なる炭素性物質Bの元となる炭素性物質前駆体とを混合して混合物を得る工程と、前記混合物を熱処理して焼成物を得る工程と、を有する。
本開示のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法は、必要に応じてその他の工程を含んでもよい。
<Method for producing negative electrode material for lithium ion secondary battery>
The method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to the present disclosure includes the step of preparing an activated carbonaceous material A that has been subjected to a treatment to increase the BET specific surface area of the carbonaceous material A by 2% to 50%; obtaining a mixture by mixing the activated carbonaceous material A and a carbonaceous material precursor that is a source of a carbonaceous material B different from the carbonaceous material A; and heat-treating the mixture to obtain a fired product. and obtaining.
The method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present disclosure may include other steps as necessary.

本開示のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法により製造されたリチウムイオン二次電池用負極材を用いることで、入力特性、出力特性、高温保存特性及び初期効率に優れるリチウムイオン二次電池用負極を製造可能となる。
以下、本開示のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法に含まれる各工程、用いられる材料等について詳細に説明する。
By using a negative electrode material for a lithium ion secondary battery produced by the method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present disclosure, a lithium ion secondary battery having excellent input characteristics, output characteristics, high temperature storage characteristics and initial efficiency It becomes possible to manufacture a negative electrode for
Hereinafter, each step included in the method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present disclosure, materials used, and the like will be described in detail.

<賦活化炭素性物質Aを準備する工程>
賦活化炭素性物質Aを準備する工程では、炭素性物質Aに対してBET比表面積を2%~50%増加させる処理が施された賦活化炭素性物質Aが準備される。炭素性物質AのBET比表面積を増加させる処理は、特に限定されることはない。
炭素性物質AのBET比表面積を増加させる処理としては、例えば、COガス、水蒸気、Oガス等の存在する雰囲気下での熱処理、機械的処理などが挙げられる。賦活化炭素性物質Aの粒子径の制御、賦活化炭素性物質Aの表面状態の制御等の観点から、Oガスの存在する雰囲気下(例えば、空気雰囲気下)で熱処理することが好ましい。
<Step of preparing activated carbonaceous substance A>
In the step of preparing the activated carbonaceous material A, the activated carbonaceous material A, which has been treated to increase the BET specific surface area of the carbonaceous material A by 2% to 50%, is prepared. The treatment for increasing the BET specific surface area of carbonaceous material A is not particularly limited.
Examples of the treatment for increasing the BET specific surface area of the carbonaceous material A include heat treatment in an atmosphere containing CO 2 gas, water vapor, O 2 gas, etc., mechanical treatment, and the like. From the viewpoint of controlling the particle size of the activated carbonaceous material A, controlling the surface state of the activated carbonaceous material A, etc., it is preferable to perform the heat treatment in an atmosphere in which O 2 gas exists (for example, in an air atmosphere).

使用されるガス雰囲気、処理時間等により、適切な処理温度は異なる。例えば、空気雰囲気下における処理の場合、熱処理温度は100℃~600℃であることが好ましく、150℃~600℃であることがより好ましい。この温度範囲内であれば、炭素性物質Aを燃焼させることなく賦活化炭素性物質Aの比表面積を増加させることが可能となる。
また、熱処理時間は熱処理温度、炭素材料の種類等に応じて異なるが、0.5時間~24時間であることが好ましく、1時間~6時間であることがより好ましい。この時間内であれば、効果的に賦活化炭素性物質Aの比表面積を増加させることが可能となる。さらに、Oガスの存在する雰囲気で熱処理を行う場合、Oガスの含有率が1体積%~30体積%であることが好ましい。この範囲内であることで、効果的に賦活化炭素性物質Aの比表面積を増加させることができる傾向にある。
Appropriate processing temperatures vary depending on the gas atmosphere used, processing time, and the like. For example, in the case of treatment in an air atmosphere, the heat treatment temperature is preferably 100°C to 600°C, more preferably 150°C to 600°C. Within this temperature range, the specific surface area of the activated carbonaceous material A can be increased without burning the carbonaceous material A.
The heat treatment time varies depending on the heat treatment temperature, the type of carbon material, etc., but is preferably 0.5 hours to 24 hours, more preferably 1 hour to 6 hours. Within this time, the specific surface area of the activated carbonaceous material A can be effectively increased. Furthermore, when heat treatment is performed in an atmosphere in which O.sub.2 gas exists, the content of O.sub.2 gas is preferably 1% by volume to 30% by volume. Within this range, there is a tendency that the specific surface area of the activated carbonaceous material A can be effectively increased.

また、使用されるガス雰囲気をCOガス雰囲気にした場合の熱処理温度は、600℃~1000℃であることが好ましく、700℃~900℃であることがより好ましい。また、熱処理時間は熱処理温度、炭素材料の種類に応じて異なるが、0.5時間~24時間であることが好ましく、1時間~6時間であることがより好ましい。 When the gas atmosphere used is a CO 2 gas atmosphere, the heat treatment temperature is preferably 600°C to 1000°C, more preferably 700°C to 900°C. The heat treatment time varies depending on the heat treatment temperature and the type of carbon material, but is preferably 0.5 hours to 24 hours, more preferably 1 hour to 6 hours.

本開示において、BET比表面積は、液体窒素温度(77K)での窒素吸着を多点法で測定してBET法により算出する。
BET比表面積の測定を行う際には、試料表面及び構造中に吸着している水分がガス吸着能に影響を及ぼすと考えられることから、まず、加熱による水分除去の前処理を行うことが好ましい。
前処理では、例えば、0.05gの測定試料を投入した測定用セルを、真空ポンプで10Pa以下に減圧した後、例えば、110℃で加熱し、3時間以上保持した後、減圧した状態を保ったまま常温(25℃)まで自然冷却する。この前処理を行った後、評価温度を77Kとし、評価圧力範囲を相対圧(飽和蒸気圧に対する平衡圧力)にて1未満として測定してもよい。
In the present disclosure, the BET specific surface area is calculated by the BET method by measuring nitrogen adsorption at liquid nitrogen temperature (77K) by the multipoint method.
When measuring the BET specific surface area, it is considered that the water adsorbed in the sample surface and structure affects the gas adsorption capacity, so it is preferable to first perform a pretreatment to remove water by heating. .
In the pretreatment, for example, a measurement cell containing 0.05 g of a measurement sample is evacuated to 10 Pa or less by a vacuum pump, heated at 110° C., held for 3 hours or longer, and then kept in a reduced pressure state. Cool naturally to room temperature (25°C). After this pretreatment, the evaluation temperature may be set to 77 K, and the evaluation pressure range may be set to less than 1 relative pressure (equilibrium pressure with respect to saturated vapor pressure).

賦活化炭素性物質Aを準備する工程では、炭素性物質Aに対する賦活化炭素性物質AのBET比表面積の増加率は2%~50%であり、5%~50%であってもよい。炭素性物質Aに対する賦活化炭素性物質AのBET比表面積の増加率が2%未満であると、入力特性が僅かしか向上しない傾向にある。炭素性物質Aに対する賦活化炭素性物質AのBET比表面積の増加率が50%を超えると初期効率及び高温保存特性が悪化する傾向にある。 In the step of preparing the activated carbonaceous material A, the increase rate of the BET specific surface area of the activated carbonaceous material A with respect to the carbonaceous material A is 2% to 50%, and may be 5% to 50%. If the rate of increase in the BET specific surface area of the activated carbonaceous material A relative to that of the carbonaceous material A is less than 2%, the input characteristics tend to improve only slightly. When the rate of increase in the BET specific surface area of the activated carbonaceous material A relative to that of the carbonaceous material A exceeds 50%, the initial efficiency and high-temperature storage characteristics tend to deteriorate.

賦活化炭素性物質Aを準備する工程で用いられる炭素性物質Aは、特に限定されるものではない。
炭素性物質Aとしては、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン、黒鉛化炭素繊維等の黒鉛、低結晶性炭素、非晶質炭素、メソフェーズカーボンなどの炭素材料が挙げられる。
充放電容量を大きくする観点からは、炭素性物質Aは、黒鉛を含むことが好ましい。黒鉛の形状は特に制限されず、鱗片状、球状、塊状、繊維状等が挙げられる。高タップ密度を得る観点からは、球状であることが好ましい。
炭素性物質Aが球状天然黒鉛の場合、炭素性物質Aの体積平均粒子径(D50)は、5μm~30μmであることが好ましく、6μm~25μmであることがより好ましく、7μm~20μmであることがさらに好ましい。
炭素性物質Aが人造黒鉛の場合、炭素性物質Aの体積平均粒子径(D50)は、8μm~40μmであることが好ましく、10μm~35μmであることがより好ましく、12μm~30μmであることがさらに好ましい。
The carbonaceous material A used in the step of preparing the activated carbonaceous material A is not particularly limited.
Examples of the carbonaceous substance A include carbon materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized mesophase carbon, graphite such as graphitized carbon fiber, low-crystalline carbon, amorphous carbon, and mesophase carbon.
From the viewpoint of increasing the charge/discharge capacity, the carbonaceous substance A preferably contains graphite. The shape of graphite is not particularly limited, and may be scaly, spherical, massive, fibrous, or the like. From the viewpoint of obtaining a high tap density, it is preferably spherical.
When the carbonaceous substance A is spherical natural graphite, the volume average particle diameter (D 50 ) of the carbonaceous substance A is preferably 5 μm to 30 μm, more preferably 6 μm to 25 μm, and 7 μm to 20 μm. is more preferred.
When the carbonaceous substance A is artificial graphite, the volume average particle diameter (D 50 ) of the carbonaceous substance A is preferably 8 μm to 40 μm, more preferably 10 μm to 35 μm, and 12 μm to 30 μm. is more preferred.

炭素性物質Aが球状天然黒鉛の場合、炭素性物質AのBET比表面積は、5m/g~15m/gであることが好ましく、6m/g~13m/gであることがより好ましく、7m/g~11m/gであることがさらに好ましい。
炭素性物質Aが人造黒鉛の場合、炭素性物質AのBET比表面積は、1m/g~10m/gであることが好ましく、2m/g~8m/gであることがより好ましく、3m/g~7m/gであることがさらに好ましい。
When the carbonaceous substance A is spherical natural graphite, the BET specific surface area of the carbonaceous substance A is preferably 5 m 2 /g to 15 m 2 /g, more preferably 6 m 2 /g to 13 m 2 /g. It is more preferably 7 m 2 /g to 11 m 2 /g.
When the carbonaceous substance A is artificial graphite, the BET specific surface area of the carbonaceous substance A is preferably 1 m 2 /g to 10 m 2 /g, more preferably 2 m 2 /g to 8 m 2 /g. , 3 m 2 /g to 7 m 2 /g.

炭素性物質Aが球状天然黒鉛の場合、賦活化炭素性物質AのBET比表面積は、5m/g~23m/gであることが好ましく、6m/g~20m/gであることがより好ましく、7m/g~15m/gであることがさらに好ましい。
炭素性物質Aが人造黒鉛の場合、賦活化炭素性物質AのBET比表面積は、1m/g~13m/gであることが好ましく、2m/g~12m/gであることがより好ましく、3m/g~10m/gであることがさらに好ましい。
When the carbonaceous material A is spherical natural graphite, the BET specific surface area of the activated carbonaceous material A is preferably 5 m 2 /g to 23 m 2 /g, and more preferably 6 m 2 /g to 20 m 2 /g. is more preferred, and 7 m 2 /g to 15 m 2 /g is even more preferred.
When the carbonaceous substance A is artificial graphite, the BET specific surface area of the activated carbonaceous substance A is preferably 1 m 2 /g to 13 m 2 /g, more preferably 2 m 2 /g to 12 m 2 /g. More preferably, it is 3 m 2 /g to 10 m 2 /g.

本開示のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法においては、市販の賦活化炭素性物質Aを購入して準備することもできる。 In the method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present disclosure, a commercially available activated carbonaceous material A can be purchased and prepared.

人造黒鉛は、例えば、扁平状の粒子を複数、配向面(主面)が非平行となるように集合又は結合している黒鉛粒子(以下、「塊状黒鉛粒子」という)であってもよい。塊状黒鉛粒子を含むか否かは、走査型電子顕微鏡(SEM)による観察によって確認することができる。 The artificial graphite may be, for example, graphite particles (hereinafter referred to as “massive graphite particles”) in which a plurality of flattened particles are aggregated or combined so that the orientation planes (principal planes) are non-parallel. Whether or not massive graphite particles are contained can be confirmed by observation with a scanning electron microscope (SEM).

扁平状の粒子とは、長軸と短軸を有する形状の粒子のことであり、完全な球状でないものをいう。例えば鱗状、鱗片状、一部の塊状等の形状のものがこれに含まれる。塊状黒鉛粒子において、複数の扁平状の粒子の主面が非平行であるとは、扁平状の黒鉛粒子の最も断面積の大きい面(主面)が一定方向に揃っていないことをいう。 A flattened particle means a particle having a long axis and a short axis, and is not perfectly spherical. For example, those having shapes such as scaly, scaly, and partly lumpy are included. In the massive graphite particles, that the main surfaces of a plurality of flattened particles are non-parallel means that the surfaces (main surfaces) of the flattened graphite particles with the largest cross-sectional area are not aligned in a certain direction.

また塊状黒鉛粒子においては、扁平状の粒子は集合又は結合しているが、結合とは互いの粒子が、タール、ピッチ等の有機結着剤が炭素化された炭素質を介して、化学的に結合している状態をいう。また、集合とは互いの粒子が化学的に結合してはないが、その形状等に起因して、その集合体としての形状を保っている状態をいう。本発明においては、機械的な強度の面から、結合しているものが好ましい。
1つの塊状黒鉛粒子において、扁平状の粒子が集合又は結合する数としては特に制限されないが、3個以上であることが好ましく、5~20個であることがより好ましく、5個~15個であることがさらに好ましい。
Also, in massive graphite particles, flat particles are aggregated or bound together. It refers to the state of being bound to Aggregation refers to a state in which particles are not chemically bonded to each other, but maintain their aggregate shape due to their shape or the like. In the present invention, from the viewpoint of mechanical strength, it is preferable that they are bonded.
In one massive graphite particle, the number of aggregated or bonded flat particles is not particularly limited, but is preferably 3 or more, more preferably 5 to 20, and 5 to 15. It is even more preferable to have

-塊状黒鉛粒子の製造方法-
塊状黒鉛粒子の製造方法としては、所定の構造が形成される限り特に制限はない。例えば、黒鉛化可能な骨材又は黒鉛と黒鉛化可能なバインダ(有機結着剤)の合計量に対して黒鉛化触媒を1質量%~50質量%添加して混合し、焼成した後、粉砕することにより得ることができる。これにより、黒鉛化触媒の抜けた後に細孔が生成され、塊状黒鉛粒子として良好な特性が付与される。また、塊状黒鉛粒子は、黒鉛又は骨材とバインダとの混合方法、バインダ量等の混合割合の調整、焼成後の粉砕条件等を適宜選択することにより、所望の構成に調整することもできる。
-Method for producing massive graphite particles-
The method for producing the massive graphite particles is not particularly limited as long as a predetermined structure is formed. For example, 1% by mass to 50% by mass of a graphitization catalyst is added to the total amount of graphitizable aggregate or graphite and a graphitizable binder (organic binder), mixed, fired, and then pulverized. can be obtained by As a result, pores are generated after the graphitization catalyst is removed, and good properties are imparted to the massive graphite particles. In addition, the aggregated graphite particles can be adjusted to have a desired structure by appropriately selecting a mixing method of graphite or aggregate and a binder, adjustment of a mixing ratio such as an amount of binder, and pulverization conditions after sintering.

黒鉛化可能な骨材としては、例えば、コークス粉末、樹脂の炭化物等が使用できるが、黒鉛化できる粉末材料であれば特に制限はない。中でも、ニードルコークス等の黒鉛化しやすいコークス粉末が好ましい。また黒鉛としては、例えば天然黒鉛粉末、人造黒鉛粉末等が使用できるが粉末状であれば特に制限はない。黒鉛化可能な骨材又は黒鉛の体積平均粒子径は、塊状黒鉛粒子の体積平均粒子径より小さいことが好ましく、塊状黒鉛粒子の体積平均粒子径の2/3以下であることがより好ましい。また黒鉛化可能な骨材又は黒鉛は扁平状の粒子であることが好ましい。 As the aggregate that can be graphitized, for example, coke powder, resin carbide, etc. can be used, but there is no particular limitation as long as it is a powder material that can be graphitized. Among them, coke powder that is easily graphitized such as needle coke is preferable. As graphite, for example, natural graphite powder, artificial graphite powder, etc. can be used, but there is no particular limitation as long as it is in powder form. The volume average particle size of the graphitizable aggregate or graphite is preferably smaller than the volume average particle size of the massive graphite particles, more preferably 2/3 or less of the volume average particle size of the massive graphite particles. Also, the graphitizable aggregate or graphite is preferably flat particles.

黒鉛化可能な骨材又は黒鉛が扁平状の粒子である場合、球状天然黒鉛等の球状の黒鉛粒子を併用してもよい。
円形度としては、粒子配向制御の観点から、0.60~0.95が好ましく、0.65~0.95がより好ましく、0.70~0.95がさらに好ましい。
ここで円形度とは、黒鉛粒子の投影面積と同じ面積を持つ円の直径である円相当径から算出される円としての周囲長を、黒鉛粒子の投影像から測定される周囲長(輪郭線の長さ)で除して得られる数値であり、下記式で求められる。尚、円形度は真円では1.00となる。
円形度=(相当円の周囲長)/(粒子断面像の周囲長)
具体的に円形度は、走査式電子顕微鏡で倍率1000倍に拡大した画像を観察し、任意に10個の黒鉛粒子を選択し、個々の粒子の円形度を測定し、その算術平均値として算出される平均円形度である。なお、円形度並びに相当円の周囲長及び粒子の投影像の周囲長は、市販されている画像解析ソフトによって求めることが可能である。
When graphitizable aggregates or graphite are flat particles, spherical graphite particles such as spherical natural graphite may be used in combination.
The degree of circularity is preferably 0.60 to 0.95, more preferably 0.65 to 0.95, and even more preferably 0.70 to 0.95, from the viewpoint of grain orientation control.
Here, the degree of circularity is defined as the perimeter of a circle calculated from the circle-equivalent diameter, which is the diameter of a circle having the same area as the projected area of the graphite particle, and the perimeter measured from the projected image of the graphite particle (contour line is a numerical value obtained by dividing by the length of ) and is obtained by the following formula. The degree of circularity is 1.00 for a perfect circle.
Circularity = (perimeter of equivalent circle)/(perimeter of particle cross-sectional image)
Specifically, the circularity is obtained by observing an image magnified 1000 times with a scanning electron microscope, arbitrarily selecting 10 graphite particles, measuring the circularity of each particle, and calculating the arithmetic average value. is the average circularity The degree of circularity, the perimeter of the equivalent circle, and the perimeter of the projected image of the particle can be determined by commercially available image analysis software.

黒鉛化触媒としては、例えば鉄、ニッケル、チタン、珪素、硼素等の金属又は半金属、これらの炭化物、酸化物などの黒鉛化触媒が使用できる。これらの中で、珪素又は硼素の炭化物又は酸化物が好ましい。これらの黒鉛化触媒の添加量は、得られる塊状黒鉛粒子に対して好ましくは1質量%~50質量%の範囲、より好ましくは5質量%~40質量%の範囲、さらに好ましくは5質量%~30質量%の範囲とされる。1質量%以上であれば塊状黒鉛粒子のアスペクト比及び比表面積の増大を抑制して、黒鉛の結晶の発達を良好にする傾向にあり、一方50質量%以下であれば均一に混合しやすく作業性がそこなわれない傾向にあるため、それぞれ好ましい。 As the graphitization catalyst, for example, metals such as iron, nickel, titanium, silicon and boron, semimetals, carbides and oxides thereof can be used. Among these, carbides or oxides of silicon or boron are preferred. The amount of these graphitization catalysts added is preferably in the range of 1% by mass to 50% by mass, more preferably in the range of 5% by mass to 40% by mass, still more preferably from 5% by mass to The range is 30% by mass. If it is 1% by mass or more, it tends to suppress the increase in the aspect ratio and specific surface area of the massive graphite particles and improve the development of graphite crystals. Each is preferred because it tends not to impair the properties.

バインダ(有機結着剤)は焼成により黒鉛化可能であれば特に制限されない、例えば、タール、ピッチ、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の有機系材料を挙げることができる。またバインダは、扁平状の黒鉛化可能な骨材又は黒鉛に対し、5質量%~80質量%添加することが好ましく、10質量%~80質量%添加することがより好ましく、15質量%~80質量%添加することがさらに好ましい。バインダの添加量を適切な量とすることで、製造される塊状黒鉛粒子のアスペクト比又は比表面積が大きくなりすぎることを抑制できる傾向にある。
黒鉛化可能な骨材又は黒鉛とバインダの混合方法は、特に制限はなく、ニーダー等を用いて行われるが、バインダの軟化点以上の温度で混合することが好ましい。具体的にはバインダがピッチ、タール等の際には、50℃~300℃であることが好ましく、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂等の場合には、20℃~100℃であることが好ましい。
The binder (organic binder) is not particularly limited as long as it can be graphitized by firing. Examples include organic materials such as tar, pitch, thermosetting resins, and thermoplastic resins. Further, the binder is preferably added in an amount of 5% by mass to 80% by mass, more preferably 10% by mass to 80% by mass, and 15% by mass to 80% by mass of the flat graphitizable aggregate or graphite. More preferably, it is added in mass %. By setting the amount of the binder added to an appropriate amount, it tends to be possible to suppress the aspect ratio or the specific surface area of the produced massive graphite particles from becoming too large.
The method of mixing the graphitizable aggregate or graphite with the binder is not particularly limited and may be carried out using a kneader or the like, but mixing at a temperature above the softening point of the binder is preferred. Specifically, when the binder is pitch, tar, etc., the temperature is preferably 50°C to 300°C, and when the binder is a thermosetting resin, a thermoplastic resin, etc., the temperature is preferably 20°C to 100°C. .

次に上記の混合物を焼成し、黒鉛化処理を行う。なお、この処理の前に上記混合物を所定形状に成形してもよい。さらに、成形後、黒鉛化前に粉砕し、粒径を調整した後、黒鉛化を行ってもよい。焼成は混合物が酸化し難い条件で行うことが好ましく、例えば窒素雰囲気中、アルゴンガス雰囲気中又は真空中で焼成する方法が挙げられる。黒鉛化の温度は、2000℃以上が好ましく、2500℃以上であることがより好ましく、2800℃~3200℃であることがさらに好ましい。
黒鉛化の温度が2000℃以上であることで、黒鉛の結晶の発達が良好になり、放電容量が向上する傾向がある。また添加した黒鉛化触媒が、製造される塊状黒鉛粒子に残存することを抑制できる傾向にある。黒鉛化触媒が塊状黒鉛粒子中に残存すると、放電容量が低下する場合があるため、残存が抑制されることが好ましい。一方、黒鉛化の温度が3200℃以下であれば、黒鉛が昇華することを抑制できる傾向にある。
Next, the above mixture is fired and graphitized. The mixture may be formed into a predetermined shape before this treatment. Further, after molding, the material may be pulverized before graphitization to adjust the particle size, and then graphitization may be performed. The firing is preferably carried out under conditions in which the mixture is not easily oxidized, and examples thereof include a method of firing in a nitrogen atmosphere, an argon gas atmosphere, or in vacuum. The graphitization temperature is preferably 2000°C or higher, more preferably 2500°C or higher, and even more preferably 2800°C to 3200°C.
When the graphitization temperature is 2000° C. or higher, the graphite crystals are well developed, and the discharge capacity tends to be improved. In addition, there is a tendency that the added graphitization catalyst can be suppressed from remaining in the produced massive graphite particles. If the graphitization catalyst remains in the massive graphite particles, the discharge capacity may decrease, so it is preferable to suppress the remaining graphitization catalyst. On the other hand, if the graphitization temperature is 3200° C. or less, it tends to be possible to suppress the sublimation of graphite.

黒鉛化前に粒径を調整しない場合、黒鉛化処理により得られた黒鉛化物を所望の体積平均粒子径となるように粉砕することが好ましい。黒鉛化物の粉砕方法は、特に制限はないが、ジェットミル、振動ミル、ピンミル、ハンマーミル等の既知の方法をとることができる。上記に示す製造方法を経ることにより、扁平状の粒子を複数、主面が非平行となるように集合又は結合している黒鉛粒子、即ち、塊状黒鉛粒子を得ることができる。
さらに上記製造方法の詳細は、特許3285520号公報、特許3325021号公報等を参照することもできる。
また、得られた塊状黒鉛粒子の表面を低結晶性の炭素でコートしてもよい。
If the particle size is not adjusted before graphitization, it is preferable to pulverize the graphitized material obtained by the graphitization treatment so as to have a desired volume average particle size. The method of pulverizing the graphitized material is not particularly limited, but known methods such as jet mills, vibration mills, pin mills and hammer mills can be used. Through the production method described above, graphite particles in which a plurality of flattened particles are aggregated or combined so that their main surfaces are non-parallel, that is, massive graphite particles can be obtained.
Furthermore, Japanese Patent No. 3285520, Japanese Patent No. 3325021, etc. can be referred to for details of the above manufacturing method.
In addition, the surfaces of the obtained massive graphite particles may be coated with low-crystalline carbon.

<混合物を得る工程>
混合物を得る工程では、賦活化炭素性物質Aと、炭素性物質Aとは異なる炭素性物質Bの元となる炭素性物質前駆体とが混合される。
<Step of obtaining a mixture>
In the step of obtaining the mixture, the activated carbonaceous material A and a carbonaceous material precursor from which the carbonaceous material B different from the carbonaceous material A is derived are mixed.

入出力特性を向上する観点からは、炭素性物質Bは、結晶性炭素及び非晶質炭素の少なくとも一方を含むことが好ましい。例えば、熱処理により炭素質に変化しうる有機化合物(以下、炭素性物質Bの元となる炭素性物質前駆体を、炭素性物質Bの前駆体とも称する)から得られる炭素質の物質であることが好ましい。炭素性物質Bとしては、具体的には、低結晶性炭素、非晶質炭素、メソフェーズカーボン等の炭素材料が挙げられる。 From the viewpoint of improving input/output characteristics, the carbonaceous substance B preferably contains at least one of crystalline carbon and amorphous carbon. For example, it is a carbonaceous substance obtained from an organic compound that can be converted to carbonaceous by heat treatment (hereinafter, a carbonaceous substance precursor that is a source of carbonaceous substance B is also referred to as a precursor of carbonaceous substance B). is preferred. Specific examples of the carbonaceous substance B include carbon materials such as low-crystalline carbon, amorphous carbon, and mesophase carbon.

炭素性物質Bの前駆体は特に制限されず、ピッチ、有機高分子化合物等が挙げられる。ピッチとしては、エチレンヘビーエンドピッチ、原油ピッチ、コールタールピッチ、アスファルト分解ピッチ、ポリ塩化ビニル等を熱分解して作製されるピッチ、ナフタレン等を超強酸存在下で重合させて作製されるピッチなどが挙げられる。
有機高分子化合物としては、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール等の熱可塑性樹脂、デンプン、セルロース等の天然物質などが挙げられる。
Precursors of the carbonaceous substance B are not particularly limited, and include pitch, organic polymer compounds, and the like. Examples of pitch include ethylene heavy end pitch, crude oil pitch, coal tar pitch, asphalt cracked pitch, pitch produced by thermally decomposing polyvinyl chloride, etc., pitch produced by polymerizing naphthalene in the presence of super strong acid, etc. is mentioned.
Examples of organic polymer compounds include thermoplastic resins such as polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate and polyvinyl butyral, and natural substances such as starch and cellulose.

炭素性物質Bの前駆体としてピッチが用いられる場合、ピッチの軟化点は70℃~250℃であることが好ましく、75℃~150℃であることがより好ましく、80℃~120℃であることがさらに好ましい。
ピッチの軟化点はJIS K 2425:2006に記載のタールピッチの軟化点測定方法(環球法)によって求められた値をいう。
炭素性物質Bの前駆体の残炭率は、5質量%~80質量%であることが好ましく、10質量%~70質量%であることがより好ましく、20質量%~60質量%であることがさらに好ましい。残炭率の測定方法は、後述する。
When pitch is used as a precursor of the carbonaceous substance B, the softening point of the pitch is preferably 70°C to 250°C, more preferably 75°C to 150°C, and 80°C to 120°C. is more preferred.
The softening point of the pitch is a value determined by the tar pitch softening point measuring method (ring and ball method) described in JIS K 2425:2006.
The residual carbon content of the precursor of the carbonaceous substance B is preferably 5% by mass to 80% by mass, more preferably 10% by mass to 70% by mass, and 20% by mass to 60% by mass. is more preferred. A method for measuring the residual coal rate will be described later.

混合物は、必要に応じて、炭素性物質Bの前駆体の他に、粒子状のその他の炭素性物質B(炭素質粒子)を含んでもよい。混合物が炭素性物質Bの前駆体と共に炭素質粒子を含む場合、炭素性物質Bの前駆体から形成される炭素性物質Bと炭素質粒子とは、同じであっても異なっていてもよい。
その他の炭素性物質Bとして用いられる炭素質粒子は特に制限されず、アセチレンブラック、オイルファーネスブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、サーマルブラック、土状黒鉛等の粒子が挙げられる。
The mixture may contain other particulate carbonaceous substance B (carbonaceous particles) in addition to the precursor of carbonaceous substance B, if necessary. When the mixture includes carbonaceous particles together with a precursor of carbonaceous material B, the carbonaceous material B and the carbonaceous particles formed from the precursor of carbonaceous material B may be the same or different.
Carbonaceous particles used as the other carbonaceous substance B are not particularly limited, and examples thereof include particles of acetylene black, oil furnace black, ketjen black, channel black, thermal black, earthy graphite, and the like.

混合物を得る工程において、混合物中の賦活化炭素性物質A及び炭素性物質Bの前駆体の含有率は、特に制限されない。入出力特性の観点からは、炭素性物質Bの前駆体の含有率は、リチウムイオン二次電池用負極材の総質量における炭素性物質Bの含有率が0.1質量%以上となる量であることが好ましく、0.5質量%以上となる量であることがより好ましく、1質量%以上となる量であることがさらに好ましい。容量の低下を抑制する観点からは、炭素性物質Bの前駆体の含有率は、リチウムイオン二次電池用負極材の総質量における炭素性物質Bの含有率が30質量%以下となる量であることが好ましく、20質量%以下となる量であることがより好ましく、10質量%以下となる量であることがさらに好ましい。 In the step of obtaining the mixture, the content of the activated carbonaceous substance A and the precursor of the carbonaceous substance B in the mixture is not particularly limited. From the viewpoint of input/output characteristics, the content of the precursor of the carbonaceous material B is such that the content of the carbonaceous material B in the total mass of the negative electrode material for a lithium ion secondary battery is 0.1% by mass or more. It is preferably 0.5% by mass or more, more preferably 1% by mass or more. From the viewpoint of suppressing a decrease in capacity, the content of the precursor of the carbonaceous substance B is such that the content of the carbonaceous substance B in the total mass of the negative electrode material for a lithium ion secondary battery is 30% by mass or less. The amount is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less.

混合物を得る工程において、賦活化炭素性物質Aと炭素性物質Bの前駆体とを含む混合物の調製方法は、特に制限されない。例えば、賦活化炭素性物質A及び炭素性物質Bの前駆体を溶媒に混合した後に溶媒を除去する方法(湿式混合)、賦活化炭素性物質A及び炭素性物質Bの前駆体を粉体の状態で混合する方法(粉体混合)並びに力学的エネルギーを加えながら賦活化炭素性物質A及び炭素性物質Bの前駆体を混合する方法(メカニカル混合)が挙げられる。 In the step of obtaining the mixture, the method of preparing the mixture containing the activated carbonaceous substance A and the precursor of the carbonaceous substance B is not particularly limited. For example, a method of mixing the precursors of activated carbonaceous substance A and carbonaceous substance B with a solvent and then removing the solvent (wet mixing), a method of mixing precursors of activated carbonaceous substance A and carbonaceous substance B into powder, A method of mixing in a state (powder mixing) and a method of mixing precursors of activated carbonaceous substance A and carbonaceous substance B while applying mechanical energy (mechanical mixing) can be mentioned.

賦活化炭素性物質Aと炭素性物質Bの前駆体と、を含む混合物は、複合化された状態であることが好ましい。複合化された状態とは、それぞれの材料が物理的又は化学的に接触している状態であることを意味する。 The mixture containing the activated carbonaceous material A and the precursor of the carbonaceous material B is preferably in a composite state. A composite state means a state in which each material is physically or chemically in contact with each other.

<焼成物を得る工程>
焼成物を得る工程では、混合物を熱処理して焼成物を得る。
賦活化炭素性物質Aと炭素性物質Bの前駆体とを含む混合物を熱処理する際の熱処理温度は、特に制限されない。例えば、熱処理は、700℃~1500℃の温度条件下で行われることが好ましく、750℃~1300℃の温度条件下で行われることがより好ましく、800℃~1200℃の温度条件下で行われることがさらに好ましい。炭素性物質Bの前駆体の炭素化を充分に進行させる観点からは、熱処理は700℃以上の温度条件下で行われることが好ましく、入力特性の向上の観点からは熱処理は1500℃以下の温度条件下で行われることが好ましい。また、熱処理温度が上述の範囲内であれば、初期効率及び入出力特性が向上する傾向にある。熱処理温度は、熱処理の開始から終了まで一定であっても、変化してもよい。
賦活化炭素性物質Aと炭素性物質Bの前駆体とを含む混合物を熱処理する際の処理時間は、使用する炭素性物質Bの前駆体の種類によって、適宜異なる。例えば、炭素性物質Bの前駆体として軟化点が100℃(±20℃)のコールタールピッチを使用した場合は、400℃までは、10℃/分以下の速度で昇温させることが好ましい。また、昇温過程を含む合計の熱処理時間は、2時間~18時間であることが好ましく、3時間~15時間であることがより好ましく、4時間~12時間であることがさらに好ましい。
<Step of obtaining fired product>
In the step of obtaining the fired product, the mixture is heat-treated to obtain the fired product.
The heat treatment temperature when heat-treating the mixture containing the activated carbonaceous material A and the precursor of the carbonaceous material B is not particularly limited. For example, the heat treatment is preferably performed under temperature conditions of 700°C to 1500°C, more preferably under temperature conditions of 750°C to 1300°C, and further preferably under temperature conditions of 800°C to 1200°C. is more preferred. From the viewpoint of sufficiently advancing the carbonization of the precursor of the carbonaceous substance B, the heat treatment is preferably performed at a temperature of 700°C or higher, and from the viewpoint of improving the input characteristics, the heat treatment is performed at a temperature of 1500°C or lower. It is preferably carried out under conditions. Also, if the heat treatment temperature is within the above range, the initial efficiency and input/output characteristics tend to improve. The heat treatment temperature may be constant or may vary from the beginning to the end of the heat treatment.
The treatment time for the heat treatment of the mixture containing the activated carbonaceous material A and the precursor of the carbonaceous material B varies as appropriate depending on the type of the precursor of the carbonaceous material B used. For example, when coal tar pitch with a softening point of 100° C. (±20° C.) is used as the precursor of the carbonaceous substance B, it is preferable to raise the temperature up to 400° C. at a rate of 10° C./min or less. Further, the total heat treatment time including the heating process is preferably 2 hours to 18 hours, more preferably 3 hours to 15 hours, and even more preferably 4 hours to 12 hours.

賦活化炭素性物質Aと炭素性物質Bの前駆体とを含む混合物を熱処理する際の雰囲気は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気であれば特に限定されず、工業的な観点から窒素ガス雰囲気であることが好ましい。 The atmosphere in which the mixture containing the activated carbonaceous substance A and the precursor of the carbonaceous substance B is heat-treated is not particularly limited as long as it is an inert gas atmosphere such as nitrogen gas or argon gas, and from an industrial point of view. A nitrogen gas atmosphere is preferred.

焼成物を得る工程は、焼成物のBET比表面積を0.5m/g~10m/gにする工程であることが好ましく、1m/g~8m/gにする工程であることがより好ましく、2m/g~6m/gにする工程であることがさらに好ましい。
なお、焼成物のBET比表面積とは、後述する解砕後の焼成物のBET比表面積をいう。
混合物を熱処理する際の処理温度を高くすることで、焼成物のBET比表面積は小さくなる傾向にある。混合物を熱処理する際の処理温度を低くすることで、焼成物のBET比表面積は大きくなる傾向にある。
The step of obtaining the fired product is preferably a step of setting the BET specific surface area of the fired product to 0.5 m 2 /g to 10 m 2 /g, more preferably 1 m 2 /g to 8 m 2 /g. More preferably, it is a step of 2 m 2 /g to 6 m 2 /g.
The BET specific surface area of the baked product refers to the BET specific surface area of the baked product after pulverization, which will be described later.
The BET specific surface area of the fired product tends to decrease by raising the treatment temperature when heat-treating the mixture. By lowering the treatment temperature when heat-treating the mixture, the BET specific surface area of the baked product tends to increase.

炭素性物質Bの結晶性は、賦活化炭素性物質Aの結晶性よりも低いことが好ましい。炭素性物質Bの結晶性が賦活化炭素性物質Aの結晶性よりも低いことで、入力特性が向上する傾向にある。
賦活化炭素性物質A及び炭素性物質Bの結晶性の高低は、例えば、透過型電子顕微鏡(TEM)による観察結果に基づいて判断することができる。
また、焼成物を得る工程で得られた焼成物は、カッターミル、フェーザーミル、ジューサーミキサー等で解砕してもよい。また、解砕された焼成物を篩分けしてもよい。
The crystallinity of the carbonaceous material B is preferably lower than the crystallinity of the activated carbonaceous material A. Since the crystallinity of the carbonaceous material B is lower than that of the activated carbonaceous material A, the input characteristics tend to be improved.
The degree of crystallinity of the activated carbonaceous material A and the carbonaceous material B can be determined, for example, based on observation results with a transmission electron microscope (TEM).
Also, the baked product obtained in the step of obtaining the baked product may be pulverized with a cutter mill, a phaser mill, a juicer-mixer, or the like. Moreover, you may sift the crushed baked material.

<リチウムイオン二次電池用負極材>
本開示のリチウムイオン二次電池用負極材は、炭素性物質AAと、前記炭素性物質AAとは異なる炭素性物質Bとを含有し、空気雰囲気下600℃で30分間熱処理したときに、前記熱処理する前のBET比表面積に対する前記熱処理した後のBET比表面積の比(熱処理後/熱処理前)が2.5以上となるリチウムイオン二次電池用負極材である。
<Negative electrode material for lithium ion secondary battery>
The negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present disclosure contains a carbonaceous substance AA and a carbonaceous substance B different from the carbonaceous substance AA, and when heat-treated at 600 ° C. for 30 minutes in an air atmosphere, the above The negative electrode material for a lithium ion secondary battery has a ratio of the BET specific surface area after heat treatment to the BET specific surface area before heat treatment (after heat treatment/before heat treatment) of 2.5 or more.

本開示のリチウムイオン二次電池用負極材は、例えば、炭素性物質AAを含む粒子の表面の少なくとも一部に炭素性物質Bが存在する形態であってもよい。炭素性物質AAを含む粒子の表面に炭素性物質Bが存在するか否かは、透過型電子顕微鏡観察で確認することができる。 The negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present disclosure may be, for example, in a form in which the carbonaceous substance B is present on at least part of the surface of particles containing the carbonaceous substance AA. Whether or not the carbonaceous substance B exists on the surface of the particles containing the carbonaceous substance AA can be confirmed by observation with a transmission electron microscope.

本開示のリチウムイオン二次電池用負極材は、本開示のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法により製造されたものであってもよい。但し、本開示のリチウムイオン二次電池用負極材は、本開示の製造方法により製造されたものに限定されない。
リチウムイオン二次電池用負極材が、本開示の製造方法により製造されたものである場合には、炭素性物質AAを含む粒子は、賦活化炭素性物質Aである。しかしながら、本開示のリチウムイオン二次電池用負極材では、炭素性物質AAを含む粒子は、上述の賦活化処理を施したものでなくともよい。
The negative electrode material for lithium ion secondary batteries of the present disclosure may be produced by the method for producing a negative electrode material for lithium ion secondary batteries of the present disclosure. However, the negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present disclosure is not limited to that produced by the production method of the present disclosure.
The particles containing the carbonaceous material AA are the activated carbonaceous material A when the negative electrode material for a lithium ion secondary battery is produced by the production method of the present disclosure. However, in the negative electrode material for a lithium ion secondary battery of the present disclosure, the particles containing the carbonaceous substance AA may not be subjected to the activation treatment described above.

炭素性物質AAとしては、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化メソフェーズカーボン、黒鉛化炭素繊維等の黒鉛、低結晶性炭素、非晶質炭素、メソフェーズカーボンなどの炭素材料が挙げられる。炭素性物質AAとしての人造黒鉛は、炭素性物質Aで説明したものを挙げることができ、好ましい態様についても同様である。 Examples of the carbonaceous substance AA include carbon materials such as artificial graphite, natural graphite, graphitized mesophase carbon, graphite such as graphitized carbon fiber, low-crystalline carbon, amorphous carbon, and mesophase carbon. Examples of the artificial graphite as the carbonaceous substance AA include those described for the carbonaceous substance A, and preferred embodiments are also the same.

炭素性物質Bとしては、上述の製造方法において説明したものを挙げることができ、好ましい形態についても同様である。 Examples of the carbonaceous substance B include those described in the above-described production method, and the same applies to preferred forms.

例えば、リチウムイオン二次電池用負極材が、核としての炭素性物質AAを含む粒子(例えば、賦活化炭素性物質A)と、炭素性物質AAを含む粒子の表面の少なくとも一部に存在し、炭素性物質AAよりも結晶性が低い炭素性物質Bと、を含む場合(「リチウムイオン二次電池用負極材X」ともいう)、炭素性物質AA及び炭素性物質Bの種類は、炭素性物質Bの結晶性が炭素性物質AAの結晶性よりも低いという条件を満たすものであれば特に制限されない。 For example, a negative electrode material for a lithium ion secondary battery is present on particles containing carbonaceous material AA as nuclei (for example, activated carbonaceous material A) and at least part of the surface of particles containing carbonaceous material AA. , and a carbonaceous substance B having a lower crystallinity than the carbonaceous substance AA (also referred to as “negative electrode material X for a lithium ion secondary battery”), the types of the carbonaceous substance AA and the carbonaceous substance B are carbon It is not particularly limited as long as it satisfies the condition that the crystallinity of the carbonaceous substance B is lower than that of the carbonaceous substance AA.

リチウムイオン二次電池用負極材Xは、表面の少なくとも一部に、炭素性物質AAよりも結晶性の低い炭素性物質Bが存在する。このリチウムイオン二次電池用負極材を、空気雰囲気下600℃で30分間熱処理(以下、「熱処理X」ともいう)すると、表面に存在する炭素性物質Bが除去される。
つまり、熱処理Xを行った後でBET比表面積を測定すると、炭素性物質AAを含む粒子の表面状態に関係するBET比表面積が得られる。例えば、本開示の製造方法により製造されたリチウムイオン二次電池用負極材の場合、熱処理Xを行った後では、賦活化炭素性物質Aの表面状態に関係するBET比表面積が得られる。
The negative electrode material X for a lithium ion secondary battery has a carbonaceous material B having a lower crystallinity than the carbonaceous material AA on at least part of the surface. When this negative electrode material for a lithium ion secondary battery is heat-treated at 600° C. for 30 minutes in an air atmosphere (hereinafter also referred to as “heat treatment X”), the carbonaceous substance B existing on the surface is removed.
That is, when the BET specific surface area is measured after the heat treatment X is performed, the BET specific surface area related to the surface state of the particles containing the carbonaceous substance AA can be obtained. For example, in the case of the negative electrode material for a lithium ion secondary battery manufactured by the manufacturing method of the present disclosure, after performing the heat treatment X, the BET specific surface area related to the surface state of the activated carbonaceous material A is obtained.

熱処理Xを行う前のリチウムイオン二次電池用負極材のBET比表面積(1)に対する、熱処理Xを行った後のリチウムイオン二次電池用負極材のBET比表面積(2)の比〔(2)/(1)〕は、2.5以上であり、入力特性の観点から、3.0以上であることが好ましく、3.5以上であることがより好ましく、3.8以上であることがさらに好ましい。
BET比表面積の比〔(2)/(1)〕は、初期効率及び高温保存特性の観点から、6.0以下であることが好ましく、5.5以下であることがより好ましく、5.3以下であることがさらに好ましく、5.0以下であることが特に好ましい。
The ratio of the BET specific surface area (2) of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries after heat treatment X to the BET specific surface area (1) of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries before heat treatment X [(2 )/(1)] is 2.5 or more, preferably 3.0 or more, more preferably 3.5 or more, and 3.8 or more from the viewpoint of input characteristics. More preferred.
The BET specific surface area ratio [(2)/(1)] is preferably 6.0 or less, more preferably 5.5 or less, and 5.3 from the viewpoint of initial efficiency and high-temperature storage characteristics. It is more preferably 5.0 or less, particularly preferably 5.0 or less.

熱処理Xを行う前のリチウムイオン二次電池用負極材のBET比表面積(1)は、入力特性と保存特性の観点から、0.5m/g~10m/gであることが好ましく、1m/g~8m/gであることがより好ましく、2m/g~6m/gであることがさらに好ましい。 The BET specific surface area (1) of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries before heat treatment X is preferably 0.5 m 2 /g to 10 m 2 /g from the viewpoint of input characteristics and storage characteristics, and 1 m 2 /g to 8 m 2 /g, more preferably 2 m 2 /g to 6 m 2 /g.

熱処理Xを行った後のリチウムイオン二次電池用負極材のBET比表面積(2)は、リチウムイオン二次電池用負極材の体積平均粒子径(D50)、種類等により、適宜設定することが好ましい。入力特性、初期効率及び高温保存特性の観点からは、例えば、1m/g~35m/gであることが好ましく、2m/g~35m/gであることがより好ましく、4m/g~35m/gであることがさらに好ましく、5m/g~30m/gであることが特に好ましく、5m/g~20m/gであることが極めて好ましい。 The BET specific surface area (2) of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries after heat treatment X is appropriately set according to the volume average particle diameter (D 50 ), type, etc. of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries. is preferred. From the viewpoint of input characteristics, initial efficiency, and high-temperature storage characteristics, for example, it is preferably 1 m 2 /g to 35 m 2 /g, more preferably 2 m 2 /g to 35 m 2 /g, and 4 m 2 /g. more preferably 5 m 2 /g to 30 m 2 /g, most preferably 5 m 2 /g to 20 m 2 /g.

炭素性物質AAが球状天然黒鉛の場合、熱処理Xを行った後のBET比表面積(2)は、5m/g~30m/gであることが好ましく、6m/g~26m/gであることがより好ましく、7m/g~20m/gであることがさらに好ましい。
炭素性物質AAが人造黒鉛の場合、熱処理Xを行った後のBET比表面積(2)は、1m/g~17m/gであることが好ましく、2m/g~16m/gであることがより好ましく、3m/g~13m/gであることがさらに好ましい。
When the carbonaceous material AA is spherical natural graphite, the BET specific surface area (2) after the heat treatment X is preferably 5 m 2 /g to 30 m 2 /g, more preferably 6 m 2 /g to 26 m 2 /g. and more preferably 7 m 2 /g to 20 m 2 /g.
When the carbonaceous material AA is artificial graphite, the BET specific surface area (2) after the heat treatment X is preferably 1 m 2 /g to 17 m 2 /g, more preferably 2 m 2 /g to 16 m 2 /g. more preferably 3 m 2 /g to 13 m 2 /g.

リチウムイオン二次電池用負極材における炭素性物質AA(例えば、賦活化炭素性物質A)の含有率及び炭素性物質Bの含有率は、特に制限されない。入出力特性の向上の観点からは、リチウムイオン二次電池用負極材の総質量における炭素性物質Bの含有率は、0.1質量%以上であることが好ましく、0.5質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることがさらに好ましい。容量の低下を抑制する観点からは、リチウムイオン二次電池用負極材の総質量における炭素性物質Bの含有率は、30質量%以下であることが好ましく、20質量%以下であることがより好ましく、10質量%以下であることがさらに好ましい。なお、炭素性物質Bとして、炭素性物質Bの前駆体の熱処理により形成された炭素性物質Bの他に、炭素質粒子が併用される場合、炭素性物質Bの含有率は、両者の合計の含有率をいう。 The content of the carbonaceous substance AA (for example, the activated carbonaceous substance A) and the content of the carbonaceous substance B in the negative electrode material for a lithium ion secondary battery are not particularly limited. From the viewpoint of improving the input/output characteristics, the content of the carbonaceous material B in the total mass of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries is preferably 0.1% by mass or more, and is preferably 0.5% by mass or more. It is more preferable that the content is 1% by mass or more. From the viewpoint of suppressing a decrease in capacity, the content of the carbonaceous substance B in the total mass of the negative electrode material for a lithium ion secondary battery is preferably 30% by mass or less, more preferably 20% by mass or less. It is preferably 10% by mass or less, and more preferably 10% by mass or less. As the carbonaceous substance B, when carbonaceous particles are used in addition to the carbonaceous substance B formed by heat treatment of the precursor of the carbonaceous substance B, the content of the carbonaceous substance B is the total of both. refers to the content of

リチウムイオン二次電池用負極材における炭素性物質Bの含有率は、炭素性物質Bの前駆体の量から計算する場合は、炭素性物質Bの前駆体の量にその残炭率(質量%)を乗じることで計算できる。炭素性物質Bの前駆体の残炭率は、炭素性物質Bの前駆体を単独で(又は所定割合の炭素性物質Bの前駆体と炭素性物質AA(例えば、賦活化炭素性物質A)の混合物の状態で)炭素性物質Bの前駆体が炭素質に変化しうる温度で熱処理し、熱処理前の炭素性物質Bの前駆体の質量と、熱処理後の炭素性物質Bの前駆体に由来する炭素性物質Bの質量とから、計算することができる。熱処理前の炭素性物質Bの前駆体の質量及び熱処理後の炭素性物質Bの前駆体に由来する炭素性物質Bの質量は、熱重量分析等により求めることができる。 The content of the carbonaceous material B in the negative electrode material for a lithium ion secondary battery, when calculated from the amount of the precursor of the carbonaceous material B, is the amount of the precursor of the carbonaceous material B and its residual carbon rate (mass% ) can be calculated by multiplying The carbon residue rate of the precursor of carbonaceous material B is determined by the precursor of carbonaceous material B alone (or the precursor of carbonaceous material B and carbonaceous material AA (for example, activated carbonaceous material A) at a predetermined ratio. in the state of the mixture) is heat-treated at a temperature at which the precursor of the carbonaceous material B can change to carbonaceous, and the mass of the precursor of the carbonaceous material B before the heat treatment and the precursor of the carbonaceous material B after the heat treatment are It can be calculated from the mass of the carbonaceous substance B derived. The mass of the precursor of the carbonaceous material B before the heat treatment and the mass of the carbonaceous material B derived from the precursor of the carbonaceous material B after the heat treatment can be determined by thermogravimetric analysis or the like.

リチウムイオン二次電池用負極材における、X線回折法により求められる平均面間隔d002は、0.340nm以下であることが好ましい。平均面間隔d002が0.340nm以下であると、リチウムイオン二次電池の初期効率とエネルギー密度の双方に優れる傾向にある。
平均面間隔d002の値は、0.3354nmが黒鉛結晶の理論値であり、この値に近いほどエネルギー密度が大きくなる傾向にある。
The average interplanar spacing d 002 of the negative electrode material for a lithium ion secondary battery determined by X-ray diffraction is preferably 0.340 nm or less. When the average interplanar spacing d 002 is 0.340 nm or less, the lithium ion secondary battery tends to be excellent in both initial efficiency and energy density.
The value of the average interplanar spacing d 002 is 0.3354 nm, which is the theoretical value for graphite crystals, and the closer to this value, the higher the energy density tends to be.

リチウムイオン二次電池用負極材の平均面間隔d002は、X線(CuKα線)をリチウムイオン二次電池用負極材である試料に照射し、回折線をゴニオメーターにより測定して得た回折プロファイルより、回折角2θ=24°~27°付近に現れる炭素002面に対応した回折ピークより、ブラッグの式を用いて算出することができる。 The average interplanar spacing d 002 of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries is obtained by irradiating a sample that is a negative electrode material for lithium ion secondary batteries with X-rays (CuKα rays) and measuring the diffraction line with a goniometer. From the profile, it can be calculated using Bragg's equation from the diffraction peak corresponding to the carbon 002 plane that appears around the diffraction angle 2θ=24° to 27°.

リチウムイオン二次電池用負極材の平均面間隔d002の値は、例えば、リチウムイオン二次電池用負極材を作製する際の熱処理の温度を高くすることで小さくなる傾向がある。従って、リチウムイオン二次電池用負極材を作製する際の熱処理の温度を調節することで、負極材の平均面間隔d002を制御することができる。 The value of the average interplanar spacing d 002 of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries tends to decrease, for example, by increasing the temperature of the heat treatment when producing the negative electrode material for lithium ion secondary batteries. Therefore, the average interplanar spacing d 002 of the negative electrode material can be controlled by adjusting the temperature of the heat treatment when producing the negative electrode material for the lithium ion secondary battery.

(ラマン分光測定のR値)
リチウムイオン二次電池用負極材のラマン分光測定のR値は0.1~1.0であることが好ましく、0.2~0.8であることがより好ましく、0.3~0.7であることがさらに好ましい。R値が0.1以上であると、リチウムイオンの挿入及び脱離に用いられる黒鉛格子欠陥が充分存在し、入出力特性の低下が抑制される傾向にある。R値が1.0以下であると、電解液の分解反応が充分に抑制され、初期効率の低下が抑制される傾向にある。
(R value of Raman spectroscopy)
The R value of Raman spectroscopic measurement of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries is preferably 0.1 to 1.0, more preferably 0.2 to 0.8, and 0.3 to 0.7. is more preferable. When the R value is 0.1 or more, graphite lattice defects used for intercalation and deintercalation of lithium ions are sufficiently present, and deterioration of input/output characteristics tends to be suppressed. When the R value is 1.0 or less, the decomposition reaction of the electrolytic solution is sufficiently suppressed, and the decrease in initial efficiency tends to be suppressed.

R値は、ラマン分光測定において得られたラマン分光スペクトルにおいて、1580cm-1付近の最大ピークの強度Igと、1360cm-1付近の最大ピークの強度Idの強度比(Id/Ig)と定義する。ここで、1580cm-1付近に現れるピークとは、通常、黒鉛結晶構造に対応すると同定されるピークであり、例えば1530cm-1~1630cm-1に観測されるピークを意味する。また1360cm-1付近に現れるピークとは、通常、炭素の非晶質構造に対応すると同定されるピークであり、例えば1300cm-1~1400cm-1に観測されるピークを意味する。 The R value is defined as the intensity ratio (Id/Ig) between the maximum peak intensity Ig near 1580 cm −1 and the maximum peak intensity Id near 1360 cm −1 in the Raman spectroscopic spectrum obtained by Raman spectroscopic measurement. Here, the peak appearing around 1580 cm −1 is usually a peak identified as corresponding to the graphite crystal structure, and means a peak observed at, for example, 1530 cm −1 to 1630 cm −1 . Also, the peak appearing around 1360 cm −1 is usually identified as corresponding to the amorphous structure of carbon, and means, for example, the peak observed at 1300 cm −1 to 1400 cm −1 .

本開示においてラマン分光測定は、レーザーラマン分光光度計(型番:NRS-1000、日本分光株式会社)を用い、リチウムイオン二次電池用負極材を平らになるようにセットした試料板にアルゴンレーザー光を照射して測定を行う。測定条件は以下の通りである。
アルゴンレーザー光の波長:532nm
波数分解能:2.56cm-1
測定範囲:1180cm-1~1730cm-1
ピークリサーチ:バックグラウンド除去
In the present disclosure, Raman spectroscopic measurement is performed using a laser Raman spectrophotometer (model number: NRS-1000, JASCO Corporation), and an argon laser beam is applied to a sample plate on which a negative electrode material for a lithium ion secondary battery is set to be flat. is irradiated and measured. The measurement conditions are as follows.
Argon laser light wavelength: 532 nm
Wavenumber resolution: 2.56 cm -1
Measurement range: 1180 cm -1 to 1730 cm -1
Peak research: background subtraction

リチウムイオン二次電池用負極材の体積平均粒子径(D50)は、1μm~40μmであることが好ましく、3μm~30μmであることがより好ましく、5μm~25μmであることがさらに好ましい。
リチウムイオン二次電池用負極材の体積平均粒子径が1μm以上であると、充分なタップ密度と、リチウムイオン二次電池用負極材組成物としたときの良好な塗工性が得られる傾向にある。一方、リチウムイオン二次電池用負極材の体積平均粒子径が40μm以下であると、リチウムイオン二次電池用負極材の表面から内部へのリチウムの拡散距離が長くなりすぎず、入出力特性が良好に維持される傾向にある。
The volume average particle diameter (D 50 ) of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries is preferably 1 μm to 40 μm, more preferably 3 μm to 30 μm, even more preferably 5 μm to 25 μm.
When the volume average particle size of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries is 1 μm or more, sufficient tap density and good coatability when used as a negative electrode material composition for lithium ion secondary batteries tend to be obtained. be. On the other hand, when the volume average particle diameter of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries is 40 μm or less, the diffusion distance of lithium from the surface to the inside of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries does not become too long, and the input/output characteristics are improved. It tends to be well maintained.

リチウムイオン二次電池用負極材の体積平均粒子径(D50)は、リチウムイオン二次電池用負極材の粒子径分布において、小径側から体積累積分布曲線を描いた場合に、累積50%となるときの粒子径である。体積平均粒子径(D50)は、例えば、界面活性剤を含んだ精製水にリチウムイオン二次電池用負極材を分散させ、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、株式会社島津製作所、SALD-3000J)で測定することができる。 The volume average particle diameter (D 50 ) of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries is the cumulative 50% when the volume cumulative distribution curve is drawn from the small diameter side in the particle size distribution of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries. It is the particle diameter when it becomes. The volume average particle diameter (D 50 ) can be measured, for example, by dispersing the negative electrode material for a lithium ion secondary battery in purified water containing a surfactant, and using a laser diffraction particle size distribution analyzer (for example, Shimadzu Corporation, SALD- 3000 J).

リチウムイオン二次電池用負極材のBET比表面積は、0.5m/g~10m/gであることが好ましく、1m/g~8m/gであることがより好ましく、2m/g~6m/gであることがさらに好ましい。BET比表面積が上記範囲内であれば、入出力特性と初期効率の良好なバランスが得られる傾向にある。 The BET specific surface area of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries is preferably 0.5 m 2 /g to 10 m 2 /g, more preferably 1 m 2 /g to 8 m 2 /g, and 2 m 2 /g. More preferably, it is between g and 6 m 2 /g. If the BET specific surface area is within the above range, there is a tendency to obtain a good balance between input/output characteristics and initial efficiency.

本開示のリチウムイオン二次電池用負極材は、高温保存特性に優れるため、電気自動車(EV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、パワーツール、電力貯蔵装置等に使用される大容量のリチウムイオン二次電池用の負極材として好適である。特に、様々な環境での適応が求められているEV、PHEV、HEV等に使用されるリチウムイオン二次電池用の負極材として好適である。 Since the negative electrode material for lithium ion secondary batteries of the present disclosure is excellent in high temperature storage characteristics, it is used in electric vehicles (EV), plug-in hybrid electric vehicles (PHEV), hybrid electric vehicles (HEV), power tools, power storage devices, etc. It is suitable as a negative electrode material for large-capacity lithium ion secondary batteries to be used. In particular, it is suitable as a negative electrode material for lithium ion secondary batteries used in EVs, PHEVs, HEVs, etc., which are required to be adapted to various environments.

<リチウムイオン二次電池用負極>
本開示のリチウムイオン二次電池用負極は、本開示のリチウムイオン二次電池用負極材を含む負極材層と、集電体と、を含む。リチウムイオン二次電池用負極は、本開示のリチウムイオン二次電池用負極材を含む負極材層及び集電体の他、必要に応じて他の構成要素を含んでもよい。
<Negative electrode for lithium ion secondary battery>
The negative electrode for lithium ion secondary batteries of the present disclosure includes a negative electrode material layer containing the negative electrode material for lithium ion secondary batteries of the present disclosure, and a current collector. The negative electrode for lithium ion secondary batteries may contain, if necessary, other components in addition to the negative electrode material layer and current collector containing the negative electrode material for lithium ion secondary batteries of the present disclosure.

リチウムイオン二次電池用負極は、例えば、リチウムイオン二次電池用負極材と結着剤を溶剤とともに混練してスラリー状のリチウムイオン二次電池用負極材組成物を調製し、これを集電体上に塗布して負極材層を形成することで作製したり、リチウムイオン二次電池用負極材組成物をシート状、ペレット状等の形状に成形し、これを集電体と一体化することで作製したりすることができる。混練は、撹拌機、ボールミル、スーパーサンドミル、加圧ニーダー等の分散装置を用いて行うことができる。 For the lithium ion secondary battery negative electrode, for example, a lithium ion secondary battery negative electrode material and a binder are kneaded together with a solvent to prepare a slurry negative electrode material composition for a lithium ion secondary battery, which is then used as a current collector. A negative electrode material layer is formed by coating it on the body, or the negative electrode material composition for lithium ion secondary batteries is formed into a shape such as a sheet or pellet and integrated with a current collector. It can be produced by Kneading can be performed using a dispersing device such as a stirrer, ball mill, super sand mill, pressure kneader, or the like.

リチウムイオン二次電池用負極材組成物の調製に用いる結着剤は、特に限定されない。結着剤としては、スチレン-ブタジエン共重合体(SBR)、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒドロキシエチルメタクリレート等のエチレン性不飽和カルボン酸エステル及びアクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、フマル酸、マレイン酸等のエチレン性不飽和カルボン酸の単独重合体又は共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリエピクロロヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリアクリロニトリル、ポリメタクリロニトリル等のイオン伝導性の大きな高分子化合物などが挙げられる。リチウムイオン二次電池用負極材組成物が結着剤を含む場合、結着剤の含有量は特に制限されない。例えば、リチウムイオン二次電池用負極材と結着剤の合計100質量部に対して0.5質量部~20質量部であってもよい。 The binder used for preparing the negative electrode material composition for lithium ion secondary batteries is not particularly limited. Binders include ethylenically unsaturated carboxylic acid esters such as styrene-butadiene copolymer (SBR), methyl acrylate, methyl methacrylate, ethyl acrylate, ethyl methacrylate, butyl acrylate, butyl methacrylate, hydroxyethyl acrylate, and hydroxyethyl methacrylate. And homopolymers or copolymers of ethylenically unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, itaconic acid, fumaric acid, maleic acid, polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyepichlorohydrin, polyphosphazene, poly Polymer compounds with high ion conductivity such as acrylonitrile and polymethacrylonitrile can be used. When the negative electrode material composition for lithium ion secondary batteries contains a binder, the content of the binder is not particularly limited. For example, it may be 0.5 parts by mass to 20 parts by mass with respect to a total of 100 parts by mass of the negative electrode material for a lithium ion secondary battery and the binder.

リチウムイオン二次電池用負極材組成物は、増粘剤を含んでもよい。増粘剤としては、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸又はその塩、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等を使用することができる。リチウムイオン二次電池用負極材組成物が増粘剤を含む場合、増粘剤の含有量は特に制限されない。例えば、リチウムイオン二次電池用負極材100質量部に対して、0.1質量部~5質量部であってもよい。 The negative electrode material composition for lithium ion secondary batteries may contain a thickener. Carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylic acid or its salts, oxidized starch, phosphorylated starch, casein and the like can be used as thickeners. When the negative electrode material composition for lithium ion secondary batteries contains a thickener, the content of the thickener is not particularly limited. For example, it may be 0.1 to 5 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries.

リチウムイオン二次電池用負極材組成物は、導電補助材を含んでもよい。導電補助材としては、カーボンブラック、グラファイト、アセチレンブラック等の炭素材料、導電性を示す酸化物、導電性を示す窒化物等の無機化合物などが挙げられる。リチウムイオン二次電池用負極材組成物が導電補助材を含む場合、導電補助材の含有量は特に制限されない。例えば、リチウムイオン二次電池用負極材100質量部に対して、0.5質量部~15質量部であってもよい。 The negative electrode material composition for lithium ion secondary batteries may also contain a conductive auxiliary material. Examples of conductive auxiliary materials include carbon materials such as carbon black, graphite, and acetylene black, and inorganic compounds such as conductive oxides and conductive nitrides. When the negative electrode material composition for lithium ion secondary batteries contains a conductive auxiliary material, the content of the conductive auxiliary material is not particularly limited. For example, it may be 0.5 parts by mass to 15 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries.

集電体の材質は特に制限されず、アルミニウム、銅、ニッケル、チタン、ステンレス鋼等から選択できる。集電体の状態は特に制限されず、箔、穴開け箔、メッシュ等から選択できる。また、ポーラスメタル(発泡メタル)等の多孔性材料、カーボンペーパーなども集電体として使用可能である。 The material of the current collector is not particularly limited, and can be selected from aluminum, copper, nickel, titanium, stainless steel, and the like. The state of the current collector is not particularly limited, and can be selected from foil, perforated foil, mesh, and the like. Porous materials such as porous metal (foamed metal), carbon paper, and the like can also be used as current collectors.

リチウムイオン二次電池用負極材組成物を集電体に塗布して負極材層を形成する場合、その方法は特に制限されず、メタルマスク印刷法、静電塗装法、ディップコート法、スプレーコート法、ロールコート法、ドクターブレード法、コンマコート法、グラビアコート法、スクリーン印刷法等の公知の方法を採用できる。リチウムイオン二次電池用負極材組成物を集電体に塗布した後は、リチウムイオン二次電池用負極材組成物に含まれる溶剤を乾燥により除去する。乾燥は、例えば、熱風乾燥機、赤外線乾燥機又はこれらの装置の組み合わせを用いて行うことができる。必要に応じて負極材層に対して圧延処理を行ってもよい。圧延処理は、平板プレス、カレンダーロール等の方法で行うことができる。 When the negative electrode material composition for a lithium ion secondary battery is applied to a current collector to form a negative electrode material layer, the method is not particularly limited, and metal mask printing method, electrostatic coating method, dip coating method, spray coating. method, roll coating method, doctor blade method, comma coating method, gravure coating method, screen printing method and the like can be employed. After applying the negative electrode material composition for lithium ion secondary batteries to the current collector, the solvent contained in the negative electrode material composition for lithium ion secondary batteries is removed by drying. Drying can be performed using, for example, a hot air dryer, an infrared dryer, or a combination of these devices. If necessary, the negative electrode material layer may be subjected to a rolling treatment. The rolling treatment can be performed by a method such as a flat plate press or a calendar roll.

シート、ペレット等の形状に成形されたリチウムイオン二次電池用負極材組成物を集電体と一体化して負極材層を形成する場合、一体化の方法は特に制限されない。例えば、ロール、平板プレス又はこれらの手段の組み合わせにより行うことができる。リチウムイオン二次電池用負極材組成物を集電体と一体化する際の圧力は、例えば、1MPa~200MPa程度であることが好ましい。 When the negative electrode material composition for a lithium ion secondary battery molded into a sheet, pellet, or the like is integrated with a current collector to form a negative electrode material layer, the integration method is not particularly limited. For example, it can be carried out by a roll, flat plate press, or a combination of these means. The pressure when the negative electrode material composition for a lithium ion secondary battery is integrated with the current collector is preferably, for example, about 1 MPa to 200 MPa.

負極材層の負極密度は、特に制限されない。例えば、1.1g/cm~1.8g/cmであることが好ましく、1.2g/cm~1.7g/cmであることがより好ましく、1.3g/cm~1.6g/cmであることがさらに好ましい。負極密度を1.1g/cm以上とすることで、電気抵抗の増加が抑制され、容量が増加する傾向にあり、1.8g/cm以下とすることで、入出力特性及びサイクル特性の低下が抑制される傾向がある。 The negative electrode density of the negative electrode material layer is not particularly limited. For example, it is preferably 1.1 g/cm 3 to 1.8 g/cm 3 , more preferably 1.2 g/cm 3 to 1.7 g/cm 3 , and 1.3 g/cm 3 to 1.8 g/cm 3 . More preferably 6 g/cm 3 . When the negative electrode density is 1.1 g/cm 3 or more , an increase in electrical resistance is suppressed and the capacity tends to increase. Decrease tends to be suppressed.

<リチウムイオン二次電池>
本開示のリチウムイオン二次電池は、リチウムイオン二次電池用負極と、正極と、電解液とを含む。
<Lithium ion secondary battery>
A lithium ion secondary battery of the present disclosure includes a negative electrode for a lithium ion secondary battery, a positive electrode, and an electrolytic solution.

正極は、上述した負極の作製方法と同様にして、集電体上に正極材層を形成することで得ることができる。集電体としては、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼等の金属又は合金を、箔状、穴開け箔状、メッシュ状等にしたものを用いることができる。 A positive electrode can be obtained by forming a positive electrode material layer on a current collector in the same manner as in the method for producing the negative electrode described above. As the current collector, a metal or alloy such as aluminum, titanium, or stainless steel in the form of foil, foil with holes, mesh, or the like can be used.

正極材層の形成に用いる正極材料は、特に制限されない。正極材料としては、リチウムイオンをドーピング又はインターカレーション可能な金属化合物(金属酸化物、金属硫化物等)、導電性高分子材料などが挙げられる。より具体的には、コバルト酸リチウム(LiCoO)、ニッケル酸リチウム(LiNiO)、マンガン酸リチウム(LiMnO)、これらの複酸化物(LiCoNiMn、x+y+z=1)、添加元素M’を含む複酸化物(LiCoNiMnM’、a+b+c+d=1、M’:Al、Mg、Ti、Zr又はGe)、スピネル型リチウムマンガン酸化物(LiMn)、リチウムバナジウム化合物、V、V13、VO、MnO、TiO、MoV、TiS、V、VS、MoS、MoS、Cr、Cr、オリビン型LiMPO(M:Co、Ni、Mn、Fe)等の金属化合物、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセン等の導電性ポリマー、多孔質炭素などが挙げられる。正極材料は、1種単独であっても2種以上であってもよい。 The positive electrode material used for forming the positive electrode layer is not particularly limited. Examples of positive electrode materials include metal compounds (metal oxides, metal sulfides, etc.) capable of doping or intercalating lithium ions, conductive polymer materials, and the like. More specifically, lithium cobaltate (LiCoO 2 ), lithium nickelate (LiNiO 2 ), lithium manganate (LiMnO 2 ), their composite oxides (LiCo x Ni y Mnz O 2 , x + y + z = 1), Multiple oxide containing additive element M' (LiCo a Ni b Mn c M' d O 2 , a + b + c + d = 1, M': Al, Mg, Ti, Zr or Ge), spinel type lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium vanadium compounds, V2O5 , V6O13 , VO2 , MnO2 , TiO2 , MoV2O8 , TiS2 , V2S5 , VS2 , MoS2 , MoS3 , Cr3 metal compounds such as O 8 , Cr 2 O 5 and olivine-type LiMPO 4 (M: Co, Ni, Mn, Fe); conductive polymers such as polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene and polyacene; and porous carbon. . The positive electrode material may be used singly or in combination of two or more.

電解液は特に制限されず、例えば、電解質としてのリチウム塩を非水系溶媒に溶解したもの(いわゆる有機電解液)を使用することができる。
リチウム塩としては、LiClO、LiPF、LiAsF、LiBF、LiSOCF等が挙げられる。リチウム塩は、1種単独でも2種以上であってもよい。
非水系溶媒としては、エチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、クロロエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネート、シクロペンタノン、シクロヘキシルベンゼン、スルホラン、プロパンスルトン、3-メチルスルホラン、2,4-ジメチルスルホラン、3-メチル-1,3-オキサゾリジン-2-オン、γ-ブチロラクトン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、ブチルメチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、1,2-ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、1,3-ジオキソラン、酢酸メチル、酢酸エチル、トリメチルリン酸エステル、トリエチルリン酸エステル等が挙げられる。非水系溶媒は、1種単独でも2種以上であってもよい。
The electrolytic solution is not particularly limited, and for example, a solution obtained by dissolving a lithium salt as an electrolyte in a non-aqueous solvent (so-called organic electrolytic solution) can be used.
Lithium salts include LiClO 4 , LiPF 6 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiSO 3 CF 3 and the like. Lithium salts may be used singly or in combination of two or more.
Non-aqueous solvents include ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, chloroethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, cyclopentanone, cyclohexylbenzene, sulfolane, propanesultone, 3-methylsulfolane, 2,4-dimethylsulfolane, 3-methyl-1,3-oxazolidin-2-one, γ-butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, methyl propyl carbonate, butyl methyl carbonate, ethyl propyl carbonate, butyl ethyl carbonate, dipropyl carbonate, 1, 2-dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1,3-dioxolane, methyl acetate, ethyl acetate, trimethyl phosphate, triethyl phosphate and the like. The non-aqueous solvent may be used alone or in combination of two or more.

リチウムイオン二次電池における正極及び負極の状態は、特に限定されない。例えば、正極及び負極と、必要に応じて正極及び負極の間に配置されるセパレータとを、渦巻状に巻回した状態であっても、これらを平板状として積層した状態であってもよい。 The states of the positive electrode and the negative electrode in the lithium ion secondary battery are not particularly limited. For example, the positive electrode, the negative electrode, and, if necessary, the separator disposed between the positive electrode and the negative electrode may be spirally wound, or may be stacked in a plate shape.

セパレータは特に制限されず、例えば、樹脂製の不織布、クロス、微孔フィルム又はそれらを組み合わせたものを使用することができる。樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを主成分とするものが挙げられる。リチウムイオン二次電池の構造上、正極と負極が直接接触しない場合は、セパレータは使用しなくてもよい。 The separator is not particularly limited, and for example, resin nonwoven fabric, cloth, microporous film, or a combination thereof can be used. Examples of resins include resins containing polyolefins such as polyethylene and polypropylene as main components. If the positive electrode and the negative electrode do not come into direct contact due to the structure of the lithium ion secondary battery, the separator may not be used.

リチウムイオン二次電池の形状は、特に制限されない。例えば、ラミネート型電池、ペーパー型電池、ボタン型電池、コイン型電池、積層型電池、円筒型電池及び角型電池が挙げられる。 The shape of the lithium ion secondary battery is not particularly limited. For example, laminate-type batteries, paper-type batteries, button-type batteries, coin-type batteries, laminated-type batteries, cylindrical-type batteries, and square-type batteries can be used.

本開示のリチウムイオン二次電池は、出力特性に優れるため、電気自動車、パワーツール、電力貯蔵装置等に使用される大容量のリチウムイオン二次電池として好適である。特に、加速性能及びブレーキ回生性能の向上のために大電流での充放電が求められている電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)、プラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)等に使用されるリチウムイオン二次電池として好適である。 Since the lithium ion secondary battery of the present disclosure has excellent output characteristics, it is suitable as a large-capacity lithium ion secondary battery used in electric vehicles, power tools, power storage devices, and the like. In particular, it is used in electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (HEV), plug-in hybrid electric vehicles (PHEV), etc., which require high-current charging and discharging in order to improve acceleration performance and brake regeneration performance. It is suitable as a lithium ion secondary battery.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be described in more detail with reference to examples below, but the present invention is not limited to the following examples.

<実施例1>
(1)負極材の作製
炭素性物質Aとして球状天然黒鉛(体積平均粒子径:10μm)100gを容積2.25Lのアルミナるつぼ内に入れ、空気雰囲気で500℃の一定温度下で3時間静置した。
得られた賦活化炭素性物質Aを100質量部と、炭素性物質Bの前駆体として10質量部のコールタールピッチ(軟化点:98℃、残炭率:50質量%)と、を粉体混合して混合物を得た。次いで、混合物の熱処理を行って、賦活化炭素性物質Aの表面に炭素性物質Bが付着した焼成物を作製した。熱処理は、窒素流通下、200℃/時間の昇温速度で25℃から1000℃まで昇温し、1000℃で1時間保持することで行った。賦活化炭素性物質Aの表面に炭素性物質Bが付着した焼成物をカッターミルで解砕し、300メッシュ篩で篩分けを行い、その篩下分をリチウムイオン二次電池用負極材(負極材)とした。
<Example 1>
(1) Preparation of negative electrode material 100 g of spherical natural graphite (volume average particle diameter: 10 μm) as carbonaceous material A was placed in an alumina crucible with a volume of 2.25 L and left at a constant temperature of 500 ° C. for 3 hours in an air atmosphere. did.
100 parts by mass of the obtained activated carbonaceous material A and 10 parts by mass of coal tar pitch (softening point: 98°C, residual carbon content: 50% by mass) as a precursor of the carbonaceous material B were powdered. A mixture was obtained by mixing. Next, the mixture was heat-treated to produce a baked product in which the carbonaceous material B adhered to the surface of the activated carbonaceous material A. The heat treatment was carried out by raising the temperature from 25° C. to 1000° C. at a heating rate of 200° C./hour under nitrogen flow, and holding at 1000° C. for 1 hour. The fired material in which the carbonaceous material B adheres to the surface of the activated carbonaceous material A is pulverized with a cutter mill and sieved with a 300-mesh sieve, and the under-sieved material is used as a negative electrode material for lithium ion secondary batteries (negative electrode material).

下記に示す方法により、炭素性物質AのBET比表面積、賦活化炭素性物質AのBET比表面積、負極材の体積平均粒子径(D50)及び負極材のBET比表面積の測定を行った。また、炭素性物質AのBET比表面積及び賦活化炭素性物質AのBET比表面積に基づいて、炭素性物質Aに対する賦活化炭素性物質AのBET比表面積の増加率〔((賦活化炭素性物質AのBET比表面積-炭素性物質AのBET比表面積)/炭素性物質AのBET比表面積)×100(%)〕を算出した。その結果を表1に示す。 The BET specific surface area of the carbonaceous material A, the BET specific surface area of the activated carbonaceous material A, the volume average particle size (D 50 ) of the negative electrode material, and the BET specific surface area of the negative electrode material were measured by the methods shown below. Also, based on the BET specific surface area of carbonaceous material A and the BET specific surface area of activated carbonaceous material A, the rate of increase in BET specific surface area of activated carbonaceous material A with respect to carbonaceous material A [((activated carbonaceous material BET specific surface area of substance A−BET specific surface area of carbonaceous substance A)/BET specific surface area of carbonaceous substance A)×100 (%)] was calculated. Table 1 shows the results.

[BET比表面積の測定]
BET比表面積は、比表面積/細孔分布測定装置(フローソープ II 2300、東海理機株式会社)を用いて、液体窒素温度(77K)での窒素吸着を多点法で測定してBET法により算出した。
[Measurement of BET specific surface area]
The BET specific surface area is measured by the BET method by measuring nitrogen adsorption at liquid nitrogen temperature (77 K) by the multipoint method using a specific surface area / pore size distribution measuring device (Flow Soap II 2300, Tokai Riki Co., Ltd.). Calculated.

[体積平均粒子径(D50)の測定]
試料を界面活性剤とともに精製水中に分散させた分散液を、レーザー回折式粒度分布測定装置(SALD-3000J、株式会社島津製作所)の試料水槽に入れた。次いで、分散液に超音波をかけながらポンプで循環させ、得られた粒度分布の体積累積50%粒子径を体積平均粒子径(D50)とした。
[Measurement of volume average particle diameter (D 50 )]
A dispersion obtained by dispersing a sample together with a surfactant in purified water was placed in a sample tank of a laser diffraction particle size distribution analyzer (SALD-3000J, Shimadzu Corporation). Next, the dispersion liquid was circulated with a pump while applying ultrasonic waves, and the volume cumulative 50% particle diameter of the obtained particle size distribution was defined as the volume average particle diameter (D 50 ).

(2)リチウムイオン二次電池の作製
負極材98質量部に対し、増粘剤としてCMC(カルボキシメチルセルロース、第一工業製薬株式会社、セロゲンWS-C)の水溶液(CMC濃度:2質量%)を、CMCの固形分量が1質量部となるように加え、10分間混練を行った。次いで、負極材とCMCの合計の固形分濃度が45質量%~60質量%となるように数回に分けて精製水を加え、10分間混練を行った。続いて、結着剤としてSBR(スチレン-ブタジエン共重合体、BM400-B、日本ゼオン株式会社)の水分散液(SBR濃度:40質量%)を、SBRの固形分量が1質量部となるように加え、10分間混合してペースト状のリチウムイオン二次電池用負極材組成物(負極材組成物)を作製した。次いで、負極材組成物を、厚さ11μmの電解銅箔に単位面積当りの塗布量が10.0mg/cmとなるようにクリアランスを調整したコンマコーターで塗工して、負極材層を形成した。その後、ハンドプレスで1.5g/cmに負極密度を調整した。負極材層が形成された電解銅箔を直径14mmの円盤状に打ち抜き、試料電極(負極)を作製した。
(2) Preparation of lithium ion secondary battery An aqueous solution (CMC concentration: 2% by mass) of CMC (carboxymethyl cellulose, Daiichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd., Cellogen WS-C) as a thickener is added to 98 parts by mass of the negative electrode material. , and CMC were added so that the solid content was 1 part by mass, and kneaded for 10 minutes. Then, purified water was added in several portions so that the total solid content concentration of the negative electrode material and CMC was 45% by mass to 60% by mass, and the mixture was kneaded for 10 minutes. Subsequently, an aqueous dispersion of SBR (styrene-butadiene copolymer, BM400-B, Nippon Zeon Co., Ltd.) as a binder (SBR concentration: 40% by mass) was added so that the solid content of SBR was 1 part by mass. , and mixed for 10 minutes to prepare a paste-like negative electrode material composition for a lithium ion secondary battery (negative electrode material composition). Next, the negative electrode material composition is applied to an electrolytic copper foil having a thickness of 11 μm with a comma coater whose clearance is adjusted so that the coating amount per unit area is 10.0 mg/cm 2 to form a negative electrode material layer. did. After that, the negative electrode density was adjusted to 1.5 g/cm 3 by hand pressing. The electrodeposited copper foil on which the negative electrode material layer was formed was punched out into a disk shape with a diameter of 14 mm to prepare a sample electrode (negative electrode).

作製した試料電極(負極)、セパレータ、対極(正極)の順にコイン型電池容器に入れ、電解液を注入して、コイン型のリチウムイオン二次電池を作製した。電解液としては、エチレンカーボネート(EC)及びエチルメチルカーボネート(EMC)(ECとEMCの体積比は3:7)の混合溶媒にLiPFを1.0mol/Lの濃度になるように溶解したものを使用した。正極としては、LiNi1/3Mn1/3Co1/3を使用した。初期負極容量/初期正極容量=1.2になるように設計した。
セパレータとしては、厚み20μmのポリエチレン製微孔膜を使用した。作製したリチウムイオン二次電池を0.2CA相当の電流値で4.2VまでCC充電後0.02CA相当までCV充電した。その後30分休止させ、0.2CA相当の電流値で2.7Vまで放電し30分間休止した。この一連の工程を1サイクルとし、これを3サイクル繰り返して初期化した。初期化したリチウムイオン二次電池を使用して下記の方法により初期効率、入力特性、出力特性及び高温保存特性の評価を行った。得られた結果を表1に示す。
The prepared sample electrode (negative electrode), separator, and counter electrode (positive electrode) were placed in a coin-shaped battery container in this order, and an electrolytic solution was injected to produce a coin-shaped lithium ion secondary battery. As the electrolyte, LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and ethyl methyl carbonate (EMC) (the volume ratio of EC and EMC was 3:7) to a concentration of 1.0 mol/L. It was used. LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 was used as the positive electrode. It was designed so that the initial negative electrode capacity/initial positive electrode capacity=1.2.
A polyethylene microporous membrane having a thickness of 20 μm was used as the separator. The produced lithium ion secondary battery was CC-charged to 4.2 V at a current value corresponding to 0.2 CA and then CV-charged to 0.02 CA. After that, the battery was rested for 30 minutes, discharged to 2.7 V at a current value corresponding to 0.2 CA, and rested for 30 minutes. This series of steps was defined as one cycle, and this cycle was repeated three times for initialization. Initial efficiency, input characteristics, output characteristics and high temperature storage characteristics were evaluated by the following methods using the initialized lithium ion secondary battery. Table 1 shows the results obtained.

[初期効率の評価]
(1)0.2CAの定電流で0V(vs. Li/Li)まで充電し、次いで電流値が0.02CAになるまで0Vで定電圧充電を行った。このときの容量を初回充電容量とした。
(2)30分の休止時間後に、0.2CAの定電流で1.5V(vs. Li/Li)まで放電を行った。このときの容量を初回放電容量とした。
(3)上記(1)及び(2)で求めた充放電容量から下記の(式1)を用いて、初期効率を求めた。
初期効率(%)=(初回放電容量(mAh)/初回充電容量(mAh))×100 …(式1)
[Evaluation of initial efficiency]
(1) Charge to 0 V (vs. Li/Li + ) at a constant current of 0.2 CA, and then charge at a constant voltage of 0 V until the current value reaches 0.02 CA. The capacity at this time was defined as the initial charge capacity.
(2) After resting for 30 minutes, the battery was discharged to 1.5 V (vs. Li/Li + ) at a constant current of 0.2 CA. The capacity at this time was defined as the initial discharge capacity.
(3) From the charge/discharge capacities determined in (1) and (2) above, the initial efficiency was determined using the following (Equation 1).
Initial efficiency (%) = (initial discharge capacity (mAh)/initial charge capacity (mAh)) x 100 (Formula 1)

[出力特性の評価]
(1)0.2CAの定電流で0V(vs. Li/Li)まで充電し、次いで電流値が0.02CAになるまで0Vで定電圧充電を行った。
(2)30分の休止時間後に、0.2CAの定電流で1.5V(vs. Li/Li)まで放電した。
(3)(1)及び(2)を再度行い、このときの放電容量を「放電容量1」(mAh)とした。
(4)30分の休止時間後に、0.2CAの定電流で0V(vs. Li/Li)まで充電し、次いで電流値が0.02CAになるまで0Vで定電圧充電を行った。
(5)30分の休止時間後に、3CAの定電流で1.5V(vs. Li/Li)まで放電し、このときの放電容量を「放電容量2」(mAh)とした。
(6)(3)及び(5)で求めた放電容量から、下記の(式2)を用いて出力特性を求めた。
出力特性(%)=(放電容量2(mAh)/放電容量1(mAh))×100 …(式2)
[Evaluation of output characteristics]
(1) Charge to 0 V (vs. Li/Li + ) at a constant current of 0.2 CA, and then charge at a constant voltage of 0 V until the current value reaches 0.02 CA.
(2) After 30 minutes of rest time, the battery was discharged to 1.5 V (vs. Li/Li + ) at a constant current of 0.2 CA.
(3) (1) and (2) were repeated, and the discharge capacity at this time was defined as "discharge capacity 1" (mAh).
(4) After a rest period of 30 minutes, the battery was charged to 0 V (vs. Li/Li + ) at a constant current of 0.2 CA, and then charged at a constant voltage of 0 V until the current value reached 0.02 CA.
(5) After a rest period of 30 minutes, the battery was discharged to 1.5 V (vs. Li/Li + ) at a constant current of 3 CA, and the discharge capacity at this time was defined as "discharge capacity 2" (mAh).
(6) From the discharge capacities obtained in (3) and (5), output characteristics were obtained using the following (Equation 2).
Output characteristics (%) = (discharge capacity 2 (mAh)/discharge capacity 1 (mAh)) x 100 (Formula 2)

[入力特性の評価]
(1)0.2CAの定電流で4.2Vまで充電し、次いで電流値が0.02CAになるまで4.2Vで定電圧充電を行った。このときの充電容量を「充電容量1」(mAh)とした。
(2)30分の休止時間後に、0.2CAの定電流で2.7Vまで放電した。
(3)30分の休止時間後に、3CAの定電流で4.2Vまで充電した。このときの充電容量を「充電容量2」(mAh)とした。
(4)(1)及び(3)で求めた放電容量から、下記の(式3)を用いて入力特性を求めた。
入力特性(%)=(充電容量2(mAh)/充電容量1(mAh))×100 …(式3)
[Evaluation of input characteristics]
(1) The battery was charged to 4.2 V at a constant current of 0.2 CA, and then charged at a constant voltage of 4.2 V until the current value reached 0.02 CA. The charge capacity at this time was defined as "charge capacity 1" (mAh).
(2) After 30 minutes of rest time, it was discharged to 2.7 V at a constant current of 0.2 CA.
(3) Charged to 4.2 V at a constant current of 3 CA after a rest period of 30 minutes. The charge capacity at this time was defined as "charge capacity 2" (mAh).
(4) From the discharge capacities obtained in (1) and (3), input characteristics were obtained using the following (Equation 3).
Input characteristics (%) = (charge capacity 2 (mAh)/charge capacity 1 (mAh)) x 100 (Formula 3)

[高温保存特性の評価]
(1)0.2CAの定電流で0V(vs.Li/Li)まで充電し、次いで電流値が0.02CAになるまで0Vで定電圧充電を行った。
(2)30分の休止時間後に、0.2CAの定電流で1.5V(vs. Li/Li)まで放電した。
(3)30分の休止時間後に、0.2CAの定電流で0V(vs. Li/Li)まで充電した。このときの充電容量(mAh)を測定した。
(4)(3)の電池を60℃で5日間放置した。
(5)0.2CAの定電流で1.5V(vs. Li/Li)まで放電した。このときの放電容量(mAh)を測定した。
(6)(3)で得られた充電容量と(5)で得られた放電容量から、下記の(式4)を用いて、高温保存特性を求めた。
高温保存特性(%)=(放電容量(mAh)/充電容量(mAh))×100 …(式4)
[Evaluation of high temperature storage characteristics]
(1) Charged to 0 V (vs. Li/Li + ) at a constant current of 0.2 CA, and then performed constant voltage charge at 0 V until the current value reached 0.02 CA.
(2) After 30 minutes of rest time, the battery was discharged to 1.5 V (vs. Li/Li + ) at a constant current of 0.2 CA.
(3) After resting for 30 minutes, it was charged to 0 V (vs. Li/Li + ) at a constant current of 0.2 CA. The charge capacity (mAh) at this time was measured.
(4) The battery of (3) was left at 60° C. for 5 days.
(5) Discharge to 1.5 V (vs. Li/Li + ) at a constant current of 0.2 CA. The discharge capacity (mAh) at this time was measured.
(6) From the charge capacity obtained in (3) and the discharge capacity obtained in (5), high-temperature storage characteristics were determined using the following (Equation 4).
High temperature storage characteristics (%) = (discharge capacity (mAh)/charge capacity (mAh)) x 100 (Formula 4)

<実施例2>
炭素性物質Aの熱処理温度(賦活処理温度)を300℃とした以外は実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Example 2>
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment temperature (activation treatment temperature) of the carbonaceous material A was set to 300°C. Table 1 shows the results obtained.

<実施例3>
炭素性物質Aの熱処理温度(賦活処理温度)を400℃とした以外は実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Example 3>
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment temperature (activation treatment temperature) of the carbonaceous material A was set to 400°C. Table 1 shows the results obtained.

<実施例4>
炭素性物質Aの熱処理温度(賦活処理温度)を600℃とした以外は実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Example 4>
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the heat treatment temperature (activation treatment temperature) of the carbonaceous material A was set to 600°C. Table 1 shows the results obtained.

<実施例5>
炭素性物質Aの処理雰囲気をCOにして、処理温度(賦活処理温度)を900℃にした以外は実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Example 5>
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the treatment atmosphere for the carbonaceous substance A was CO2 and the treatment temperature (activation treatment temperature) was 900°C. Table 1 shows the results obtained.

<実施例6>
炭素性物質Aとして球状天然黒鉛(体積平均粒子径:16μm)を用いた以外は実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Example 6>
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1, except that spherical natural graphite (volume average particle size: 16 μm) was used as the carbonaceous substance A. Table 1 shows the results obtained.

<実施例7>
炭素性物質Aとして球状天然黒鉛(体積平均粒子径:20μm)を用いた以外は実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Example 7>
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1, except that spherical natural graphite (volume average particle size: 20 μm) was used as the carbonaceous substance A. Table 1 shows the results obtained.

<実施例8>
平均粒径が8μmのコークス粉末50質量部、タールピッチ20質量部、炭化ケイ素20質量部、及び平均粒径が20μmの球状天然黒鉛(円形度0.92)10質量部を混合し、100℃で1時間撹拌し、混合物を得た。次いで、この混合物を平均粒子径18μmに粉砕し、得られた粉砕粉を金型に入れて直方体に成形した。得られた直方体を窒素雰囲気中で1000℃で熱処理した後、2800℃で焼成して黒鉛化可能な成分を黒鉛化した。得られた黒鉛成形体を平均粒子径18μmに粉砕し、黒鉛粒子を作製した。得られた黒鉛粒子をSEMにより観察したところ、扁平状の粒子を複数、配向面(主面)が非平行となるように集合又は結合した黒鉛粒子が含まれていた。得られた黒鉛粒子100gを容積2.25Lのアルミナるつぼ内に入れ、空気雰囲気で500℃の一定温度下で3時間静置した。得られた炭素性物質A(賦活化炭素性物質A)のBET比表面積を測定した。
賦活化炭素性物質Aを100質量部と、炭素性物質Bの前駆体として2質量部のコールタールピッチ(軟化点:98℃、残炭率:50質量%)と、を粉体混合して混合物を得た。次いで、混合物の熱処理を行って、賦活化炭素性物質Aの表面に炭素性物質Bが付着した焼成物を作製した。熱処理は、窒素流通下、200℃/時間の昇温速度で25℃から1000℃まで昇温し、1000℃で1時間保持することで行った。賦活化炭素性物質Aの表面に炭素性物質Bが付着した焼成物をカッターミルで解砕し、300メッシュ篩で篩分けを行い、その篩下分をリチウムイオン二次電池用負極材(負極材)とした。
得られた負極材を用いて実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Example 8>
50 parts by mass of coke powder with an average particle size of 8 μm, 20 parts by mass of tar pitch, 20 parts by mass of silicon carbide, and 10 parts by mass of spherical natural graphite with an average particle size of 20 μm (circularity 0.92) were mixed and heated to 100 ° C. for 1 hour to obtain a mixture. Next, this mixture was pulverized to an average particle size of 18 μm, and the obtained pulverized powder was put into a mold and molded into a rectangular parallelepiped. The resulting rectangular parallelepiped was heat-treated at 1000° C. in a nitrogen atmosphere and then fired at 2800° C. to graphitize the graphitizable components. The obtained graphite compact was pulverized to an average particle size of 18 μm to prepare graphite particles. When the obtained graphite particles were observed with an SEM, it was found that a plurality of flattened particles were included in the graphite particles in which the orientation planes (principal planes) were non-parallel and aggregated or combined. 100 g of the obtained graphite particles were placed in an alumina crucible with a volume of 2.25 L, and allowed to stand at a constant temperature of 500° C. for 3 hours in an air atmosphere. The BET specific surface area of the obtained carbonaceous material A (activated carbonaceous material A) was measured.
100 parts by mass of the activated carbonaceous material A and 2 parts by mass of coal tar pitch (softening point: 98° C., residual carbon content: 50% by mass) as a precursor of the carbonaceous material B are powder-mixed. A mixture was obtained. Next, the mixture was heat-treated to produce a baked product in which the carbonaceous material B adhered to the surface of the activated carbonaceous material A. The heat treatment was carried out by raising the temperature from 25° C. to 1000° C. at a heating rate of 200° C./hour under nitrogen flow, and holding at 1000° C. for 1 hour. The fired material in which the carbonaceous material B adheres to the surface of the activated carbonaceous material A is pulverized with a cutter mill and sieved with a 300-mesh sieve, and the under-sieved material is used as a negative electrode material for lithium ion secondary batteries (negative electrode material).
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1 using the obtained negative electrode material. Table 1 shows the results obtained.

<実施例9>
平均粒径が8μmのコークス粉末40質量部、タールピッチ25質量部、平均粒径が48μmの炭化ケイ素5質量部及びコールタール20質量部を混合し、200℃で1時間撹拌した。次いで、窒素雰囲気中で2800℃で焼成した後粉砕し、平均粒径が20μmの黒鉛粒子を作製した。得られた黒鉛粒子をSEMにより観察したところ、扁平状の粒子を複数、配向面(主面)が非平行となるように集合又は結合した黒鉛粒子が含まれていた。得られた黒鉛粒子100gを容積2.25Lのアルミナるつぼ内に入れ、空気雰囲気で500℃の一定温度下で3時間静置した。得られた炭素性物質A(賦活化炭素性物質A)のBET比表面積を測定した。
得られた賦活化炭素性物質Aを用いて実施例8と同様にしてリチウムイオン二次電池用負極材(負極材)を得た。
得られた負極材を用いて実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Example 9>
40 parts by mass of coke powder with an average particle size of 8 µm, 25 parts by mass of tar pitch, 5 parts by mass of silicon carbide with an average particle size of 48 µm, and 20 parts by mass of coal tar were mixed and stirred at 200°C for 1 hour. Then, the mixture was fired at 2800° C. in a nitrogen atmosphere and pulverized to prepare graphite particles having an average particle size of 20 μm. When the obtained graphite particles were observed with an SEM, it was found that a plurality of flattened particles were included in the graphite particles in which the orientation planes (principal planes) were non-parallel and aggregated or combined. 100 g of the obtained graphite particles were placed in an alumina crucible with a volume of 2.25 L, and allowed to stand at a constant temperature of 500° C. for 3 hours in an air atmosphere. The BET specific surface area of the obtained carbonaceous material A (activated carbonaceous material A) was measured.
Using the obtained activated carbonaceous material A, a negative electrode material (negative electrode material) for a lithium ion secondary battery was obtained in the same manner as in Example 8.
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1 using the obtained negative electrode material. Table 1 shows the results obtained.

<実施例10>
炭素性物質Aを窒素ガス雰囲気で700℃に加熱し、その後、80℃にした水に窒素ガスを100cc/minの流速で流入させたガスを3時間吹き込んだ以外は、実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Example 10>
The procedure was the same as in Example 1, except that carbonaceous substance A was heated to 700° C. in a nitrogen gas atmosphere, and then a gas obtained by flowing nitrogen gas into water heated to 80° C. at a flow rate of 100 cc/min was blown for 3 hours. evaluation was carried out. Table 1 shows the results obtained.

<比較例1>
炭素性物質Aを熱処理(賦活処理)しなかった以外は実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 1>
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the carbonaceous material A was not heat-treated (activated). Table 1 shows the results obtained.

<比較例2>
炭素性物質Aを窒素雰囲気下で熱処理した以外は実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 2>
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the carbonaceous material A was heat-treated in a nitrogen atmosphere. Table 1 shows the results obtained.

<比較例3>
炭素性物質Aを200℃で熱処理した以外は実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 3>
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the carbonaceous material A was heat-treated at 200°C. Table 1 shows the results obtained.

<比較例4>
炭素性物質Aを800℃で熱処理した以外は実施例1と同様にして評価を実施した。得られた結果を表1に示す。
<Comparative Example 4>
Evaluation was carried out in the same manner as in Example 1, except that the carbonaceous material A was heat-treated at 800°C. Table 1 shows the results obtained.

Figure 0007156468000001
Figure 0007156468000001

表1の結果に示されるように、実施例の負極材を用いて作製したリチウムイオン二次電池は、比較例の負極材を用いて作製したリチウムイオン二次電池に比較して、入力特性、出力特性、高温保存特性及び初期効率のいずれかの項目について優れており、その他の項目について比較例と同等の特性を示すことがわかる。 As shown in the results of Table 1, the lithium-ion secondary batteries produced using the negative electrode materials of Examples had better input characteristics, It can be seen that it is excellent in any of the items of output characteristics, high temperature storage characteristics, and initial efficiency, and exhibits characteristics equivalent to those of the comparative examples in other items.

実施例1、6~8、比較例1、4の負極材に対して、空気雰囲気下で、600℃で30分間の熱処理Xを行った。この熱処理X後の負極材のBET比表面積(2)を上述の方法で測定した。熱処理X前のBET比表面積(1)に対する熱処理X後のBET比表面積(2)の比〔(2)/(1)〕を算出した。その結果を表2に示す。 The negative electrode materials of Examples 1 and 6 to 8 and Comparative Examples 1 and 4 were subjected to heat treatment X at 600° C. for 30 minutes in an air atmosphere. The BET specific surface area (2) of the negative electrode material after this heat treatment X was measured by the method described above. A ratio of the BET specific surface area (2) after the heat treatment X to the BET specific surface area (1) before the heat treatment X [(2)/(1)] was calculated. Table 2 shows the results.

Figure 0007156468000002
Figure 0007156468000002

Claims (6)

炭素性物質AAと、前記炭素性物質AAとは異なる炭素性物質Bとを含有し、前記炭素性物質AAは、球状天然黒鉛、又は、配向面が非平行となるように複数の扁平状の粒子が集合又は結合している黒鉛粒子である、リチウムイオン二次電池用負極材であり、
前記炭素性物質AAが前記球状天然黒鉛の場合には、リチウムイオン二次電池用負極材の体積平均粒子径が16.7μm以下であり、
前記リチウムイオン二次電池用負極材を空気雰囲気下600℃で30分間熱処理したときに、前記熱処理する前のBET比表面積に対する前記熱処理した後のBET比表面積の比が、2.5以上となるリチウムイオン二次電池用負極材。
It contains a carbonaceous substance AA and a carbonaceous substance B different from the carbonaceous substance AA, and the carbonaceous substance AA is spherical natural graphite or a plurality of flattened graphite particles whose orientation planes are non-parallel. A negative electrode material for a lithium ion secondary battery, which is graphite particles in which particles are aggregated or bound,
When the carbonaceous material AA is the spherical natural graphite, the volume average particle size of the negative electrode material for a lithium ion secondary battery is 16.7 μm or less,
When the negative electrode material for a lithium ion secondary battery is heat-treated at 600° C. for 30 minutes in an air atmosphere, the ratio of the BET specific surface area after the heat treatment to the BET specific surface area before the heat treatment is 2.5 or more. Anode material for lithium-ion secondary batteries.
前記熱処理した後のBET比表面積が1m/g~35m/gとなる請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 2. The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the BET specific surface area after the heat treatment is 1 m 2 /g to 35 m 2 /g. 前記熱処理する前のBET比表面積が0.5m/g~10m/gである請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 3. The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the BET specific surface area before heat treatment is 0.5 m 2 /g to 10 m 2 /g. 前記リチウムイオン二次電池用負極材の総質量における炭素性物質Bの含有率が、0.1質量%以上である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 The lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the content of the carbonaceous material B in the total mass of the negative electrode material for lithium ion secondary batteries is 0.1% by mass or more. negative electrode material. X線回折法により求められる平均面間隔d002が0.340nm以下である請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 5. The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein the average interplanar spacing d 002 obtained by X-ray diffraction method is 0.340 nm or less. ラマン分光測定のR値が0.1~1.0である請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。 6. The negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to any one of claims 1 to 5, having an R value measured by Raman spectroscopy of 0.1 to 1.0.
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