JP7190252B2 - Non-graphitizable carbonaceous materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries, negative electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries, and non-aqueous electrolyte secondary batteries - Google Patents

Non-graphitizable carbonaceous materials for non-aqueous electrolyte secondary batteries, negative electrodes for non-aqueous electrolyte secondary batteries, and non-aqueous electrolyte secondary batteries Download PDF

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Description

本発明は、満充電して用いる非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)の負極として適した難黒鉛化炭素質材料およびその製造方法、非水電解質二次電池用負極、並びに満充電された非水電解質二次電池に関する。 The present invention provides a non-graphitizable carbonaceous material suitable as a negative electrode of a fully charged non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery), a method for producing the same, a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a fully charged non-aqueous electrolyte secondary battery. It relates to a charged non-aqueous electrolyte secondary battery.

リチウムイオン二次電池は、携帯電話やノートパソコンのような小型携帯機器に広く用いられている。難黒鉛化炭素質材料は、黒鉛の理論容量372mAh/gを超える量のリチウムのドープ(充電)および脱ドープ(放電)が可能であり、また、入出力特性、サイクル耐久性および低温特性にも優れることから、リチウムイオン二次電池の負極として開発され、使用されてきた。 Lithium ion secondary batteries are widely used in small portable devices such as mobile phones and notebook computers. The non-graphitizable carbonaceous material is capable of doping (charging) and undoping (discharging) lithium in an amount exceeding the theoretical capacity of graphite, 372 mAh/g, and also has good input/output characteristics, cycle durability and low temperature characteristics. Because of its excellent properties, it has been developed and used as a negative electrode for lithium ion secondary batteries.

難黒鉛化炭素質材料は、例えば石油ピッチ、石炭ピッチ、フェノール樹脂または植物を炭素源として得ることができる。これらの炭素源の中でも、植物は栽培することによって持続して安定的に供給可能な原料であり、安価に入手できるため注目されている。また、植物起源の炭素原料を焼成して得られる炭素質材料には、細孔が多く存在するため、良好な充放電容量が期待される。
例えば特許文献1および特許文献2には、非水溶媒系二次電池の電極用炭素質材料が記載されており、前記炭素質材料は植物由来の有機物を炭素化して得られることが記載されている。
The non-graphitizable carbonaceous material can be obtained, for example, from petroleum pitch, coal pitch, phenolic resin, or plant as a carbon source. Among these carbon sources, plants are attracting attention because they are raw materials that can be sustainably and stably supplied by cultivation and are available at low cost. In addition, a carbonaceous material obtained by sintering a plant-derived carbon raw material is expected to have a good charge/discharge capacity because it has many pores.
For example, Patent Literature 1 and Patent Literature 2 describe a carbonaceous material for an electrode of a non-aqueous solvent secondary battery, and describe that the carbonaceous material is obtained by carbonizing a plant-derived organic matter. there is

リチウムイオン二次電池では、充電中に満充電状態を超えて過充電状態になると、溶媒の分解反応が起きて、リチウムイオン二次電池の温度が上昇してしまうとともに、正極での反応で多くのリチウムイオンが発生して受け入れきれなくなった負極の表面に金属リチウムが析出し、リチウムイオン二次電池の熱安定性が低下してしまう。この問題を解決するために、通常は、過充電に対する安全性の確保が行われている。例えば特許文献3には、電流遮断装置を備えたリチウムイオン二次電池が記載されており、特許文献4には、過充電に対して有効に作用する添加剤を含有するリチウム二次電池用電解液を備えたリチウム二次電池が記載されている。
その一方で、より確実に安全性を確保するため、通常は、リチウムイオン二次電池の充電は、金属リチウムを基準とした負極端子電位が0mV以上の所定電位になるまで(例えば0.5mA/cmで)定電流充電を行い、負極端子電位が所定電位に達した後、定電圧充電を行い、電流値が(例えば20μAで)所定時間一定になると充電を完了する方法(定電流定電圧法)によって行われている。この場合、実際には負極にまだリチウムイオンを受け入れる余地があった場合でも満充電状態になるまで充電されない。
In a lithium-ion secondary battery, if it goes beyond the fully charged state during charging and becomes overcharged, the decomposition reaction of the solvent will occur, the temperature of the lithium-ion secondary battery will rise, and the reaction at the positive electrode will increase Lithium ions are generated and metal lithium is deposited on the surface of the negative electrode which can no longer be received, and the thermal stability of the lithium ion secondary battery is lowered. In order to solve this problem, safety is usually ensured against overcharging. For example, Patent Document 3 describes a lithium ion secondary battery equipped with a current interrupting device, and Patent Document 4 describes an electrolyte for a lithium secondary battery containing an additive that effectively acts against overcharge. Lithium secondary batteries with liquid are described.
On the other hand, in order to ensure safety more reliably, charging a lithium-ion secondary battery is normally carried out until the negative electrode terminal potential reaches a predetermined potential of 0 mV or more (for example, 0.5 mA/ cm 2 ), and after the negative terminal potential reaches a predetermined potential, constant voltage charging is performed, and charging is completed when the current value (for example, at 20 μA) becomes constant for a predetermined time (constant current constant voltage Act). In this case, even if the negative electrode still has room to accept lithium ions, the battery is not charged until it reaches a fully charged state.

特開平9-161801号公報JP-A-9-161801 特開平10-21919号公報JP-A-10-21919 特開2015-88354号公報JP 2015-88354 A 特開2001-15155号公報JP-A-2001-15155

一方、近年、環境問題への関心の高まりから、リチウムイオン二次電池の車載用途での開発が進められ、実用化されつつある。そのため、より高い充電容量に加えてより高い充放電効率も有するリチウムイオン電池を製造するための難黒鉛化炭素質材料が求められている。 On the other hand, in recent years, due to growing interest in environmental issues, the development of lithium-ion secondary batteries for in-vehicle applications has progressed and is being put to practical use. Therefore, there is a need for a non-graphitizable carbonaceous material for producing lithium-ion batteries that have higher charge-discharge efficiency as well as higher charge capacity.

本発明の課題は、高い充電容量および高い充放電効率に加えて、低い電極抵抗による高い出力特性を有し、満充電して用いる非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン電池)の負極に使用する難黒鉛化炭素質材料、およびその製造方法を提供することである。本発明の課題はまた、そのような難黒鉛化炭素質材料を含んでなる非水電解質二次電池用負極、並びにそのような非水電解質二次電池用負極を含んでなり、満充電された非水電解質二次電池を提供することである。 In addition to high charge capacity and high charge-discharge efficiency, the subject of the present invention is to have high output characteristics due to low electrode resistance, and to be used as a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion battery) that is used after being fully charged. The object of the present invention is to provide a non-graphitizable carbonaceous material and a method for producing the same. The subject of the present invention is also a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising such a non-graphitizable carbonaceous material, and a fully charged negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising such a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery. An object of the present invention is to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery.

本発明者は鋭意検討した結果、満充電して用いる非水電解質二次電池の負極に、特定のLi核-固体NMR分析の化学シフト値および特定の電極膨張率をもたらす難黒鉛化炭素質材料を使用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies by the present inventors, the negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery used in a fully charged state has a non-graphitizable carbonaceous material that provides a specific 7 Li nucleus-solid NMR analysis chemical shift value and a specific electrode expansion rate. The inventors have found that the above problems can be solved by using the material, and have completed the present invention.

即ち、本発明は、以下の好適な態様を包含する。
[1]満充電して用いる非水電解質二次電池の負極用の難黒鉛化炭素質材料であって、満充電された際、Li核-固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きく、かつ該難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率が充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である、難黒鉛化炭素質材料。
[2]酸素元素含量が0.30質量%以下である、前記[1]に記載の難黒鉛化炭素質材料。
[3]植物起源の炭素前駆体に由来する、前記[1]または[2]に記載の難黒鉛化炭素質材料。
[4]広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された(002)面の平均面間隔d002が0.36~0.42nmである、前記[1]~[3]のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料。
[5]カリウム元素含量が0.1質量%以下であり、鉄元素含量が0.02質量%以下である、前記[1]~[4]のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料。
[6]植物起源の炭素前駆体を酸処理する工程、および酸処理した炭素前駆体を1050℃~1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成する工程を含む、前記[1]~[5]のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料の製造方法。
[7]前記[1]~[5]のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる非水電解質二次電池用負極。
[8]難黒鉛化炭素質材料を含んでなる非水電解質二次電池用負極を含んでなり、満充電された非水電解質二次電池であって、満充電された際、Li核-固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きく、かつ該難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率が充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である、非水電解質二次電池。
[9]酸素元素含量が0.30質量%以下である、前記[8]に記載の非水電解質二次電池。
[10]難黒鉛化炭素質材料が植物起源の炭素前駆体に由来する、前記[8]または[9]に記載の非水電解質二次電池。
[11]広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された難黒鉛化炭素質材料の(002)面の平均面間隔d002が0.36~0.42nmである、前記[8]~[10]のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
[12]難黒鉛化炭素質材料のカリウム元素含量が0.1質量%以下であり、難黒鉛化炭素質材料の鉄元素含量が0.02質量%以下である、前記[8]~[11]のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
That is, the present invention includes the following preferred embodiments.
[1] A non-graphitizable carbonaceous material for the negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery that is used after being fully charged, and is based on lithium chloride observed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis when fully charged. The main resonance peak position of the chemical shift value is greater than 115 ppm, and the expansion rate of the negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material at full charge is 107% or less based on the thickness of the negative electrode before charging. A non-graphitizable carbonaceous material.
[2] The non-graphitizable carbonaceous material according to [1] above, which has an oxygen element content of 0.30% by mass or less.
[3] The non-graphitizable carbonaceous material according to the above [1] or [2], which is derived from a plant-derived carbon precursor.
[4] Any of the above [1] to [3], wherein the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane calculated using the Bragg formula according to the wide-angle X-ray diffraction method is 0.36 to 0.42 nm The non-graphitizable carbonaceous material described.
[5] The non-graphitizable carbonaceous material according to any one of [1] to [4], which has a potassium element content of 0.1% by mass or less and an iron element content of 0.02% by mass or less.
[6] The above [1] to [5], comprising a step of acid-treating a plant-derived carbon precursor, and a step of firing the acid-treated carbon precursor at 1050°C to 1400°C in an inert gas atmosphere. A method for producing a non-graphitizable carbonaceous material according to any one of the above.
[7] A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising the non-graphitizable carbonaceous material according to any one of [1] to [5].
[8] A fully charged nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a non-graphitizable carbonaceous material, wherein when fully charged, 7 Li nucleus- The main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride observed by solid-state NMR analysis is greater than 115 ppm, and the expansion rate at full charge of the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material is equal to that before charging A non-aqueous electrolyte secondary battery having a negative electrode thickness of 107% or less.
[9] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to [8], wherein the oxygen element content is 0.30% by mass or less.
[10] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to [8] or [9] above, wherein the non-graphitizable carbonaceous material is derived from a plant-derived carbon precursor.
[11] The average interplanar spacing d 002 of the (002) plane of the non-graphitizable carbonaceous material calculated using the Bragg formula according to the wide-angle X-ray diffraction method is 0.36 to 0.42 nm, the above [8] to The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [10].
[12] The above [8] to [11], wherein the non-graphitizable carbonaceous material has a potassium element content of 0.1% by mass or less and an iron element content of the non-graphitizable carbonaceous material is 0.02% by mass or less. ] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of the above.

本発明の難黒鉛化炭素質材料を負極に使用し、満充電して用いる非水電解質二次電池を製造すると、そのような非水電解質二次電池は、高い充電容量および高い充放電効率に加えて、低い電極抵抗による高い出力特性を有する。 When the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is used for the negative electrode and a fully charged non-aqueous electrolyte secondary battery is produced, such a non-aqueous electrolyte secondary battery has high charge capacity and high charge-discharge efficiency. In addition, it has high output characteristics due to low electrode resistance.

実施例1に従って調製した難黒鉛化炭素質材料のLi核-固体NMR図を示す。1 shows a 7 Li nuclear-solid NMR pattern of a non-graphitizable carbonaceous material prepared according to Example 1. FIG. 比較例5に従って調製した炭素質材料のLi核-固体NMR図を示す。7 shows a 7 Li nuclear-solid NMR diagram of a carbonaceous material prepared according to Comparative Example 5. FIG.

<難黒鉛化炭素質材料>
本発明の難黒鉛化炭素質材料は、満充電して用いる非水電解質二次電池の負極用の難黒鉛化炭素質材料であり、満充電された際、Li核-固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置は115ppmより大きく、かつ該難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率は充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である。
<Non-graphitizable carbonaceous material>
The non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is a non - graphitizable carbonaceous material for a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery that is used in a fully charged state. The main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride is greater than 115 ppm, and the expansion rate of the negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material at full charge is based on the thickness of the negative electrode before charging 107% or less.

本明細書において「満充電して用いる」とは、難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極とリチウムを含んでなる正極とを用いて非水電解質二次電池を組み立て、金属リチウムの析出がLi核-固体NMR分析で確認される直前までリチウムを負極に充電(ドープ)することであり、通常、一定の電流値で負極活物質の単位質量当たり580~700mAh/gの範囲まで充電することを意味する。従って、先に記載したような従来の定電流定電圧法により充電を完了して用いることとは全く別の意味を有する。なお、金属リチウムの析出がLi核-固体NMR分析で確認される直前までリチウムを負極に充電した際の負極の充電容量は、リチウム析出が確認される充電容量に対して、放電容量や充放電効率を高く保つ観点から、80~98%で設定することが好ましく、85~95%で設定することがより好ましく、88~92%で設定することが特に好ましい。 As used herein, the phrase “used after being fully charged” means that a non-aqueous electrolyte secondary battery is assembled using a negative electrode containing a non-graphitizable carbonaceous material and a positive electrode containing lithium, and deposition of metallic lithium is achieved. 7 Li nucleus - Lithium is charged (doped) to the negative electrode until just before it is confirmed by solid state NMR analysis, and is usually charged to a range of 580 to 700 mAh / g per unit mass of the negative electrode active material at a constant current value. means that Therefore, it has a completely different meaning from using the battery after charging by the conventional constant current constant voltage method as described above. The charge capacity of the negative electrode when lithium was charged to the negative electrode until immediately before the deposition of metallic lithium was confirmed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis was compared to the charge capacity at which lithium deposition was confirmed, the discharge capacity and the charge capacity. From the viewpoint of maintaining a high discharge efficiency, it is preferably set at 80 to 98%, more preferably at 85 to 95%, and particularly preferably at 88 to 92%.

<化学シフト値の主共鳴ピーク位置>
本発明の難黒鉛化炭素質材料について、満充電状態となるまでリチウムを充電(ドープ)し、Li核-固体NMR分析を行ったときに観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置は、115ppmより大きく、好ましくは117ppmより大きく、より好ましくは119ppmより大きい。
<Main resonance peak position of chemical shift value>
The non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is charged (doped) with lithium to a fully charged state, and the chemical shift value based on lithium chloride observed when 7 Li nucleus-solid NMR analysis is performed. The main resonance peak position is greater than 115 ppm, preferably greater than 117 ppm, more preferably greater than 119 ppm.

塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きい、即ち、115ppmより低磁場側に上記の主共鳴ピーク位置が観察されるということは、難黒鉛化炭素質材料においてクラスター化リチウムの吸蔵量が多い、即ち、電池の充電容量が高いことを意味する。吸蔵されたクラスター化リチウムは難黒鉛化炭素質材料から放電(脱ドープ)することができる可逆的リチウムであり、難黒鉛化炭素質材料においてクラスター化リチウムの吸蔵量が多いということは、「放電容量/充電容量」から計算される充放電効率が高いことを意味する。 The fact that the main resonance peak position of the chemical shift value relative to lithium chloride is greater than 115 ppm, that is, the main resonance peak position is observed on the lower magnetic field side than 115 ppm indicates that clustering in the non-graphitizable carbonaceous material A large lithium storage capacity means that the battery has a high charging capacity. The occluded clustered lithium is reversible lithium that can be discharged (dedoped) from the non-graphitizable carbonaceous material. It means that the charge/discharge efficiency calculated from "capacity/charge capacity" is high.

充放電効率が高いということは、充放電中の副反応などによる、負極におけるリチウムのロスが少ないことを意味する。負極におけるリチウムのロスが少ないと、正極を過剰に用いてリチウムを負極に補完する必要性がなくなり、電池体積あたりの容量やコスト面で有利となる。 A high charging/discharging efficiency means that there is little loss of lithium in the negative electrode due to side reactions during charging/discharging. If the loss of lithium in the negative electrode is small, there is no need to supplement the negative electrode with lithium by using an excessive amount of the positive electrode, which is advantageous in terms of capacity per battery volume and cost.

塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppm以下である炭素質材料では、クラスター化リチウムの吸蔵量が少ないため、本発明の難黒鉛化炭素質材料のように、高い充電容量および高い充放電効率の両方をもたらすことは極めて困難である。 In a carbonaceous material having a main resonance peak position of 115 ppm or less in a chemical shift value with respect to lithium chloride, the amount of clustered lithium occlusion is small. Therefore, like the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, high charge capacity and high charge-discharge efficiency are extremely difficult.

前記主共鳴ピーク位置を上記の値より大きい値に調整するためには、例えば、炭素を含む材料を一酸化炭素や水素などの熱分解ガスを積極的に除去しながら1050℃~1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用すればよい。Li核-固体NMR分析の詳細は、実施例に記載する通りである。 In order to adjust the main resonance peak position to a value larger than the above value, for example, the carbon-containing material is heated to a temperature of 1050° C. to 1400° C. while actively removing thermal decomposition gases such as carbon monoxide and hydrogen. A non-graphitizable carbonaceous material manufactured by firing in an active gas atmosphere may be used for the negative electrode. The details of the 7 Li nucleus-solid NMR analysis are as described in the Examples.

<電極の膨張率>
本発明の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率は、充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である。膨張率が107%を超える場合、電極内で活物質同士の接触不良が生じ、電極抵抗が高くなるため、良好な出力特性(高い放電容量維持率)を有する非水電解質二次電池は得られない。
膨張率は、好ましくは106%以下、特に好ましくは105%以下である。膨張率が上記上限値以下であると、電極内における活物質(難黒鉛化炭素質材料)同士の導電パスおよびリチウムイオンの拡散が良好に確保されやすいため、低い電極抵抗が得られやすく、良好な出力特性が得られやすい。
<Expansion rate of electrode>
The expansion rate of the negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention when fully charged is 107% or less based on the thickness of the negative electrode before charging. If the expansion rate exceeds 107%, contact failure occurs between the active materials in the electrodes and the electrode resistance increases, so a non-aqueous electrolyte secondary battery having good output characteristics (high discharge capacity retention rate) cannot be obtained. do not have.
The expansion rate is preferably 106% or less, particularly preferably 105% or less. When the expansion coefficient is equal to or less than the above upper limit, a conductive path between the active materials (non-graphitizable carbonaceous materials) in the electrode and the diffusion of lithium ions are easily ensured, so that a low electrode resistance is easily obtained. output characteristics are easily obtained.

電極膨張率を上記の値以下に調整するためには、例えば、炭素を含む材料を一酸化炭素や水素などの熱分解ガスを積極的に除去しながら1050℃~1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用すればよい。前記方法で製造された難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極では、炭素結晶層間だけでなく炭素結晶間の空隙に多くのリチウムイオンが充電されるため、炭素結晶層間のみにリチウムイオンが充電される従来の負極より、有意に小さい電極膨張率がもたらされると考えられる。膨張率の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 In order to adjust the electrode expansion coefficient to the above value or less, for example, a material containing carbon is subjected to an inert gas atmosphere at 1050° C. to 1400° C. while actively removing thermal decomposition gases such as carbon monoxide and hydrogen. A non-graphitizable carbonaceous material manufactured by firing at is used for the negative electrode. In the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material produced by the above method, many lithium ions are charged not only between the carbon crystal layers but also in the gaps between the carbon crystal layers, so that lithium ions are charged only between the carbon crystal layers. It is believed to result in a significantly lower electrode expansion rate than the conventional negative electrode that is used. The details of the measurement of the expansion rate are as described in Examples.

<酸素元素含量>
本発明の難黒鉛化炭素質材料の酸素元素含量は少ないほどよい。酸素元素含量は、好ましくは0.30質量%以下、より好ましくは0.28質量%以下である。難黒鉛化炭素質材料が酸素元素を実質的に含有しないことが更に好ましい。ここで、酸素元素を実質的に含有しないとは、酸素元素含量が、後述の酸素元素含量の測定法(不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法)の検出限界である10-6質量%以下であることを意味する。酸素元素含量が上記の値以下であると、リチウムイオンと酸素との反応によりリチウムイオンが消費されることによるリチウムイオンの利用効率の低下、酸素が空気中水分を誘引して水が吸着され、容易に脱離しないことによるリチウムイオンの利用効率の低下、水分由来の副反応に起因する電極内のガス発生、および当該ガス発生による電極膨張率の増加(電極抵抗の増大、出力特性の低下)が抑制されやすい。
<Oxygen element content>
The oxygen element content of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is preferably as low as possible. The oxygen element content is preferably 0.30% by mass or less, more preferably 0.28% by mass or less. More preferably, the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no oxygen element. Here, "substantially free of elemental oxygen" means that the elemental oxygen content is 10 -6 % by mass, which is the detection limit of the method for measuring the elemental oxygen content (inert gas fusion-nondispersive infrared absorption method) described later. means that: If the elemental oxygen content is less than the above value, lithium ions are consumed by the reaction between lithium ions and oxygen, resulting in a decrease in lithium ion utilization efficiency. Decrease in utilization efficiency of lithium ions due to inability to easily desorb, generation of gas in the electrode due to side reactions derived from moisture, and increase in electrode expansion rate due to the generation of gas (increase in electrode resistance, deterioration in output characteristics) is easily suppressed.

酸素元素含量を上記の値以下に調整する方法は何ら限定されない。例えば、植物起源の炭素前駆体を所定の温度で酸処理した後に揮発性有機物と混合して1050℃~1400℃の温度で不活性ガス雰囲気下に焼成することにより、酸素元素含量を上記の値以下に調整することができる。酸素元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 The method for adjusting the oxygen element content to the above value or less is not limited at all. For example, a plant-derived carbon precursor is acid-treated at a predetermined temperature, mixed with a volatile organic substance, and fired at a temperature of 1050° C. to 1400° C. under an inert gas atmosphere to reduce the elemental oxygen content to the above value. You can adjust below. The details of the measurement of the oxygen element content are as described in Examples.

<植物起源の炭素前駆体>
本発明の難黒鉛化炭素質材料は、好ましくは植物起源の炭素前駆体に由来する。本発明では、「植物起源の炭素前駆体」とは、炭化前の植物起源物質、または炭化後の植物起源物質(植物由来のチャー)を意味する。原料となる植物(以下、「植物原料」と称することがある)は、特に限定されるものではない。例えば、椰子殻、珈琲豆、茶葉、サトウキビ、果実(例えば、みかん、バナナ)、藁、籾殻、広葉樹、針葉樹および竹が例示される。この例示は、本来の用途に供した後の廃棄物(例えば、使用済みの茶葉)、或いは植物原料の一部(例えば、バナナまたはみかんの皮)を包含する。これらの植物は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。これらの植物の中でも、大量入手が容易な椰子殻が好ましい。
<Carbon precursor of plant origin>
The non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is preferably derived from a plant-derived carbon precursor. In the present invention, "plant-derived carbon precursor" means a plant-derived material before carbonization or a plant-derived material (plant-derived char) after carbonization. The plant used as the raw material (hereinafter sometimes referred to as "plant raw material") is not particularly limited. Examples include coconut husks, coffee beans, tea leaves, sugarcane, fruits (eg, oranges, bananas), straw, rice husks, hardwoods, conifers, and bamboo. Examples of this include waste after it has been put to its original use (eg, spent tea leaves), or a portion of plant material (eg, banana or orange peel). These plants can be used singly or in combination of two or more. Among these plants, coconut shells, which are easily available in large quantities, are preferred.

椰子殻は、特に限定されるものではない。例えば、パームヤシ(アブラヤシ)、ココヤシ、サラクまたはオオミヤシの椰子殻が挙げられる。これらの椰子殻は、単独または組み合わせて使用することができる。食品、洗剤原料、バイオディーゼル油原料などとして利用され、大量に発生するバイオマス廃棄物である、ココヤシおよびパームヤシの椰子殻が特に好ましい。 Coconut shells are not particularly limited. For example, coconut shells of palm (oil palm), coconut, salak or hyacinth. These coconut shells can be used alone or in combination. Particularly preferred are coconut shells of coconut palms and palm palms, which are biomass wastes generated in large amounts and are used as raw materials for foods, detergents, biodiesel oils, and the like.

植物原料を炭化する方法、即ち、植物由来のチャーを製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば、植物原料を300℃以上の不活性ガス雰囲気下で熱処理(以下、「仮焼成」と称することがある)することによって行われる。 The method of carbonizing plant raw materials, ie, the method of producing plant-derived char, is not particularly limited. For example, it is carried out by heat-treating the plant raw material in an inert gas atmosphere at 300° C. or higher (hereinafter sometimes referred to as “calcination”).

また、チャー(例えば、椰子殻チャー)の形態で入手することも可能である。 It is also available in the form of char (eg, coconut shell char).

本発明の難黒鉛化炭素質材料の原料として、植物起源の適度な微小空隙を有する炭素前駆体を用いることにより、難黒鉛化炭素質材料の内部にクラスター化リチウムを多く吸蔵できる微小細孔が形成される。また、本発明の難黒鉛化炭素質材料を含む電極の膨張率が低いことには、該難黒鉛化炭素質材料が有する多くの微小細孔が、充放電に伴う電極活物質の体積変化を一部吸収することが寄与していると考えられる。 As a raw material for the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, by using a plant-derived carbon precursor having appropriate microvoids, micropores capable of absorbing a large amount of clustered lithium are formed inside the non-graphitizable carbonaceous material. It is formed. In addition, since the expansion coefficient of the electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is low, the many micropores of the non-graphitizable carbonaceous material can reduce the volume change of the electrode active material during charging and discharging. Partial absorption is thought to contribute.

<平均面間隔d002
本発明の難黒鉛化炭素質材料は、広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された(002)面の平均面間隔d002が、0.36nm~0.42nmであることが好ましく、0.38nm~0.40nmであることがより好ましく、0.381nm~0.389nmであることが特に好ましい。(002)面の平均面間隔d002が上記範囲内であると、リチウムイオンが炭素質材料に挿入される際の抵抗が大きくなったり出力時の抵抗が大きくなったりすることによるリチウムイオン電池としての入出力特性の低下が抑制されやすい。また、難黒鉛化炭素質材料が膨張収縮を繰り返すことに起因する電池材料としての安定性の低下が抑制されやすい。更には、リチウムイオンの拡散抵抗は小さくなるものの難黒鉛化炭素質材料の体積が大きくなることによる体積あたりの実行容量の低下が回避されやすい。平均面間隔を上記範囲に調整するためには、例えば、難黒鉛化炭素質材料を与える炭素前駆体の焼成を1050~1400℃の範囲の温度で行えばよい。また、ポリスチレンなどの熱分解性樹脂と混合して焼成する方法、1050~1400℃で焼成された難黒鉛化炭素質材料に炭化水素系ガスなどのCVD処理を施す方法を用いることもできる。ここで、平均面間隔d002の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Average surface distance d 002 >
In the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane calculated using the Bragg formula according to the wide-angle X-ray diffraction method is preferably 0.36 nm to 0.42 nm, It is more preferably 0.38 nm to 0.40 nm, and particularly preferably 0.381 nm to 0.389 nm. When the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane is within the above range, the resistance when lithium ions are inserted into the carbonaceous material increases and the resistance during output increases, resulting in a lithium ion battery. deterioration of the input/output characteristics of the In addition, deterioration in stability as a battery material due to repeated expansion and contraction of the non-graphitizable carbonaceous material is likely to be suppressed. Furthermore, although the diffusion resistance of lithium ions is reduced, the decrease in the effective capacity per volume due to the increase in the volume of the non-graphitizable carbonaceous material can be easily avoided. In order to adjust the average interplanar spacing to the above range, for example, the carbon precursor that gives the non-graphitizable carbonaceous material may be sintered at a temperature in the range of 1050 to 1400°C. Alternatively, a method of mixing with a thermally decomposable resin such as polystyrene and firing, or a method of subjecting a non-graphitizable carbonaceous material fired at 1050 to 1400° C. to a CVD treatment using a hydrocarbon gas or the like can also be used. Here, the details of the measurement of the average interplanar spacing d002 are as described in Examples.

<真密度ρBt
本発明の難黒鉛化炭素質材料は、電池における質量あたりの容量を高くする観点から、ブタノール法による真密度ρBtが、1.40~1.70g/cmであることが好ましく、1.42~1.65g/cmであることがより好ましく、1.44~1.60g/cmであることが特に好ましい。上記範囲の真密度は、例えば植物原料から難黒鉛化炭素質材料を製造する際の焼成工程温度を1050~1400℃とすることにより得ることができる。ここで、真密度ρBtの測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<true density ρ Bt >
The non-graphitizable carbonaceous material of the present invention preferably has a true density ρ Bt measured by the butanol method of 1.40 to 1.70 g/cm 3 from the viewpoint of increasing the capacity per mass of the battery. It is more preferably 42 to 1.65 g/cm 3 , particularly preferably 1.44 to 1.60 g/cm 3 . A true density within the above range can be obtained, for example, by setting the firing temperature to 1050 to 1400° C. when producing a non-graphitizable carbonaceous material from a plant raw material. Here, the details of the measurement of the true density ρ Bt are as described in Examples.

<カリウム元素含量および鉄元素含量>
本発明の難黒鉛化炭素質材料のカリウム元素含量は、脱ドープ容量を大きくする観点および非脱ドープ容量を小さくする観点から、0.1質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以下であることがより好ましく、0.03質量%以下であることが更に好ましい。難黒鉛化炭素質材料がカリウム元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。また、本発明の難黒鉛化炭素質材料の鉄元素含量は、脱ドープ容量を大きくする観点および非脱ドープ容量を小さくする観点から、0.02質量%以下であることが好ましく、0.015質量%以下であることがより好ましく、0.01質量%以下であることが更に好ましい。難黒鉛化炭素質材料が鉄元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。ここで、カリウム元素または鉄元素を実質的に含有しないとは、カリウム元素含量または鉄元素含量が、後述の蛍光X線分析(例えば島津製作所製「LAB CENTER XRF-1700」を用いた分析)の検出限界値以下であることを意味する。カリウム元素含量および鉄元素含量が上記の値以下であると、難黒鉛化炭素質材料を用いた非水電解質二次電池において、十分な脱ドープ容量および非脱ドープ容量が得られやすい。更に、これらの金属元素が電解液中に溶出して再析出した際に短絡することに起因する非水電解質二次電池の安全性の問題が回避されやすい。カリウム元素含量および鉄元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Potassium element content and iron element content>
The potassium element content of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is preferably 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass, from the viewpoint of increasing the dedoping capacity and decreasing the non-dedoping capacity. It is more preferably 0.03 mass % or less, more preferably 0.03 mass % or less. It is particularly preferred that the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no elemental potassium. In addition, the iron element content of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is preferably 0.02% by mass or less, and 0.015% by mass, from the viewpoint of increasing the dedoping capacity and decreasing the non-dedoping capacity. It is more preferably 0.01% by mass or less, more preferably 0.01% by mass or less. It is particularly preferred that the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no elemental iron. Here, substantially free of potassium element or iron element means that the potassium element content or iron element content is determined by the fluorescent X-ray analysis described later (for example, analysis using "LAB CENTER XRF-1700" manufactured by Shimadzu Corporation). It means below the detection limit. When the potassium element content and the iron element content are equal to or less than the above values, sufficient dedoping capacity and non-dedoping capacity are likely to be obtained in the non-aqueous electrolyte secondary battery using the non-graphitizable carbonaceous material. Furthermore, the problem of safety of the non-aqueous electrolyte secondary battery caused by short-circuiting when these metal elements are eluted and re-deposited in the electrolyte can be easily avoided. The details of the measurement of the potassium elemental content and the iron elemental content are as described in Examples.

<吸湿量>
本発明の難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、好ましくは10000ppm以下、より好ましくは9000ppm以下、特に好ましくは8000ppm以下である。吸湿量が少ないほど、難黒鉛化炭素質材料に吸着する水分が減り、難黒鉛化炭素質材料に吸着するリチウムイオンが増加するので好ましい。また、吸湿量が少ないほど、吸着した水分とリチウムイオンとの反応による自己放電を低減でき、更に、吸着した水分とリチウムイオンとの反応による副反応生成物やガス発生を抑制できるので好ましい。難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、例えば、難黒鉛化炭素質材料に含まれる酸素原子の量を減らすことにより、減らすことができる。難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、例えば、カールフィッシャーなどを用いて測定される。吸湿量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Amount of moisture absorbed>
The moisture absorption of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is preferably 10000 ppm or less, more preferably 9000 ppm or less, and particularly preferably 8000 ppm or less. The smaller the amount of moisture absorbed, the less water is adsorbed to the non-graphitizable carbonaceous material and the more lithium ions are adsorbed to the non-graphitizable carbonaceous material, which is preferable. In addition, the smaller the amount of moisture absorption, the more the self-discharge due to the reaction between the adsorbed moisture and lithium ions can be reduced, and the side reaction products and gas generation due to the reaction between the adsorbed moisture and lithium ions can be suppressed, which is preferable. The moisture absorption amount of the non-graphitizable carbonaceous material can be reduced, for example, by reducing the amount of oxygen atoms contained in the non-graphitizable carbonaceous material. The moisture absorption of the non-graphitizable carbonaceous material is measured using, for example, Karl Fischer. The details of the measurement of moisture absorption are as described in Examples.

<比表面積>
本発明の難黒鉛化炭素質材料は、窒素吸着BET3点法により求めた比表面積が、1~75m/gであることが好ましく、2~60m/gであることがより好ましく、3~50m/gであることが特に好ましい。比表面積が上記範囲内であると、難黒鉛化炭素質材料を用いて製造した非水電解質二次電池において、電解液と難黒鉛化炭素質材料との過剰な副反応が抑制されつつリチウムイオンが難黒鉛化炭素質材料にドープされやすく、更にリチウムイオンを難黒鉛化炭素質材料から脱ドープするための接触面積が高く保持されやすいため、高い充電容量と高い出力特性とが両立されやすい。比表面積は、例えば、後述する脱灰工程の温度を制御することによって調整することができる。
<Specific surface area>
The non-graphitizable carbonaceous material of the present invention preferably has a specific surface area of 1 to 75 m 2 /g, more preferably 2 to 60 m 2 /g, as determined by the nitrogen adsorption BET three-point method. 50 m 2 /g is particularly preferred. When the specific surface area is within the above range, in a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured using a non-graphitizable carbonaceous material, excessive side reactions between the electrolyte and the non-graphitizable carbonaceous material are suppressed while lithium ions are generated. is easily doped into the non-graphitizable carbonaceous material, and the contact area for dedoping lithium ions from the non-graphitizable carbonaceous material is likely to be kept high, so both high charge capacity and high output characteristics are easily achieved. The specific surface area can be adjusted, for example, by controlling the temperature of the deashing process described below.

<難黒鉛化炭素質材料の製造方法>
本発明の難黒鉛化炭素質材料の製造方法は、植物起源の炭素前駆体を酸処理する工程、および酸処理した炭素前駆体を1050℃~1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成する工程を含む。
<Method for producing non-graphitizable carbonaceous material>
The method for producing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention comprises a step of acid-treating a plant-derived carbon precursor, and a step of firing the acid-treated carbon precursor at 1050° C. to 1400° C. in an inert gas atmosphere. include.

<植物起源の炭素前駆体>
「植物起源の炭素前駆体」とは、先に記載したように、炭化前の植物起源物質または炭化後の植物起源物質(植物由来のチャー)を意味する。原料となる植物(植物原料)は、特に限定されるものではない。先に例示したような植物を、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、大量入手が容易な椰子殻が好ましい。
<Carbon precursor of plant origin>
By "plant-derived carbon precursor" is meant the plant-derived material before carbonization or after carbonization (plant-derived char), as described above. The plant (plant material) used as the raw material is not particularly limited. Plants such as those exemplified above can be used alone or in combination of two or more. Among these, coconut shells, which are easily available in large quantities, are preferred.

椰子殻は、特に限定されるものではない。先に例示したような椰子殻を、単独または組み合わせて使用することができる。食品、洗剤原料またはバイオディーゼル油原料などとして利用され、大量に発生するバイオマス廃棄物である、ココヤシおよびパームヤシの椰子殻が特に好ましい。 Coconut shells are not particularly limited. Coconut shells such as those exemplified above can be used alone or in combination. Particularly preferred are coconut shells of coconut palms and palm palms, which are biomass wastes that are used as foods, raw materials for detergents, raw materials for biodiesel oil, and the like, and which are generated in large amounts.

植物原料を炭化する方法、即ち、植物由来のチャーを製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば、植物原料を300℃以上の不活性ガス雰囲気下で仮焼成することによって行われる。 The method of carbonizing plant raw materials, ie, the method of producing plant-derived char, is not particularly limited. For example, it is carried out by calcining the plant raw material in an inert gas atmosphere at 300° C. or higher.

また、チャー(例えば、椰子殻チャー)の形態で入手することも可能である。 It is also available in the form of char (eg, coconut shell char).

一般に、植物原料は、アルカリ金属元素(例えば、カリウムおよびナトリウム)、アルカリ土類金属元素(例えば、マグネシウムおよびカルシウム)、遷移金属元素(例えば、鉄および銅)並びに非金属元素(例えば、リン)などを多く含んでいる。このような金属元素および非金属元素を多く含んだ難黒鉛化炭素質材料を負極として用いると、非水電解質二次電池の電気化学的な特性や安全性に好ましくない影響を与えることがある。 In general, plant materials include alkali metal elements (e.g. potassium and sodium), alkaline earth metal elements (e.g. magnesium and calcium), transition metal elements (e.g. iron and copper) and non-metal elements (e.g. phosphorus), etc. contains a lot of When such a non-graphitizable carbonaceous material containing a large amount of metallic elements and non-metallic elements is used as the negative electrode, it may adversely affect the electrochemical characteristics and safety of the non-aqueous electrolyte secondary battery.

<酸処理>
従って、本発明の難黒鉛化炭素質材料の製造方法は、植物起源の炭素前駆体を酸処理する工程を含む。ここで、植物起源の炭素前駆体を酸処理することにより、前記炭素前駆体中の金属元素および/または非金属元素の含量を低下させることを、以下、脱灰とも称する。
<Acid treatment>
Accordingly, the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention includes a step of acid-treating a plant-derived carbon precursor. Here, reducing the content of metallic elements and/or non-metallic elements in the carbon precursor by subjecting the carbon precursor of plant origin to an acid treatment is hereinafter also referred to as deashing.

酸処理の方法、即ち、脱灰の方法は、特に限定されない。例えば、塩酸または硫酸などの鉱酸、或いは酢酸またはギ酸などの有機酸などを含む酸性水を用いて金属分を抽出脱灰する方法(液相脱灰)、または塩化水素などのハロゲン化合物を含有した高温の気相に暴露させて脱灰する方法(気相脱灰)を用いることができる。 The acid treatment method, that is, the deashing method is not particularly limited. For example, mineral acids such as hydrochloric acid or sulfuric acid, acid water containing organic acids such as acetic acid or formic acid, etc. are used to extract and demineralize metals (liquid phase demineralization), or halogen compounds such as hydrogen chloride are used. A method of demineralizing by exposing to a high-temperature gas phase (vapor-phase demineralization) can be used.

<液相脱灰>
液相脱灰としては、植物起源の炭素前駆体を有機酸水溶液中に浸漬し、植物起源の炭素前駆体から、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、遷移金属元素および/または非金属元素を溶出させて除去することが好ましい。
<Liquid phase decalcification>
In the liquid phase demineralization, a plant-derived carbon precursor is immersed in an organic acid aqueous solution, and an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a transition metal element and/or a non-metal element is removed from the plant-derived carbon precursor. Removal by elution is preferred.

これらの金属元素を含んだ植物起源の炭素前駆体を炭化すると、炭化時に必要な炭素質が分解される場合がある。また、リンなどの非金属元素は酸化し易いので、炭化物の表面の酸化度が変化し、炭化物の性状が大きく変化するため、好ましくない。更に、炭素前駆体を炭化した後に液相脱灰を行うと、リン、カルシウム、マグネシウム、カリウムおよび鉄については十分に除去することができない場合がある。また、炭化物中の金属元素および/または非金属元素の含量によって、液相脱灰実施時間や液相脱灰後の炭化物中の金属元素および/または非金属元素の残存量が大きく異なる。従って、炭素前駆体中の金属元素および/または非金属元素の含量を、炭化前に十分に除去しておくことが好ましい。即ち、液相脱灰では、「植物起源の炭素前駆体」として、炭化前の植物起源物質を使用することが好ましい。 When carbonizing a plant-derived carbon precursor containing these metal elements, the carbonaceous material necessary for carbonization may be decomposed. In addition, since non-metallic elements such as phosphorus are easily oxidized, the degree of oxidation of the surface of the carbide changes, which greatly changes the properties of the carbide, which is not preferable. Furthermore, when liquid phase demineralization is performed after carbonization of the carbon precursor, phosphorous, calcium, magnesium, potassium and iron may not be sufficiently removed. Further, the amount of metal elements and/or non-metal elements remaining in the carbide after liquid phase demineralization and the amount of metal elements and/or non-metal elements remaining in the carbide after liquid phase demineralization greatly differ depending on the content of metal elements and/or non-metal elements in the carbide. Therefore, it is preferable to sufficiently remove the content of metallic elements and/or non-metallic elements in the carbon precursor before carbonization. That is, in liquid-phase demineralization, it is preferable to use a plant-derived material before carbonization as the "plant-derived carbon precursor".

液相脱灰において使用される有機酸は、リン、硫黄およびハロゲンなどの不純物源となる元素を含まないことが好ましい。有機酸がリン、硫黄およびハロゲンなどの元素を含まない場合には、液相脱灰後の水洗を省略し、有機酸が残存する炭素前駆体を炭化した場合であっても、炭素材として好適に用いることできる炭化物が得られるため有利である。また、使用後の有機酸の廃液処理を特別な装置を用いることなく比較的容易に行うことができるため有利である。 The organic acids used in liquid phase demineralization are preferably free of impurity source elements such as phosphorus, sulfur and halogens. When the organic acid does not contain elements such as phosphorus, sulfur and halogen, it is suitable as a carbon material even if the carbon precursor in which the organic acid remains is carbonized without washing with water after liquid phase demineralization. This is advantageous because it provides a carbide that can be used for Moreover, it is advantageous because it is possible to relatively easily treat the used organic acid waste liquid without using a special apparatus.

有機酸の例としては、飽和カルボン酸、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、酒石酸およびクエン酸など、不飽和カルボン酸、例えばアクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸およびフマル酸など、芳香族カルボン酸、例えば安息香酸、フタル酸およびナフトエン酸などが挙げられる。入手可能性、酸性度による腐食および人体への影響の観点から、酢酸、シュウ酸およびクエン酸が好ましい。 Examples of organic acids include saturated carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, tartaric acid and citric acid, unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid and fumaric acid, aromatic Carboxylic acids such as benzoic acid, phthalic acid and naphthoenoic acid are included. Acetic acid, oxalic acid and citric acid are preferred from the standpoint of availability, corrosion due to acidity and effects on the human body.

本発明では、有機酸は、溶出する金属化合物の溶解度、廃棄物の処理、および環境適合性などの観点から、水性溶液と混合して有機酸水溶液として用いる。水性溶液としては、水、および水と水溶性有機溶媒との混合物などが挙げられる。水溶性有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、プロピレングリコールまたはエチレングリコールなどのアルコールが挙げられる。 In the present invention, the organic acid is mixed with an aqueous solution and used as an organic acid aqueous solution from the viewpoints of the solubility of eluted metal compounds, disposal of waste, and environmental compatibility. Aqueous solutions include water and mixtures of water and water-soluble organic solvents. Water-soluble organic solvents include, for example, alcohols such as methanol, ethanol, propylene glycol or ethylene glycol.

有機酸水溶液中の酸の濃度としては、特に限定されるものではない。用いる酸の種類に応じて濃度を調節して用いることができる。本発明では、通常、有機酸水溶液の総量に基づいて0.001質量%~20質量%、より好ましくは0.01質量%~18質量%、特に好ましくは0.02質量%~15質量%の範囲の酸濃度の有機酸水溶液を用いる。酸濃度が上記範囲内であれば、適切な金属元素および/または非金属元素の溶出速度が得られるため実用的な時間で液相脱灰を行うことが可能となる。また、炭素前駆体における酸の残留量が少なくなるので、その後の製品への影響も少なくなる。 The acid concentration in the organic acid aqueous solution is not particularly limited. The concentration can be adjusted according to the type of acid used. In the present invention, usually 0.001% by mass to 20% by mass, more preferably 0.01% by mass to 18% by mass, and particularly preferably 0.02% by mass to 15% by mass based on the total amount of the organic acid aqueous solution. An aqueous organic acid solution with a range of acid concentrations is used. If the acid concentration is within the above range, an appropriate elution rate of metallic elements and/or non-metallic elements can be obtained, so liquid phase demineralization can be performed in a practical time. In addition, since the residual amount of acid in the carbon precursor is reduced, the effect on subsequent products is also reduced.

有機酸水溶液のpHは、好ましくは3.5以下、より好ましくは3以下である。有機酸水溶液のpHが上記の値以下であると、金属元素および/または非金属元素の有機酸水溶液への溶解速度が低下することなく、金属元素および/または非金属元素の除去が効率的に行われやすい。 The pH of the organic acid aqueous solution is preferably 3.5 or less, more preferably 3 or less. When the pH of the organic acid aqueous solution is equal to or less than the above value, the metallic element and/or the nonmetallic element can be efficiently removed without lowering the dissolution rate of the metallic element and/or the nonmetallic element in the organic acid aqueous solution. easy to do.

炭素前駆体を浸漬する際の有機酸水溶液の温度は、特に限定されない。好ましくは45℃~120℃、より好ましくは50℃~110℃、特に好ましくは60℃~100℃の範囲である。炭素前駆体を浸漬する際の有機酸水溶液の温度が、上記範囲内であれば、使用する酸の分解が抑制され、実用的な時間での液相脱灰の実施が可能となる金属元素の溶出速度が得られやすいため好ましい。また、特殊な装置を用いずに液相脱灰を行いやすいため好ましい。 The temperature of the organic acid aqueous solution when the carbon precursor is immersed is not particularly limited. The range is preferably 45°C to 120°C, more preferably 50°C to 110°C, and particularly preferably 60°C to 100°C. If the temperature of the organic acid aqueous solution when the carbon precursor is immersed is within the above range, the decomposition of the acid used is suppressed, and the liquid phase demineralization can be performed within a practical time. It is preferable because the dissolution rate can be easily obtained. Moreover, it is preferable because liquid phase deashing can be easily performed without using a special device.

炭素前駆体を有機酸水溶液に浸漬する時間としては、用いる酸に応じて適宜調節することができる。本発明では、浸漬する時間は、経済性および脱灰効率の観点から、通常1~100時間、好ましくは2~80時間、より好ましくは2.5~50時間の範囲である。 The time for immersing the carbon precursor in the organic acid aqueous solution can be appropriately adjusted according to the acid used. In the present invention, the immersion time is usually in the range of 1 to 100 hours, preferably 2 to 80 hours, more preferably 2.5 to 50 hours, from the viewpoint of economy and deashing efficiency.

有機酸水溶液の質量に対する浸漬する炭素前駆体の質量の割合は、用いる有機酸水溶液の種類、濃度および温度などに応じて適宜調節することが可能であり、通常0.1質量%~200質量%、好ましくは1質量%~150質量%、より好ましくは1.5質量%~120質量%の範囲である。上記範囲内であれば、有機酸水溶液に溶出した金属元素および/または非金属元素が有機酸水溶液から析出しにくく、炭素前駆体への再付着が抑制されやすいため好ましい。また、上記範囲内であれば、容積効率が適切となるため経済的観点から好ましい。 The ratio of the mass of the carbon precursor to be immersed to the mass of the organic acid aqueous solution can be appropriately adjusted according to the type, concentration and temperature of the organic acid aqueous solution used, and is usually 0.1% by mass to 200% by mass. , preferably 1% to 150% by mass, more preferably 1.5% to 120% by mass. Within the above range, the metallic element and/or non-metallic element eluted into the organic acid aqueous solution is less likely to precipitate from the organic acid aqueous solution, and redeposition to the carbon precursor is likely to be suppressed, which is preferable. Moreover, if it is within the above range, it is preferable from an economical point of view because the volumetric efficiency is appropriate.

液相脱灰を行う雰囲気としては、特に限定されず、浸漬に使用する方法に応じて異なっていてよい。本発明では、液相脱灰は、通常、大気雰囲気中で実施する。 The atmosphere for liquid phase demineralization is not particularly limited, and may vary depending on the method used for immersion. In the present invention, liquid phase demineralization is normally carried out in an air atmosphere.

これらの操作は、好ましくは1回~8回、より好ましくは2回~5回繰り返して行ってよい。 These operations may be repeated preferably 1 to 8 times, more preferably 2 to 5 times.

本発明では、液相脱灰後、必要に応じて洗浄工程および/または乾燥工程を行ってよい。 In the present invention, after liquid phase demineralization, a washing step and/or a drying step may be performed as necessary.

<気相脱灰>
気相脱灰としては、植物起源の炭素前駆体を、ハロゲン化合物を含む気相中で熱処理することが好ましい。気相脱灰では、熱処理時に植物起源の炭素前駆体の急激な熱分解反応を伴うと、熱分解成分の発生により気相脱灰効率が低下するとともに、発生した熱分解成分により熱処理装置内が汚染され、安定運転に支障が生じることがある。これらの観点から、「植物起源の炭素前駆体」として、炭化後の植物起源物質を使用することが好ましい。
<Vapor phase demineralization>
As vapor phase deashing, it is preferable to heat-treat a plant-derived carbon precursor in a vapor phase containing a halogen compound. In gas-phase demineralization, if a rapid thermal decomposition reaction of plant-derived carbon precursors is involved during heat treatment, the efficiency of gas-phase demineralization will decrease due to the generation of thermal decomposition components, and the generated thermal decomposition components will cause the inside of the heat treatment equipment to become clogged. Contamination may interfere with stable operation. From these points of view, it is preferable to use a carbonized plant-origin material as the "plant-origin carbon precursor."

気相脱灰で使用されるハロゲン化合物は特に限定されない。例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、臭化ヨウ素、フッ化塩素(ClF)、塩化ヨウ素(ICl)、臭化ヨウ素(IBr)、塩化臭素(BrCl)およびそれらの混合物を使用することができる。熱分解によりこれらのハロゲン化合物を発生する化合物、またはそれらの混合物を用いることもできる。供給安定性および使用するハロゲン化合物の安定性の観点から、塩化水素を使用することが好ましい。 Halogen compounds used in gas-phase deashing are not particularly limited. For example, fluorine, chlorine, bromine, iodine, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, hydrogen bromide, iodine bromide, chlorine fluoride (ClF), iodine chloride (ICl), iodine bromide (IBr), bromine chloride (BrCl) and mixtures thereof can be used. Compounds that generate these halogen compounds by thermal decomposition, or mixtures thereof can also be used. Hydrogen chloride is preferably used from the viewpoint of supply stability and stability of the halogen compound to be used.

気相脱灰では、ハロゲン化合物と不活性ガスとを混合して使用してもよい。不活性ガスは、植物起源の炭素前駆体を構成する炭素成分と反応しないガスであれば特に限定されない。例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、またはそれらの混合ガスを使用することができる。供給安定性および経済性の観点から、窒素を使用することが好ましい。 In vapor phase deashing, a mixture of a halogen compound and an inert gas may be used. The inert gas is not particularly limited as long as it does not react with the carbon component constituting the plant-derived carbon precursor. For example, nitrogen, helium, argon, krypton, or mixtures thereof can be used. Nitrogen is preferably used from the viewpoint of supply stability and economy.

気相脱灰において、ハロゲン化合物と不活性ガスとの混合比は、十分な脱灰が達成できる限り、限定されるものではない。例えば、安全性、経済性および炭素前駆体中への残留性の観点から、不活性ガスに対するハロゲン化合物の量は、好ましくは0.01~10.0体積%であり、より好ましくは0.05~8.0体積%であり、特に好ましくは0.1~5.0体積%である。 In vapor phase demineralization, the mixing ratio of the halogen compound and the inert gas is not limited as long as sufficient demineralization can be achieved. For example, from the viewpoint of safety, economic efficiency, and persistence in the carbon precursor, the amount of the halogen compound relative to the inert gas is preferably 0.01 to 10.0% by volume, more preferably 0.05. 8.0% by volume, particularly preferably 0.1 to 5.0% by volume.

気相脱灰の温度は、脱灰の対象である植物起源の炭素前駆体に応じて変えてよいが、所望の酸素元素含量および比表面積が得られやすい観点から、例えば500~950℃、好ましくは600~940℃、より好ましくは650~940℃、特に好ましくは850~930℃である。脱灰温度が上記範囲内であると、良好な脱灰効率が得られて十分に脱灰されやすく、ハロゲン化合物による賦活が回避されやすい。 The temperature for vapor phase demineralization may be varied depending on the plant-derived carbon precursor to be demineralized, but from the viewpoint of easily obtaining the desired oxygen element content and specific surface area, it is preferably 500 to 950°C. is 600 to 940°C, more preferably 650 to 940°C, particularly preferably 850 to 930°C. When the demineralization temperature is within the above range, good demineralization efficiency is obtained, sufficient demineralization is easily achieved, and activation by a halogen compound is easily avoided.

気相脱灰の時間は、特に限定されるものではない。反応設備の経済効率、および炭素分の構造保持性の観点から、例えば5~300分であり、好ましくは10~200分であり、より好ましくは20~150分である。 The time for vapor phase demineralization is not particularly limited. From the viewpoint of the economic efficiency of reaction equipment and the ability to maintain the structure of the carbon content, the time is, for example, 5 to 300 minutes, preferably 10 to 200 minutes, more preferably 20 to 150 minutes.

気相脱灰の対象となる植物起源の炭素前駆体の平均粒子径は、特に限定されるものではない。平均粒子径が小さすぎる場合、除去されたカリウムなどを含む気相と、植物起源の炭素前駆体とを分離することが困難になり得ることから、粒子径の平均値の下限は100μm以上が好ましく、300μm以上がより好ましく、500μm以上が特に好ましい。また、粒子径の平均値の上限は、混合ガス気流中での炭素前駆体の流動性の観点から、10000μm以下が好ましく、8000μm以下がより好ましく、5000μm以下が特に好ましい。ここで、平均粒子径の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 The average particle size of the plant-derived carbon precursor to be subjected to gas-phase demineralization is not particularly limited. If the average particle size is too small, it may be difficult to separate the gas phase containing removed potassium and the like from the plant-derived carbon precursor. Therefore, the lower limit of the average particle size is preferably 100 μm or more. , 300 μm or more, and particularly preferably 500 μm or more. Also, the upper limit of the average particle size is preferably 10000 μm or less, more preferably 8000 μm or less, and particularly preferably 5000 μm or less, from the viewpoint of the fluidity of the carbon precursor in the mixed gas stream. Here, the details of the measurement of the average particle size are as described in Examples.

気相脱灰に用いる装置は、植物起源の炭素前駆体とハロゲン化合物を含む気相とを混合しながら加熱できる装置であれば、特に限定されない。例えば、流動炉を用い、流動床などによる連続式またはバッチ式の層内流通方式を用いることができる。気相の供給量(流動量)も特に限定されない。混合ガス気流中での炭素前駆体の流動性の観点から、例えば植物起源の炭素前駆体1g当たり好ましくは1mL/分以上、より好ましくは5mL/分以上、特に好ましくは10mL/分以上の気相を供給する。 The apparatus used for vapor phase deashing is not particularly limited as long as it can heat while mixing the plant-derived carbon precursor and the gas phase containing the halogen compound. For example, using a fluidized bed, a continuous or batch intralayer flow system using a fluidized bed or the like can be used. The supply amount (flow amount) of the gas phase is also not particularly limited. From the viewpoint of the fluidity of the carbon precursor in the mixed gas stream, for example, the gas phase is preferably 1 mL/min or more, more preferably 5 mL/min or more, and particularly preferably 10 mL/min or more per 1 g of the plant-derived carbon precursor. supply.

気相脱灰においては、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中での熱処理(以下において「ハロゲン熱処理」と称することがある)の後に、更にハロゲン化合物非存在下での熱処理(以下において「気相脱酸処理」と称することがある)を行うことが好ましい。前記ハロゲン熱処理により、ハロゲンが植物起源の炭素前駆体に含まれるため、気相脱酸処理により植物起源の炭素前駆体に含まれているハロゲンを除去することが好ましい。具体的には、気相脱酸処理は、ハロゲン化合物を含まない不活性ガス雰囲気中で通常は500℃~940℃、好ましくは600~940℃、より好ましくは650~940℃、特に好ましくは850~930℃で熱処理することによって行う。この熱処理の温度は、先行のハロゲン熱処理の温度と同じか、またはそれよりも高い温度で行うことが好ましい。例えば、ハロゲン熱処理後に、ハロゲン化合物の供給を遮断して熱処理を行うことにより、気相脱酸処理を行うことができる。また、気相脱酸処理の時間も特に限定されるものではない。好ましくは5分~300分であり、より好ましくは10分~200分であり、特に好ましくは10分~100分である。 In gas phase deashing, after heat treatment in an inert gas atmosphere containing a halogen compound (hereinafter sometimes referred to as "halogen heat treatment"), further heat treatment in the absence of a halogen compound (hereinafter referred to as "gas phase (sometimes referred to as "deacidification treatment") is preferably performed. Since halogen is contained in the plant-origin carbon precursor by the halogen heat treatment, it is preferable to remove the halogen contained in the plant-origin carbon precursor by vapor-phase deoxidation treatment. Specifically, the vapor-phase deoxidation treatment is carried out in an inert gas atmosphere containing no halogen compounds, usually at 500°C to 940°C, preferably 600°C to 940°C, more preferably 650°C to 940°C, particularly preferably 850°C. This is done by heat treating at ~930°C. The temperature of this heat treatment is preferably the same as or higher than the temperature of the preceding halogen heat treatment. For example, after the halogen heat treatment, the gas phase deoxidation treatment can be performed by interrupting the supply of the halogen compound and performing the heat treatment. Moreover, the time for the vapor-phase deoxidation treatment is not particularly limited. It is preferably 5 minutes to 300 minutes, more preferably 10 minutes to 200 minutes, particularly preferably 10 minutes to 100 minutes.

本発明における酸処理は、植物起源の炭素前駆体に含まれているカリウムおよび/または鉄などを除去(脱灰)するものである。酸処理後に得られる植物起源の炭素前駆体に含まれるカリウム元素含量は、好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下、更に好ましくは0.03質量%以下に低減される。特に好ましくは、カリウム元素含量は、難黒鉛化炭素質材料が実質的に含有しない程度まで低減される。また、酸処理後に得られる炭素前駆体に含まれる鉄元素含量は、好ましくは0.02質量%以下、より好ましくは0.015質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以下に低減される。特に好ましくは、鉄元素含量は、難黒鉛化炭素質材料が実質的に含有しない程度まで低減される。ここで、カリウム元素または鉄元素を実質的に含有しないとは、カリウム元素含量または鉄元素含量が、後述の蛍光X線分析(例えば島津製作所製「LAB CENTER XRF-1700」を用いた分析)の検出限界値以下であることを意味する。カリウム元素含量および鉄元素含量が上記の値以下であると、先に記載した通り、十分な脱ドープ容量および非脱ドープ容量が得られやすく、非水電解質二次電池の安全性の問題が回避されやすい。カリウム元素含量および鉄元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 The acid treatment in the present invention removes (demineralizes) potassium and/or iron contained in the plant-derived carbon precursor. The potassium element content contained in the plant-derived carbon precursor obtained after the acid treatment is preferably reduced to 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less, and even more preferably 0.03% by mass or less. be. Particularly preferably, the elemental potassium content is reduced to the extent that the non-graphitizable carbonaceous material is substantially free. In addition, the iron element content contained in the carbon precursor obtained after the acid treatment is preferably reduced to 0.02% by mass or less, more preferably 0.015% by mass or less, and even more preferably 0.01% by mass or less. . Particularly preferably, the elemental iron content is reduced to the extent that the non-graphitizable carbonaceous material is substantially free. Here, substantially free of potassium element or iron element means that the potassium element content or iron element content is determined by the fluorescent X-ray analysis described later (for example, analysis using "LAB CENTER XRF-1700" manufactured by Shimadzu Corporation). It means below the detection limit. When the potassium element content and the iron element content are the above values or less, as described above, sufficient dedoping capacity and non-dedoping capacity are easily obtained, and the safety problem of the non-aqueous electrolyte secondary battery is avoided. easy to be The details of the measurement of the potassium elemental content and the iron elemental content are as described in Examples.

本発明における酸処理では、脱灰と同時に炭素成分の一部が除去される。具体的には、液相脱灰であれば炭素成分の一部が溶出により除去され、気相脱灰であれば炭素成分の一部が塩素賦活により除去される。この除去された部分が、後述の焼成工程後にクラスター化リチウムの吸蔵ポイントをもたらす。 In the acid treatment of the present invention, part of the carbon component is removed at the same time as deashing. Specifically, in the case of liquid phase demineralization, part of the carbon component is removed by elution, and in the case of gas phase demineralisation, part of the carbon component is removed by chlorine activation. This removed portion provides storage points for clustered lithium after the firing step described below.

本発明において酸処理は少なくとも1回行う。同じまたは異なる酸を用いて2回以上酸処理を行ってもよい。 Acid treatment is performed at least once in the present invention. Two or more acid treatments may be performed with the same or different acids.

酸処理の対象である植物起源の炭素前駆体は、炭化前の植物起源物質または炭化後の植物起源物質であるが、酸処理を液相脱灰によって行う場合は、炭素成分の溶出の増加、即ち、リチウム吸蔵ポイントの増加の観点から、液相脱灰を、炭化前の植物原料そのものに行うことが好ましい。 The plant-derived carbon precursor to be acid-treated is a plant-derived substance before carbonization or a plant-derived substance after carbonization. That is, from the viewpoint of increasing the lithium absorption point, it is preferable to subject the plant raw material itself before carbonization to liquid phase demineralization.

酸処理後の炭素前駆体がまだ炭化処理に付されていない炭素前駆体である場合、即ち、炭化前の植物原料を酸処理した後の炭素前駆体である場合は、次いで、炭化処理を施す。炭化方法は、先に記載したように、特に限定されるものではない。例えば、酸処理された炭化前の植物原料を、300℃以上の不活性ガス雰囲気下で仮焼成することによって行われる。 If the acid-treated carbon precursor is a carbon precursor that has not yet been carbonized, i.e., if the carbon precursor is a carbon precursor that has been acid-treated from a plant raw material before carbonization, it is then carbonized. . The carbonization method is not particularly limited as described above. For example, it is carried out by calcining the acid-treated plant raw material before carbonization in an inert gas atmosphere at 300° C. or higher.

植物起源の炭素前駆体は、必要に応じて粉砕および分級され、その平均粒子径が調整される。粉砕工程および分級工程は、酸処理の後、実施することが好ましい。 The plant-derived carbon precursor is optionally pulverized and classified to adjust its average particle size. The pulverization step and the classification step are preferably carried out after the acid treatment.

<粉砕>
粉砕工程では、植物起源の炭素前駆体を、焼成工程後の平均粒子径が例えば1~30μmの範囲になるように粉砕することが、電極作製時の塗工性の観点から好ましい。即ち、本発明の難黒鉛化炭素質材料の平均粒子径(Dv50)を、例えば1~30μmの範囲になるように調整する。難黒鉛化炭素質材料の平均粒子径が1μm以上であると、微粉が増加して比表面積が増加し、電解液との反応性が高くなって、充電しても放電しない容量である不可逆容量が増加し、正極の容量が無駄になる割合が増加する傾向が抑制されやすい。また、得られた難黒鉛化炭素質材料を用いて負極を製造した際に、炭素質材料の間に形成される空隙が十分確保されやすく、電解液中のリチウムイオンの良好な移動が確保されやすい。本発明の炭素質材料の平均粒子径(Dv50)は、好ましくは1μm以上、より好ましくは1.5μm以上、特に好ましくは2μm以上である。一方、平均粒子径が30μm以下であると、粒子内でのリチウムイオンの拡散自由行程が少なく、急速な充放電が可能となりやすいため好ましい。更に、リチウムイオン二次電池では、入出力特性の向上には電極面積を大きくすることが重要であり、そのため電極調製時に集電板への活物質の塗工厚みを薄くする必要がある。塗工厚みを薄くするには、活物質の平均粒子径を小さくする必要がある。このような観点から、平均粒子径は30μm以下であることが好ましく、より好ましくは19μm以下であり、更に好ましくは17μm以下であり、更に好ましくは16μm以下であり、特に好ましくは15μm以下である。
<Grinding>
In the pulverization step, the plant-derived carbon precursor is preferably pulverized so that the average particle size after the firing step is in the range of 1 to 30 μm, for example, from the viewpoint of coatability during electrode production. That is, the average particle diameter (Dv 50 ) of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is adjusted, for example, within the range of 1 to 30 μm. When the average particle size of the non-graphitizable carbonaceous material is 1 μm or more, the amount of fine powder increases, the specific surface area increases, the reactivity with the electrolytic solution increases, and the irreversible capacity is the capacity that does not discharge even when charged. increases, and the tendency for the positive electrode capacity to waste increases tends to be suppressed. In addition, when a negative electrode is produced using the obtained non-graphitizable carbonaceous material, sufficient voids are easily secured between the carbonaceous materials, ensuring good movement of lithium ions in the electrolyte. Cheap. The average particle diameter (Dv 50 ) of the carbonaceous material of the present invention is preferably 1 µm or more, more preferably 1.5 µm or more, and particularly preferably 2 µm or more. On the other hand, when the average particle diameter is 30 μm or less, the diffusion free path of lithium ions in the particles is small, and rapid charge/discharge tends to be possible, which is preferable. Furthermore, in a lithium ion secondary battery, it is important to increase the electrode area in order to improve the input/output characteristics. Therefore, it is necessary to reduce the thickness of the active material applied to the current collector plate when preparing the electrode. In order to reduce the coating thickness, it is necessary to reduce the average particle size of the active material. From such a viewpoint, the average particle size is preferably 30 μm or less, more preferably 19 μm or less, still more preferably 17 μm or less, even more preferably 16 μm or less, and particularly preferably 15 μm or less.

なお、植物起源の炭素前駆体は、後述する本焼成の条件により、0~20%程度収縮する。そのため、焼成後の平均粒子径が1~30μmとなるようにするためには、植物起源の炭素前駆体の平均粒子径を、所望する焼成後の平均粒子径よりも0~20%程度大きい粒子径となるように調整することが好ましい。従って、粉砕後の平均粒子径が、好ましくは1~36μm、より好ましくは1~22.8μm、更に好ましくは1~20.4μm、更に好ましくは1~19.2μm、特に好ましくは1~18μmとなるように粉砕を行うことが好ましい。 Note that the plant-derived carbon precursor shrinks by about 0 to 20% depending on the main firing conditions described later. Therefore, in order to make the average particle size after firing 1 to 30 μm, the average particle size of the plant-derived carbon precursor should be about 0 to 20% larger than the desired average particle size after firing. It is preferable to adjust the diameter. Therefore, the average particle size after pulverization is preferably 1 to 36 μm, more preferably 1 to 22.8 μm, still more preferably 1 to 20.4 μm, still more preferably 1 to 19.2 μm, particularly preferably 1 to 18 μm. It is preferable to perform pulverization so that

炭素前駆体は、後述する焼成工程を実施しても溶解しないため、粉砕工程の順番は特に限定されない。酸処理における炭素前駆体の回収率(収率)を考慮すると、酸処理後に実施することが好ましく、炭素質材料の比表面積を十分に低減させる観点からは、焼成工程の前に実施することが好ましい。しかしながら、酸処理前または焼成工程後に粉砕工程を実施することも排除されない。 The order of the pulverization steps is not particularly limited because the carbon precursor does not dissolve even when the firing step described later is performed. Considering the recovery rate (yield) of the carbon precursor in the acid treatment, it is preferably performed after the acid treatment, and from the viewpoint of sufficiently reducing the specific surface area of the carbonaceous material, it is preferably performed before the calcination step. preferable. However, it is not excluded to carry out the grinding step before the acid treatment or after the calcination step.

粉砕工程に用いる粉砕機は特に限定されるものではない。例えば、ジェットミル、ボールミル、ハンマーミル、ミキサーミル、ビーズミルまたはロッドミルなどを使用することができる。微粉の発生が少ない観点からは、分級機能を備えたジェットミルが好ましい。ボールミル、ハンマーミル、ミキサーミル、ビーズミルまたはロッドミルなどを用いる場合は、粉砕工程後に分級を行うことで微粉を取り除くことができる。 The pulverizer used in the pulverization step is not particularly limited. For example, jet mills, ball mills, hammer mills, mixer mills, bead mills or rod mills can be used. A jet mill with a classifying function is preferable from the viewpoint of generating less fine powder. When using a ball mill, hammer mill, mixer mill, bead mill, rod mill, or the like, fine powder can be removed by classification after the pulverization step.

<分級>
分級工程によって、炭素質材料の平均粒子径をより正確に調整することが可能となる。例えば、粒子径が1μm未満の粒子を除くことが可能となる。
<Classification>
The classification process enables the average particle size of the carbonaceous material to be adjusted more accurately. For example, particles with a particle size of less than 1 μm can be removed.

分級によって粒子径1μm未満の粒子を除く場合、本発明の難黒鉛化炭素質材料において、粒子径1μm未満の粒子の含量が3体積%以下となるようにすることが好ましい。粒子径1μm未満の粒子の除去は、粉砕後に行うのであれば特に限定されないが、粉砕において分級と同時に行うことが好ましい。本発明の難黒鉛化炭素質材料において、粒子径1μm未満の粒子の含量は、電解液と難黒鉛化炭素質材料との副反応を抑制し、不可逆容量を低下させる観点から、3体積%以下であることが好ましく、2.5体積%以下であることがより好ましく、2.0体積%以下であることが特に好ましい。 When particles with a particle size of less than 1 μm are excluded by classification, the content of particles with a particle size of less than 1 μm in the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is preferably 3% by volume or less. The removal of particles with a particle diameter of less than 1 μm is not particularly limited as long as it is performed after pulverization, but it is preferably performed at the same time as the classification during pulverization. In the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, the content of particles having a particle diameter of less than 1 μm is 3% by volume or less from the viewpoint of suppressing the side reaction between the electrolytic solution and the non-graphitizable carbonaceous material and reducing the irreversible capacity. is preferably 2.5% by volume or less, and particularly preferably 2.0% by volume or less.

分級方法は、特に限定されない。例えば、篩を用いた分級、湿式分級または乾式分級が挙げられる。湿式分級機としては、例えば、重力分級、慣性分級、水力分級または遠心分級などの原理を利用した分級機が挙げられる。乾式分級機としては、沈降分級、機械的分級または遠心分級などの原理を利用した分級機が挙げられる。 A classification method is not particularly limited. Examples include classification using a sieve, wet classification, or dry classification. Examples of wet classifiers include classifiers using principles such as gravity classification, inertia classification, hydraulic classification, and centrifugal classification. Dry classifiers include classifiers using principles such as sedimentation classification, mechanical classification, and centrifugal classification.

粉砕工程と分級工程は、1つの装置を用いて実施することもできる。例えば、乾式の分級機能を備えたジェットミルを用いて、粉砕工程と分級工程を実施することができる。更に、粉砕機と分級機とが独立した装置を用いることもできる。この場合、粉砕と分級とを連続して行うこともできるが、粉砕と分級とを不連続に行うこともできる。 The grinding step and the classification step can also be performed using one device. For example, a jet mill equipped with a dry classifying function can be used to perform the pulverizing step and the classifying step. Furthermore, an apparatus in which the pulverizer and the classifier are independent can also be used. In this case, pulverization and classification can be performed continuously, but pulverization and classification can also be performed discontinuously.

<焼成>
場合により粉砕および分級した後、酸処理および炭化処理を施した炭素前駆体を焼成することにより、本発明の難黒鉛化炭素質材料を製造することができる。焼成工程は、室温から所定の焼成温度まで昇温した後に、焼成温度で焼成を行う工程である。上記炭素前駆体を(a)1050~1400℃で焼成してもよいし(本焼成)、または上記炭素前駆体を(b)350~1050℃未満で焼成(予備焼成)した後、更に1050~1400℃で焼成(本焼成)、または(c)1050~1400℃で焼成(本焼成)した後、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で500~1000℃で熱処理(CVD処理)してもよい。以下に、予備焼成、本焼成、およびCVD処理の手順の一例を順に説明する。
<Firing>
The non-graphitizable carbonaceous material of the present invention can be produced by optionally pulverizing and classifying, then calcining the acid-treated and carbonized carbon precursor. The firing step is a step in which the temperature is raised from room temperature to a predetermined firing temperature, and then firing is performed at the firing temperature. The carbon precursor may be (a) calcined at 1050-1400° C. (main calcination), or (b) calcined at 350-1050° C. (pre-calcination) and then Firing at 1400° C. (main firing), or (c) after firing at 1050 to 1400° C. (main firing), heat treatment (CVD treatment) at 500 to 1000° C. in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound. good. An example of procedures for preliminary firing, main firing, and CVD processing will be described below in order.

<予備焼成>
本発明の難黒鉛化炭素質材料の製造方法における予備焼成工程は、例えば酸処理および炭化処理を施した炭素前駆体を350~1050℃未満の温度で焼成することによって行うことができる。予備焼成により揮発分(例えば、CO、CO、CHおよびHなど)およびタール分を除去することによって、本焼成におけるそれらの発生を低減させ、焼成器の負担を軽減することができる。予備焼成温度は、通常は350~1050℃未満、好ましくは400~1050℃未満である。予備焼成は、通常の予備焼成の手順に従って行うことができる。具体的には、予備焼成は、不活性ガス雰囲気中で行うことができ、不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンなどを挙げることができる。また、予備焼成は、減圧下で行うこともでき、例えば10KPa以下で行うことができる。予備焼成の時間は特に限定されるものではなく、通常は0.5~10時間、好ましくは1~5時間である。
<Preliminary firing>
The preliminary firing step in the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention can be carried out by firing, for example, the acid-treated and carbonized carbon precursor at a temperature of 350 to less than 1050°C. By removing volatiles (such as CO 2 , CO, CH 4 and H 2 ) and tars by pre-firing, their production in the main firing can be reduced and the load on the firing machine can be reduced. The pre-baking temperature is usually 350 to less than 1050°C, preferably 400 to less than 1050°C. Preliminary firing can be carried out according to a normal prefiring procedure. Specifically, the pre-baking can be performed in an inert gas atmosphere, and examples of the inert gas include nitrogen and argon. Preliminary firing can also be performed under reduced pressure, for example, at 10 KPa or less. The pre-baking time is not particularly limited, and is usually 0.5 to 10 hours, preferably 1 to 5 hours.

なお、本発明の難黒鉛化炭素質材料の製造方法において予備焼成を行う場合は、予備焼成工程で炭素前駆体へのタール成分および炭化水素系ガスの被覆が起こると考えられる。この炭素質被膜により、難黒鉛化炭素質材料の比表面積が好ましく減少すると考えられる。 When preliminary firing is performed in the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, it is considered that the carbon precursor is coated with the tar component and the hydrocarbon-based gas during the preliminary firing step. It is believed that this carbonaceous coating favorably reduces the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material.

<本焼成>
本発明の難黒鉛化炭素質材料の製造方法における本焼成工程は、通常の本焼成の手順に従って行うことができ、本焼成後に難黒鉛化炭素質材料が得られる。
<Main firing>
The main firing step in the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention can be carried out according to a normal main firing procedure, and a non-graphitizable carbonaceous material is obtained after the main firing.

本焼成温度は、通常は1050~1400℃であり、好ましくは1100~1380℃であり、より好ましくは1150~1350℃である。本焼成は、不活性ガス雰囲気中で行うことができ、不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンなどを挙げることができる。また、ハロゲンガスを含有する不活性ガス中で本焼成を行うことも可能である。更に、本焼成は、減圧下で、例えば10KPa以下で行うことも可能である。 The main firing temperature is usually 1050 to 1400°C, preferably 1100 to 1380°C, more preferably 1150 to 1350°C. The firing can be performed in an inert gas atmosphere, and examples of the inert gas include nitrogen and argon. Moreover, it is also possible to carry out the final firing in an inert gas containing a halogen gas. Furthermore, the main firing can be performed under reduced pressure, for example, at 10 KPa or less.

本焼成工程で炭素前駆体を熱処理する際、炭素前駆体自体から一酸化炭素および水素などのガスが生じる。これらのガスは高い反応性を有し、クラスター化リチウムを吸蔵できる炭素結晶間の空隙を破壊するために、熱処理中に生じるガスと炭素前駆体との反応を制御することが重要となる。例えば、WO2017/022486では、気相脱灰または液相脱灰を行った後に熱処理を行うことで充電時にクラスター化リチウムをより多く吸蔵できる難黒鉛化炭素質材料を得ている。WO2017/022486によって確かに高い充電容量および高い充放電効率を有する非水電解質二次電池用の炭素質材料を得ることはできるが、本発明では更に焼成時の熱分解ガスを積極的に除去することで、更に、高い出力特性を得ることができることを見出した。炭素前駆体から熱分解ガスを積極的に除去しながら焼成する手法は特に限定されないが、例えば本焼成中の不活性ガスの供給量を多くして熱処理を行う、または、本焼成時の試料の積層高さを低減することで試料内に滞留するガスを積極的に排除する方法が挙げられる。これらの方法により、炭素前駆体自体から生じる反応性のガスを、炭素前駆体と反応する前に除去することが可能となる。そのため、より制御された炭素構造を有する難黒鉛化炭素質材料を製造することができる。本焼成の時間は特に限定されるものではなく、例えば0.05~10時間、好ましくは0.05~8時間、より好ましくは0.05~6時間である。 When the carbon precursor is heat-treated in the main firing step, gases such as carbon monoxide and hydrogen are generated from the carbon precursor itself. These gases are highly reactive, and it is important to control the reaction between the gas and the carbon precursor during heat treatment in order to destroy the voids between the carbon crystals that can occlude clustered lithium. For example, in WO2017/022486, a non-graphitizable carbonaceous material capable of absorbing more clustered lithium during charging is obtained by performing heat treatment after performing vapor phase demineralization or liquid phase demineralization. Although WO2017/022486 certainly makes it possible to obtain a carbonaceous material for non-aqueous electrolyte secondary batteries having high charge capacity and high charge/discharge efficiency, the present invention actively removes pyrolysis gas during firing. As a result, it has been found that even higher output characteristics can be obtained. The method of firing while actively removing the pyrolysis gas from the carbon precursor is not particularly limited. There is a method of actively removing the gas remaining in the sample by reducing the stacking height. These methods allow reactive gases emanating from the carbon precursor itself to be removed prior to reacting with the carbon precursor. Therefore, a non-graphitizable carbonaceous material having a more controlled carbon structure can be produced. The time for main firing is not particularly limited, and is, for example, 0.05 to 10 hours, preferably 0.05 to 8 hours, and more preferably 0.05 to 6 hours.

本発明では、炭素前駆体を焼成する際、揮発性有機物と混合して焼成することができる。揮発性有機物と混合して焼成することにより、炭素前駆体から得られる難黒鉛化炭素質材料の比表面積を、非水電解質二次電池、例えばリチウムイオン二次電池用負極にとってより好適な比表面積とすることができる。 In the present invention, when the carbon precursor is fired, it can be fired after being mixed with a volatile organic substance. By mixing with a volatile organic substance and firing, the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material obtained from the carbon precursor is increased to a specific surface area more suitable for a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, such as a lithium ion secondary battery. can be

<揮発性有機物>
本発明において使用できる揮発性有機物は、800℃で灰化した場合に残炭率が灰化前の揮発性有機物の質量に基づいて5質量%未満である常温で固体の揮発性有機物であれば特に限定されないが、炭素前駆体から製造される難黒鉛化炭素質材料の比表面積を低減させることのできる揮発物質(例えば、炭化水素系ガスやタール成分)を発生させるものが好ましい。揮発性有機物における、比表面積を低減させることのできる揮発物質の含量は特に限定されるものではないが、揮発性有機物の質量に基づいて、通常は1~20質量%、好ましくは3~15質量%である。なお、本明細書において、常温とは25℃を指す。
<Volatile organic matter>
The volatile organic matter that can be used in the present invention is a volatile organic matter that is solid at room temperature and has a residual carbon content of less than 5% by mass based on the weight of the volatile organic matter before incineration when incinerated at 800 ° C. Although not particularly limited, it is preferable to generate a volatile substance (eg, hydrocarbon-based gas or tar component) capable of reducing the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material produced from the carbon precursor. The content of the volatile substance capable of reducing the specific surface area in the volatile organic matter is not particularly limited, but is usually 1 to 20% by mass, preferably 3 to 15% by mass, based on the mass of the volatile organic matter. %. In addition, in this specification, normal temperature refers to 25 degreeC.

揮発性有機物としては、熱可塑性樹脂や低分子有機化合物を挙げることができる。より具体的には、熱可塑性樹脂として、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(メタ)アクリル酸またはポリ(メタ)アクリル酸エステルなどを挙げることができ、低分子有機化合物として、トルエン、キシレン、メシチレン、スチレン、ナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンなどを挙げることができる。揮発し、焼成温度で熱分解した場合に炭素前駆体の表面を酸化賦活しない観点から、熱可塑性樹脂としてはポリスチレン、ポリエチレンまたはポリプロピレンが好ましく、低分子有機化合物としてはナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンが好ましい。常温下で揮発性が小さいために安全上好ましい観点から、ナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンを使用することが更に好ましい。 Examples of volatile organic substances include thermoplastic resins and low-molecular-weight organic compounds. More specifically, thermoplastic resins include polystyrene, polyethylene, polypropylene, poly(meth)acrylic acid and poly(meth)acrylic acid esters, and low-molecular-weight organic compounds include toluene, xylene, mesitylene, Styrene, naphthalene, phenanthrene, anthracene or pyrene may be mentioned. Polystyrene, polyethylene or polypropylene is preferred as the thermoplastic resin, and naphthalene, phenanthrene, anthracene or pyrene is preferred as the low-molecular-weight organic compound, from the viewpoint of not oxidizing and activating the surface of the carbon precursor when volatilized and thermally decomposed at the baking temperature. preferable. It is more preferable to use naphthalene, phenanthrene, anthracene, or pyrene from the viewpoint of safety because of its low volatility at room temperature.

残炭率は、試料を不活性ガス中で強熱した後の強熱残分の炭素量を定量することにより測定することができる。強熱とは、揮発性有機物およそ1g〔この正確な質量をW(g)とする〕を坩堝にいれ、1分間に20リットルの窒素を流しながら坩堝を電気炉にて10℃/分で800℃まで昇温し、その後800℃で1時間保持することを意味する。このときの残存物を強熱残分とし、その質量をW(g)とする。 The residual carbon content can be measured by quantifying the amount of carbon in the ignition residue after the sample is ignited in an inert gas. Ignition means that approximately 1 g of a volatile organic substance [this exact mass is W 1 (g)] is placed in a crucible, and the crucible is heated in an electric furnace at 10° C./min while flowing 20 liters of nitrogen per minute. It means that the temperature is raised to 800° C. and then held at 800° C. for 1 hour. Let the residue at this time be an ignition residue, and let the mass be W2 ( g).

次いで上記強熱残分について、JIS M8819に定められた方法に準拠して元素分析を行い、炭素の質量割合P(%)を測定する。残炭率P(%)は以下の式により算出する。

Figure 0007190252000001
Next, the residue on ignition is subjected to elemental analysis according to the method specified in JIS M8819 to measure the carbon mass ratio P 1 (%). The residual coal rate P 2 (%) is calculated by the following formula.
Figure 0007190252000001

炭素前駆体と揮発性有機物とを混合して焼成する場合、好ましくは、炭素前駆体と揮発性有機物とを97:3~40:60の質量比で混合する。この混合比は、より好ましくは95:5~60:40、特に好ましくは93:7~80:20である。混合比を上記範囲内とすることによって、難黒鉛化炭素質材料の比表面積を十分に低減させやすい。一方で、比表面積の低減効果が飽和して揮発性有機物を無駄に消費することを回避しやすい。 When the carbon precursor and the volatile organic matter are mixed and fired, the carbon precursor and the volatile organic matter are preferably mixed in a mass ratio of 97:3 to 40:60. This mixing ratio is more preferably 95:5 to 60:40, particularly preferably 93:7 to 80:20. By setting the mixing ratio within the above range, the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material can be sufficiently reduced. On the other hand, it is easy to avoid wasteful consumption of volatile organic substances due to saturation of the effect of reducing the specific surface area.

炭素前駆体と揮発性有機物との混合は、炭素前駆体の粉砕前または粉砕後のいずれの段階で行ってもよい。炭素前駆体の粉砕前に混合する場合は、炭素前駆体と揮発性有機物を同時に粉砕装置に計量供給することにより、粉砕と混合を同時に行うことができる。炭素前駆体の粉砕後に揮発性有機物を混合することも好ましい。この場合の混合方法は、両者が均一に混合される手法であればどのような混合方法であってもよい。 Mixing of the carbon precursor and the volatile organic matter may be performed before or after pulverization of the carbon precursor. If the carbon precursor is mixed prior to milling, milling and mixing can be accomplished simultaneously by simultaneously metering the carbon precursor and the volatile organics into the milling device. It is also preferred to mix the volatile organics after grinding the carbon precursor. The mixing method in this case may be any mixing method as long as both are uniformly mixed.

揮発性有機物は粒子の形状で混合されることが好ましいが、粒子の形や平均粒子径は特に限定されない。粉砕された炭素前駆体に均一に分散させる観点からは、揮発性有機物の平均粒子径は、好ましくは0.1~2000μm、より好ましくは1~1000μm、特に好ましくは2~600μmである。 The volatile organic substance is preferably mixed in the form of particles, but the particle form and average particle size are not particularly limited. From the viewpoint of uniform dispersion in the pulverized carbon precursor, the average particle size of the volatile organic substance is preferably 0.1 to 2000 μm, more preferably 1 to 1000 μm, particularly preferably 2 to 600 μm.

炭素前駆体と揮発性有機物との混合物は、本発明の難黒鉛化炭素質材料についての効果が得られる限りにおいて、即ち、難黒鉛化炭素質材料の比表面積が低減する限りにおいて、炭素前駆体および揮発性有機物以外の他の成分を含んでもよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、金属系材料、合金系材料または酸化物系材料を含んでよい。他の成分の含量は特に限定されるものではなく、炭素前駆体と揮発性有機物との混合物100質量部に対して、好ましくは50質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下であり、更に好ましくは20質量部以下であり、特に好ましくは10質量部以下である。 A mixture of a carbon precursor and a volatile organic substance can contain the carbon precursor as long as the effect of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is obtained, that is, as long as the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material is reduced. and may contain other components than volatile organics. For example, natural graphite, artificial graphite, metal-based materials, alloy-based materials, or oxide-based materials may be included. The content of the other components is not particularly limited, and is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 30 parts by mass or less, relative to 100 parts by mass of the mixture of the carbon precursor and the volatile organic substance, It is more preferably 20 parts by mass or less, and particularly preferably 10 parts by mass or less.

<CVD処理>
本発明では本焼成工程の後に、炭化水素化合物を用いるCVD処理を施してもよい。CVD処理とは、熱分解された炭化水素化合物で、本焼成工程で得られた難黒鉛化炭素質材料を被覆する化学的蒸着(CVD、Chemical Vapor Deposition)処理である。CVD処理の条件は、上記化学的蒸着が達成される限り特に限定されないが、例えば炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で500~1000℃で熱処理する方法により行ってよい。CVD処理工程において、例えば500~1000℃での熱処理によって、炭化水素化合物が熱分解され、生じる熱分解物が難黒鉛化炭素質材料に添着し、難黒鉛化炭素質材料の表面を被覆する。これにより、以下のメカニズムに何ら限定されないが、難黒鉛化炭素質材料のクラスター化リチウムが吸蔵できる炭素結晶間の空隙を維持しつつ比表面積を低減させることができるため、吸湿量を大幅に低下させることができると考えられる。そのため、高い充電容量を維持しつつ、充放電効率を高めることができると考えられる。また、CVD処理により、リチウムイオンの吸蔵を阻害し得る-OH基または-COOH基などの難黒鉛化炭素質材料表面の官能基が、熱分解された炭化水素化合物のラジカルと反応し、除去されると考えられる。そのため、炭素質材料における酸素元素含量が低下し、充放電時の不可逆的な副反応が抑制されることにより、充電容量および充放電効率が向上すると考えられる。
<CVD treatment>
In the present invention, a CVD treatment using a hydrocarbon compound may be performed after the main firing step. The CVD treatment is a chemical vapor deposition (CVD) treatment in which the non-graphitizable carbonaceous material obtained in the main firing step is coated with a pyrolyzed hydrocarbon compound. Conditions for the CVD treatment are not particularly limited as long as the chemical vapor deposition can be achieved. For example, a method of heat treatment at 500 to 1000° C. in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound may be used. In the CVD process, the hydrocarbon compound is thermally decomposed by heat treatment at, for example, 500 to 1000° C., and the resulting thermal decomposition product adheres to the non-graphitizable carbonaceous material and coats the surface of the non-graphitizable carbonaceous material. As a result, although not limited to the following mechanism, the specific surface area can be reduced while maintaining the gaps between the carbon crystals that can absorb the clustered lithium of the non-graphitizable carbonaceous material, so the amount of moisture absorption is greatly reduced. It is thought that it is possible to Therefore, it is considered that the charge/discharge efficiency can be improved while maintaining a high charge capacity. In addition, the CVD treatment removes functional groups on the surface of the non-graphitizable carbonaceous material, such as —OH groups or —COOH groups, which can inhibit the absorption of lithium ions, by reacting with the radicals of the thermally decomposed hydrocarbon compound. It is thought that Therefore, it is believed that the oxygen element content in the carbonaceous material is reduced, and irreversible side reactions during charging and discharging are suppressed, thereby improving charge capacity and charging and discharging efficiency.

CVD処理工程において使用する炭化水素化合物は、主に炭素原子と水素原子から構成される化合物である。炭化水素化合物としては、例えば低分子有機炭化水素化合物などが挙げられる。CVD処理工程において、1種類の炭化水素化合物を使用してもよいし、2種以上の炭化水素化合物を組み合わせて使用してもよい。炭化水素化合物が主に炭素原子と水素原子から構成されるとは、炭化水素化合物における炭素原子と水素原子の合計量が、炭化水素化合物の総質量に基づいて、好ましくは75質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは85質量%以上であることを意味する。 Hydrocarbon compounds used in CVD processes are compounds composed primarily of carbon and hydrogen atoms. Hydrocarbon compounds include, for example, low-molecular-weight organic hydrocarbon compounds. In the CVD process, one type of hydrocarbon compound may be used, or two or more types of hydrocarbon compounds may be used in combination. The hydrocarbon compound mainly composed of carbon atoms and hydrogen atoms means that the total amount of carbon atoms and hydrogen atoms in the hydrocarbon compound is preferably 75% by mass or more, based on the total mass of the hydrocarbon compound. It means that it is preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more.

低分子有機炭化水素化合物としては、例えば炭素数が1~20の炭化水素化合物が挙げられる。炭化水素化合物の炭素数は、好ましくは2~18、より好ましくは3~16である。炭化水素化合物は、飽和炭化水素化合物または不飽和炭化水素化合物でもよく、鎖状の炭化水素化合物でも、環式の炭化水素化合物でもよい。不飽和炭化水素化合物の場合、不飽和結合は二重結合でも三重結合でもよく、1分子に含まれる不飽和結合の数も特に限定されるものではない。例えば、鎖状の炭化水素化合物は、脂肪族炭化水素化合物であり、直鎖状または分枝状のアルカン、アルケン、またはアルキンを挙げることができる。環式の炭化水素化合物としては、脂環式炭化水素化合物(例えば、シクロアルカン、シクロアルケン、シクロアルキン)または芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。具体的には、脂肪族炭化水素化合物としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセンまたはアセチレンなどを挙げることができる。脂環式炭化水素化合物としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロプロパン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、デカリン、ノルボルネン、メチルシクロヘキサン、またはノルボルナジエンなどを挙げることができる。更に、芳香族炭化水素化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、クメン、ブチルベンゼン、スチレン、α-メチルスチレン、o-メチルスチレン、m-メチルスチレン、p-メチルスチレン、ビニルキシレン、p-tert-ブチルスチレン、エチルスチレンなどの単環芳香族化合物、およびナフタレン、フェナントレン、アントラセン、ピレンなどの3環~6環の縮合多環芳香族化合物を挙げることができるが、好ましくは縮合多環芳香族化合物、より好ましくはナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンである。ここで、前記炭化水素化合物は、任意の置換基を有していてよい。置換基は特に限定されるものではないが、例えば炭素数1~4のアルキル基(好ましくは炭素数1~2のアルキル基)、炭素数2~4のアルケニル基(好ましくは炭素数2のアルケニル基)、炭素数3~8のシクロアルキル基(好ましくは炭素数3~6のシクロアルキル基)が挙げられる。 Low-molecular-weight organic hydrocarbon compounds include, for example, hydrocarbon compounds having 1 to 20 carbon atoms. The number of carbon atoms in the hydrocarbon compound is preferably 2-18, more preferably 3-16. The hydrocarbon compound may be a saturated hydrocarbon compound or an unsaturated hydrocarbon compound, and may be a chain hydrocarbon compound or a cyclic hydrocarbon compound. In the case of unsaturated hydrocarbon compounds, the unsaturated bond may be a double bond or a triple bond, and the number of unsaturated bonds contained in one molecule is not particularly limited. For example, a chain hydrocarbon compound is an aliphatic hydrocarbon compound and can include straight or branched alkanes, alkenes, or alkynes. Cyclic hydrocarbon compounds can include alicyclic hydrocarbon compounds (eg, cycloalkanes, cycloalkenes, cycloalkynes) or aromatic hydrocarbon compounds. Specific examples of aliphatic hydrocarbon compounds include methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, octane, nonane, decane, ethylene, propylene, butene, pentene, hexene, and acetylene. Examples of alicyclic hydrocarbon compounds include cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, cyclopropane, cyclopentene, cyclohexene, cycloheptene, cyclooctene, decalin, norbornene, methylcyclohexane, and norbornadiene. Furthermore, aromatic hydrocarbon compounds include benzene, toluene, xylene, mesitylene, cumene, butylbenzene, styrene, α-methylstyrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, vinylxylene, p- Monocyclic aromatic compounds such as tert-butylstyrene and ethylstyrene, and 3- to 6-ring condensed polycyclic aromatic compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene and pyrene can be mentioned, but condensed polycyclic aromatic compounds are preferred. group compounds, more preferably naphthalene, phenanthrene, anthracene or pyrene. Here, the hydrocarbon compound may have any substituent. Although the substituent is not particularly limited, for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (preferably an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms), an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms (preferably an alkenyl group having 2 carbon atoms, group), and a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms (preferably a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms).

CVD処理工程において、炭化水素化合物を気体状態で連続的に供給することが、CVD処理を均一に行い、炭素質材料の所望の特性を得やすい観点から好ましい。CVD処理を行う温度で気体状態となる炭化水素化合物を用いるか、または、CVD処理の前工程において気体状態とした炭化水素化合物をCVD処理工程に供給して行ってもよい。例えば500~1000℃の温度で気体状態となる炭化水素化合物を用い、該温度で熱処理してCVD処理を行うことが、生産性および炭化水素化合物と難黒鉛化炭素質材料との混合性の観点から好ましい。上記観点からは、炭化水素化合物の沸点は、CVD処理を行う温度以下であることが好ましい。 In the CVD treatment step, it is preferable to continuously supply the hydrocarbon compound in a gaseous state from the viewpoint of performing the CVD treatment uniformly and easily obtaining the desired properties of the carbonaceous material. A hydrocarbon compound that becomes gaseous at the temperature at which the CVD process is performed may be used, or a hydrocarbon compound that has been gaseous in a pre-process of the CVD process may be supplied to the CVD process. For example, using a hydrocarbon compound that becomes a gaseous state at a temperature of 500 to 1000 ° C., and performing heat treatment at that temperature to perform CVD treatment, from the viewpoint of productivity and miscibility between the hydrocarbon compound and the non-graphitizable carbonaceous material. preferred from From the above point of view, the boiling point of the hydrocarbon compound is preferably below the temperature at which the CVD process is performed.

CVD処理工程は、好ましくは、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で行ってよい。CVD処理工程において使用する不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンなどを挙げることができる。本焼成工程とCVD処理工程とで、同じ不活性ガスを使用してもよいし、異なる不活性ガスを使用してもよい。製造工程を簡単にし、製造効率を高める観点からは、本焼成工程とCVD処理工程とで同じ不活性ガスを使用することが好ましい。 The CVD treatment step may preferably be performed in an inert gas atmosphere containing hydrocarbon compounds. Inert gases used in the CVD process include nitrogen or argon. The same inert gas or different inert gases may be used in the firing process and the CVD process. From the viewpoint of simplifying the manufacturing process and increasing manufacturing efficiency, it is preferable to use the same inert gas in the main firing process and the CVD treatment process.

CVD処理工程を、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で行う場合、炭化水素化合物と不活性ガスとの混合比は、特に限定されない。例えば、安全性、経済性および焼成炉内の汚染性の観点から、不活性ガスに対する炭化水素化合物の量は、好ましくは1~60体積%であり、より好ましくは5~50体積%であり、特に好ましくは10~45体積%である。炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で熱処理を行う本実施態様の製造方法によれば、炭素質材料から酸素元素を効率的に除去しやすい。 When the CVD process is performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound, the mixing ratio of the hydrocarbon compound and the inert gas is not particularly limited. For example, from the viewpoint of safety, economy, and contamination in the firing furnace, the amount of the hydrocarbon compound relative to the inert gas is preferably 1 to 60% by volume, more preferably 5 to 50% by volume, Especially preferred is 10 to 45% by volume. According to the production method of this embodiment, in which heat treatment is performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound, it is easy to efficiently remove the oxygen element from the carbonaceous material.

CVD処理工程における熱処理温度は、炭素質材料や使用する炭化水素化合物の種類などにより変えてよいが、所望の炭素構造を得る観点から、好ましくは500~1000℃、より好ましくは600~900℃、更に好ましくは700~850℃である。熱処理温度が低すぎると、炭素質材料から酸素元素が十分に除去されにくく、熱処理温度が高すぎると、充電容量に寄与しない炭化水素化合物由来の炭素構造が多く付着して充電容量が低下しやすい。 The heat treatment temperature in the CVD treatment step may vary depending on the type of carbonaceous material and hydrocarbon compound used, but from the viewpoint of obtaining the desired carbon structure, it is preferably 500 to 1000° C., more preferably 600 to 900° C. More preferably, it is 700 to 850°C. If the heat treatment temperature is too low, the oxygen element will not be sufficiently removed from the carbonaceous material, and if the heat treatment temperature is too high, a large amount of carbon structures derived from hydrocarbon compounds that do not contribute to the charge capacity will adhere, resulting in a decrease in the charge capacity. .

CVD処理工程を、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で行う場合、炭化水素化合物を含む不活性ガス気流の供給量は、特に限定されないが、炭素質材料50gあたり好ましくは0.1L/分以上、より好ましくは0.3L/分以上、特に好ましくは0.5L/分以上である。上記の下限値以上の供給量で熱処理を行うと、均一に炭素被覆がされやすいため好ましい。供給量の上限値は、好ましくは10L/分以下であり、より好ましくは5L/分以下である。上記の上限値以下の供給量で熱処理を行うと、供給した炭化水素化合物が効率よく作用しやすいため好ましい。 When the CVD treatment step is performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound, the supply amount of the inert gas stream containing the hydrocarbon compound is not particularly limited, but is preferably 0.1 L/min per 50 g of the carbonaceous material. Above, more preferably 0.3 L/min or more, particularly preferably 0.5 L/min or more. It is preferable to carry out the heat treatment at a supply amount equal to or higher than the above lower limit, because the carbon coating is likely to be uniformly formed. The upper limit of the supply amount is preferably 10 L/min or less, more preferably 5 L/min or less. It is preferable to carry out the heat treatment at a supply amount of the above upper limit or less because the supplied hydrocarbon compound tends to act efficiently.

<非水電解質二次電池用負極>
本発明の非水電解質二次電池用負極は、本発明の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる。
<Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery>
The negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary batteries of the present invention comprises the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention.

<負極電極の製造>
本発明の難黒鉛化炭素質材料を含む負極電極材は、難黒鉛化炭素質材料に結合剤(バインダー)を添加し、適当な溶媒を適量添加し、混練して電極合剤とした後に、金属板などからなる集電板に電極合剤を塗布し、乾燥し、加圧成形することにより製造することができる。本発明の難黒鉛化炭素質材料を用いることにより、特に導電助剤を添加しなくとも高い導電性を有する電極を製造することができる。しかしながら、更に高い導電性を付与するために、必要に応じて、電極合剤の調製時に導電助剤を添加することもできる。
<Production of negative electrode>
The negative electrode material containing the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is prepared by adding a binder to the non-graphitizable carbonaceous material, adding an appropriate amount of an appropriate solvent, and kneading to form an electrode mixture, followed by It can be manufactured by applying an electrode mixture to a collector plate made of a metal plate or the like, drying it, and molding it under pressure. By using the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, an electrode having high conductivity can be produced without adding a conductive aid. However, in order to impart even higher conductivity, a conductive aid may be added during the preparation of the electrode mixture, if necessary.

導電助剤としては、導電性のカーボンブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、およびナノチューブなどを用いることができる。導電助剤の添加量は、使用する導電助剤の種類によっても異なるが、好ましくは0.5~10質量%〔ここで、活物質(難黒鉛化炭素質材料)量+結合剤量+導電助剤量=100質量%とする〕であり、より好ましくは0.5~7質量%、特に好ましくは0.5~5質量%である。導電助剤の添加量を上記範囲内とすることによって、電極合剤中での導電助剤の分散が悪化することなく、期待する導電性が得られやすい。 Conductive carbon black, vapor grown carbon fiber (VGCF), nanotubes, and the like can be used as the conductive aid. The amount of the conductive aid added varies depending on the type of conductive aid used, but is preferably 0.5 to 10% by mass [here, active material (non-graphitizable carbonaceous material) amount + binder amount + conductive Amount of auxiliary agent = 100% by mass], more preferably 0.5 to 7% by mass, and particularly preferably 0.5 to 5% by mass. By setting the addition amount of the conductive aid within the above range, the expected conductivity can be easily obtained without deteriorating the dispersion of the conductive aid in the electrode mixture.

添加する結合剤としては、電解液と反応しないものであれば特に限定されることはない。例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、ポリテトラフルオロエチレン、およびSBR(スチレン・ブタジエン・ラバー)とCMC(カルボキシメチルセルロース)との混合物などを挙げることができる。中でもPVDFは、活物質表面に付着したPVDFがリチウムイオン移動を阻害することが少なく、良好な入出力特性が得られるために好ましい。結合剤の添加量は、使用する結合剤の種類によっても異なるが、PVDF系の結合剤では、難黒鉛化炭素質材料、結合剤および導電助剤の総質量に基づいて、好ましくは3~13質量%であり、より好ましくは3~10質量%である。結合剤の添加量を上記範囲内とすることによって、得られる電極の抵抗が大きくなって電池の内部抵抗が大きくなり、電池特性が低下したり、負極粒子同士および負極粒子と集電板との結合が不十分になったりする問題を回避しやすい。 The binder to be added is not particularly limited as long as it does not react with the electrolytic solution. Examples include PVDF (polyvinylidene fluoride), polytetrafluoroethylene, and a mixture of SBR (styrene-butadiene rubber) and CMC (carboxymethylcellulose). Among them, PVDF is preferable because the PVDF adhering to the surface of the active material hardly inhibits the movement of lithium ions, and good input/output characteristics can be obtained. The amount of the binder to be added varies depending on the type of binder used. % by mass, more preferably 3 to 10% by mass. By setting the amount of the binder to be added within the above range, the resistance of the resulting electrode is increased, the internal resistance of the battery is increased, the battery characteristics are deteriorated, and the negative electrode particles and the negative electrode particles and the current collector plate are not easily separated. It is easy to avoid problems such as insufficient bonding.

PVDFを溶解してスラリーを形成するためには、溶媒として、N-メチルピロリドン(NMP)などの極性溶媒が好ましく用いられる。また、SBRなどの水性エマルジョン、またはCMCなどの水溶液を形成するためには、溶媒として、水が好ましく使用される。溶媒として水を使用する結合剤では、SBRとCMCとの混合物など、複数の結合剤を混合して使用することが多い。溶媒の添加量は、使用する難黒鉛化炭素質材料、結合剤および導電助剤の総質量(100質量部とする)に基づいて、好ましくは10~200質量部、より好ましくは50~150質量部である。 A polar solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP) is preferably used as a solvent for dissolving PVDF to form a slurry. Water is preferably used as a solvent to form an aqueous emulsion such as SBR or an aqueous solution such as CMC. Binders that use water as a solvent often use a mixture of binders, such as a mixture of SBR and CMC. The amount of the solvent to be added is preferably 10 to 200 parts by mass, more preferably 50 to 150 parts by mass, based on the total mass (100 parts by mass) of the non-graphitizable carbonaceous material, binder and conductive aid used. Department.

電極活物質層は集電板の両面に形成するのが基本であるが、必要に応じて片面でもよい。活物質層(片面当たり)の厚みは、好ましくは10~100μmであり、より好ましくは20~90μm、特に好ましくは20~80μmである。この厚みを上記範囲内とすることによって、集電板やセパレータなどが少なくて済むため高容量化が実現しやすい一方で、対極と対向する電極面積を広く確保できるため高い入出力特性が得られやすい。 Although the electrode active material layer is basically formed on both sides of the collector plate, it may be formed on one side if necessary. The thickness of the active material layer (per side) is preferably 10 to 100 μm, more preferably 20 to 90 μm, particularly preferably 20 to 80 μm. By setting the thickness within the above range, it is easy to achieve high capacity because a small number of current collector plates and separators is required, and high input/output characteristics can be obtained because a large electrode area facing the counter electrode can be secured. Cheap.

<非水電解質二次電池>
本発明の非水電解質二次電池は、例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、リチウム硫黄電池、全固体電池、および有機ラジカル電池などを包含し、本発明の非水電解質二次電池用負極を含んでなる。本発明の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる非水電解質二次電池用負極を用いて製造され、満充電された非水電解質二次電池は、高い充電容量とともに高い充放電効率を示す。
<Non-aqueous electrolyte secondary battery>
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes, for example, a lithium ion secondary battery, a sodium ion secondary battery, a lithium sulfur battery, an all-solid battery, an organic radical battery, and the like. It comprises a negative electrode for a battery. A fully charged non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured using the negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention exhibits high charging capacity and high charging/discharging efficiency.

本発明の難黒鉛化炭素質材料を用いて、非水電解質二次電池用の負極を形成した場合、正極材、セパレータ、および電解液など電池を構成する他の材料は特に限定されることはない。非水溶媒二次電池として従来使用され、或いは提案されている種々の材料を使用することが可能である。 When the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is used to form a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, other materials constituting the battery such as the positive electrode material, separator, and electrolyte are not particularly limited. do not have. Various materials conventionally used or proposed for non-aqueous solvent secondary batteries can be used.

例えば、正極材としては、層状酸化物系〔LiMO[Mは金属を表す]と表されるもので、例えば、LiCoO、LiNiO、LiMnO、またはLiNiCoMo(ここでx、y、zは組成比を表わす)〕、オリビン系(LiMPO[Mは金属を表す]で表され、例えばLiFePOなど)、およびスピネル系(LiM[Mは金属を表す]で表され、例えばLiMnなど)の複合金属カルコゲン化合物が好ましく、これらのカルコゲン化合物を必要に応じて混合してもよい。これらの正極材を適当なバインダーと電極に導電性を付与するための炭素材料とともに成形して、導電性の集電材上に層形成することにより正極が形成される。 For example, the cathode material may be a layered oxide system [LiMO 2 [M represents a metal], such as LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMnO 2 , or LiNix Co y Moz O 2 (here where x, y, and z represent the composition ratio)], olivine-based (LiMPO 4 [M represents a metal], such as LiFePO 4 ), and spinel-based (LiM 2 O 4 [M represents a metal ] and, for example, LiMn 2 O 4 ) is preferred, and these chalcogen compounds may be mixed as necessary. A positive electrode is formed by molding these positive electrode materials together with a suitable binder and a carbon material for imparting electrical conductivity to the electrode and forming a layer on a conductive collector.

これらの正極および負極と組み合わせて用いられる非水溶媒型電解液は、一般に非水溶媒に電解質を溶解することにより形成される。非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、γ-ブチルラクトン、テトラヒドロフラン、2-メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、または1,3-ジオキソランなどの有機溶媒を、単独でまたは二種以上組み合わせて用いることができる。また、電解質としては、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiAsF、LiCl、LiBr、LiB(C、またはLiN(SOCFなどが用いられる。 The non-aqueous electrolyte used in combination with these positive and negative electrodes is generally formed by dissolving the electrolyte in a non-aqueous solvent. Examples of non-aqueous solvents include organic A solvent can be used individually or in combination of 2 or more types. As the electrolyte, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiCl, LiBr, LiB(C 6 H 5 ) 4 , LiN(SO 3 CF 3 ) 2 or the like is used.

非水電解質二次電池は、一般に上記のようにして形成した正極と負極とを必要に応じて不織布またはその他の多孔質材料などからなる透液性セパレータを介して対向させ、電解液中に浸漬させることにより形成される。セパレータとしては、二次電池に通常用いられる不織布またはその他の多孔質材料からなる透過性セパレータを用いることができる。或いはセパレータの代わりに、もしくはセパレータと一緒に、電解液を含浸させたポリマーゲルからなる固体電解質を用いることもできる。 A non-aqueous electrolyte secondary battery generally comprises a positive electrode and a negative electrode formed as described above, which are immersed in an electrolytic solution, with a liquid-permeable separator made of non-woven fabric or other porous material, if necessary, facing each other. It is formed by As the separator, a permeable separator made of non-woven fabric or other porous material commonly used in secondary batteries can be used. Alternatively, instead of the separator or together with the separator, a solid electrolyte made of a polymer gel impregnated with an electrolytic solution can be used.

本明細書において「満充電された非水電解質二次電池」とは、本発明の非水電解質二次電池を組み立て、金属リチウムの析出がLi核-固体NMR分析で確認される直前までリチウムを負極に充電(ドープ)された非水電解質二次電池のことであり、通常、一定の電流値で負極活物質の質量あたり580~700mAh/gの範囲まで充電された非水電解質二次電池のことを意味する。 As used herein, the term “fully charged non-aqueous electrolyte secondary battery” means that the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is assembled and lithium is charged until just before deposition of metallic lithium is confirmed by 7 Li nuclear-solid NMR analysis. is a non-aqueous electrolyte secondary battery in which the negative electrode is charged (doped), and is usually charged at a constant current value to a range of 580 to 700 mAh / g per mass of the negative electrode active material. means that

<化学シフト値の主共鳴ピーク位置>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料について、満充電状態となるまでリチウムを充電(ドープ)し、Li核-固体NMR分析を行ったときに観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置は、115ppmより大きく、好ましくは117ppmより大きく、より好ましくは119ppmより大きい。
<Main resonance peak position of chemical shift value>
The non-graphitizable carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is charged (doped) with lithium until it reaches a fully charged state, and the lithium chloride observed when 7 Li nucleus-solid NMR analysis is performed is The main resonance peak position of the reference chemical shift value is greater than 115 ppm, preferably greater than 117 ppm, more preferably greater than 119 ppm.

先に記載した通り、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きいということは、電池の充電容量が高いこと、および「放電容量/充電容量」から計算される充放電効率が高いことを意味する。充放電効率が高いことにより、電池体積あたりの容量やコスト面で有利となる。塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppm以下である炭素質材料では、本発明の難黒鉛化炭素質材料のように、高い充電容量および高い充放電効率の両方をもたらすことは極めて困難である。 As described above, the fact that the main resonance peak position of the chemical shift value relative to lithium chloride is greater than 115 ppm means that the charge capacity of the battery is high, and the charge/discharge ratio calculated from "discharge capacity/charge capacity". It means high efficiency. High charge/discharge efficiency is advantageous in terms of capacity per battery volume and cost. A carbonaceous material having a main resonance peak position of a chemical shift value relative to lithium chloride of 115 ppm or less provides both high charge capacity and high charge/discharge efficiency like the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention. is extremely difficult.

前記主共鳴ピーク位置を上記の値より大きい値に調整するためには、例えば、炭素を含む材料を一酸化炭素や水素などの熱分解ガスを積極的に除去しながら1050℃~1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用すればよい。Li核-固体NMR分析の詳細は、実施例に記載する通りである。 In order to adjust the main resonance peak position to a value larger than the above value, for example, the carbon-containing material is heated to a temperature of 1050° C. to 1400° C. while actively removing thermal decomposition gases such as carbon monoxide and hydrogen. A non-graphitizable carbonaceous material manufactured by firing in an active gas atmosphere may be used for the negative electrode. The details of the 7 Li nucleus-solid NMR analysis are as described in the Examples.

<電極の膨張率>
本発明の非水電解質二次電池について、難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率は、充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である。膨張率が107%を超える場合、電極内で活物質同士の接触不良が生じ、電極抵抗が高くなるため、良好な出力特性(高い放電容量維持率)を有する非水電解質二次電池は得られない。
膨張率は、好ましくは106%以下、特に好ましくは105%以下である。膨張率が上記上限値以下であると、電極内における活物質(難黒鉛化炭素質材料)同士の導電パスおよびリチウムイオンの拡散が良好に確保されやすいため、低い電極抵抗が得られやすく、良好な出力特性が得られやすい。
<Expansion rate of electrode>
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the expansion rate of the negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material at full charge is 107% or less based on the thickness of the negative electrode before charging. If the expansion rate exceeds 107%, contact failure occurs between the active materials in the electrodes and the electrode resistance increases, so a non-aqueous electrolyte secondary battery having good output characteristics (high discharge capacity retention rate) cannot be obtained. do not have.
The expansion rate is preferably 106% or less, particularly preferably 105% or less. When the expansion coefficient is equal to or less than the above upper limit, a conductive path between the active materials (non-graphitizable carbonaceous materials) in the electrode and the diffusion of lithium ions are easily ensured, so that a low electrode resistance is easily obtained. output characteristics are easily obtained.

電極膨張率を上記の値以下に調整するためには、例えば、炭素を含む材料を一酸化炭素や水素などの熱分解ガスを積極的に除去しながら1050℃~1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用すればよい。前記方法で製造された難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極では、炭素結晶層間だけでなく炭素結晶間の空隙に多くのリチウムイオンが充電されるため、炭素結晶層間のみにリチウムイオンが充電される従来の負極より、有意に小さい電極膨張率がもたらされると考えられる。膨張率の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 In order to adjust the electrode expansion coefficient to the above value or less, for example, a material containing carbon is subjected to an inert gas atmosphere at 1050° C. to 1400° C. while actively removing thermal decomposition gases such as carbon monoxide and hydrogen. A non-graphitizable carbonaceous material manufactured by firing at is used for the negative electrode. In the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material produced by the above method, many lithium ions are charged not only between the carbon crystal layers but also in the gaps between the carbon crystal layers, so that lithium ions are charged only between the carbon crystal layers. It is believed to result in a significantly lower electrode expansion rate than the conventional negative electrode that is used. The details of the measurement of the expansion rate are as described in Examples.

<酸素元素含量>
本発明の非水電解質二次電池において、難黒鉛化炭素質材料の酸素元素含量は少ないほどよい。酸素元素含量は、好ましくは0.30質量%以下、より好ましくは0.28質量%以下である。難黒鉛化炭素質材料が酸素元素を実質的に含有しないことが更に好ましい。ここで、酸素元素を実質的に含有しないとは、酸素元素含量が、後述の酸素元素含量の測定法(不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法)の検出限界である10-6質量%以下であることを意味する。先に記載した通り、酸素元素含量が上記の値以下であると、リチウムイオンと酸素との反応によりリチウムイオンが消費されることによるリチウムイオンの利用効率の低下、酸素が空気中水分を誘引して水が吸着され、容易に脱離しないことによるリチウムイオンの利用効率の低下、水分由来の副反応に起因する電極内のガス発生、および当該ガス発生による電極膨張率の増加(電極抵抗の増大、出力特性の低下)が抑制されやすい。
<Oxygen element content>
In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the oxygen element content of the non-graphitizable carbonaceous material is preferably as low as possible. The oxygen element content is preferably 0.30% by mass or less, more preferably 0.28% by mass or less. More preferably, the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no oxygen element. Here, "substantially free of elemental oxygen" means that the elemental oxygen content is 10 -6 % by mass, which is the detection limit of the method for measuring the elemental oxygen content (inert gas fusion-nondispersive infrared absorption method) described later. means that: As described above, if the oxygen element content is less than the above value, the lithium ions are consumed by the reaction between the lithium ions and oxygen, resulting in a decrease in the utilization efficiency of the lithium ions, and the oxygen attracting moisture in the air. Water is adsorbed on the surface and does not easily desorb, resulting in a decrease in the utilization efficiency of lithium ions, generation of gas in the electrode due to side reactions derived from moisture, and an increase in the expansion rate of the electrode due to the generation of gas (increase in electrode resistance). , deterioration of output characteristics) are likely to be suppressed.

また、先に記載したように、酸素元素含量の調整方法は何ら限定されない。例えば、植物起源の炭素前駆体を所定の温度で酸処理した後に揮発性有機物と混合して1050℃~1400℃の温度で不活性ガス雰囲気下に焼成することにより、酸素元素含量を上記の値以下に調整することができる。酸素元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 Moreover, as described above, the method for adjusting the oxygen element content is not limited at all. For example, a plant-derived carbon precursor is acid-treated at a predetermined temperature, mixed with a volatile organic substance, and fired at a temperature of 1050° C. to 1400° C. under an inert gas atmosphere to reduce the elemental oxygen content to the above value. You can adjust below. The details of the measurement of the oxygen element content are as described in Examples.

<植物起源の炭素前駆体>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料は、好ましくは、植物起源の炭素前駆体に由来する。本発明では、「植物起源の炭素前駆体」とは、炭化前の植物起源物質、または炭化後の植物起源物質(植物由来のチャー)を意味する。先に記載した通り、植物原料は、特に限定されるものではない。先に記載したような植物を、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。中でも、大量入手が容易な椰子殻が好ましい。
<Carbon precursor of plant origin>
The non-graphitizable carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably derived from a plant-derived carbon precursor. In the present invention, "plant-derived carbon precursor" means a plant-derived material before carbonization or a plant-derived material (plant-derived char) after carbonization. As mentioned above, the plant material is not particularly limited. Plants such as those described above can be used singly or in combination of two or more. Among them, coconut shells, which are easily available in large quantities, are preferred.

椰子殻は、特に限定されるものではない。先に例示したような椰子殻を、単独または組み合わせて使用することができる。食品、洗剤原料またはバイオディーゼル油原料などとして利用され、大量に発生するバイオマス廃棄物である、ココヤシおよびパームヤシの椰子殻が特に好ましい。 Coconut shells are not particularly limited. Coconut shells such as those exemplified above can be used alone or in combination. Particularly preferred are coconut shells of coconut palms and palm palms, which are biomass wastes that are used as foods, raw materials for detergents, raw materials for biodiesel oil, and the like, and which are generated in large amounts.

植物原料を炭化する方法、即ち、植物由来のチャーを製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば、植物原料を300℃以上の不活性ガス雰囲気下で仮焼成することによって行われる。 The method of carbonizing plant raw materials, ie, the method of producing plant-derived char, is not particularly limited. For example, it is carried out by calcining the plant raw material in an inert gas atmosphere at 300° C. or higher.

また、チャー(例えば、椰子殻チャー)の形態で入手することも可能である。 It is also available in the form of char (eg, coconut shell char).

<平均面間隔d002
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料は、広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された(002)面の平均面間隔d002が、0.36nm~0.42nmであることが好ましく、0.38nm~0.40nmであることがより好ましく、0.381nm~0.389nmであることが特に好ましい。(002)面の平均面間隔d002が上記範囲内であると、先に記載した通り、リチウムイオン電池としての入出力特性の低下が抑制されやすく、電池材料としての安定性の低下が抑制されやすく、体積あたりの実行容量の低下が回避されやすい。平均面間隔を上記範囲に調整するためには、例えば、難黒鉛化炭素質材料を与える炭素前駆体の焼成温度を1050~1400℃の範囲で行えばよい。また、ポリスチレンなどの熱分解性樹脂と混合して焼成する方法を用いることもできる。平均面間隔d002の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Average surface distance d 002 >
The non-graphitizable carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has an average interplanar spacing d 002 of the (002) plane calculated using the Bragg formula based on the wide-angle X-ray diffraction method of 0.36 nm to 0.36 nm. It is preferably 42 nm, more preferably 0.38 nm to 0.40 nm, and particularly preferably 0.381 nm to 0.389 nm. When the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane is within the above range, as described above, deterioration in input/output characteristics as a lithium ion battery is easily suppressed, and deterioration in stability as a battery material is suppressed. It is easy to use, and the decrease in effective capacity per volume is easily avoided. In order to adjust the average interplanar spacing to the above range, for example, the firing temperature of the carbon precursor that gives the non-graphitizable carbonaceous material should be in the range of 1050 to 1400°C. Alternatively, a method of mixing with a thermally decomposable resin such as polystyrene and then baking can be used. Details of the measurement of the average interplanar spacing d 002 are as described in Examples.

<真密度ρBt
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料は、電池における質量あたりの容量を高くする観点から、ブタノール法による真密度ρBtが、1.40~1.70g/cmであることが好ましく、1.42~1.65/cmであることがより好ましく、1.44~1.60/cmであることが特に好ましい。上記範囲の真密度は、例えば焼成工程温度を1050~1400℃とすることにより得ることができる。真密度ρBtの測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<true density ρ Bt >
The non-graphitizable carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a true density ρ Bt measured by the butanol method of 1.40 to 1.70 g/cm 3 from the viewpoint of increasing the capacity per mass of the battery. preferably 1.42 to 1.65/cm 3 , particularly preferably 1.44 to 1.60/cm 3 . The true density in the above range can be obtained by setting the firing process temperature to 1050 to 1400° C., for example. The details of the measurement of the true density ρ Bt are as described in Examples.

<カリウム元素含量および鉄元素含量>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料のカリウム元素含量は、先に記載した通り、0.1質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以下であることがより好ましく、0.03質量%以下であることが更に好ましく、難黒鉛化炭素質材料がカリウム元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。また、本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料の鉄元素含量は、先に記載した通り、0.02質量%以下であることが好ましく、0.015質量%以下であることがより好ましく、0.01質量%以下であることが更に好ましく、難黒鉛化炭素質材料が鉄元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。ここで、カリウム元素または鉄元素を実質的に含有しないとは、カリウム元素含量または鉄元素含量が、後述の蛍光X線分析(例えば島津製作所製「LAB CENTER XRF-1700」を用いた分析)の検出限界値以下であることを意味する。カリウム元素含量および鉄元素含量が上記の値以下であると、先に記載した通り、十分な脱ドープ容量および非脱ドープ容量が得られやすく、非水電解質二次電池の安全性の問題が回避されやすい。カリウム元素含量および鉄元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Potassium element content and iron element content>
As described above, the potassium element content of the non-graphitizable carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably 0.1% by mass or less, and more preferably 0.05% by mass or less. More preferably, it is 0.03% by mass or less, and it is particularly preferable that the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no potassium element. In addition, as described above, the iron element content of the non-graphitizable carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably 0.02% by mass or less, and is 0.015% by mass or less. More preferably, it is 0.01% by mass or less, and it is particularly preferable that the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no iron element. Here, substantially free of potassium element or iron element means that the potassium element content or iron element content is determined by the fluorescent X-ray analysis described later (for example, analysis using "LAB CENTER XRF-1700" manufactured by Shimadzu Corporation). It means below the detection limit. When the potassium element content and the iron element content are the above values or less, as described above, sufficient dedoping capacity and non-dedoping capacity are easily obtained, and the safety problem of the non-aqueous electrolyte secondary battery is avoided. easy to be The details of the measurement of the potassium elemental content and the iron elemental content are as described in Examples.

<吸湿量>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、好ましくは10000ppm以下、より好ましくは9000ppm以下、特に好ましくは8000ppm以下である。先に記載した通り、吸湿量が少ないほど、難黒鉛化炭素質材料に吸着するリチウムイオンが増加し、吸着した水分とリチウムイオンとの反応による自己放電を低減できるので、好ましい。難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、例えば、難黒鉛化炭素質材料に含まれる酸素原子の量を減らすことにより、減らすことができる。難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、例えば、カールフィッシャーなどを用いて測定することができる。吸湿量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Amount of moisture absorbed>
The moisture absorption of the non-graphitizable carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably 10000 ppm or less, more preferably 9000 ppm or less, and particularly preferably 8000 ppm or less. As described above, the smaller the amount of moisture absorbed, the more lithium ions are adsorbed to the non-graphitizable carbonaceous material, and the less self-discharge due to the reaction between the adsorbed moisture and lithium ions, which is preferable. The moisture absorption amount of the non-graphitizable carbonaceous material can be reduced, for example, by reducing the amount of oxygen atoms contained in the non-graphitizable carbonaceous material. The moisture absorption of the non-graphitizable carbonaceous material can be measured using, for example, Karl Fischer. The details of the measurement of moisture absorption are as described in Examples.

<比表面積>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料は、窒素吸着BET3点法により求めた比表面積が、1~75m/gであることが好ましく、2~60m/gであることがより好ましく、3~50m/gであることが特に好ましい。先に記載した通り、比表面積が上記範囲内であると、難黒鉛化炭素質材料を用いて製造した非水電解質二次電池において、電解液と難黒鉛化炭素質材料との過剰な副反応が抑制されつつリチウムイオンが難黒鉛化炭素質材料にドープされやすく、更にリチウムイオンを難黒鉛化炭素質材料から脱ドープするための接触面積が高く保持されやすいため、高い充電容量と高い出力特性とが両立されやすい。比表面積は、例えば、先に記載した脱灰工程の温度を制御することによって調整することができる。
<Specific surface area>
The non-graphitizable carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention preferably has a specific surface area of 1 to 75 m 2 /g, more preferably 2 to 60 m 2 /g, as determined by the nitrogen adsorption BET three-point method. is more preferred, and 3 to 50 m 2 /g is particularly preferred. As described above, when the specific surface area is within the above range, excessive side reactions between the electrolyte and the non-graphitizable carbonaceous material occur in the non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured using the non-graphitizable carbonaceous material. Lithium ions are easily doped into the non-graphitizable carbonaceous material while being suppressed, and the contact area for dedoping lithium ions from the non-graphitizable carbonaceous material is easily maintained at a high level, resulting in high charge capacity and high output characteristics. is easily compatible with The specific surface area can be adjusted, for example, by controlling the temperature of the deashing process described above.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。なお、以下に難黒鉛化炭素質材料の物性値の測定法を記載するが、実施例を含めて、本明細書中に記載する物性値は、以下の方法により求めた値に基づくものである。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but these are not intended to limit the scope of the present invention. Methods for measuring the physical properties of the non-graphitizable carbonaceous material are described below, but the physical properties described in this specification, including the examples, are based on the values obtained by the following methods. .

Li核-固体NMR分析による化学シフト値の主共鳴ピーク位置の測定>
リチウムイオンが満充電状態でドープされた難黒鉛化炭素質材料を含む負極をセルから取り出し、電解液を拭き取った負極を全てNMR用サンプル管に充填した。Li核-固体NMR分析による化学シフト値の主共鳴ピーク位置の測定は、BRUKER製「核磁気共鳴装置AVANCE300」を用いて行った。測定に際して、塩化リチウムを基準物質とし、これを0ppmに設定した。
<Measurement of main resonance peak position of chemical shift value by 7 Li nucleus-solid NMR analysis>
The negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material doped with lithium ions in a fully charged state was taken out from the cell, and the negative electrode from which the electrolytic solution had been wiped off was all filled in an NMR sample tube. Measurement of the main resonance peak position of the chemical shift value by 7 Li nucleus-solid NMR analysis was performed using BRUKER's "Nuclear Magnetic Resonance Apparatus AVANCE 300". In the measurement, lithium chloride was used as a reference substance and set to 0 ppm.

<酸素元素含量の測定>
株式会社堀場製作所製「酸素・窒素・水素分析装置EMGA-930」を用いて酸素元素含量の測定を行った。
この装置の検出方法は、酸素:不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法(NDIR)、窒素:不活性ガス融解-熱伝導度法(TCD)、水素:不活性ガス融解-非分散型赤外線吸収法(NDIR)であり、校正は、(酸素・窒素)Niカプセル、TiH(H標準試料)、およびSS-3(N、O標準試料)により行った。前処理として250℃で約10分間脱水処理を施した試料20mgを、Niカプセルに量り取り、元素分析装置内で30秒間脱ガスした後、測定を行った。3検体を分析し、その平均値を分析値とした。
<Measurement of oxygen element content>
The elemental oxygen content was measured using an "oxygen/nitrogen/hydrogen analyzer EMGA-930" manufactured by Horiba, Ltd.
The detection method of this device is oxygen: inert gas fusion-non-dispersive infrared absorption method (NDIR), nitrogen: inert gas fusion-thermal conductivity method (TCD), hydrogen: inert gas fusion-non-dispersive infrared Absorption method (NDIR) and calibration was performed with (oxygen/nitrogen) Ni capsules, TiH 2 (H standard sample), and SS-3 (N, O standard sample). 20 mg of a sample that had been dehydrated at 250° C. for about 10 minutes as a pretreatment was weighed into a Ni capsule, degassed for 30 seconds in an elemental analyzer, and then measured. Three samples were analyzed, and the average value was used as the analytical value.

<(002)面の平均面間隔d002の測定>
株式会社リガク製「MiniFlex II」を用いて、難黒鉛化炭素質材料粉末を試料ホルダーに充填し、Niフィルターにより単色化したCuKα線を線源とし、X線回折図形を得た。回折図形のピーク位置は重心法(回折線の重心位置を求め、これに対応する2θ値でピーク位置を求める方法)により求め、標準物質用高純度シリコン粉末の(111)面の回折ピークを用いて補正した。CuKα線の波長を0.15418nmとし、以下に示すBraggの公式によりd002を算出した。

Figure 0007190252000002
<Measurement of average interplanar spacing d002 of ( 002 ) plane>
Using "MiniFlex II" manufactured by Rigaku Corporation, the non-graphitizable carbonaceous material powder was filled in a sample holder, and an X-ray diffraction pattern was obtained using CuKα rays made monochromatic by a Ni filter as a radiation source. The peak position of the diffraction pattern is obtained by the centroid method (a method of obtaining the centroid position of the diffraction line and obtaining the peak position with the corresponding 2θ value), and using the diffraction peak of the (111) plane of the high-purity silicon powder for standard substance corrected. The wavelength of the CuKα ray was set to 0.15418 nm, and d 002 was calculated by the Bragg's formula shown below.
Figure 0007190252000002

<ブタノール法による真密度ρBtの測定>
真密度は、JIS R 7212に定められた方法に従い、ブタノール法により測定した。内容積約40mLの側管付比重瓶の質量(m)を正確に量った。次に、その底部に試料を約10mmの厚さになるように平らに入れた後、その質量(m)を正確に量った。これに1-ブタノールを静かに加えて、底から20mm程度の深さにした。次に比重瓶に軽い振動を加えて、大きな気泡の発生がなくなったのを確かめた後、真空デシケーター中に入れ、徐々に排気して2.0~2.7kPaとした。その圧力で20分間以上保ち、気泡の発生が止まった後に、取り出し、更に1-ブタノールを満たし、栓をして恒温水槽(30±0.03℃に調節してあるもの)に15分間以上浸し、1-ブタノールの液面を標線に合わせた。次に、これを取り出して外部をよくぬぐって室温まで冷却した後、質量(m)を正確に量った。次に、同じ比重瓶に1-ブタノールだけを満たし、前記と同じようにして恒温水槽に浸し、標線を合わせた後、質量(m)を量った。また使用直前に沸騰させて溶解した気体を除いた蒸留水を比重瓶にとり、前記と同様に恒温水槽に浸し、標線を合わせた後、質量(m)を量った。
真密度ρBtは次の式により計算した。

Figure 0007190252000003
このとき、dは水の30℃における比重(0.9946)である。 <Measurement of true density ρ Bt by butanol method>
The true density was measured by the butanol method according to the method specified in JIS R 7212. The mass (m 1 ) of a pycnometer with a side tube having an internal volume of about 40 mL was accurately weighed. Next, the sample was put flat on the bottom so as to have a thickness of about 10 mm, and its mass (m 2 ) was measured accurately. 1-Butanol was gently added to this to make a depth of about 20 mm from the bottom. Next, the pycnometer was shaken lightly to confirm that no large bubbles were generated, then placed in a vacuum desiccator and gradually evacuated to 2.0 to 2.7 kPa. Keep it at that pressure for 20 minutes or more, and after the bubbles have stopped generating, take it out, fill it with 1-butanol, plug it, and immerse it in a constant temperature water bath (adjusted to 30±0.03°C) for 15 minutes or more. , and the liquid level of 1-butanol was aligned with the marked line. Next, it was taken out, the outside was thoroughly wiped, and after cooling to room temperature, the mass (m 4 ) was measured accurately. Next, the same pycnometer was filled with only 1-butanol, immersed in a constant temperature water bath in the same manner as described above, and after matching the gauge lines, the mass (m 3 ) was measured. Also, just before use, distilled water was boiled to remove the dissolved gas and placed in a pycnometer .
The true density ρ Bt was calculated by the following formula.
Figure 0007190252000003
At this time, d is the specific gravity of water at 30°C (0.9946).

<カリウム元素含量および鉄元素含量の測定>
カリウム元素含量および鉄元素含量の測定は、下記方法により実施した。予め所定のカリウム元素および鉄元素を含有する炭素試料を調製し、蛍光X線分析装置を用いて、カリウムKα線の強度とカリウム元素含量との関係、および鉄Kα線の強度と鉄元素含量との関係に関する検量線を作成した。次いで、試料について蛍光X線分析におけるカリウムKα線および鉄Kα線の強度を測定し、先に作成した検量線よりカリウム元素含量および鉄元素含量を求めた。蛍光X線分析は、株式会社島津製作所製「LAB CENTER XRF-1700」を用いて、下記手順で行った。上部照射方式用ホルダーを用い、試料測定面積を直径20mmの円周内とした。被測定試料の設置は、内径25mmのポリエチレン製容器の中に被測定試料0.5gを入れ、裏をプランクトンネットで押さえ、測定表面をポリプロピレン製フィルムで覆うことにより行った。X線源は40kV、60mAに設定した。カリウムについては、分光結晶にLiF(200)、検出器にガスフロー型比例係数管を使用し、2θが90~140°の範囲を、走査速度8°/分で測定した。鉄については、分光結晶にLiF(200)、検出器にシンチレーションカウンターを使用し、2θが56~60°の範囲を、走査速度8°/分で測定した。
<Measurement of potassium element content and iron element content>
The potassium element content and iron element content were measured by the following methods. A carbon sample containing predetermined potassium and iron elements is prepared in advance, and a fluorescent X-ray analyzer is used to determine the relationship between the potassium Kα ray intensity and the potassium element content, and the relationship between the iron Kα ray intensity and the iron element content. A calibration curve for the relationship was created. Next, the intensities of potassium Kα line and iron Kα line in fluorescent X-ray analysis of the sample were measured, and the elemental potassium content and the elemental iron content were obtained from the previously prepared calibration curve. Fluorescent X-ray analysis was performed using Shimadzu Corporation's "LAB CENTER XRF-1700" according to the following procedure. A holder for the top irradiation method was used, and the sample measurement area was set within a circle with a diameter of 20 mm. The sample to be measured was placed by placing 0.5 g of the sample to be measured in a polyethylene container with an inner diameter of 25 mm, pressing the back with a plankton net, and covering the measurement surface with a polypropylene film. The X-ray source was set at 40 kV, 60 mA. Potassium was measured using LiF (200) as an analyzing crystal and a gas flow type proportionality coefficient tube as a detector at a scanning rate of 8°/min over the range of 2θ from 90 to 140°. For iron, LiF (200) was used as an analyzing crystal, and a scintillation counter was used as a detector.

<吸湿量の測定>
粒子径約5~50μmに粉砕した難黒鉛化炭素質材料10gをサンプル管に入れ、133Paの減圧下、120℃にて2時間事前乾燥し、50mmφのガラス製シャーレに移し、25℃、湿度50%の恒温恒湿槽にて、所定時間暴露した。サンプル1gを取り、カールフィッシャー(三菱化学アナリテック社製)にて、250℃に加熱し、窒素気流下に水分量を測定した。
<Measurement of moisture absorption>
10 g of a non-graphitizable carbonaceous material pulverized to a particle size of about 5 to 50 μm is placed in a sample tube, pre-dried at 120° C. for 2 hours under a reduced pressure of 133 Pa, transferred to a 50 mmφ glass petri dish, and placed at 25° C. and humidity of 50. % constant temperature and humidity chamber for a predetermined period of time. A 1 g sample was taken, heated to 250° C. in a Karl Fischer (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech), and the water content was measured under a nitrogen stream.

<レーザー散乱法による平均粒子径の測定>
植物由来のチャー、炭素前駆体、および揮発性有機物の平均粒子径(粒度分布)は、下記方法により測定した。試料を、界面活性剤(和光純薬工業株式会社製「Toriton X100」)を0.3質量%含む水溶液に投入し、超音波洗浄器で10分以上処理し、水溶液中に分散させた。この分散液を用いて粒度分布を測定した。粒度分布測定は、粒子径・粒度分布測定器(日機装株式会社製「マイクロトラックM T3000」)を用いて行った。Dv50は、累積体積が50%となる粒子径であり、この値を平均粒子径とした。
<Measurement of average particle size by laser scattering method>
The average particle size (particle size distribution) of plant-derived char, carbon precursor, and volatile organic matter was measured by the following method. The sample was put into an aqueous solution containing 0.3% by mass of a surfactant (“Toriton X100” manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), treated with an ultrasonic cleaner for 10 minutes or more, and dispersed in the aqueous solution. The particle size distribution was measured using this dispersion. The particle size distribution was measured using a particle size/particle size distribution analyzer ("Microtrac MT3000" manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). Dv50 is the particle diameter at which the cumulative volume becomes 50 %, and this value was taken as the average particle diameter.

実施例1(気相脱灰、揮発性有機物添加、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
椰子殻を500℃で乾留した後に破砕し、平均粒子径約2mmの椰子殻チャーを得た。この椰子殻チャー100gに対して、塩化水素ガス1体積%を含む窒素ガスを18L/分の流量で供給しながら、870℃で30分間ハロゲン熱処理を実施し、その後、塩化水素ガスの供給のみを停止し、窒素ガスを18L/分の流量で供給しながら、更に870℃で30分間熱処理することにより気相脱酸処理を実施し、炭素前駆体を得た。
得られた炭素前駆体を、ミキサーミル(ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、MM400)を用いて平均粒子径6μmに粉砕した後、ナノジェットマイザー(株式会社アイシンナノテクノロジーズ製)を用いて分級し、平均粒子径5μmの炭素前駆体(1)を得た。
Example 1 (vapor phase deashing, addition of volatile organic matter, full-cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
Coconut shells were dry distilled at 500° C. and crushed to obtain coconut shell char having an average particle size of about 2 mm. 100 g of this coconut shell char was subjected to halogen heat treatment at 870° C. for 30 minutes while nitrogen gas containing 1% by volume of hydrogen chloride gas was supplied at a flow rate of 18 L/min, after which only hydrogen chloride gas was supplied. Then, while nitrogen gas was supplied at a flow rate of 18 L/min, heat treatment was performed at 870° C. for 30 minutes to perform vapor-phase deoxidation treatment to obtain a carbon precursor.
The obtained carbon precursor was pulverized using a mixer mill (MM400, manufactured by Verder Scientific Co., Ltd.) to an average particle size of 6 μm, and then classified using a nano jetmizer (manufactured by Aisin Nano Technologies Co., Ltd.). , to obtain a carbon precursor (1) having an average particle size of 5 μm.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
上記のように調製した炭素前駆体5gと、ポリスチレン(積水化成品工業株式会社製、平均粒子径400μm、残炭率1.2%)0.5gとを混合した。この混合物5.5gを試料層高さが約2mmとなるよう黒鉛製鞘に入れ、株式会社モトヤマ製管状炉中、毎分5Lの窒素流量下、毎分10℃の昇温速度で1290℃まで昇温した後、30分間保持し、自然冷却した。炉内温度が200℃以下に低下したことを確認し、炉内から難黒鉛化炭素質材料を取り出した。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.9gであり、回収率は89%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、Li核-固体NMR分析による化学シフト値の主共鳴ピーク位置の測定、酸素元素含量の測定、(002)面の平均面間隔d002の測定、ブタノール法による真密度ρBtの測定、カリウム元素含量および鉄元素含量の測定、並びに吸湿量の測定を行った。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
5 g of the carbon precursor prepared as described above and 0.5 g of polystyrene (manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd., average particle size: 400 μm, residual carbon content: 1.2%) were mixed. 5.5 g of this mixture was placed in a graphite sheath so that the sample layer height was about 2 mm, and heated up to 1290° C. at a rate of 10° C./min under a nitrogen flow rate of 5 L/min in a tubular furnace manufactured by Motoyama Co., Ltd. After the temperature was raised, it was held for 30 minutes and cooled naturally. After confirming that the temperature in the furnace had decreased to 200° C. or less, the non-graphitizable carbonaceous material was taken out from the furnace. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.9 g, and the recovery rate was 89%.
For the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, measurement of the main resonance peak position of the chemical shift value by 7 Li nucleus-solid NMR analysis, measurement of the oxygen element content, measurement of the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane measurement, measurement of true density ρ Bt by the butanol method, measurement of potassium element content and iron element content, and measurement of moisture absorption. Table 1 shows the results.

<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料94質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)6質量部およびNMP(N-メチルピロリドン)90質量部を混合し、スラリーを得た。厚さ14μmの銅箔の片面に、得られたスラリーを塗布し、乾燥後プレスして、厚さ70~80μmの電極を得た。得られた電極の密度は、0.9~1.1g/cmであった。
負極を作用極とし、金属リチウムを対極および参照極として使用した。溶媒として、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを、体積比で3:7となるように混合して用いた。この溶媒に、濃度が1mol/LとなるようLiPFを溶解し、電解液として用いた。セパレータにはガラス繊維不織布を使用した。アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを作製した。
上記構成の負極ハーフセルについて、充放電試験装置(東洋システム株式会社製、「TOSCAT」)を用いて充放電試験を行った。リチウムのドーピングは、活物質質量に対し、金属リチウムが析出しない所定の容量まで30mA/gの速度で行い、終了した。このときの容量(mAh/g)を充電容量とした。ここで、「金属リチウムが析出しない所定の容量」とは、Li-NMRで金属リチウムの析出が見られない上限の充電容量(mAh/g)を指す。
<Estimation of negative electrode full charge capacity for full cell>
94 parts by mass of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, 6 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride) and 90 parts by mass of NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 14 μm, dried and pressed to obtain an electrode having a thickness of 70 to 80 μm. The density of the obtained electrodes was 0.9-1.1 g/cm 3 .
A negative electrode was used as a working electrode, and metallic lithium was used as a counter electrode and a reference electrode. As a solvent, ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3:7 and used. LiPF 6 was dissolved in this solvent to a concentration of 1 mol/L, and used as an electrolytic solution. A glass fiber nonwoven fabric was used for the separator. A coin cell was fabricated in a glove box under an argon atmosphere.
A charging/discharging test was performed on the negative electrode half-cell having the above configuration using a charging/discharging test apparatus (manufactured by Toyo System Co., Ltd., "TOSCAT"). Doping of lithium was performed at a rate of 30 mA/g to a predetermined capacity at which metallic lithium does not precipitate with respect to the mass of the active material, and was completed. The capacity (mAh/g) at this time was defined as the charge capacity. Here, the “predetermined capacity at which metallic lithium does not deposit” refers to the upper limit charging capacity (mAh/g) at which metallic lithium does not deposit by Li-NMR.

<フルセル評価>
・正極の作製
正極活物質としての三元系酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3)92質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)3質量部、アセチレンブラック5質量部およびNMP(N-メチルピロリドン)120質量部を混合し、スラリーを得た。厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に、得られたスラリーを塗布し、乾燥後プレスして正極を得た。得られた電極の密度は、2.4~2.6g/cmであった。この電極を直径14mmの円板状に打ち抜き、正極板を得た。
<Full cell evaluation>
・Preparation of positive electrode 92 parts by mass of ternary oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) as a positive electrode active material, 3 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), 5 parts by mass of acetylene black and 120 parts by mass of NMP (N-methylpyrrolidone) was mixed to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried and then pressed to obtain a positive electrode. The density of the obtained electrodes was 2.4-2.6 g/cm 3 . This electrode was punched into a disk shape with a diameter of 14 mm to obtain a positive electrode plate.

・正極ハーフセルの作製
得られた正極に対して、金属リチウムを対極および参照極として使用した。溶媒として、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを、体積比で3:7となるように混合して用いた。この溶媒に、濃度が1mol/LとなるようLiPFを溶解し、電解液として用いた。セパレータにはガラス繊維不織布を使用した。アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを作製した。
上記構成の正極ハーフセルについて、充放電試験装置(東洋システム株式会社製、「TOSCAT」)を用いて充放電試験を行った。正極からのリチウム脱ドーピングは、活物質質量に対して15mA/gの速度で、リチウム電位に対して4.2Vになるまで行い、このときの容量を充電容量とした。次いで、正極へのリチウムドーピングは、活物質質量に対して15mA/gの速度で、リチウム電位に対して3.0Vになるまで行い、このときの容量を放電容量とした。得られた充電容量は174mAh/g、放電容量は154mAh/g、「放電容量/充電容量」の百分率で算出される充放電効率(初期の充放電効率)は88.5%であった。
- Preparation of positive electrode half cell Metal lithium was used as a counter electrode and a reference electrode for the obtained positive electrode. As a solvent, ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3:7 and used. LiPF 6 was dissolved in this solvent to a concentration of 1 mol/L, and used as an electrolytic solution. A glass fiber nonwoven fabric was used for the separator. A coin cell was fabricated in a glove box under an argon atmosphere.
A charge/discharge test was performed on the positive electrode half-cell having the above configuration using a charge/discharge test apparatus (manufactured by Toyo System Co., Ltd., "TOSCAT"). Lithium dedoping from the positive electrode was performed at a rate of 15 mA/g with respect to the mass of the active material until the lithium potential reached 4.2 V, and the capacity at this time was taken as the charge capacity. Next, lithium doping to the positive electrode was performed at a rate of 15 mA/g with respect to the mass of the active material until the lithium potential reached 3.0 V, and the capacity at this time was taken as the discharge capacity. The resulting charge capacity was 174 mAh/g, the discharge capacity was 154 mAh/g, and the charge/discharge efficiency (initial charge/discharge efficiency) calculated as a percentage of "discharge capacity/charge capacity" was 88.5%.

・フルセルの作製および評価
直径15mmの負極面内から正極(直径14mm)がはみ出さないように、ガラス繊維不織布からなるセパレータを介して負極および正極の合剤塗工面を対向させた。このとき、対向面積あたりの負極充電容量(mAh)と正極充電容量(mAh)の比率(負極容量/正極容量)は1となるよう調整した。溶媒として、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを、体積比で3:7となるように混合して用いた。この溶媒に、濃度が1mol/LとなるようLiPFを溶解し、電解液として用いた。アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを作製した。
- Production and Evaluation of Full Cell The mixture-coated surfaces of the negative electrode and the positive electrode were opposed to each other with a separator made of glass fiber nonwoven fabric interposed therebetween so that the positive electrode (14 mm in diameter) did not protrude from the negative electrode surface with a diameter of 15 mm. At this time, the ratio (negative electrode capacity/positive electrode capacity) of the negative electrode charge capacity (mAh) and the positive electrode charge capacity (mAh) per facing area was adjusted to be 1. As a solvent, ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were mixed at a volume ratio of 3:7 and used. LiPF 6 was dissolved in this solvent to a concentration of 1 mol/L, and used as an electrolytic solution. A coin cell was fabricated in a glove box under an argon atmosphere.

・充放電試験
上記構成のコインセル(フルセル)について、充放電試験装置(東洋システム株式会社製、「TOSCAT」)を用いて充放電試験を行った。まず、充電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、4.2Vになるまで行い、このときの容量を充電容量とした。次いで、放電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、2.0Vになるまで行い、このときの容量を放電容量とした。また、「充電容量-放電容量」の差分で算出される値を不可逆容量、「放電容量/充電容量」の百分率で算出される値を充放電効率(初期の充放電効率)とした。得られた充電容量、放電容量、不可逆容量および充放電効率を表1に示す。
- Charge/discharge test A charge/discharge test was performed on the coin cell (full cell) having the above configuration using a charge/discharge test apparatus (manufactured by Toyo System Co., Ltd., "TOSCAT"). First, the battery was charged at a rate of 30 mA/g with respect to the mass of the negative electrode active material until it reached 4.2 V, and the capacity at this time was taken as the charge capacity. Next, discharge was performed at a rate of 30 mA/g with respect to the mass of the negative electrode active material until the voltage reached 2.0 V, and the capacity at this time was taken as the discharge capacity. In addition, the value calculated by the difference of "charge capacity-discharge capacity" was defined as irreversible capacity, and the value calculated by the percentage of "discharge capacity / charge capacity" was defined as charge-discharge efficiency (initial charge-discharge efficiency). Table 1 shows the obtained charge capacity, discharge capacity, irreversible capacity and charge/discharge efficiency.

・出力特性試験
上記構成のコインセル(フルセル)について、まず、充電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、4.2Vになるまで行い、次いで、放電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、2.0Vになるまで行い、このときの容量を放電容量(A)とした。更に、充電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、4.2Vになるまで行い、次いで、放電を、負極活物質質量に対して150mA/gの速度で、2.0Vになるまで行い、このときの容量を放電容量(B)とした。「放電容量(B)/放電容量(A)」の百分率で算出される値を放電容量維持率とした。電極抵抗が低いほどリチウムイオンが負極から脱ドープされやすく、この放電容量維持率は高い値を示すため、出力特性が高いと言える。得られた出力特性(放電容量維持率)を表1に示す。
・Output characteristic test For the coin cell (full cell) having the above configuration, first, charging is performed at a rate of 30 mA / g with respect to the mass of the negative electrode active material until it reaches 4.2 V, and then discharging is performed on the mass of the negative electrode active material. On the other hand, the rate was 30 mA/g until the voltage reached 2.0 V, and the capacity at this time was taken as the discharge capacity (A). Further, charging is performed to 4.2 V at a rate of 30 mA/g of the negative electrode active material mass, and then discharging is performed to 2.0 V at a rate of 150 mA/g of the negative electrode active material mass. The capacity at this time was defined as the discharge capacity (B). A value calculated as a percentage of "discharge capacity (B)/discharge capacity (A)" was taken as the discharge capacity retention rate. The lower the electrode resistance, the easier it is for lithium ions to be dedoped from the negative electrode, and the higher the discharge capacity retention rate, the higher the output characteristics. Table 1 shows the obtained output characteristics (discharge capacity retention rate).

・電極膨張率
上記構成のコインセル(フルセル)について、充電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、4.2Vになるまで行い、放電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、2.0Vになるまで行った。この充放電サイクルを5回繰り返した後、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを分解して負極を取り出し、取り出した負極をジエチルカーボネートで洗浄後、乾燥した。乾燥後の負極厚み(D)を測定し、充放電前に測定した負極厚み(C)との比〔「厚み(D)/厚み(C)」の百分率〕を求め、電極膨張率とした。なお、負極厚み(C)および負極厚み(D)はそれぞれ、合剤層と銅箔との合計厚みを数か所測定し、各合計厚みから銅箔厚みを減算することにより求めた負極厚みの平均値である。得られた電極膨張率を表1に示す。
・Electrode expansion rate The coin cell (full cell) having the above configuration is charged at a rate of 30 mA/g with respect to the mass of the negative electrode active material until it reaches 4.2 V, and discharged at 30 mA/g with respect to the mass of the negative electrode active material. It went until it became 2.0V at the rate of g. After repeating this charge-discharge cycle five times, the coin cell was disassembled in a glove box under an argon atmosphere to take out the negative electrode, which was washed with diethyl carbonate and then dried. The negative electrode thickness (D) after drying was measured, and the ratio [percentage of “thickness (D)/thickness (C)”] to the negative electrode thickness (C) measured before charging/discharging was determined as the electrode expansion rate. The negative electrode thickness (C) and the negative electrode thickness (D) are each obtained by measuring the total thickness of the mixture layer and the copper foil at several points and subtracting the copper foil thickness from each total thickness. Average value. Table 1 shows the electrode expansion coefficients obtained.

実施例2(気相脱灰、揮発性有機物添加、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
気相脱酸処理までは実施例1と同様に行い、炭素前駆体を得た。
得られた炭素前駆体を、乾式ビーズミル(アシザワ・ファインテック製SDA5)を用いて、ビーズ径3mmφ、ビーズ充填率75%、および原料フィード量1kg/時の条件下で粉砕し、平均粒子径2.7μmの炭素前駆体(2)を得た。
Example 2 (vapor phase deashing, addition of volatile organic matter, full-cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
A carbon precursor was obtained in the same manner as in Example 1 up to the vapor phase deoxidation treatment.
The resulting carbon precursor was pulverized using a dry bead mill (SDA5, manufactured by Ashizawa Finetech) under the conditions of a bead diameter of 3 mmφ, a bead filling rate of 75%, and a raw material feed rate of 1 kg/hour to obtain an average particle diameter of 2. A 0.7 μm carbon precursor (2) was obtained.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
上記のように調製した炭素前駆体を用いたこと以外は実施例1と同様に、本焼成を行い、難黒鉛化炭素質材料を調製した。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.9gであり、回収率は89%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Firing was performed in the same manner as in Example 1, except that the carbon precursor prepared as described above was used, to prepare a non-graphitizable carbonaceous material. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.9 g, and the recovery rate was 89%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of negative electrode full charge capacity for full cell>
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used, and a coin cell was prepared using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode. , a charge-discharge test was performed using a charge-discharge test device.

<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full-cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. Table 1 shows the characteristic values obtained.

実施例3(気相脱灰、CVD処理、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
実施例2と同じ炭素前駆体(2)を用いた。
Example 3 (vapor phase demineralization, CVD treatment, full-cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
The same carbon precursor (2) as in Example 2 was used.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
揮発性有機物であるポリスチレンを用いなかったこと以外は実施例2と同様に、本焼成を実施した。次いで、得られた炭素質材料3gを石英製のインナーケースに入れ、回転式管状炉中、毎分0.1Lの窒素流量下、毎分20℃の速度で780℃まで昇温した。780℃到達後、気化させたヘキサンガスを毎分0.04Lの流量で窒素ガスに混合し、窒素/ヘキサン混合ガスを30分間管状炉内に流通させCVD処理を行った。その後、ヘキサンガス気流を停止し、毎分0.1Lの窒素流量下、更に30分間熱処理し、自然冷却した。炉内温度が200℃以下に低下したことを確認し、炉内から難黒鉛化炭素質材料を取り出した。回収された難黒鉛化炭素質材料は2.95gであり、回収率は98%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Main baking was carried out in the same manner as in Example 2, except that polystyrene, which is a volatile organic substance, was not used. Then, 3 g of the obtained carbonaceous material was placed in a quartz inner case and heated to 780° C. at a rate of 20° C./min under a nitrogen flow rate of 0.1 L/min in a rotary tubular furnace. After reaching 780° C., the vaporized hexane gas was mixed with nitrogen gas at a flow rate of 0.04 L/min, and the nitrogen/hexane mixed gas was passed through the tubular furnace for 30 minutes to perform CVD treatment. After that, the hexane gas stream was stopped, and heat treatment was further performed for 30 minutes under a nitrogen flow rate of 0.1 L/min, followed by natural cooling. After confirming that the temperature in the furnace had decreased to 200° C. or less, the non-graphitizable carbonaceous material was taken out from the furnace. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 2.95 g, and the recovery rate was 98%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of negative electrode full charge capacity for full cell>
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used, and a coin cell was prepared using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode. , a charge-discharge test was performed using a charge-discharge test device.

<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full-cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. Table 1 shows the characteristic values obtained.

実施例4(液相脱灰、CVD処理、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
約5mm角のフィリピン国ミンダナオ島産椰子殻チップ100gを7.4質量%クエン酸水溶液150gに浸漬し、80℃に加温し、4時間加熱した。次いで室温まで冷却し、ろ過により脱液した。この操作を5回行い、脱灰を行った。脱灰した椰子殻を1Torr下、80℃で24時間乾燥した。脱灰および乾燥後の椰子殻チップ20gを坩堝に入れ、光洋サーモ製KTF1100炉(内径70mmΦ)を用いて、酸素含量15ppmの窒素気流3L/分(0.012m/秒)の流量下、10℃/分で750℃まで昇温し、60分間保持した後、6時間かけて冷却し、炉内温度が50℃以下に低下したことを確認し、炉内から炭素前駆体を取り出した。
得られた炭素前駆体を、乾式ビーズミル(アシザワ・ファインテック製SDA5)を用いて、ビーズ径3mmφ、ビーズ充填率75%および原料フィード量1kg/時の条件下で粉砕し、平均粒子径2.7μmの炭素前駆体(3)を得た。
Example 4 (liquid phase demineralization, CVD treatment, full-cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
Approximately 5 mm square 100 g of coconut shell chips from Mindanao Island in the Philippines were immersed in 150 g of a 7.4% by mass citric acid aqueous solution, heated to 80° C., and heated for 4 hours. It was then cooled to room temperature and deliquored by filtration. This operation was performed 5 times to demineralize. The decalcified coconut shells were dried at 80° C. under 1 Torr for 24 hours. 20 g of decalcified and dried coconut shell chips were placed in a crucible and heated at 10° C. using a KTF1100 furnace (inner diameter: 70 mmΦ) manufactured by Koyo Thermo Co., Ltd. under a flow rate of 3 L/min (0.012 m/sec) of nitrogen stream with an oxygen content of 15 ppm. /min to 750°C, held for 60 minutes, and then cooled over 6 hours. After confirming that the temperature in the furnace had decreased to 50°C or less, the carbon precursor was taken out from the furnace.
The resulting carbon precursor was pulverized using a dry bead mill (SDA5, manufactured by Ashizawa Finetech) under the conditions of a bead diameter of 3 mmφ, a bead filling rate of 75%, and a raw material feed rate of 1 kg/hour to obtain an average particle diameter of 2. A 7 μm carbon precursor (3) was obtained.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
炭素前駆体(3)を用いたこと以外は実施例3と同様に、本焼成およびCVD処理を行い、難黒鉛化炭素質材料を調製した。回収された難黒鉛化炭素質材料は2.95gであり、回収率は98%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Firing and CVD treatment were performed in the same manner as in Example 3 except that the carbon precursor (3) was used to prepare a non-graphitizable carbonaceous material. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 2.95 g, and the recovery rate was 98%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of negative electrode full charge capacity for full cell>
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used, and a coin cell was prepared using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode. , a charge-discharge test was performed using a charge-discharge test device.

<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full-cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. Table 1 shows the characteristic values obtained.

比較例1(気相脱灰、試料層高さの変更、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
実施例1と同じ炭素前駆体(1)を用いた。
Comparative Example 1 (vapor phase demineralization, change in sample layer height, full-cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
The same carbon precursor (1) as in Example 1 was used.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
上記のように調製した炭素前駆体75gと、ポリスチレン(積水化成品工業株式会社製、平均粒子径400μm、残炭率1.2%)7.5gとを混合した。この混合物82.5gを試料層高が約30mmとなるよう黒鉛製鞘に入れ、株式会社モトヤマ製管状炉中、毎分1Lの窒素流量下、毎分10℃の昇温速度で1290℃まで昇温した後、30分間保持し、自然冷却した。炉内温度が200℃以下に低下したことを確認し、炉内から難黒鉛化炭素質材料を取り出した。回収された難黒鉛化炭素質材料は73.4gであり、回収率は89%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
75 g of the carbon precursor prepared as described above and 7.5 g of polystyrene (manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd., average particle size: 400 μm, residual carbon content: 1.2%) were mixed. 82.5 g of this mixture was placed in a graphite sheath so that the sample layer height was about 30 mm, and heated to 1290 ° C. at a rate of 10 ° C./min under a nitrogen flow rate of 1 L/min in a tubular furnace manufactured by Motoyama Co., Ltd. After heating, it was held for 30 minutes and cooled naturally. After confirming that the temperature in the furnace had decreased to 200° C. or less, the non-graphitizable carbonaceous material was taken out from the furnace. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 73.4 g, and the recovery rate was 89%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of negative electrode full charge capacity for full cell>
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used, and a coin cell was prepared using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode. , a charge-discharge test was performed using a charge-discharge test device.

<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full-cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. Table 1 shows the characteristic values obtained.

比較例2(気相脱灰、試料層高さの変更、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
実施例2と同じ炭素前駆体(2)を用いた。
Comparative Example 2 (vapor phase demineralization, change in sample layer height, full-cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
The same carbon precursor (2) as in Example 2 was used.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
炭素前駆体(2)を用いたこと以外は比較例1と同様に、本焼成を行い、難黒鉛化炭素質材料を調製した。回収された難黒鉛化炭素質材料は72gであり、回収率は87%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Firing was carried out in the same manner as in Comparative Example 1, except that the carbon precursor (2) was used, to prepare a non-graphitizable carbonaceous material. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 72 g, and the recovery rate was 87%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of negative electrode full charge capacity for full cell>
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used, and a coin cell was prepared using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode. , a charge-discharge test was performed using a charge-discharge test device.

<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full-cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. Table 1 shows the characteristic values obtained.

比較例3(気相脱灰、揮発性有機物添加せず、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
実施例2と同じ炭素前駆体(2)を用いた。
Comparative Example 3 (vapor phase demineralization, no addition of volatile organic matter, full-cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
The same carbon precursor (2) as in Example 2 was used.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
揮発性有機物であるポリスチレンを用いなかったこと以外は実施例2と同様に、本焼成を行い、難黒鉛化炭素質材料を調製した。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.75gであり、回収率は95%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Firing was performed in the same manner as in Example 2, except that polystyrene, which is a volatile organic substance, was not used to prepare a non-graphitizable carbonaceous material. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.75 g, and the recovery rate was 95%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of negative electrode full charge capacity for full cell>
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used, and a coin cell was prepared using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode. , a charge-discharge test was performed using a charge-discharge test device.

<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full-cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. Table 1 shows the characteristic values obtained.

比較例4(炭化後の液相脱灰、CVD処理、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
約5mm角のフィリピン国ミンダナオ島産椰子殻チップ20gを坩堝に入れ、光洋サーモ製KTF1100炉(内径70mmΦ)を用いて、酸素含量15ppmの窒素気流3L/分(0.012m/秒)の流量下、10℃/分で750℃まで昇温し、60分間保持した後、6時間かけて冷却し、炉内温度が50℃以下に低下したことを確認し、炉内から炭化物を取り出した。得られた炭化物を35質量%塩酸水溶液に1時間浸漬した後、80℃の水で1時間洗浄する操作を2回行い、脱灰を行った。脱灰した椰子殻を1Torr下、80℃で24時間乾燥した。
得られた脱灰および乾燥後の炭素前駆体を、乾式ビーズミル(アシザワ・ファインテック製SDA5)を用いて、ビーズ径3mmφ、ビーズ充填率75%および原料フィード量1kg/時の条件下で粉砕し、平均粒子径2.7μmの炭素前駆体(4)を得た。
Comparative Example 4 (liquid phase demineralization after carbonization, CVD treatment, full cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
Approximately 5 mm square of 20 g of coconut shell chips from Mindanao Island in the Philippines are placed in a crucible, and using a Koyo Thermo KTF1100 furnace (inner diameter 70 mmΦ), under a flow rate of 3 L / min (0.012 m / sec) of nitrogen stream with an oxygen content of 15 ppm. , the temperature was raised to 750° C. at 10° C./min, held for 60 minutes, cooled over 6 hours, confirmed that the temperature in the furnace had decreased to 50° C. or less, and the carbide was removed from the furnace. After the obtained charcoal was immersed in a 35% by mass hydrochloric acid aqueous solution for 1 hour, it was washed twice with water at 80° C. for 1 hour to demineralize. The decalcified coconut shells were dried at 80° C. under 1 Torr for 24 hours.
The obtained deashed and dried carbon precursor was pulverized using a dry bead mill (SDA5, manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.) under the conditions of a bead diameter of 3 mmφ, a bead filling rate of 75%, and a raw material feed amount of 1 kg/hour. , to obtain a carbon precursor (4) having an average particle size of 2.7 μm.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
炭素前駆体(4)を用いたこと以外は実施例4と同様に、本焼成およびCVD処理を行い、難黒鉛化炭素質材料を調製した。回収された難黒鉛化炭素質材料は2.95gであり、回収率は98%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Main firing and CVD treatment were performed in the same manner as in Example 4 except that the carbon precursor (4) was used to prepare a non-graphitizable carbonaceous material. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 2.95 g, and the recovery rate was 98%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of negative electrode full charge capacity for full cell>
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used, and a coin cell was prepared using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode. , a charge-discharge test was performed using a charge-discharge test device.

<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full-cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. Table 1 shows the characteristic values obtained.

比較例5(カーボトロンPJ、フルセル評価)
<カーボトロンPJの特性値の測定>
カーボトロンPJの特性値を、実施例1と同様に測定した。結果を表1に示す。
Comparative Example 5 (Carbotron PJ, full cell evaluation)
<Measurement of characteristic values of Carbotron PJ>
The characteristic values of Carbotron PJ were measured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
クレハ社製カーボトロンPJを用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of negative electrode full charge capacity for full cell>
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that Carbotron PJ manufactured by Kureha Corporation was used, and a coin cell was prepared using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode. A charge/discharge test was performed.

<フルセル評価>
クレハ社製カーボトロンPJを用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full-cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that Carbotron PJ manufactured by Kureha Corporation was used. Table 1 shows the characteristic values obtained.

比較例6〔カーボトロンPS(F)、フルセル評価〕
<カーボトロンPS(F)の特性値の測定>
カーボトロンPS(F)の特性値を、実施例1と同様に測定した。結果を表1に示す。
Comparative Example 6 [Carbotron PS (F), full-cell evaluation]
<Measurement of characteristic values of Carbotron PS (F)>
Characteristic values of Carbotron PS (F) were measured in the same manner as in Example 1. Table 1 shows the results.

<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
クレハ社製カーボトロンPS(F)を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of negative electrode full charge capacity for full cell>
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that Carbotron PS (F) manufactured by Kureha Corporation was used, and a coin cell was prepared using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode. A charge/discharge test was performed using the device.

<フルセル評価>
クレハ社製カーボトロンPS(F)を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full-cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1, except that Carbotron PS (F) manufactured by Kureha Corporation was used. Table 1 shows the characteristic values obtained.

Figure 0007190252000004
Figure 0007190252000004

表1に示されているとおり、満充電して用いる非水電解質二次電池の負極に、特定のLi核-固体NMR分析の化学シフト値および特定の電極膨張率をもたらす本発明の難黒鉛化炭素質材料(実施例1~4)を使用することにより、高い充電容量および高い充放電効率に加えて高い出力特性も達成された。 As shown in Table 1, the non-graphite of the present invention that provides a specific 7 Li nucleus-solid NMR analysis chemical shift value and a specific electrode expansion coefficient in the negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery that is used when fully charged. By using carbonaceous materials (Examples 1 to 4), high output characteristics were achieved in addition to high charge capacity and high charge/discharge efficiency.

一方、特定のLi核-固体NMR分析の化学シフト値をもたらさない難黒鉛化炭素質材料を使用した場合(比較例1~3)、特定のLi核-固体NMR分析の化学シフト値も特定の電極膨張率ももたらさない難黒鉛化炭素質材料を使用した場合(比較例4~5)、および特定の電極膨張率をもたらさない難黒鉛化炭素質材料を使用した場合(比較例6)、高い充電容量および高い充放電効率と高い放電容量維持率とを併せ持つ非水電解質二次電池を製造することはできず、そのような非水電解質二次電池は、低い充放電効率および低い放電容量維持率(即ち低い出力特性)しか有さなかった。 On the other hand, when a non-graphitizable carbonaceous material that does not give a specific 7 Li nucleus-solid NMR analysis chemical shift value is used (Comparative Examples 1 to 3), a specific 7 Li nucleus-solid NMR analysis chemical shift value is also obtained. When a non-graphitizable carbonaceous material that does not provide a specific electrode expansion coefficient is used (Comparative Examples 4-5), and when a non-graphitizable carbonaceous material that does not provide a specific electrode expansion coefficient is used (Comparative Example 6) However, it is not possible to manufacture a non-aqueous electrolyte secondary battery having both high charge capacity and high charge-discharge efficiency and high discharge capacity retention rate, and such a non-aqueous electrolyte secondary battery suffers from low charge-discharge efficiency and low discharge. It had only capacity retention (ie low output characteristics).

本発明の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる、満充電して用いる非水電解質二次電池は、高い充電容量および高い充放電効率に加えて、低い電極抵抗による高い出力特性を有する。従って、例えばハイブリッド自動車(HEV)および電気自動車(EV)などの車載用途に好適に用いることができる。 A fully charged non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention has high output characteristics due to low electrode resistance in addition to high charge capacity and high charge/discharge efficiency. Therefore, it can be suitably used for in-vehicle applications such as hybrid vehicles (HEV) and electric vehicles (EV).

Claims (12)

満充電して用いる非水電解質二次電池の負極用の難黒鉛化炭素質材料であって、満充電された際、Li核-固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きく、かつ該難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率が充電前の負極の厚みに基づいて107%以下であり、前記膨張率は、94質量部の難黒鉛化炭素質材料に対して6質量部のポリフッ化ビニリデンを含む合剤層を備え、厚み70~80μm、密度0.9~1.1g/cm 負極について測定し、下記式:
[厚み(D)/厚み(C)]×100
[式中、厚み(C)は充電前に測定した負極の数か所の厚みの平均値であり、厚み(D)は充放電サイクルを5回繰り返した後に測定した負極の数か所の厚みの平均値である]
に従って計算した値である、難黒鉛化炭素質材料。
A non-graphitizable carbonaceous material for the negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery that is used in a fully charged state, and a chemical shift relative to lithium chloride observed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis when the battery is fully charged. The main resonance peak position of the value is greater than 115 ppm, and the expansion rate of the negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material at full charge is 107% or less based on the thickness of the negative electrode before charging, and the expansion rate Measured on a negative electrode having a thickness of 70 to 80 μm and a density of 0.9 to 1.1 g/cm 3 with a mixture layer containing 6 parts by mass of polyvinylidene fluoride for 94 parts by mass of a non-graphitizable carbonaceous material. and the following formula:
[Thickness (D)/Thickness (C)] × 100
[In the formula, the thickness (C) is the average value of the thickness of several locations of the negative electrode measured before charging, and the thickness (D) is the thickness of several locations of the negative electrode measured after repeating the charge-discharge cycle five times. is the average of]
Non-graphitizable carbonaceous material, which is a value calculated according to
酸素元素含量が0.30質量%以下である、請求項1に記載の難黒鉛化炭素質材料。 2. The non-graphitizable carbonaceous material according to claim 1, wherein the oxygen element content is 0.30% by mass or less. 植物起源の炭素前駆体に由来する、請求項1または2に記載の難黒鉛化炭素質材料。 3. The non-graphitizable carbonaceous material according to claim 1, which is derived from a plant-derived carbon precursor. 広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された(002)面の平均面間隔d002が0.36~0.42nmである、請求項1~3のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料。 The non-graphitizable carbon according to any one of claims 1 to 3, wherein the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane calculated using the Bragg formula according to the wide-angle X-ray diffraction method is 0.36 to 0.42 nm. quality material. カリウム元素含量が0.1質量%以下であり、鉄元素含量が0.02質量%以下である、請求項1~4のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料。 The non-graphitizable carbonaceous material according to any one of claims 1 to 4, wherein the elemental potassium content is 0.1% by mass or less and the elemental iron content is 0.02% by mass or less. 植物起源の炭素前駆体を酸処理する工程、および酸処理した炭素前駆体を1050℃~1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成する工程を含む、請求項1~5のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料の製造方法。 6. The flame of any one of claims 1 to 5, comprising the steps of acid-treating the plant-derived carbon precursor and calcining the acid-treated carbon precursor at 1050°C to 1400°C under an inert gas atmosphere. A method for producing a graphitized carbonaceous material. 請求項1~5のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる非水電解質二次電池用負極。 A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, comprising the non-graphitizable carbonaceous material according to any one of claims 1 to 5. 難黒鉛化炭素質材料を含んでなる非水電解質二次電池用負極を含んでなり、満充電された非水電解質二次電池であって、満充電された際、Li核-固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きく、かつ該難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率が充電前の負極の厚みに基づいて107%以下であり、前記膨張率は、94質量部の難黒鉛化炭素質材料に対して6質量部のポリフッ化ビニリデンを含む合剤層を備え、厚み70~80μm、密度0.9~1.1g/cm 負極について測定し、下記式:
[厚み(D)/厚み(C)]×100
[式中、厚み(C)は充電前に測定した負極の数か所の厚みの平均値であり、厚み(D)は充放電サイクルを5回繰り返した後に測定した負極の数か所の厚みの平均値である]
に従って計算した値である、非水電解質二次電池。
A fully charged nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a non-graphitizable carbonaceous material, wherein when fully charged, 7 Li nuclear-solid NMR analysis The main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride observed by is larger than 115 ppm, and the expansion rate at the time of full charge of the negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material is the thickness of the negative electrode before charging The expansion coefficient is 107% or less based on , and the expansion coefficient is provided with a mixture layer containing 6 parts by mass of polyvinylidene fluoride with respect to 94 parts by mass of the non-graphitizable carbonaceous material . Measured on a negative electrode of 9 to 1.1 g/cm 3 , the following formula:
[Thickness (D)/Thickness (C)] × 100
[In the formula, the thickness (C) is the average value of the thickness of several locations of the negative electrode measured before charging, and the thickness (D) is the thickness of several locations of the negative electrode measured after repeating the charge-discharge cycle five times. is the average of]
Non-aqueous electrolyte secondary battery, which is a value calculated according to .
酸素元素含量が0.30質量%以下である、請求項8に記載の非水電解質二次電池。 9. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 8, wherein the oxygen element content is 0.30% by mass or less. 難黒鉛化炭素質材料が植物起源の炭素前駆体に由来する、請求項8または9に記載の非水電解質二次電池。 10. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 8, wherein the non-graphitizable carbonaceous material is derived from a plant-derived carbon precursor. 広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された難黒鉛化炭素質材料の(002)面の平均面間隔d002が0.36~0.42nmである、請求項8~10のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 Any one of claims 8 to 10, wherein the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane of the non-graphitizable carbonaceous material calculated using the Bragg formula according to the wide-angle X-ray diffraction method is 0.36 to 0.42 nm. 3. The non-aqueous electrolyte secondary battery according to . 難黒鉛化炭素質材料のカリウム元素含量が0.1質量%以下であり、難黒鉛化炭素質材料の鉄元素含量が0.02質量%以下である、請求項8~11のいずれかに記載の非水電解質二次電池。 12. The non-graphitizable carbonaceous material according to any one of claims 8 to 11, wherein the potassium element content of the non-graphitizable carbonaceous material is 0.1% by mass or less, and the iron element content of the non-graphitizable carbonaceous material is 0.02% by mass or less. non-aqueous electrolyte secondary battery.
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