JP7416077B2 - リチウムイオン二次電池用負極材及びその製造方法、リチウムイオン二次電池用負極、並びにリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
リチウムイオン二次電池に用いられる負極活物質としては、黒鉛、非晶質炭素等が挙げられる。
黒鉛は炭素原子の六角網面が規則正しく積層した構造を有し、積層した網面の端部よりリチウムイオンの挿入及び脱離反応が進行し充放電を行う。
また、非晶質炭素は、六角網面の積層が不規則であるか、網目構造を有しないため、リチウムイオンの挿入及び脱離反応は全表面で進行することとなり、入出力特性に優れたリチウムイオンが得られやすい(例えば、特開平4-370662号公報及び特開平5-307956号公報参照)。また、非晶質炭素は、黒鉛とは対照的に、結晶性が低く、電解液との反応を低く抑えることができ、寿命特性に優れるといった特徴を有する。
<1> X線回折法により求められる平均面間隔d002が0.335nm~0.340nmであり、体積平均粒子径が1μm~40μmであり、最大粒子径が74μm以下であり、任意の30ヵ所における顕微ラマンR値の標準偏差が0.065以下であり、空気気流中における示差熱分析において、300℃以上1000℃以下の温度範囲に少なくとも二つの発熱ピークを有する炭素材料を含む、リチウムイオン二次電池用負極材。
<2> 前記少なくとも二つの発熱ピークが、300℃以上700℃未満の温度範囲にピークを有する発熱ピークと、700℃以上1000℃以下の温度範囲にピークを有する発熱ピークと、を含む、<1>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<3> 前記少なくとも二つの発熱ピークのうち最も大きなピークと2番目に大きなピークとの温度差が300℃以下である<1>又は<2>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<4> 前記少なくとも二つの発熱ピークのうち最も大きなピークと2番目に大きなピークとの温度差が180℃以下である<1>~<3>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<5> 前記炭素材料の77Kでの窒素吸着測定により求められる比表面積が0.5m2/g~25m2/gである、<1>~<4>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<6> 前記炭素材料の273Kでの二酸化炭素吸着測定により求められる二酸化炭素の吸着量が0.1cm3/g~5.0cm3/gである、<1>~<5>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<7> 前記炭素材料のタップ密度が0.3g/cm3~2.0g/cm3である、<1>~<6>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<8> 前記炭素材料のラマンスペクトル解析から得られるR値の平均値が0.10~1.5である、<1>~<7>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<9> 前記炭素材料が、核となる第一の炭素相と、前記第一の炭素相の表面に存在し、前記第一の炭素相よりも結晶性が低い第二の炭素相と、を含む、<1>~<8>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<10> 前記第二の炭素相の含有率が、前記炭素材料の全質量に対して0.1質量%~30質量%である<9>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
<11> <1>~<10>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材を含む負極材層と、集電体と、を含むリチウムイオン二次電池用負極。
<12> <11>に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、正極と、電解質と、を含むリチウムイオン二次電池。
<13> 体積平均粒子径が30μm以下のピッチと、黒鉛材料と、を混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を熱処理して焼成物を得る工程と、
を含む、リチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。
<14> <1>~<10>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法である、<13>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。
<15> 前記ピッチの軟化点が150℃~350℃である、<13>又は<14>に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。
<16> 前記熱処理が750℃~1000℃で行われる、<13>~<15>のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。
本開示において「~」を用いて示された数値範囲には、「~」の前後に記載される数値がそれぞれ最小値及び最大値として含まれる。
本開示中に段階的に記載されている数値範囲において、一つの数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。また、本開示中に記載されている数値範囲において、その数値範囲の上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において各成分は該当する物質を複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する物質が複数種存在する場合、各成分の含有率又は含有量は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の物質の合計の含有率又は含有量を意味する。
本開示において各成分に該当する粒子は複数種含んでいてもよい。組成物中に各成分に該当する粒子が複数種存在する場合、各成分の粒子径は、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数種の粒子の混合物についての値を意味する。
本開示において「層」又は「膜」との語には、当該層又は膜が存在する領域を観察したときに、当該領域の全体に形成されている場合に加え、当該領域の一部にのみ形成されている場合も含まれる。
本開示において「(メタ)アクリル酸」はアクリル酸及びメタクリル酸の少なくとも一方を意味し、「(メタ)アクリレート」はアクリレート及びメタクリレートの少なくとも一方を意味し、「(メタ)アクリロニトリル」はアクリロニトリル及びメタクリロニトリルの少なくとも一方を意味する。
本開示にかかるリチウムイオン二次電池用負極材(以下、単に「負極材」と呼ぶ場合がある)は、X線回折(XRD)法により求められる平均面間隔d002が0.335nm~0.340nmであり、体積平均粒子径が1μm~40μmであり、最大粒子径が74μm以下であり、任意の30ヵ所における顕微ラマンR値の標準偏差が0.065以下であり、空気気流中における示差熱分析(DTAともいう)において、300℃以上1000℃以下の温度範囲に少なくとも二つの発熱ピークを有する炭素材料(以下、特定炭素材料ともいう)を含む。上記各物性値を満たす特定炭素材料を含む本開示の負極材によれば、電解液耐性及び寿命特性に優れるリチウムイオン二次電池が作製可能である。
平均面間隔d002は、X線(CuKα線)を炭素粒子粉末試料に照射し、回折線をゴニオメーターにより測定して得られる回折プロファイルにおいて、回折角2θ=24°~27°付近に現れる炭素002面に対応した回折ピークに基づいて、ブラッグの式を用い算出することができる。
平均面間隔d002は、例えば、炭素材料への熱処理温度を高くすることで小さくなる傾向があり、この性質を利用して平均面間隔d002を上記範囲内に設定することができる。
体積平均粒子径は、粒子径分布において、小径側から体積累積分布曲線を描いた場合に、累積50%となる粒子径(50%D)として与えられる。体積平均粒子径(50%D)は、界面活性剤を含んだ精製水に試料を分散させ、レーザー回折式粒度分布測定装置(例えば、株式会社島津製作所製SALD-3000J)で測定することができる。
最大粒子径(Dmax)は、例えば、篩の目開きを90μm、74μm、63μm、53μm、45μm、及び38μmと順に小さくして篩分けを行い、各目開きでの篩における篩上(すなわち、篩を通過しない試料)の有無によって決定することができる。具体的には、試料を上記各目開きの篩で篩い分けをし、篩上が出る直前の目開きを最大粒子径(Dmax)とする。
特定炭素材料が少なくとも二つの発熱ピークを有するということは、特定炭素材料が、複数の発熱ピークとして識別可能な複数の特性を有する炭素材料で構成されていることを意味する。ここで、複数の発熱ピークが「識別可能」であるとは、装置の測定精度上、区別可能であればよく、発熱ピークのピーク温度が少なくとも5℃以上離れていることを意味する。
当該ピーク温度差が300℃以下であるということは、それぞれの発熱ピークに対応する前記「複数の発熱ピークとして識別可能な複数の特性を有する炭素材料」の分布、又は特定炭素材料中のそれぞれの炭素材料の配置のムラが少ないことを意味すると考えられる。すなわち、当該ムラが少ないことによって、より高い温度の発熱ピークに寄与する炭素材料が反応しやすくなり、ピーク温度が低温化していると考えられる。これにより、良好な負極の入出力特性、寿命特性及び熱安定性を発揮しやすくなる傾向がある。
また、前記「複数の発熱ピークとして識別可能な複数の特性を有する炭素材料」に基づく効果を良好に発揮させる観点からは、当該ピーク温度差は25℃以上であることが好ましい。
当該ピーク温度差は、25℃以上300℃以下であることが好ましく、25℃以上200℃以下であることがより好ましく、25℃以上180℃以下であることがさらに好ましい。
低温域のピークは、500℃以上650℃以下の温度範囲に存在することがより好ましく、550℃以上650℃以下の温度範囲に存在することがさらに好ましい。高温域のピークは、700℃以上900℃以下の温度範囲に存在することがより好ましく、700℃以上800℃以下の温度範囲に存在することがさらに好ましい。
また、低温域及び高温域のそれぞれの発熱ピークに対応した前記複数の特性を有する炭素材料に基づく効果を良好に発揮させる観点からは、前記ピーク温度差は25℃以上であることが好ましい。
前記ピーク温度差は25℃以上300℃以下であることが好ましく、25℃以上200℃以下であることがより好ましく、25℃以上180℃以下であることがさらに好ましい。
具体的には、例えば結晶性炭素材料と当該結晶性炭素材料よりも低結晶性の炭素材料との複合材料を用いる場合には、結晶性炭素材料の種類、低結晶性炭素材料の種類、結晶性炭素材料と低結晶性炭素材料との組み合わせ、炭素材料の焼成条件等を調整することにより、発熱ピークの温度差を調整することができる。
また、特定炭素材料が、結晶性炭素材料を核として、低結晶性炭素材料で被覆された構造をとるものである場合、結晶性炭素材料の粒子径、低結晶性炭素材料の被覆量を調節することによっても、発熱ピークの温度差を調整することができる。
なお、二酸化炭素吸着により求められるCO2吸着量は、測定温度273K、相対圧P/P0=3.0×10-2(P=平衡圧、P0=26142mmHg(3.49MPa))での値を用いる。
CO2吸着量は、特定炭素材料の体積平均粒子径を大きくすること、特定炭素材料を作製するときの熱処理温度を高くすること等により小さくすることができる傾向にある。また、特定炭素材料を結晶性炭素材料と低結晶性炭素材料との複合材料とする場合には、低結晶性炭素材料の量を少なくすることによってもCO2吸着量を小さくすることができる傾向にある。したがって、この性質を利用してCO2吸着量を上記範囲内に設定することができる。またCO2吸着量を大きくすると、発熱ピークが低温側に移動する傾向がある。
ここで、1360cm-1付近に現れるピークとは、通常、炭素の非晶質構造に対応すると同定されるピークであり、1580cm-1付近に現れるピークとは、通常、黒鉛結晶構造に対応すると同定されるピークである。
R値の平均値は、炭素材料の撮影画像において、任意の30ヵ所で測定されるR値の算術平均値とする。炭素材料が粒子である場合は、1つの炭素材料の粒子について1ヵ所~3ヵ所ずつ、合計30ヵ所を任意に選択し、当該30ヵ所について測定したR値の算術平均値とする。
レーザーラマン分光測定は、炭素材料の撮影画像において、任意の30ヵ所を選択して行う。炭素材料が粒子である場合は、1つの炭素材料の粒子について1ヵ所~3ヵ所ずつ、合計30ヵ所を任意に選択して行う。
X線回折法により求められる平均面間隔d002が0.335nm~0.340nmであり、
体積平均粒子径(50%D)が1μm~40μmであり、
最大粒子径(Dmax)が74μm以下であり、
任意の30ヵ所における顕微ラマンR値の標準偏差が0.065以下であり、
空気気流中における示差熱分析において、300℃以上1000℃以下の温度範囲に少なくとも二つの発熱ピークを有し、当該少なくとも二つの発熱ピークが、300℃以上700℃未満の温度範囲にピークを有する発熱ピークと、700℃以上1000℃以下の温度範囲にピークを有する発熱ピークと、を含み、
0.5m2/g~25m2/gの77Kでの窒素吸着測定により求められる比表面積、0.1cm3/g~5.0cm3/gの273Kでの二酸化炭素吸着測定により求められる二酸化炭素の吸着量、又はこれらの組み合わせを有する。
X線回折法により求められる平均面間隔d002が0.335nm~0.340nmであり、
体積平均粒子径(50%D)が1μm~40μmであり、
最大粒子径(Dmax)が74μm以下であり、
任意の30ヵ所における顕微ラマンR値の標準偏差が0.065以下であり、
空気気流中における示差熱分析において、300℃以上1000℃以下の温度範囲に少なくとも二つの発熱ピークを有し、当該少なくとも二つの発熱ピークのうち最も大きなピークと2番目に大きなピークとのピーク温度差が300℃以下であり、
0.5m2/g~25m2/gの77Kでの窒素吸着測定により求められる比表面積、0.1cm3/g~5.0cm3/gの273Kでの二酸化炭素吸着測定により求められる二酸化炭素の吸着量、又はこれらの組み合わせを有する。
X線回折法により求められる平均面間隔d002が0.335nm~0.340nmであり、
体積平均粒子径(50%D)が1μm~40μmであり、
最大粒子径(Dmax)が74μm以下であり、
任意の30ヵ所における顕微ラマンR値の標準偏差が0.065以下であり、
空気気流中における示差熱分析において、300℃以上1000℃以下の温度範囲に少なくとも二つの発熱ピークを有し、当該二つの発熱ピークが、300℃以上700℃未満の温度範囲にピークを有する発熱ピークと、700℃以上1000℃以下の温度範囲にピークを有する発熱ピークと、を含み、且つ、該少なくとも二つの発熱ピークのうち最も大きなピークと2番目に大きなピークとのピーク温度差が300℃以下であり、
0.5m2/g~25m2/gの77Kでの窒素吸着測定により求められる比表面積、0.1cm3/g~5.0cm3/gの273Kでの二酸化炭素吸着測定により求められる二酸化炭素の吸着量、又はこれらの組み合わせを有する。
炭素材料としては、黒鉛(人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化メゾフェーズカーボン、黒鉛化炭素繊維等)、低結晶性炭素、及びメゾフェーズカーボンなどを挙げることができる。充放電容量を大きくしやすいことから、炭素材料としては黒鉛が好ましい。黒鉛の場合には、鱗片状、球状、塊状等、いずれの形態であってもよい。中でも球形の黒鉛が高タップ密度を得られる点から好ましい。これらの炭素材料から前述した物性を備えた炭素材料を適宜選択すればよい。これらの炭素材料は1種単独で、又は2以上を組み合わせて用いることができる。
前記第二の炭素相の含有率が0.1質量%以上であると、入出力特性の向上が得られる傾向にある。また、前記第二の炭素相の含有量が30質量%以下であると、低結晶性成分に起因する容量の低下が抑えられる傾向がある。
低結晶性炭素層には、酸素を含むC-O、C=O、C-OH、COOH等の表面官能基が存在することが好ましい。このような官能基の酸素量はX線光電子分光法(XPS)によって求めることが可能である。
一実施形態において、特定炭素材料が表面に0.1質量%~30質量%の低結晶性炭素層を有する場合、元素組成での全酸素量の割合は特定炭素材料全体に対して0.5atom%~5atom%となる。このような酸素量とすることは、負極の良好な入出力特性、寿命特性及び熱安定性を発現する上で望ましい。
リチウムイオン二次電池用負極材の製造方法に特に制限はなく、通常行われている公知の方法のいずれを適用してもよい。
特定炭素材料が、第一の炭素相と第二の炭素相とを含む特定炭素材料である場合には、例えば、核となる第一の炭素相の表面を改質することにより、第二の炭素相による低結晶性炭素層を形成して、特定炭素材料を作製してもよい。作製した特定炭素材料を本開示の負極材としてもよく、特定炭素材料と特定炭素材料以外の負極材とを混合してもよい。
ここで混合物に加える力学的エネルギーは、負荷(kW)に時間(h)を乗じ、充填した混合物質量(kg)で除した商である。混合物に加える力学的エネルギーを上記範囲することで、炭素粒子と有機化合物が均一に分散されやすい。この結果、焼成後の炭素材料において低結晶性炭素と結晶性炭素を均一に分布させやすく、2本のDTA発熱ピークの温度差を小さくすることができるため、好ましい。
結晶性の異なる複数の炭素材料を用いる場合、低結晶性炭素の量を多くすることで300℃以上700℃未満のDTA発熱ピークのピーク温度を低温域の範囲内でより高温側へシフトさせることが可能である。また焼成温度を高くすることで、300℃以上700℃未満のDTA発熱ピークのピーク温度を低温域の範囲内でより高温側へシフトすることが可能であり、かつ700℃以上1,000℃以下のDTA発熱ピークのピーク温度を高温域の範囲内でより低温側にシフトさせることができる。したがって、それぞれのDTA発熱ピーク温度及び2本のDTA発熱ピーク温度差を調整することも可能である。
生産性の観点からは、原料となるピッチの体積平均粒子径は0.5μm以上であってもよく、1μm以上であってもよく、2μm以上であってもよい。
上記観点から、原料となるピッチの体積平均粒子径は、0.5μm~30μmであることが好ましく、1μm~25μmであることがより好ましく、2μm~20μmであることがさらに好ましい。
本開示のリチウムイオン二次電池用負極は、本開示のリチウムイオン二次電池用負極材を含む負極材層と、集電体と、を含む。これにより、電解液耐性及び寿命特性に優れるリチウムイオン二次電池を作製可能となる。本開示のリチウムイオン二次電池用負極は、本開示の負極材を含む負極材層及び集電体の他、必要に応じて他の構成要素を含んでもよい。
本開示のリチウムイオン二次電池は、本開示のリチウムイオン二次電池用負極と、正極と、電解質と、を含む。例えば、本開示のリチウムイオン二次電池用負極と正極とをセパレータを介して対向して配置し、電解液を注入することにより得ることができる。
これは、特定炭素材料の少なくとも二つの発熱ピークのうちピーク温度が低い発熱ピークを生じる炭素材料中に含まれ得るC-O、C=O、C-OH、COOH等酸素含有表面官能基の化学的又は静電的効果によって、負極材と電解液の親和性が増すことで浸透性が向上し、これによって負極の充放電反応の電流分布、反応分布等が減少し、結果として負極膨張、ガス発生等が抑制されると推測されるが、この推測に限定されない。
また、電池寸法が縦(a)×横(b)×厚み(c)の薄型リチウムイオン二次電池において、厚み(c)が縦(a)又は横(b)のいずれかの短い方の好ましくは1/2以下、より好ましくは1/4以下、特に1/10以下と、扁平化又は薄型化した場合は、充放電サイクルによる負極膨張の影響が相対的に大きくなることから、本開示の負極材を用いることが好適である。
このため、本開示のリチウムイオン二次電池、特に薄型リチウムイオン二次電池は、電気自動車、パワーツール等の用途、特に、電気自動車(EV)、ハイブリッド電気自動車(HEV)又はプラグインハイブリッド電気自動車(PHEV)の用途に好適である。
(負極材の作製)
平均粒子径16μmの球形天然黒鉛(d002=0.336nm、平均アスペクト比=0.7)100質量部とコールタールピッチ(体積平均粒子径2.5μm、軟化点250℃、残炭率(炭化率)70%)10質量部を混合した。上記混合物を、シリンダー内に回転翼を配置し、シリンダー内壁と回転翼の間で材料を擦り合わせることにより、材料の複合化を行う装置中に密閉した。24kWの負荷で5分間装置を運転することによりピッチ黒鉛複合体を作製した(負荷:1800kJ/kg)。次いで窒素流通下、20℃/時間の昇温速度で1000℃まで昇温し、1時間保持して炭素層被覆黒鉛粒子とした。得られた炭素層被覆炭素粒子をカッターミルで解砕した後、300メッシュ篩で篩分けを行い、その篩下分を本実施例の負極材とした。得られた負極材については、下記方法により、XRD解析、体積平均粒子径(50%D)測定、最大粒子径(Dmax)測定、示差熱測定、N2比表面積測定、ラマンスペクトル解析及び電解液耐性試験を行った。その特性を表1に示す。
負極材試料を石英製の試料ホルダーの凹部分に充填し、測定ステージにセットした。以下の測定条件において広角X線回折装置(株式会社リガク製)で測定を行った。
線源:CuKα線(波長=0.15418nm)
出力:40kV、20mA
サンプリング幅:0.010°
走査範囲:10~35°
スキャンスピード:0.5°/min
負極材試料を界面活性剤と共に精製水中に分散させた溶液を、レーザー回折式粒度分布測定装置SALD-3000J(株式会社島津製作所製)の試料水槽に入れ、超音波をかけながらポンプで循環させながら、レーザー回折式で測定した。得られた粒度分布の体積累積50%粒子径(50%D)を平均粒子径とした。
該当する篩を用いて篩分けを行い、その篩上分の有無を確認する。篩の目開きを90μm、74μm、63μm、53μm、45μm、及び38μmの順に小さくしていき、篩上が出る直前の目開きを最大粒子径(Dmax)とした。
示差熱熱重量同時測定装置EXSTAR TG/DTA6200(セイコーインスツル株式会社製)を用い、以下の測定条件で測定した。
参照試料:α-アルミナ
温度範囲:30~1000℃
昇温速度:2.5℃/min(30℃~300℃間は20℃/min)
雰囲気及び流量:乾燥空気、300ml/min
高速比表面積/細孔分布測定装置ASAP2010(MICRO MERITICS製)を用い、液体窒素温度(77K)での窒素吸着を多点法で測定しBET法(相対圧範囲:0.05~0.2)より比表面積を算出した。
ラマン分光器(株式会社堀場製作所製 EXploRA PLUS)を用いて、以下の条件によって顕微ラマン測定を行い、顕微ラマンR値の平均値、及び標準偏差(σ)を算出した。
測定対象の炭素材料をスライドガラスの上にのせ、表面を平らにし、撮影した画像中の炭素粒子上を、1粒子につき1ヵ所~3ヵ所ずつ、合計30カ所選択し、顕微ラマン測定を行った。
試料上のレーザーパワー:1mW
分解能 :1.0μm~1.5μm
照射径 :1μm
測定範囲 :1000cm-1~1800cm-1
ピーク強度測定 :Idは1100cm-1~1469cm-1、Igは1450cm-1~1706cm-1をベースラインとした。
本実施例の負極材98質量部に対し、増粘剤として、CMC(カルボキシメチルセルロース、第一工業製薬株式会社、商品名:セロゲンWS-C)濃度が1.5質量%の水溶液をCMCの固形分換算で1質量部となるように加え、10分間混練を行った。次いで負極材とCMC水溶液の混合物に、固形分濃度が40質量%~50質量%となるように精製水を加え、10分間混練を行った。続いて、結着剤として、SBR(スチレン-ブタジエンゴム、商品名:TRD2001、JSR製)の濃度が40質量%の水分散液をSBRの固形分換算で1質量部となるように加え、10分間混合してペースト状の負極材スラリーを作製した。作製したスラリーを厚さ10μmの電解銅箔に単位面積当りの塗布量が10mg/cm2となるようにクリアランスを調整したコンマコーターで塗工した。その後、ロールプレスで1.5g/cm3に電極密度を調整した。この電極を直径14mmの円盤状に打ち抜き、試料電極(負極)を作製した。
初回充放電効率の項と同様の方法で負極材スラリー、試料電極(負極)及びコイン型電池を作製した。
(1)0.54mAの定電流で0V(Vvs.Li/Li+)まで充電し、次いで0Vの定電圧で電流が0.054mAになるまで充電した。
(2)30分の休止時間後に、0.54mAの定電流で1.5V(Vvs.Li/Li+)まで放電する1サイクル試験を行い、放電容量を測定した。
(3)1.09mAの定電流で0V(Vvs.Li/Li+)まで充電し、0Vの定電圧で電流が0.11mAになるまで充電した。
(4)30分の休止時間後に、1.09mAの定電流で1.5V(Vvs.Li/Li+)まで放電した。
(5)上記(3)及び(4)の充放電サイクル試験を10サイクル行った。
このサイクルを10サイクル繰り返したときの1サイクル目からの放電容量維持率(=10サイクル目放電容量/1サイクル目放電容量×100)を測定し、寿命特性評価を行った。この放電容量維持率が高いほど寿命特性に優れた材料であることを示す。
初回充放電効率の項において、電解液溶液の種類を以下の3種類に変更した以外は、同様の方法で負極材スラリー、試料電極(負極)及びコイン型電池を作製した。
電解液2:1.0M LiPF6 EC:MEC:PC=3:5:2(v/v%)
電解液3:1.0M LiPF6 DEC:EC:PC=4:3:3(v/v%)
電解液4:1.0M LiPF6 DEC:EC:PC=4:2:4(v/v%)
異なる電解液を用いて初回測定を行ったときの不可逆容量を測定することで、電解液耐性を評価した。
実施例1において、焼成温度を1000℃から900℃に変更し、コールタールピッチの粒子径を2.5μmから15μmに変更した以外は、実施例1と同様の方法で負極材試料を作製した。得られた負極材試料の特性を表1に示す。
実施例2において、焼成温度を900℃から850℃に変更した以外は、実施例2と同様の方法で負極材試料を作製した。得られた負極材試料の特性を表1に示す。
実施例1において、コールタールピッチの軟化点を250℃から98℃に変更し、コールタールピッチの粒子径を2.5μmから50μmに変更した以外は、実施例1と同様の方法で負極材試料を作製した。得られた負極材試料の特性を表1に示す。
実施例1において、球形天然黒鉛の平均粒子径を平均粒子径16μmから12μmに変更し、焼成温度を1000℃から1300℃に変更した以外は実施例1と同様の方法で負極材試料を作製した。得られた負極材試料の特性を表1に示す。
実施例1において、球形天然黒鉛の平均粒子径を平均粒子径16μmから11μmに変更し、焼成温度を1000℃から1300℃に変更した以外は実施例1と同様の方法で負極材試料を作製した。得られた負極材試料の特性を表1に示す。
Claims (14)
- X線回折法により求められる平均面間隔d002が0.335nm~0.340nmであり、体積平均粒子径が1μm~40μmであり、最大粒子径が74μm以下であり、任意の30ヵ所における顕微ラマンR値の標準偏差が0.065以下であり、空気気流中における示差熱分析において、300℃以上1000℃以下の温度範囲に少なくとも二つの発熱ピークを有する炭素材料を含む、リチウムイオン二次電池用負極材。
- 前記少なくとも二つの発熱ピークが、300℃以上700℃未満の温度範囲にピークを有する発熱ピークと、700℃以上1000℃以下の温度範囲にピークを有する発熱ピークと、を含む、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
- 前記少なくとも二つの発熱ピークのうち最も大きなピークと2番目に大きなピークとの温度差が300℃以下である請求項1又は請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
- 前記少なくとも二つの発熱ピークのうち最も大きなピークと2番目に大きなピークとの温度差が180℃以下である請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
- 前記炭素材料の77Kでの窒素吸着測定により求められる比表面積が0.5m2/g~25m2/gである、請求項1~請求項4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
- 前記炭素材料の273Kでの二酸化炭素吸着測定により求められる二酸化炭素の吸着量が0.1cm3/g~5.0cm3/gである、請求項1~請求項5のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
- 前記炭素材料のタップ密度が0.3g/cm3~2.0g/cm3である、請求項1~請求項6のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
- 前記炭素材料のラマンスペクトル解析から得られるR値の平均値が0.10~1.5である、請求項1~請求項7のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
- 前記炭素材料が、核となる第一の炭素相と、前記第一の炭素相の表面に存在し、前記第一の炭素相よりも結晶性が低い第二の炭素相と、を含む、請求項1~請求項8のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
- 前記第二の炭素相の含有率が、前記炭素材料の全質量に対して0.1質量%~30質量%である請求項9に記載のリチウムイオン二次電池用負極材。
- 請求項1~請求項10のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材を含む負極材層と、集電体と、を含むリチウムイオン二次電池用負極。
- 請求項11に記載のリチウムイオン二次電池用負極と、正極と、電解質と、を含むリチウムイオン二次電池。
- 体積平均粒子径が30μm以下のピッチと、黒鉛材料と、を混合して混合物を得る工程と、
前記混合物を750℃~1000℃で熱処理して焼成物を得る工程と、
を含む、請求項1~請求項10のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。 - 前記ピッチの軟化点が150℃~350℃である、請求項13に記載のリチウムイオン二次電池用負極材の製造方法。
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