JP7428431B2 - Method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, method for manufacturing a negative electrode layer for a lithium ion secondary battery, and method for manufacturing a lithium ion secondary battery - Google Patents

Method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, method for manufacturing a negative electrode layer for a lithium ion secondary battery, and method for manufacturing a lithium ion secondary battery Download PDF

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Description

本発明は、リチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法に関するものであり、またこのリチウムイオン二次電池用負極材料を用いたリチウムイオン二次電池用負極層の製造方法及びリチウムイオン二次電池の製造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for manufacturing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, and a method for manufacturing a negative electrode layer for a lithium ion secondary battery using this negative electrode material for a lithium ion secondary battery, and a lithium ion secondary battery. The present invention relates to a manufacturing method.

パソコンなどの情報機器、携帯電話などの通信機器、さらに電気自動車などにおいて、その電源としてリチウムイオン二次電池は欠くことができないものである。 Lithium ion secondary batteries are indispensable as power sources for information devices such as personal computers, communication devices such as mobile phones, and electric vehicles.

リチウムイオン二次電池は正極と負極の間に電解質を配置して形成されるものであり、正極と負極の間をリチウムイオンが移動することで放電や充電が行われるようになっている。 A lithium ion secondary battery is formed by placing an electrolyte between a positive electrode and a negative electrode, and discharge and charge are performed by lithium ions moving between the positive electrode and the negative electrode.

現在普及しているリチウムイオン二次電池は、電解質として有機溶媒が使用されており、この有機溶媒は発火や爆発の危険があるため、丈夫な容器を用いて安全性を高めるなどの必要があって構造や形状に制約がある等の問題がある。 The currently popular lithium-ion secondary batteries use organic solvents as electrolytes, and as these organic solvents pose a risk of fire or explosion, it is necessary to increase safety by using durable containers. However, there are problems such as restrictions on structure and shape.

一方、電解質として液体ではなく固体電解質を用いた全固体リチウムイオン二次電池が注目されており、実用化に向けて研究が進んでいる。 On the other hand, all-solid-state lithium-ion secondary batteries that use a solid electrolyte rather than a liquid electrolyte are attracting attention, and research is progressing toward practical application.

全固体リチウムイオン二次電池では電解質が固体であるため、発火や爆発の危険性が小さく、構造や形状の自由度が高くなって、薄型にしたり多層化したりして大容量にすることが可能になる等の利点がある。また高速充放電が可能になるということも期待されている(例えば特許文献1,2参照)。 Since the electrolyte in all-solid-state lithium-ion secondary batteries is solid, there is less risk of fire or explosion, and there is a greater degree of freedom in structure and shape, making it possible to increase capacity by making it thinner or multi-layered. There are advantages such as: It is also expected that high-speed charging and discharging will become possible (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

上記のようなリチウムイオン二次電池において、負極の材料としては従来のリチウムイオン二次電池はもちろん、全固体リチウムイオン二次電池においても炭素系材料が使用されている。特に、レート特性、初期クーロン効率、比容積等の電気特性を向上させる負極材料として、黒鉛を非晶質の炭素材料で被覆した非晶質炭素被覆黒鉛が開発されている(例えば特許文献3-5等参照)。 In the above-mentioned lithium ion secondary batteries, carbon-based materials are used as negative electrode materials not only in conventional lithium ion secondary batteries but also in all-solid lithium ion secondary batteries. In particular, amorphous carbon-coated graphite, which is graphite coated with an amorphous carbon material, has been developed as a negative electrode material that improves electrical properties such as rate characteristics, initial Coulombic efficiency, and specific volume (for example, Patent Document 3- (See 5th grade).

特許文献3は、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドンなどから選ばれる熱可塑性樹脂を焼成して得られた非晶質炭素被覆膜を被覆した非晶質炭素被覆黒鉛を、負極材料として使用したものである(請求項2-3、[0018]参照)。 Patent Document 3 uses amorphous carbon-coated graphite coated with an amorphous carbon coating film obtained by firing a thermoplastic resin selected from polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinylpyrrolidone, etc. as a negative electrode material. (See claim 2-3, [0018]).

そして引用文献3の発明では、黒鉛とポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂とを混合して黒鉛の表面に熱可塑性樹脂を被覆し、次に焼成して黒鉛に被覆した熱可塑性樹脂を炭化することによって、黒鉛を非晶質炭素被覆膜で被覆した非晶質炭素被覆黒鉛を製造するようにしている([0019]-[0020]参照)。 In the invention of Cited Document 3, graphite and a thermoplastic resin such as polyvinyl chloride are mixed, the surface of the graphite is coated with the thermoplastic resin, and then the thermoplastic resin coated on the graphite is carbonized by firing. By this method, amorphous carbon-coated graphite is produced by coating graphite with an amorphous carbon coating film (see [0019]-[0020]).

特許文献4は、黒鉛質粒子の表面に非晶質炭素が被覆された非晶質炭素被覆黒鉛材料を負極材料として使用したものである(請求項1参照)。 Patent Document 4 uses an amorphous carbon-coated graphite material in which the surface of graphite particles is coated with amorphous carbon as a negative electrode material (see claim 1).

そして特許文献4の発明では、黒鉛質粒子と非晶質炭素前駆体であるピッチ類等の有機化合物とを混合して黒鉛質粒子の表面にピッチ類等の有機化合物を被覆し、次に焼成して黒鉛質粒子に被覆した有機化合物を炭化することによって、黒鉛質粒子を非晶質炭素で被覆した非晶質炭素被覆黒鉛材料を製造するようにしている([0051]-[0062]参照)。 In the invention of Patent Document 4, graphite particles are mixed with an organic compound such as pitch, which is an amorphous carbon precursor, and the surface of the graphite particles is coated with the organic compound such as pitch, and then fired. By carbonizing the organic compound coated on graphite particles, an amorphous carbon-coated graphite material in which graphite particles are coated with amorphous carbon is produced (see [0051]-[0062]). ).

特許文献5は、核となる黒鉛質粒子と黒鉛質粒子を被覆する炭素層とを有する炭素被覆黒鉛を負極材料として使用したものである(請求項1参照)。 Patent Document 5 uses carbon-coated graphite having graphite particles as a core and a carbon layer covering the graphite particles as a negative electrode material (see claim 1).

そして特許文献5の発明では、ポリアクリロニトリルやポリイミド等の窒素含有高分子化合物を溶解した溶液に黒鉛質粒子を分散混合すると共に溶媒を除去して黒鉛質粒子を炭素前駆体である窒素含有高分子化合物で被覆し、次に焼成して黒鉛質粒子に被覆した窒素含有高分子化合物を炭化することによって、黒鉛質粒子を炭素層で被覆した炭素被覆黒鉛を製造するようにしている([0031]-[0038]参照)。 In the invention of Patent Document 5, graphite particles are dispersed and mixed in a solution containing a nitrogen-containing polymer compound such as polyacrylonitrile or polyimide, and the solvent is removed to form graphite particles into a nitrogen-containing polymer compound that is a carbon precursor. Carbon-coated graphite, in which graphite particles are coated with a carbon layer, is produced by coating the graphite particles with a carbon layer and then carbonizing the nitrogen-containing polymer compound coated on the graphite particles by firing ([0031] - see [0038]).

特開2017-107826号公報Japanese Patent Application Publication No. 2017-107826 特開2019-40709号公報JP 2019-40709 Publication 特開2001-229914号公報Japanese Patent Application Publication No. 2001-229914 特開2019-87519号公報JP 2019-87519 Publication 特開2014-139942号公報Japanese Patent Application Publication No. 2014-139942

上記のように特許文献3~5の発明は、ポリ塩化ビニル等の熱可塑性樹脂、ピッチ類等の有機化合物、ポリアクリロニトリル等の窒素含有高分子化合物のような炭素前躯体となる有機材料を黒鉛粒子と混合することによって、黒鉛粒子の表面に炭素前躯体となる有機材料を付着させて被覆し、そしてこれを焼成して有機材料を炭化させることで、黒鉛粒子を非晶質炭素の層で被覆した非晶質炭素被覆黒鉛を製造するようにしたものである。 As mentioned above, the inventions of Patent Documents 3 to 5 utilize organic materials that serve as carbon precursors, such as thermoplastic resins such as polyvinyl chloride, organic compounds such as pitch, and nitrogen-containing polymer compounds such as polyacrylonitrile, to graphite. By mixing with particles, the surface of graphite particles is coated with an organic material that becomes a carbon precursor, and by firing this and carbonizing the organic material, graphite particles are coated with a layer of amorphous carbon. This method produces coated amorphous carbon-coated graphite.

ここで、電気自動車、ハイブリッド自動車、大型の電力貯蔵用などにリチウムイオン二次電池を使用する場合、その負極材料としてはより高い導電性を有するものであることが必要である。そして上記特許文献3~5のような非晶質炭素被覆黒鉛を負極材として用いる場合、より高い導電性を得るためには被覆した非晶質炭素の炭化物はより高い炭化密度を有することが必要である。しかしながら炭素前駆体が上記特許文献3~5のような有機材料では炭化収率が低いため高い炭化密度を得ることは難しい。 Here, when using a lithium ion secondary battery for electric vehicles, hybrid vehicles, large-scale power storage, etc., the negative electrode material needs to have higher conductivity. When using amorphous carbon-coated graphite as the negative electrode material as in Patent Documents 3 to 5 above, the carbide of the coated amorphous carbon needs to have a higher carbonization density in order to obtain higher conductivity. It is. However, when the carbon precursor is an organic material such as those disclosed in Patent Documents 3 to 5 above, it is difficult to obtain a high carbonization density because the carbonization yield is low.

また全固体リチウムイオン二次電池を製造するにあたって、負極を成形したり、正極と負極の間に固体電解質を積層したりする際に、数トン程度の大きな一軸圧力や線圧を加えて成形することになる。このとき、負極材料が黒鉛粒子で形成されていると、正極を形成する酸化物などと比べて黒鉛は弾性率が小さいため、黒鉛粒子は一軸方向に大きく変形し、リチウムイオンの挿入面である(002)面にひずみが生じて、リチウムイオンが挿入離脱しにくくなって入出力特性が低下することになる。上記特許文献3~5のように黒鉛粒子を炭素で被覆している場合には、黒鉛粒子に一軸圧力ではなく等方圧がかかることになり、変形を緩和することができる。しかしながらこのように被覆した炭素の被膜で黒鉛粒子の変形を防ぐためには、炭素の被膜は高圧に耐えるような高い密度のものである必要があるが、炭素前駆体が上記特許文献3~5のような材料ものでは高い密度の炭素の被膜を得ることは難しく、黒鉛粒子の変形を防止する効果は十分とはいえない。 In addition, when manufacturing all-solid-state lithium-ion secondary batteries, when molding the negative electrode or stacking the solid electrolyte between the positive and negative electrodes, large uniaxial pressure or linear pressure of several tons is applied. It turns out. At this time, if the negative electrode material is made of graphite particles, graphite has a smaller elastic modulus than the oxides that form the positive electrode, so the graphite particles deform greatly in the uniaxial direction, forming a surface where lithium ions are inserted. Strain occurs in the (002) plane, making it difficult for lithium ions to insert and withdraw, resulting in a decline in input/output characteristics. When graphite particles are coated with carbon as in Patent Documents 3 to 5 above, isostatic pressure is applied to the graphite particles instead of uniaxial pressure, and deformation can be alleviated. However, in order to prevent deformation of graphite particles with the carbon film coated in this way, the carbon film needs to have a high density that can withstand high pressure. It is difficult to obtain a carbon film with high density using such materials, and the effect of preventing deformation of graphite particles cannot be said to be sufficient.

しかも上記特許文献3~5の発明では、黒鉛粒子と有機材料を混合することによって、黒鉛粒子の表面に炭素前躯体となる有機材料の層を被覆し、これを焼成して有機材料を炭化させることによって、黒鉛粒子を非晶質炭素の層で被覆した非晶質炭素被覆黒鉛を製造するようにしているが、炭素前躯体となる有機材料の層は、黒鉛粒子と有機材料を混合することによって形成されているために黒鉛粒子の表面に付着しているだけで密着性が不十分である。また黒鉛粒子に対する有機材料の濡れの悪さから有機材料の層を黒鉛粒子の表面の全面に連続して被覆させることも難しい。従って、有機材料の層を焼成して形成される非晶質炭素の層も黒鉛粒子の表面に付着しているだけであって密着性が不十分あり、また非晶質炭素の層は分断されていて黒鉛粒子の全面を炭素の層で被覆することは難しい。 Moreover, in the inventions of Patent Documents 3 to 5 above, by mixing graphite particles and an organic material, the surface of the graphite particles is coated with a layer of an organic material that becomes a carbon precursor, and this is fired to carbonize the organic material. By this method, amorphous carbon-coated graphite is manufactured by coating graphite particles with a layer of amorphous carbon, but the layer of organic material that becomes the carbon precursor is produced by mixing graphite particles and organic material. Because it is formed by the graphite particles, the adhesion is insufficient because it simply adheres to the surface of the graphite particles. Furthermore, it is difficult to continuously coat the entire surface of the graphite particles with a layer of the organic material due to the poor wettability of the organic material to the graphite particles. Therefore, the amorphous carbon layer formed by firing the organic material layer is only attached to the surface of the graphite particles, and the adhesion is insufficient, and the amorphous carbon layer is divided. However, it is difficult to coat the entire surface of graphite particles with a layer of carbon.

このように黒鉛粒子と非晶質炭素の層の密着性が不十分であると共に、非晶質炭素の層が分断されていると、黒鉛を非晶質の炭素の層で被覆して電気特性を向上させる効果が不十分になり、また全固体リチウムイオン二次電池を成形する際に黒鉛の変形を抑制する効果も不十分になるおそれがある。 In this way, if the adhesion between the graphite particles and the amorphous carbon layer is insufficient and the amorphous carbon layer is separated, the graphite may be coated with a layer of amorphous carbon and its electrical properties may deteriorate. In addition, the effect of suppressing the deformation of graphite during molding of an all-solid-state lithium ion secondary battery may also become insufficient.

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、電気特性に優れたリチウムイオン二次電池、特に電気特性に優れた全固体リチウムイオン二次電池を得ることができるリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法を提供すること、またリチウムイオン二次電池用負極層の製造方法、リチウムイオン二次電池の製造方法を提供することを目的とするものである。 The present invention has been made in view of the above points, and provides a lithium ion secondary battery that can obtain a lithium ion secondary battery with excellent electrical properties, particularly an all-solid lithium ion secondary battery with excellent electrical properties. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing a negative electrode material, a method for manufacturing a negative electrode layer for a lithium ion secondary battery, and a method for manufacturing a lithium ion secondary battery.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法は、フラン類を黒鉛粒子と混合しつつ反応触媒の存在下で縮合反応させることによって、あるいはフラン類とアルデヒド類を黒鉛粒子と混合しつつ反応触媒の存在下で縮合反応させることによって、黒鉛粒子の表面にフラン樹脂の層が被覆された粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を製造する工程と、粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を非酸化性雰囲気下にて加熱することによって、フラン樹脂が炭化した層で黒鉛粒子の表面を被覆した粒状の黒鉛・フラン樹脂複合炭化材料を製造する工程とを有することを特徴とするものである。 The method for producing a negative electrode material for lithium ion secondary batteries according to the present invention involves mixing furans with graphite particles and causing a condensation reaction in the presence of a reaction catalyst, or mixing furans and aldehydes with graphite particles. A process of manufacturing a granular graphite/furan resin composite material in which the surface of graphite particles is coated with a layer of furan resin by carrying out a condensation reaction in the presence of a reaction catalyst; This method is characterized by a step of producing a granular graphite/furan resin composite carbonized material in which the surface of graphite particles is coated with a layer of carbonized furan resin by heating in an oxidizing atmosphere.

フラン類を単独で縮合反応させることによって得られる、あるいはフラン類とアルデヒド類を縮合反応させることによって得られるフラン樹脂は、炭化収率が高いために、このフラン樹脂を炭化して得られる炭素の層は高い炭化密度を有するものであり、高い炭化密度の炭化層を被覆した黒鉛粒子を負極材料として用いることによって、導電性の高い負極層を形成することができ、電気自動車用や大型の電力貯蔵用など大容量のリチウムイオン二次電池を作成することが可能になるものである。またこのようにフラン樹脂を炭化して得られる炭素の層は密度が高いので、黒鉛粒子を高い密度の炭素の被膜で覆うことができるものであり、全固体リチウムイオン二次電池の成形時などに加えられる高圧に耐えて黒鉛粒子が変形されることを抑制でき、入出力特性等に優れ急速放充電ができるリチウムイオン二次電池を作成することが可能になるものである。 Furan resins obtained by condensing furans alone or by condensing furans and aldehydes have a high carbonization yield, so the carbon obtained by carbonizing this furan resin is The layer has a high carbonization density, and by using graphite particles coated with a carbonization layer with a high carbonization density as a negative electrode material, it is possible to form a highly conductive negative electrode layer, which is useful for electric vehicles and large power sources. This makes it possible to create large-capacity lithium-ion secondary batteries for storage purposes, etc. In addition, since the carbon layer obtained by carbonizing furan resin has a high density, it is possible to cover graphite particles with a high-density carbon film, which is useful when molding all-solid-state lithium-ion secondary batteries, etc. This makes it possible to create a lithium ion secondary battery that can withstand the high pressure applied to the graphite particles and suppress deformation of the graphite particles, has excellent input/output characteristics, and is capable of rapid discharging and charging.

そして、黒鉛粒子の表面に被覆されたフラン樹脂の層は、黒鉛粒子の表面でフラン類が単独で縮合反応することによって、あるいはフラン類とアルデヒド類が縮合反応することによって形成されるものであり、黒鉛粒子とフラン樹脂を混合してフラン樹脂の層を形成する場合よりも、黒鉛粒子に対するフラン樹脂の層の密着性が高くなり、またフラン樹脂は黒鉛粒子の表面の全面に分断されることなく被覆することができる。このためフラン樹脂を炭化して得られる炭素の層の黒鉛粒子に対する密着性は高く、また分断されることなく黒鉛粒子の全面に被覆されているものであり、黒鉛粒子を炭素の層で被覆して電気特性を向上させる効果や、また全固体リチウムイオン二次電池を成形する際などに黒鉛粒子が変形することを緩和する効果を高く得ることができるものである。 The furan resin layer coated on the surface of the graphite particles is formed by the condensation reaction of furans alone on the surface of the graphite particles, or by the condensation reaction of furans and aldehydes. , the adhesion of the furan resin layer to the graphite particles is higher than when a furan resin layer is formed by mixing graphite particles and furan resin, and the furan resin is divided over the entire surface of the graphite particles. It can be coated without needing to be coated. For this reason, the carbon layer obtained by carbonizing furan resin has high adhesion to the graphite particles, and the entire surface of the graphite particles is coated without being separated. It is possible to obtain a high effect of improving the electrical characteristics and of mitigating deformation of graphite particles during molding of an all-solid-state lithium ion secondary battery.

本発明において、上記の縮合反応を、減圧雰囲気で行なうようにしてもよい。 In the present invention, the above condensation reaction may be carried out in a reduced pressure atmosphere.

このように減圧雰囲気で反応を行なうことによって、黒鉛粒子の表面から気体を脱気して除去しながら、フラン類単独の、あるいはフラン類とアルデヒド類の反応を行なわせることができ、液体との濡れ性が悪い黒鉛粒子の表面に反応液を接触させて、黒鉛粒子の表面の全面に縮合反応物であるフラン樹脂を密着した状態で余すところなく被覆することができるものである。従って、フラン樹脂を炭化した炭素の層を黒鉛粒子の表面に密着した状態で余すところなく形成することができるものであり、炭素の層で黒鉛粒子を被覆して電気特性を向上させる上記の効果や、また全固体リチウムイオン二次電池を成形する際などに黒鉛粒子が変形することを緩和する上記の効果をより高く得ることができるものである。 By performing the reaction in a reduced pressure atmosphere in this way, it is possible to perform the reaction of furans alone or with aldehydes while degassing and removing gas from the surface of the graphite particles, and it is possible to react with furans alone or with aldehydes, and to react with the liquid. By bringing the reaction liquid into contact with the surface of graphite particles, which have poor wettability, it is possible to completely coat the entire surface of the graphite particles with furan resin, which is a condensation reaction product, in close contact with the surface. Therefore, a carbon layer obtained by carbonizing furan resin can be completely formed in close contact with the surface of graphite particles, and the above-mentioned effect of coating graphite particles with a carbon layer and improving electrical properties can be achieved. Moreover, the above-mentioned effect of alleviating deformation of graphite particles during molding of an all-solid-state lithium ion secondary battery can be obtained even more.

本発明において上記の減圧雰囲気の減圧度は0.007~0.095MPaの範囲であることを特徴とするものである。 The present invention is characterized in that the degree of pressure reduction of the above-mentioned reduced pressure atmosphere is in the range of 0.007 to 0.095 MPa.

減圧度をこの範囲に設定することによって、脱気効果を十分に得つつ縮合反応の反応速度を適度に保つことができるものである。 By setting the degree of pressure reduction within this range, the reaction rate of the condensation reaction can be maintained at an appropriate level while obtaining a sufficient deaeration effect.

本発明に係るリチウムイオン二次電池用負極層の製造方法は、上記の方法で製造された負極材料を用いて負極層を作製することを特徴とするものである。 The method for manufacturing a negative electrode layer for a lithium ion secondary battery according to the present invention is characterized in that the negative electrode layer is manufactured using the negative electrode material manufactured by the method described above.

上記のような負極材料を用いてリチウムイオン二次電池用の負極層を製造することによって、この負極層を用いて大容量で急速放充電が可能なリチウムイオン二次電池を得ることができるものである。 By manufacturing a negative electrode layer for a lithium ion secondary battery using the above negative electrode material, it is possible to obtain a lithium ion secondary battery with a large capacity and capable of rapid discharging and charging using this negative electrode layer. It is.

本発明に係るリチウムイオン二次電池の製造方法は、上記の負極層を用い、負極層と正極層の間に電解質を配置する工程を有することを特徴とするものである。 A method for manufacturing a lithium ion secondary battery according to the present invention is characterized by using the above-mentioned negative electrode layer and including a step of disposing an electrolyte between the negative electrode layer and the positive electrode layer.

上記のような負極層を用いてリチウムイオン二次電池を製造することによって、大容量で急速放充電が可能なリチウムイオン二次電池を得ることができるものである。 By manufacturing a lithium ion secondary battery using the negative electrode layer as described above, a lithium ion secondary battery with a large capacity and capable of rapid charging and discharging can be obtained.

本発明によれば、大容量で急速放充電が可能など電気特性に優れた電気特性に優れたリチウムイオン二次電池、特に電気特性に優れた全固体リチウムイオン二次電池を得ることができるものである。 According to the present invention, it is possible to obtain a lithium ion secondary battery with a large capacity and excellent electrical properties such as being capable of rapid discharging and charging, particularly an all-solid lithium ion secondary battery with excellent electrical properties. It is.

全固体リチウムイオン二次電池の構造を示す概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing the structure of an all-solid-state lithium ion secondary battery.

以下、本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below.

本発明おいて負極材料は、黒鉛粒子の表面にフラン樹脂の炭化層を形成することによって作製されるものである。 In the present invention, the negative electrode material is produced by forming a carbonized layer of furan resin on the surface of graphite particles.

上記の黒鉛粒子としては、特に限定されるものではないが、天然黒鉛、人造黒鉛、キッシュ黒鉛、膨張黒鉛などを用いることができる。またこれらを加工した球状化黒鉛や塊状化黒鉛などを用いることもできる。黒鉛粒子はこれらから1種を選択して用いる他、複数種のものを混合して用いることもできる。黒鉛粒子の粒径は特に限定されるものではないが、平均粒径が0.1~200μm程度であることが好ましい。尚、本発明において平均粒径はレーザ回折・散乱法に基づいて測定した値である。 The graphite particles mentioned above are not particularly limited, but natural graphite, artificial graphite, Quiche graphite, expanded graphite, etc. can be used. Further, spheroidized graphite or agglomerated graphite obtained by processing these may also be used. In addition to selecting and using one type of graphite particles from these, it is also possible to use a mixture of a plurality of types. Although the particle size of the graphite particles is not particularly limited, it is preferable that the average particle size is about 0.1 to 200 μm. In the present invention, the average particle diameter is a value measured based on a laser diffraction/scattering method.

また上記のフラン樹脂は、フラン類単独を反応触媒の存在下で縮合反応させることによって、あるいはフラン類とアルデヒド類とを反応触媒の存在下で縮合反応させることによって得られる。 Further, the above-mentioned furan resin can be obtained by subjecting furans alone to a condensation reaction in the presence of a reaction catalyst, or by subjecting furans and aldehydes to a condensation reaction in the presence of a reaction catalyst.

フラン類としては、フルフラール、5-メチル-2-フルフラール、フルフリルアルコールなどのフラン化合物を用いることができる。これらは一種を単独で用いる他、二種以上を併用することもできる。 As the furan, furan compounds such as furfural, 5-methyl-2-furfural, and furfuryl alcohol can be used. These may be used alone or in combination of two or more.

アルデヒド類としては、ホルムアルデヒドの水溶液の形態であるホルマリンが最適であるが、パラホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ベンズアルデヒド、トリオキサン、テトラオキサンのような形態のものを用いることもでき、その他アルデヒドの一部あるいは大部分をフルフラールやフルフリルアルコールに置き換えたものを用いることも可能である。 The most suitable aldehyde is formalin, which is in the form of an aqueous solution of formaldehyde, but other forms such as paraformaldehyde, acetaldehyde, benzaldehyde, trioxane, and tetraoxane can also be used, and some or most of other aldehydes can also be used. It is also possible to use a substitute for furfural or furfuryl alcohol.

反応触媒としては、ナトリウム、カリウム、リチウムなどのアルカリ金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩、あるいはカルシウム、マグネシウム、バリウムなどのアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩を用いることができる。さらに塩酸、リン酸、硫酸、キシレンスルホン酸、p-トルエンスルホン酸、シュウ酸、マレイン酸、無水マレイン酸、7-アミノ-4-ヒドロキシ-2-ナフタレンスルホン酸などを用いることもできる。 As a reaction catalyst, oxides, hydroxides, and carbonates of alkali metals such as sodium, potassium, and lithium, or oxides, hydroxides, and carbonates of alkaline earth metals such as calcium, magnesium, and barium may be used. Can be done. Furthermore, hydrochloric acid, phosphoric acid, sulfuric acid, xylene sulfonic acid, p-toluenesulfonic acid, oxalic acid, maleic acid, maleic anhydride, 7-amino-4-hydroxy-2-naphthalenesulfonic acid, etc. can also be used.

そして本発明ではまず、フラン類単独を黒鉛粒子と混合しつつ反応触媒の存在下で縮合反応させることによって、あるいはフラン類とアルデヒド類を黒鉛粒子と混合しつつ反応触媒の存在下で縮合反応させることによって、黒鉛粒子の表面にフラン樹脂の層を形成する。ここでフラン類とアルデヒド類を反応させる場合、フラン類に対するアルデヒド類の配合量は、フラン類1モルに対してアルデヒド類0.2~2.5モルの範囲が好ましく、また反応触媒の配合量は、反応触媒の種類によって大きく異なるが、フラン類に対して0.05~10質量%の範囲が好ましい。 In the present invention, first, by mixing furans alone with graphite particles and causing a condensation reaction in the presence of a reaction catalyst, or by mixing furans and aldehydes with graphite particles and causing a condensation reaction in the presence of a reaction catalyst. By this, a layer of furan resin is formed on the surface of the graphite particles. When reacting furans and aldehydes here, the amount of aldehydes blended with respect to the furans is preferably in the range of 0.2 to 2.5 moles of aldehydes per 1 mole of furans, and the amount of the reaction catalyst blended. varies greatly depending on the type of reaction catalyst, but is preferably in the range of 0.05 to 10% by mass based on the furans.

上記の反応は、反応系を攪拌するに足る量の水中で行なわれるものであり、反応系を攪拌しながらフラン類を自己縮合反応させ、あるいはフラン類とアルデヒド類とを縮合反応させるものである。反応の初期では反応系の溶液は透明に近いが、反応の進行とともに乳白濁になり、さらに反応系は粘稠なマヨネーズ状になり攪拌に伴って流動する状態であるが、反応が進むにつれて次第に、黒鉛粒子を含むフラン類の縮合反応物、あるいは黒鉛粒子を含むフラン類とアルデヒド類との縮合反応物が系中の水と分離し始め、反応生成されるフラン樹脂と黒鉛粒子とが凝集した複合粒子が突然に反応容器の全体に分散された状態になる。 The above reaction is carried out in a sufficient amount of water to stir the reaction system, and the furans are subjected to a self-condensation reaction while the reaction system is stirred, or the furans and aldehydes are subjected to a condensation reaction. . At the beginning of the reaction, the solution in the reaction system is nearly transparent, but as the reaction progresses, it becomes milky and cloudy, and the reaction system becomes viscous mayonnaise-like and fluid with stirring, but as the reaction progresses, it gradually becomes cloudy. , the condensation reaction product of furans containing graphite particles, or the condensation reaction product of furans containing graphite particles and aldehydes, began to separate from the water in the system, and the furan resin produced by the reaction and graphite particles agglomerated. The composite particles suddenly become dispersed throughout the reaction vessel.

そしてさらに所望する程度にフラン樹脂の反応を進めて冷却したのちに攪拌を停止すると、この複合粒子は沈殿して水と分離される。この複合粒子は微小な含水顆粒状物となっており、反応容器から取り出して濾過することによって水から容易に分離することができるものであり、これを乾燥することによって粒状物を得ることができる。 Then, when the reaction of the furan resin is further advanced to a desired degree and the stirring is stopped after cooling, the composite particles are precipitated and separated from the water. These composite particles are microscopic water-containing granules that can be easily separated from water by taking them out of the reaction vessel and filtering them, and can be dried to obtain granules. .

上記のようにして得られた粒状物は、黒鉛粒子(黒鉛粒子単体あるいは黒鉛粒子が凝集した二次粒子、複粒子)にフラン樹脂からなる層が被覆された形態となっている。ここで、フラン類の縮合反応や、フラン類とアルデヒド類との縮合反応は黒鉛粒子の表面で進行し、黒鉛粒子の表面でフラン樹脂が生成されるものであり、黒鉛粒子とフラン樹脂を混合して黒鉛粒子の表面にフラン樹脂の層を形成する場合よりも、黒鉛粒子とその表面に形成されるフラン樹脂の層との密着性は著しく高くなる。しかもフラン類の縮合反応や、フラン類とアルデヒド類との縮合反応は黒鉛粒子の表面の全面で進行するので、分断されることなく黒鉛粒子の全面にフラン樹脂の層を被覆することができるものである。この黒鉛・フラン樹脂複合材料の粒径は特に限定されるものではないが、平均粒径が1~30μm程度の範囲であることが望ましい。 The granules obtained as described above are in the form of graphite particles (single graphite particles or secondary particles or composite particles of graphite particles aggregated) coated with a layer made of furan resin. Here, the condensation reaction of furans and the condensation reaction of furans and aldehydes proceeds on the surface of graphite particles, and furan resin is generated on the surface of graphite particles, and the graphite particles and furan resin are mixed. The adhesion between the graphite particles and the furan resin layer formed on the surface thereof is significantly higher than that in the case where a furan resin layer is formed on the surface of the graphite particle. In addition, the condensation reaction of furans and the condensation reaction of furans and aldehydes proceeds over the entire surface of the graphite particles, so it is possible to coat the entire surface of the graphite particles with a layer of furan resin without breaking them. It is. The particle size of this graphite/furan resin composite material is not particularly limited, but it is desirable that the average particle size is in the range of about 1 to 30 μm.

そして黒鉛・フラン樹脂複合材料の粒体は、黒鉛とフラン樹脂とが凝集されたものであるために、各粒体において黒鉛粒子とフラン樹脂の割合が同一であり、またフラン樹脂は黒鉛粒子の表面に薄く均一に被覆することができるため、フラン樹脂の量を少なくしても黒鉛・フラン樹脂複合材料を容易に得ることができる。従って、黒鉛粒子に対するフラン樹脂の被覆割合を任意に調整することができるものであり、黒鉛・フラン樹脂複合材料の全量に対するフラン樹脂の量を例えば3~45質量%(つまり黒鉛粒子の量を55~97質量%)の範囲で任意に設定することができる。 Since the particles of the graphite/furan resin composite material are agglomerated graphite and furan resin, the ratio of graphite particles to furan resin is the same in each particle, and the furan resin is the same as the graphite particles. Since the surface can be coated thinly and uniformly, a graphite/furan resin composite material can be easily obtained even if the amount of furan resin is reduced. Therefore, the coating ratio of the furan resin to the graphite particles can be adjusted arbitrarily, and the amount of the furan resin can be adjusted, for example, from 3 to 45% by mass based on the total amount of the graphite/furan resin composite material (that is, the amount of the graphite particles can be adjusted to 55% by mass). 97% by mass).

ここで上記の縮合反応は、反応容器内を減圧して減圧雰囲気(大気圧より低い圧力)で行なうのが望ましい。減圧は、反応の開始初期から、あるいは反応の途中から行なうことができるが、反応の開始初期から減圧雰囲気にすることが好ましい。またこの反応は、反応溶液中に含まれている水の沸騰還流下で行なうことができるが、沸騰温度以下でも行なうことができる。 Here, the above condensation reaction is desirably carried out in a reduced pressure atmosphere (pressure lower than atmospheric pressure) by reducing the pressure inside the reaction vessel. Although the pressure reduction can be carried out from the beginning of the reaction or from the middle of the reaction, it is preferable to create a reduced pressure atmosphere from the beginning of the reaction. Further, this reaction can be carried out under boiling reflux of the water contained in the reaction solution, but it can also be carried out below the boiling temperature.

このように減圧雰囲気で反応を行なうことによって、黒鉛粒子の表面に付着している空気や、黒鉛粒子の内部のマクロポアやミクロポア中の気体を脱気して除去することができるものであり、液体との濡れ性が悪い黒鉛粒子の表面に反応液を直接接触させることが可能になる。この結果、黒鉛粒子の表面の全面に反応液が接触した状態で、フラン類単独の縮合反応や、フラン類とアルデヒド類の縮合反応が進行し、黒鉛粒子の表面の全面に縮合反応物であるフラン樹脂が密着した状態で形成され、黒鉛粒子の表面の全面がフラン樹脂の層で余すところなく被覆された黒鉛・フラン樹脂複合粒子を得ることができるものである。また黒鉛粒子の表面を被覆しているフラン樹脂から、減圧によって未反応の遊離フラン類などのモノマーが抜け易いものであり、フラン樹脂中の未反応モノマーの残存量を少なくして、安定した品質の黒鉛・フラン樹脂複合粒子を得ることができるものである。 By performing the reaction in a reduced pressure atmosphere in this way, the air adhering to the surface of the graphite particles and the gas in the macropores and micropores inside the graphite particles can be degassed and removed. It becomes possible to bring the reaction liquid into direct contact with the surface of graphite particles, which have poor wettability with the graphite particles. As a result, the condensation reaction of furans alone or the condensation reaction of furans and aldehydes proceeds with the reaction liquid in contact with the entire surface of the graphite particles, and the condensation reaction product is spread over the entire surface of the graphite particles. It is possible to obtain graphite/furan resin composite particles in which the furan resin is formed in close contact with the graphite particles and the entire surface of the graphite particles is completely covered with a layer of the furan resin. In addition, monomers such as unreacted free furans are easily removed from the furan resin that coats the surface of the graphite particles by reducing the pressure, and the amount of unreacted monomers remaining in the furan resin is reduced, resulting in stable quality. Graphite/furan resin composite particles can be obtained.

上記の減圧雰囲気は、0.007~0.095MPa(0.07~9.69kgf/cm)程度の範囲に設定するのが好ましい。減圧度が大きいほうが脱気効果は高く、黒鉛粒子の表面から空気を排除して余すところなくフラン樹脂で被覆した黒鉛・フラン樹脂複合粒子をより製造し易くなるが、反応溶液中に含まれている水の沸騰還流下で反応を行なう場合、沸騰温度は減圧度に依存し、0.007MPa未満の減圧雰囲気では水の沸騰温度は約40℃以下であり、これ以上の温度に上昇させることはできないので、反応を進行させるためには反応触媒の添加量が多く必要になって、経済性のうえで好ましくない。逆に0.095MPaを超える減圧雰囲気では、脱気効果が不十分であり、また水の沸騰温度は約97.5℃以上になるので、反応速度が速くなり、脱気が反応に追いつかなくなってこの点でも脱気効果が不十分になる。 The above-mentioned reduced pressure atmosphere is preferably set in a range of about 0.007 to 0.095 MPa (0.07 to 9.69 kgf/cm 2 ). The higher the degree of vacuum, the higher the deaeration effect, and the easier it is to produce graphite/furan resin composite particles that exclude air from the surface of graphite particles and are completely coated with furan resin. When the reaction is carried out under boiling reflux of water, the boiling temperature depends on the degree of reduced pressure; in a reduced pressure atmosphere of less than 0.007 MPa, the boiling temperature of water is approximately 40°C or less, and it is impossible to raise the temperature higher than this. Therefore, in order to advance the reaction, a large amount of reaction catalyst is required to be added, which is unfavorable from an economic point of view. On the other hand, in a reduced pressure atmosphere exceeding 0.095 MPa, the degassing effect is insufficient and the boiling temperature of water is approximately 97.5°C or higher, so the reaction rate becomes faster and the degassing cannot catch up with the reaction. In this respect as well, the deaeration effect becomes insufficient.

上記のようにして黒鉛・フラン樹脂複合材料を製造するにあたって、フラン樹脂の縮合反応を、生成されるフラン樹脂が不溶不融性になるまで持続した後に、停止させることによって、完全硬化状態のフラン樹脂を被覆した黒鉛・フラン樹脂複合材料を得ることができるものである。 In producing the graphite/furan resin composite material as described above, the condensation reaction of the furan resin is sustained until the produced furan resin becomes insoluble and infusible, and then stopped, resulting in a completely cured furan resin. It is possible to obtain a resin-coated graphite/furan resin composite material.

また、硬化状態の黒鉛・フラン樹脂複合材料を得るにあたっては、このように黒鉛粒子の表面にフラン樹脂の層を被覆する工程で、生成されるフラン樹脂が不溶不融性になるまで縮合反応を持続するようにする他に、黒鉛粒子の表面にフラン樹脂の層を被覆する工程では、フラン樹脂の縮合反応を樹脂が熱硬化性を有する状態で停止して、未硬化で熱硬化性を有するフラン樹脂からなる黒鉛・フラン樹脂複合粒子を調製した後に、これを加熱処理することによってフラン樹脂を完全硬化させ、硬化状態の黒鉛・フラン樹脂複合材料を得るようにしてもよい。フラン樹脂を硬化させる工程における加熱処理の条件は、特に限定されるものではないが、80~350℃程度の温度条件、1~100時間程度の加熱条件に設定するのがよい。 In addition, in order to obtain a cured graphite/furan resin composite material, in the process of coating the surface of graphite particles with a layer of furan resin, a condensation reaction is carried out until the furan resin produced becomes insoluble and infusible. In addition to making it last longer, in the process of coating the surface of the graphite particles with a layer of furan resin, the condensation reaction of the furan resin is stopped in a state where the resin has thermosetting properties, so that it remains uncured and thermosetting. After preparing graphite/furan resin composite particles made of furan resin, the furan resin may be completely cured by heat-treating the particles to obtain a cured graphite/furan resin composite material. The conditions for the heat treatment in the step of curing the furan resin are not particularly limited, but are preferably set at a temperature of about 80 to 350° C. and a heating condition of about 1 to 100 hours.

上記のようにフラン樹脂が硬化した黒鉛・フラン樹脂複合材料を得た後、黒鉛・フラン樹脂複合材料を非酸化性雰囲気で熱処理することによって、黒鉛粒子の表面に被覆されたフラン樹脂を炭化させる。非酸化性雰囲気は、フラン樹脂が酸化されない雰囲気であればよく、アルゴン、ヘリウム、窒素ガスなど不活性ガス雰囲気に設定することができる。加熱処理の条件は、フラン樹脂を焼成して炭化するために、400~3000℃、1~300時間程度に設定するのが好ましい。このようにして、フラン樹脂が炭化した非晶質炭素の層で黒鉛粒子の表面を被覆した粒状の黒鉛・フラン樹脂複合炭化材料を得ることができるものである。この黒鉛・フラン樹脂複合炭化材料の粒径は特に限定されるものではないが、平均粒径が1~30μm程度の範囲であることが望ましい。 After obtaining the graphite/furan resin composite material with hardened furan resin as described above, the graphite/furan resin composite material is heat treated in a non-oxidizing atmosphere to carbonize the furan resin coated on the surface of the graphite particles. . The non-oxidizing atmosphere only needs to be an atmosphere in which the furan resin is not oxidized, and can be set to an inert gas atmosphere such as argon, helium, or nitrogen gas. The conditions for the heat treatment are preferably set at 400 to 3000° C. for about 1 to 300 hours in order to sinter and carbonize the furan resin. In this way, it is possible to obtain a granular graphite/furan resin composite carbonized material in which the surfaces of graphite particles are coated with a layer of amorphous carbon in which furan resin is carbonized. Although the particle size of this graphite/furan resin composite carbonized material is not particularly limited, it is desirable that the average particle size is in the range of about 1 to 30 μm.

ここで、上記のように非酸化性雰囲気で熱処理する際に、フラン樹脂は熱に曝されることによって熱分解を起こして低分子量物質となった分解生成物が揮散し、その抜け跡が空隙となるので、黒鉛・フラン樹脂複合炭化材料に形成される炭素の層には活性炭と同様に多数の細孔が形成されるものであり、本発明で得られた黒鉛・フラン樹脂複合炭化材料はリチウムイオン二次電池用の負極材料として使用するのにより適した材料であるといえる。 When heat-treated in a non-oxidizing atmosphere as described above, the furan resin undergoes thermal decomposition by being exposed to heat, and the decomposition products that become low molecular weight substances volatilize, leaving behind the voids. Therefore, a large number of pores are formed in the carbon layer formed in the graphite/furan resin composite carbonized material, similar to activated carbon, and the graphite/furan resin composite carbonized material obtained by the present invention It can be said that this material is more suitable for use as a negative electrode material for lithium ion secondary batteries.

次にリチウムイオン二次電池について説明する。リチウムイオン電池は正極と負極の間に電解質を配置して形成されるものであり、例えば全固体リチウムイオン二次電池は図1に示すように。正極層1と負極層2と固体電解質層3を積層し、さらに正極層1の集電を行なう正極集電層4や負極層2の集電を行なう負極集電層5を積層して形成される。この全固体リチウムイオン二次電池は例えば特開2016-207570号公報に記載された方法で製造することができるので、以下、該公報の記載を参照して説明する。 Next, a lithium ion secondary battery will be explained. A lithium ion battery is formed by disposing an electrolyte between a positive electrode and a negative electrode. For example, an all-solid lithium ion secondary battery is shown in FIG. 1. It is formed by laminating a positive electrode layer 1, a negative electrode layer 2, and a solid electrolyte layer 3, and further laminating a positive electrode current collecting layer 4 that collects current from the positive electrode layer 1 and a negative electrode current collecting layer 5 that collects current from the negative electrode layer 2. Ru. This all-solid-state lithium ion secondary battery can be manufactured, for example, by the method described in JP-A-2016-207570, and will be described below with reference to the description in this publication.

固体電解質層は、硫化物固体電解質材料を含有して形成することができる。硫化物固体電解質材料としては、Liイオン伝導性を有するものが用いることでき、LiI-LiS-SiS、LiI-LiS-P、LiI-LiPO-P、LiS-P、LiI-LiPS、LiI-LiBr-LiPS、LiPS、LiS-P、LiS-P-LiI、LiS-P-LiO、LiS-P-LiO-LiI、LiS-SiS、LiS-SiS-LiI、LiS-SiS-LiBr、LiS-SiS-LiCl、LiS-SiS-B-LiI、LiS-SiS-P-LiI、LiS-B、LiS-P-Z(m、nは正の数。ZはGe、Zn、Gaのいずれか。)、LiS-GeS、LiS-SiS-LiPO、LiS-SiS-LiMO(x、yは正の数。MはP、Si、Ge、B、Al、Ga、Inのいずれか。)等が挙げられる。尚、「LiS-P」の記載はLiSおよびPを含む原料組成物を用いてなる硫化物固体電解質材料を意味し、他の記載についても同様。 The solid electrolyte layer can be formed by containing a sulfide solid electrolyte material. As the sulfide solid electrolyte material, materials having Li ion conductivity can be used, such as LiI-Li 2 S-SiS 2 , LiI-Li 2 SP 2 O 5 , LiI-Li 3 PO 4 -P 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 , LiI-Li 3 PS 4 , LiI-LiBr-Li 3 PS 4 , Li 3 PS 4 , Li 2 SP 2 S 5 , Li 2 SP 2 S 5 - LiI, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O, Li 2 S-P 2 S 5 -Li 2 O-LiI, Li 2 S-SiS 2 , Li 2 S-SiS 2 -LiI, Li 2 S- SiS 2 -LiBr, Li 2 S-SiS 2 -LiCl, Li 2 S-SiS 2 -B 2 S 3 -LiI, Li 2 S-SiS 2 -P 2 S 5 -LiI, Li 2 S-B 2 S 3 , Li 2 S-P 2 S 5 -Z m S n (m and n are positive numbers. Z is either Ge, Zn, or Ga.), Li 2 S-GeS 2 , Li 2 S-SiS 2 - Li 3 PO 4 , Li 2 S-SiS 2 -Li x MO y (x, y are positive numbers, M is any one of P, Si, Ge, B, Al, Ga, In), and the like. Note that the description "Li 2 SP 2 S 5 " means a sulfide solid electrolyte material made using a raw material composition containing Li 2 S and P 2 S 5 , and the same applies to other descriptions.

硫化物固体電解質材料は、LiPS骨格を有していても良く、Li骨格を有していても良く、Li骨格を有していても良い。LiPS骨格を有する硫化物固体電解質材料としては、LiI-LiPS、LiI-LiBr-LiPS、LiPSを挙げることができる。また、Li骨格を有する硫化物固体電解質材料としては、Li11を挙げることができる。また硫化物固体電解質材料としては、Li(4-x)Ge(1-x)PxS(xは、0<x<1を満たす)で表わされるLGPS等を用いることもできる。 The sulfide solid electrolyte material may have a Li 3 PS 4 skeleton, a Li 4 P 2 S 7 skeleton, or a Li 4 P 2 S 6 skeleton. Examples of the sulfide solid electrolyte material having a Li 3 PS 4 skeleton include LiI-Li 3 PS 4 , LiI-LiBr-Li 3 PS 4 , and Li 3 PS 4 . Moreover, as a sulfide solid electrolyte material having a Li 4 P 2 S 7 skeleton, Li 7 P 3 S 11 can be mentioned. Furthermore, as the sulfide solid electrolyte material, LGPS or the like represented by Li (4-x) Ge (1-x) PxS 4 (x satisfies 0<x<1) can also be used.

また硫化物固体電解質材料としては、P元素を含む硫化物固体電解質材料であることが好ましく、硫化物固体電解質材料は、LiS-Pを主成分とする材料 であることがより好ましい。さらに硫化物固体電解質材料は、ハロゲン(F、Cl、B r、I)を含有していても良い。 Further, the sulfide solid electrolyte material is preferably a sulfide solid electrolyte material containing P element, and the sulfide solid electrolyte material is more preferably a material containing Li 2 SP 2 S 5 as a main component. preferable. Furthermore, the sulfide solid electrolyte material may contain halogen (F, Cl, Br, I).

ここで、硫化物固体電解質材料が上記のLiS-P系である場合、LiSとPの割合は、モル比で、LiS:P=50:50~100:0の範囲であることが好ましく、中でもLiS:P=70:30~80:20の範囲であることが好ましい Here, when the sulfide solid electrolyte material is the above-mentioned Li 2 SP 2 S 5 system, the ratio of Li 2 S and P 2 S 5 is a molar ratio of Li 2 S:P 2 S 5 = 50. :50 to 100:0, especially Li 2 S:P 2 S 5 =70:30 to 80:20.

また硫化物固体電解質材料は、硫化物ガラスであってもよく、結晶化硫化物ガラスであってもよく、固相法により得られる結晶質材料であってもよい。ここで硫化物ガラスは、例えば原料組成物に対してメカニカルミリング(ボールミル等)を行うことにより得ることができるものであり、結晶化硫化物ガラスは、例えば硫化物ガラスを結晶化温度以上の温度で熱処理を行なうことにより得ることができる。また、硫化物固体電解質材料の常温(25℃)におけるイオン伝導度(例えば、Liイオン伝導度)は、例えば、1×10-5S/cm以上であることが好ましく、1×10-4S/cm以上であることがより好ましい。このイオン伝導度は交流インピーダンス法により測定することができる。 Further, the sulfide solid electrolyte material may be sulfide glass, crystallized sulfide glass, or a crystalline material obtained by a solid phase method. Here, sulfide glass can be obtained, for example, by performing mechanical milling (ball mill, etc.) on a raw material composition, and crystallized sulfide glass can be obtained, for example, by processing sulfide glass at a temperature higher than the crystallization temperature. It can be obtained by heat treatment. Further, the ionic conductivity (for example, Li ion conductivity) of the sulfide solid electrolyte material at room temperature (25° C.) is preferably 1×10 −5 S/cm or more, for example, 1×10 −4 S /cm or more is more preferable. This ionic conductivity can be measured by an alternating current impedance method.

固体電解質層には上記の材料の他に、シート状(層状)に成形するためのバインダーなどを含有していても良い。バインダーとしては、例えば、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)等のフッ素含有結着剤、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ブタジエンゴム(BR)、アクリレートブタジエンゴム(ABR)等が挙げられる。固体電解質層における硫化物固体電解質材料の含有量は、例えば、10~100質量%の範囲であることが好ましく、50~100質量%の範囲であることがより好ましい。固体電解質層の厚さは 、目的とする全固体リチウムイオン二次電池の構成によって異なるが、例えば0.1~1000μmの範囲内であることが好ましく、0.1~300μmの範囲内であることがより好ましい。 In addition to the above-mentioned materials, the solid electrolyte layer may contain a binder for forming the solid electrolyte layer into a sheet (layer). Examples of the binder include fluorine-containing binders such as polyvinylidene fluoride (PVDF) and polytetrafluoroethylene (PTFE), styrene-butadiene rubber (SBR), butadiene rubber (BR), and acrylate-butadiene rubber (ABR). It will be done. The content of the sulfide solid electrolyte material in the solid electrolyte layer is, for example, preferably in the range of 10 to 100% by mass, more preferably in the range of 50 to 100% by mass. The thickness of the solid electrolyte layer varies depending on the configuration of the intended all-solid lithium ion secondary battery, but is preferably within the range of 0.1 to 1000 μm, and preferably within the range of 0.1 to 300 μm. is more preferable.

本発明において負極層には、上記した負極材料の他に、固体電解質材料を含有することが好ましい。固体電解質材料としては上記した硫化物固体電解質材料を用いることができる。負極層における固体電解質材料の含有量は1~60質量%の範囲が好ましく、10~50質量%の範囲がより好ましい。 In the present invention, the negative electrode layer preferably contains a solid electrolyte material in addition to the above-described negative electrode material. As the solid electrolyte material, the above-mentioned sulfide solid electrolyte material can be used. The content of the solid electrolyte material in the negative electrode layer is preferably in the range of 1 to 60% by mass, more preferably in the range of 10 to 50% by mass.

負極層には、上記の負極材料や固体電解質材料の他に、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンファイバー(VGCF)等の炭素材料、ニッケル、アルミニウム、SUS等の導電化剤や、既述の結着剤などを含有することができる。負極層における負極材料の含有量は、40~99質量%の範囲が好ましい。負極層の厚さは、目的とする全固体リチウムイオン二次電池の構成によって異なるが、1~1000μmの範囲であることが好ましい。 In addition to the above-mentioned negative electrode materials and solid electrolyte materials, the negative electrode layer may contain carbon materials such as acetylene black, Ketjen black, and carbon fiber (VGCF), conductive agents such as nickel, aluminum, and SUS, and the aforementioned binders. It can contain adhesives and the like. The content of the negative electrode material in the negative electrode layer is preferably in the range of 40 to 99% by mass. The thickness of the negative electrode layer varies depending on the structure of the intended all-solid-state lithium ion secondary battery, but is preferably in the range of 1 to 1000 μm.

次に、正極層は正極材料により形成されるものであり、正極層には必要に応じて上記した固体電解質材料、導電化剤、バインダーなどを含有していてもよい。 Next, the positive electrode layer is formed of a positive electrode material, and the positive electrode layer may contain the above-described solid electrolyte material, conductive agent, binder, etc. as necessary.

正極材料としては、酸化物活物質、硫化物活物質などを用いることができる。酸化物活物質としては、例えば、LiCoO、LiMnO、LiNiO、LiVO、LiNi1/3Co1/3Mn1/3等の岩塩層状活物質、LiMn、LiNi0.5Mn1.5等のスピネル型活物質、LiFePO、LiMnPO等のオリビン型活物質、LiFeSiO、LiMnSiO等のSi含有活物質等が挙げられる。また上記以外の酸化物活物質としてはLiTiO1が挙げられる。 As the positive electrode material, oxide active materials, sulfide active materials, etc. can be used. Examples of the oxide active material include rock salt layered active materials such as LiCoO 2 , LiMnO 2 , LiNiO 2 , LiVO 2 , LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 , LiMn 2 O 4 , LiNi 0. Examples include spinel-type active materials such as 5 Mn 1.5 O 4 , olivine-type active materials such as LiFePO 4 and LiMnPO 4 , and Si-containing active materials such as Li 2 FeSiO 4 and Li 2 MnSiO 4 . Further, examples of oxide active materials other than those mentioned above include Li 4 Ti 5 O1 2 .

正極層の厚さは、目的とする全固体リチウムイオン二次電池の構成によって異なるが、1~1000μmの範囲であることが好ましい。 The thickness of the positive electrode layer varies depending on the structure of the intended all-solid-state lithium ion secondary battery, but is preferably in the range of 1 to 1000 μm.

さらに、正極層の集電を行う正極集電体の材料としては、SUS、アルミニウム、ニッケル、鉄、チタン、およびカーボン等が挙げられる。また負極層の集電を行う負極集電体の材料としては、SUS、銅、ニッケル、およびカーボン等が挙げられる。また全固体リチウムイオン二次電池は、電池ケースや外装体などの外殻を有して形成してもよい。 Furthermore, examples of the material of the positive electrode current collector that collects current in the positive electrode layer include SUS, aluminum, nickel, iron, titanium, and carbon. Further, examples of the material of the negative electrode current collector that collects current in the negative electrode layer include SUS, copper, nickel, and carbon. Further, the all-solid-state lithium ion secondary battery may be formed with an outer shell such as a battery case or an exterior body.

上記の実施形態では、本発明の負極材料を用いて全固体リチウムイオン二次電池を作製する例を示したが、本発明を電解質が液体であるリチウムイオン二次電池の負極材料に適用することもできる。 In the above embodiment, an example was shown in which an all-solid-state lithium ion secondary battery was manufactured using the negative electrode material of the present invention, but the present invention can also be applied to a negative electrode material of a lithium ion secondary battery whose electrolyte is a liquid. You can also do it.

次に、本発明を実施例によって具体的に説明する。 Next, the present invention will be specifically explained using examples.

(実施例1)
攪拌装置を備えた反応容器にフルフリルアルコールを470質量部、37質量%濃度のホルマリンを420質量部、反応触媒として85質量%濃度のリン酸水溶液を13質量部、水を3500質量部仕込み、さらに黒鉛粒子として平均粒径が6μmの鱗片状黒鉛を1500質量部仕込み、攪拌を開始した後、減圧ポンプを作動させて、水の沸騰温度が85℃になるように、反応容器内の圧力を0.60kgf/cm(0.06MPa)に減圧した。そして加熱を開始して約60分を要して沸騰還流させ、そのまま240分間縮合反応をさせた。
(Example 1)
A reaction vessel equipped with a stirring device was charged with 470 parts by mass of furfuryl alcohol, 420 parts by mass of formalin with a concentration of 37% by mass, 13 parts by mass of an aqueous phosphoric acid solution with a concentration of 85% by mass as a reaction catalyst, and 3500 parts by mass of water, Furthermore, 1,500 parts by mass of flaky graphite with an average particle size of 6 μm was charged as graphite particles, stirring was started, and a vacuum pump was activated to reduce the pressure in the reaction vessel so that the boiling temperature of water reached 85°C. The pressure was reduced to 0.60 kgf/cm 2 (0.06 MPa). Then, heating was started, and it took about 60 minutes to boil and reflux, and the condensation reaction was continued for 240 minutes.

次に、加熱を止めて50℃まで冷却した後、減圧を解いて攪拌を停止し、フラスコの内容物をビーカーに払い出した。これを4日間静置した後、傾斜法で上澄み液を除去し、ステンレス製のバットにビーカー中の内容物を払い出した。この内容物を薄く広げて3日間風乾した後、100℃の乾燥機に入れて10時間加熱乾燥することによって、粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を得た。 Next, after stopping heating and cooling to 50° C., the vacuum was released, stirring was stopped, and the contents of the flask were discharged into a beaker. After this was allowed to stand for 4 days, the supernatant liquid was removed by a decanting method, and the contents in the beaker were discharged into a stainless steel vat. The contents were spread thinly and air-dried for 3 days, then placed in a dryer at 100° C. and heated and dried for 10 hours to obtain a granular graphite/furan resin composite material.

この黒鉛・フラン樹脂複合材料において、外周のフラン樹脂は不溶不融性に完全硬化しており、フラン樹脂含有率は11質量%であった。またこの黒鉛・フラン樹脂複合材料の平均粒子径を株式会社堀場製作所製のレーザー回折式粒度分布測定器「LA-920」で測定したところ、D50(累積した質量が50%になったときの粒子径)は8μmであった。 In this graphite/furan resin composite material, the furan resin on the outer periphery was completely cured to be insoluble and infusible, and the furan resin content was 11% by mass. In addition, when the average particle diameter of this graphite/furan resin composite material was measured using a laser diffraction particle size distribution analyzer "LA-920" manufactured by Horiba, Ltd., it was found to be D50 (when the cumulative mass reaches 50%). The particle size) was 8 μm.

次に、この黒鉛・フラン樹脂複合材料を、窒素雰囲気下で、100℃/時間の昇温速度で1000℃まで昇温して1000℃で3時間加熱処理することによって焼成した。このように焼成してフラン樹脂を炭化させることによって、黒鉛粒子を非晶質の炭素の層で被覆した粒状の黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を得た。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の収率は95%であった。またこの黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の平均粒径はD50=8μmであった。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を負極材料として使用した。 Next, this graphite/furan resin composite material was heated to 1000° C. at a temperature increase rate of 100° C./hour in a nitrogen atmosphere, and then heat-treated at 1000° C. for 3 hours to sinter it. By carbonizing the furan resin by firing in this manner, a granular graphite/furan resin composite carbon material in which graphite particles were coated with an amorphous carbon layer was obtained. The yield of this graphite/furan resin composite carbon material was 95%. Further, the average particle size of this graphite/furan resin composite carbon material was D 50 =8 μm. This graphite/furan resin composite carbon material was used as a negative electrode material.

(実施例2)
黒鉛粒子を2000質量部仕込む他は、実施例1と同様にフルフリルアルコールとホルマリンを縮合反応させることによって粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を調製し、さらに実施例1と同様に焼成することによって粒状の黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を得た。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の収率は96%であった。またこの黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の平均粒径はD50=8μmであった。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を負極材料として使用した。
(Example 2)
Except for charging 2000 parts by mass of graphite particles, a granular graphite/furan resin composite material was prepared by condensation reaction of furfuryl alcohol and formalin in the same manner as in Example 1, and further baked in the same manner as in Example 1. A granular graphite/furan resin composite carbon material was obtained. The yield of this graphite/furan resin composite carbon material was 96%. Further, the average particle size of this graphite/furan resin composite carbon material was D 50 =8 μm. This graphite/furan resin composite carbon material was used as a negative electrode material.

(実施例3)
フルフリルアルコール470質量部の代わりにフルフラール470質量部を仕込む他は、実施例1と同じ条件でフルフラールとホルマリンを縮合反応させることによって粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を調製した。さらにこの黒鉛・フラン樹脂複合材料を実施例1と同様に焼成することによって粒状の黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を得た。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の収率は95%であった。またこの黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の平均粒径はD50=8μmであった。
(Example 3)
A granular graphite/furan resin composite material was prepared by subjecting furfural and formalin to a condensation reaction under the same conditions as in Example 1, except that 470 parts by mass of furfural was charged instead of 470 parts by mass of furfuryl alcohol. Further, this graphite/furan resin composite material was fired in the same manner as in Example 1 to obtain a granular graphite/furan resin composite carbon material. The yield of this graphite/furan resin composite carbon material was 95%. Further, the average particle size of this graphite/furan resin composite carbon material was D 50 =8 μm.

(実施例4)
黒鉛粒子を2000質量部仕込む他は、実施例3と同様にフルフラールとホルマリンを縮合反応させることによって粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を調製し、さらに実施例1と同様に焼成することによって粒状の黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を得た。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の収率は96%であった。またこの黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の平均粒径はD50=8μmであった。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を負極材料として使用した。
(Example 4)
A granular graphite/furan resin composite material was prepared by condensation reaction of furfural and formalin in the same manner as in Example 3, except that 2000 parts by mass of graphite particles were charged, and then granular graphite was prepared by firing in the same manner as in Example 1. A graphite/furan resin composite carbon material was obtained. The yield of this graphite/furan resin composite carbon material was 96%. Further, the average particle size of this graphite/furan resin composite carbon material was D 50 =8 μm. This graphite/furan resin composite carbon material was used as a negative electrode material.

(実施例5)
攪拌装置を備えた反応容器にフルフリルアルコールを470質量部、反応触媒として85質量%濃度のリン酸水溶液を15質量部、水を3500質量部仕込み、さらに黒鉛粒子として平均粒径が6μmの鱗片状黒鉛を1500質量部仕込み、攪拌を開始した後、減圧ポンプを作動させて、水の沸騰温度が85℃になるように、反応容器内の圧力を0.60kgf/cm(0.06MPa)に減圧した。そして加熱を開始して約60分を要して沸騰還流させ、そのまま240分間縮合反応をさせた。
(Example 5)
A reaction vessel equipped with a stirring device was charged with 470 parts by mass of furfuryl alcohol, 15 parts by mass of an 85% by mass phosphoric acid aqueous solution as a reaction catalyst, and 3500 parts by mass of water, and scales with an average particle size of 6 μm as graphite particles. After charging 1,500 parts by mass of graphite and starting stirring, a vacuum pump was activated to increase the pressure inside the reaction vessel to 0.60 kgf/cm 2 (0.06 MPa) so that the boiling temperature of water was 85°C. The pressure was reduced to Then, heating was started, and it took about 60 minutes to boil and reflux, and the condensation reaction was continued for 240 minutes.

あとは実施例1と同様に、冷却、払い出し、上澄み液の除去、乾燥を行なうことによって、粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を得た。この黒鉛・フラン樹脂複合材料の外周のフラン樹脂は不溶不融性に完全硬化していた。 The rest was carried out in the same manner as in Example 1 by cooling, discharging, removing the supernatant liquid, and drying to obtain a granular graphite/furan resin composite material. The furan resin on the outer periphery of this graphite/furan resin composite material was completely cured to be insoluble and infusible.

そしてこの黒鉛・フラン樹脂複合材料を実施例1と同様に焼成することによって、粒状の黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を得た。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の収率は96%であった。またこの黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の平均粒径はD50=8μmであった。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を負極材料として使用した。 Then, this graphite/furan resin composite material was fired in the same manner as in Example 1 to obtain a granular graphite/furan resin composite carbon material. The yield of this graphite/furan resin composite carbon material was 96%. Further, the average particle size of this graphite/furan resin composite carbon material was D 50 =8 μm. This graphite/furan resin composite carbon material was used as a negative electrode material.

(比較例1)
実施例1~4に用いた黒鉛粒子を、フラン樹脂を被覆せず、また焼成処理せず、そのまま負極材料として使用した。
(Comparative example 1)
The graphite particles used in Examples 1 to 4 were used as negative electrode materials without being coated with furan resin or subjected to firing treatment.

(比較例2)
2リットルの四つ口フラスコにフルフリルアルコールを500g、92質量%パラホルムアルデヒドを80g、水を750g仕込み、さらに反応触媒として7-アミノ-4-ヒドロキシ-2-ナフタレンスルホン酸を5g仕込んだ。そしてフラスコに設けたプロペラ式攪拌機による攪拌速度を8m/分にセットし、約60分を要して85℃まで昇温させ、そのまま120分間フルフリルアルコールを縮合反応させた。フラスコ内の反応溶液のPHは2.7であった。
(Comparative example 2)
A 2-liter four-neck flask was charged with 500 g of furfuryl alcohol, 80 g of 92% by mass paraformaldehyde, and 750 g of water, and further charged with 5 g of 7-amino-4-hydroxy-2-naphthalenesulfonic acid as a reaction catalyst. Then, the stirring speed of a propeller type stirrer installed in the flask was set to 8 m/min, the temperature was raised to 85° C. over about 60 minutes, and the furfuryl alcohol was allowed to undergo a condensation reaction for 120 minutes. The pH of the reaction solution in the flask was 2.7.

フラスコ内の溶液は当初は透明に近いものであったが、徐々に濁って乳茶濁状態になった。このように120分を経過した時点で、ポリエチレンシートを広げたステンレスバットの上にフラスコの内容物を払い出し、冷却した。ステンレスバットの上に広げた直後に、水等の反応溶液をステンレスバットから流し出すことによって、ブロック状であるが含水して押せば凹む程度の餅状態になった生成物を反応溶液から分離し、その温度を測定したところ40℃であった。 The solution in the flask was initially nearly transparent, but gradually became cloudy and milky. After 120 minutes had elapsed, the contents of the flask were poured out onto a stainless steel vat covered with a polyethylene sheet and cooled. Immediately after spreading on a stainless steel vat, by pouring out the reaction solution such as water from the stainless vat, the product, which has a block shape but contains water and becomes a rice cake that can be dented when pressed, is separated from the reaction solution. When the temperature was measured, it was 40°C.

次に、この含水状態の生成物を-10℃の冷凍庫に入れて凍結させ、凍結して固形になった含水状態の生成物を3mm径の丸穴を有するスクリーンを付したナイフエッジ粉砕機で粉砕した。そしてこの粉砕物を流動床乾燥装置に導入し、流気温度25℃の空気を吹き込んで6時間乾燥することによって、粒径0.5~2.5mm、水分0.8質量%の固体フラン樹脂の粒子400gを得た。この樹脂の融点は85℃であった。 Next, this water-containing product is placed in a -10°C freezer to freeze, and the frozen solid water-containing product is passed through a knife-edge crusher equipped with a screen having 3 mm diameter round holes. Shattered. Then, this pulverized product was introduced into a fluidized bed dryer and dried for 6 hours by blowing air at a flowing air temperature of 25°C to obtain a solid furan resin with a particle size of 0.5 to 2.5 mm and a water content of 0.8% by mass. 400 g of particles were obtained. The melting point of this resin was 85°C.

このフラン樹脂をピンミル粉砕機で粉砕して平均粒子径25μmの粉末フラン樹脂を得た。そして平均粒子径が6μmの鱗片状黒鉛90質量部にこの粉末フラン樹脂11質量部を添加し、さらにテトラヒドロフランを10質量部加えた後、これを乳鉢中で15分間混合してテトラヒドロフランにフラン樹脂を溶解させながら黒鉛の表面にフラン樹脂を被覆させるようにした。次にこれをバット上に払い出し、薄く広げて3日間乾燥させてテトラヒドロフランを蒸発させることによって、粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を得た。 This furan resin was pulverized using a pin mill to obtain a powdered furan resin having an average particle size of 25 μm. Then, 11 parts by mass of this powdered furan resin was added to 90 parts by mass of flaky graphite with an average particle diameter of 6 μm, and 10 parts by mass of tetrahydrofuran was further added, and the mixture was mixed in a mortar for 15 minutes to mix the furan resin into tetrahydrofuran. Furan resin was coated on the surface of graphite while it was being melted. Next, this was dispensed onto a vat, spread thinly, and dried for 3 days to evaporate the tetrahydrofuran, thereby obtaining a granular graphite/furan resin composite material.

上記のようにして調製した黒鉛・フラン樹脂複合材料を実施例1と同様に焼成することによって、粒状の黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を得た。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の収率は95%であった。またこの黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料の平均粒径はD50=7.5μmであった。この黒鉛・フラン樹脂複合炭素材料を負極材料として使用した。 The graphite/furan resin composite material prepared as described above was fired in the same manner as in Example 1 to obtain a granular graphite/furan resin composite carbon material. The yield of this graphite/furan resin composite carbon material was 95%. Moreover, the average particle diameter of this graphite/furan resin composite carbon material was D 50 =7.5 μm. This graphite/furan resin composite carbon material was used as a negative electrode material.

(比較例3)
実施例1と同じ黒鉛粒子100質量部に、粉末状のポリ塩化ビニル50質量部を配合し、アルミニウム製ボールミルを用いて室温にて30分間乾式混合し、黒鉛粒子にポリ塩化ビニルを被覆した。次にこれを窒素雰囲気下で、100℃/時間の昇温速度で1000℃まで昇温して1000℃で3時間加熱処理することによって焼成した。このように焼成してポリ塩化ビニルを炭化させることによって、黒鉛粒子を非晶質の炭素の層で被覆した粒状の黒鉛・ポリ塩化ビニル複合炭素材料を得た。この黒鉛・ポリ塩化ビニル複合炭素材料を負極材料として使用した。
(Comparative example 3)
50 parts by mass of powdered polyvinyl chloride was blended with 100 parts by mass of the same graphite particles as in Example 1, and dry mixed for 30 minutes at room temperature using an aluminum ball mill to coat the graphite particles with polyvinyl chloride. Next, this was heated to 1000° C. at a rate of 100° C./hour in a nitrogen atmosphere, and was heat-treated at 1000° C. for 3 hours to sinter it. By carbonizing the polyvinyl chloride by firing in this manner, a granular graphite/polyvinyl chloride composite carbon material in which graphite particles were coated with an amorphous carbon layer was obtained. This graphite/polyvinyl chloride composite carbon material was used as a negative electrode material.

上記の実施例1~5及び比較例1~3の負極材料について、導電性の評価を行なった。粒子の状態では成形が困難であるので、負極材料95質量部にバインダーとしてSEBS(スチレン系熱可塑性エラストマー)5質量部を添加して混合し、これをアニソールに溶解して固形分濃度53質量%のスラリーを調製した。次にこのスラリーをポリイミドシートの表面に200μmギャップのドクターブレードで塗工し、これをシートプレス機にて10tonで1分間プレスし、9mmφに打ち抜きした後に10mmφの金型にて3tonで1分間プレス成形して、試験片を作製した。そしてこの試験片を用いて、低抵抗率測定装置(三菱油化(株)製ロレスタAP「MCP-T400」)にて体積抵抗率を測定した。結果を表1に示す。 The negative electrode materials of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 described above were evaluated for electrical conductivity. Since it is difficult to mold in the form of particles, 5 parts by mass of SEBS (styrene thermoplastic elastomer) as a binder is added to 95 parts by mass of the negative electrode material and mixed, and this is dissolved in anisole to obtain a solid content concentration of 53% by mass. A slurry was prepared. Next, this slurry was applied to the surface of a polyimide sheet using a doctor blade with a 200 μm gap, and this was pressed using a sheet press machine at 10 tons for 1 minute, punched into 9 mmφ, and then pressed using a 10 mmφ mold at 3 tons for 1 minute. A test piece was prepared by molding. Using this test piece, volume resistivity was measured using a low resistivity measuring device (Loresta AP "MCP-T400" manufactured by Mitsubishi Yuka Co., Ltd.). The results are shown in Table 1.

Figure 0007428431000001
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表1の実施例1~5と比較例1の比較から、黒鉛粒子にフラン樹脂の炭化層を形成することによって導電性が向上することが確認される。また黒鉛粒子にフラン樹脂の炭化層を被覆した実施例1~5は、黒鉛粒子にポリ塩化ビニルの炭化層を被覆した比較例3よりも導電性が高いことが確認される。 A comparison of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 in Table 1 confirms that conductivity is improved by forming a carbonized layer of furan resin on graphite particles. It is also confirmed that Examples 1 to 5, in which graphite particles are coated with a carbonized layer of furan resin, have higher conductivity than Comparative Example 3, in which graphite particles are coated with a carbonized layer of polyvinyl chloride.

上記の実施例1~5及び比較例1~3の負極材料について、粒子の一軸圧縮破壊強度の評価を行なった。一軸圧縮破壊強度の評価は、微小粒子圧壊力測定装置(株式会社ナノシーズ製「NS-Aシリーズ」)を用いて圧縮破壊力を測定することによって行なった。測定結果を表2に示す。 The negative electrode materials of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3 described above were evaluated for particle uniaxial compression fracture strength. The evaluation of the unconfined compressive fracture strength was carried out by measuring the compressive fracture force using a microparticle crushing force measuring device ("NS-A series" manufactured by Nano Seeds Co., Ltd.). The measurement results are shown in Table 2.

Figure 0007428431000002
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表2にみられるように、実施例1~5は比較例1~3よりも圧縮破壊力が高く、黒鉛粒子の表面でフラン類を縮合反応させたり、フラン類とアルデヒド類を縮合反応させたりしてフラン樹脂の層を形成するようにしたことによる、フラン樹脂の炭化層の密着性や被覆性の効果が確認された。 As seen in Table 2, Examples 1 to 5 have higher compressive breaking force than Comparative Examples 1 to 3, and are characterized by the fact that the condensation reaction of furans or the condensation reaction of furans and aldehydes occurs on the surface of graphite particles. It was confirmed that the effect of forming a layer of furan resin on the adhesion and covering properties of the carbonized layer of furan resin was confirmed.

(実施例6~10、比較例4~7)
硫化リチウム(LiS)と五硫化二リン(P)とヨウ化リチウム(LiI)を、LiSとPが、75:25(75LiS-25P)のモル比となるように秤量し、またLiIが10mol%となるように秤量した。そしてこれらを混合することによって、硫化物固体電解質材料を得た。この硫化物固体電解質材料の組成は、10LiI-90(0.75LiS-0.25P)である。この硫化物固体電解質材料を粉砕して微粒子化し、180℃で2時間加熱することによって結晶化させた。
(Examples 6 to 10, Comparative Examples 4 to 7)
Lithium sulfide (Li 2 S), diphosphorus pentasulfide (P 2 S 5 ) and lithium iodide (LiI), Li 2 S and P 2 S 5 are 75:25 (75Li 2 S-25P 2 S 5 ) It was weighed so that the molar ratio of LiI was 10 mol %. By mixing these, a sulfide solid electrolyte material was obtained. The composition of this sulfide solid electrolyte material is 10LiI-90 (0.75Li 2 S-0.25P 2 S 5 ). This sulfide solid electrolyte material was crushed into fine particles, and crystallized by heating at 180° C. for 2 hours.

そして上記の結晶化した硫化物固体電解質材料とバインダーとしてのABRとを、98:2の体積比で混合することによって、固体電解質層成形用材料を得た。 Then, the crystallized sulfide solid electrolyte material and ABR as a binder were mixed at a volume ratio of 98:2 to obtain a material for forming a solid electrolyte layer.

また、上記実施例1~5、比較例1~3の負極材料を36質量部、結晶化した上記硫化物固体電解質材料を25質量部、バインダーとしてPVDFを0.5質量部それぞれ秤量し、これらを混合して調製したスラリーをCu箔の表面に塗工して乾燥した。そしてCu箔上に形成された負極層成形用材料をかき取って回収した。 In addition, 36 parts by mass of the negative electrode materials of Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 3, 25 parts by mass of the crystallized sulfide solid electrolyte material, and 0.5 parts by mass of PVDF as a binder were weighed. A slurry prepared by mixing the above was applied to the surface of the Cu foil and dried. Then, the negative electrode layer forming material formed on the Cu foil was scraped off and collected.

さらに、正極材料としてLiNi1/3Co1/3Mn1/3を用い、この正極材料を52質量部、上記の結晶化した硫化物固体電解質材料を17質量部、導電化材として気相法炭素繊維(VGCF)を1質量部、脱水ヘプタンを15質量部、バインダーとしてPVDFを0.4質量部それぞれ秤量し、これらを混合して得たスラリーをAl箔に塗工して乾燥した。そしてAl箔上に形成された正極層成形用材料をかき取って回収した。 Furthermore, using LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 as a positive electrode material, 52 parts by mass of this positive electrode material, 17 parts by mass of the above crystallized sulfide solid electrolyte material, and gas as a conductive material. We weighed 1 part by mass of phase grown carbon fiber (VGCF), 15 parts by mass of dehydrated heptane, and 0.4 parts by mass of PVDF as a binder, and mixed these together to obtain a slurry, which was coated on Al foil and dried. . Then, the positive electrode layer forming material formed on the Al foil was scraped off and collected.

次に、固体電解質層成形用材料100mgを秤量し、セラミックスケース内に入れ、4.3tonで1分間プレスして固体電解質層3を得た。また正極層成形用材料100mgを秤量し、分割可能なφ10mmのペレット冶具に入れ、4tonで1分間プレスして正極層1を得た。さらに負極層成形用材料80mgを秤量し、同様にペレット冶具に入れて4tonで1分間プレスして負極層2を得た。そしてセラミックスケース内で正極層1、固体電解質層3および負極層2を組み付けて6Nの圧力で拘束し、また正極集電体4としてAl箔、負極集電体5としてCu箔を配置して、実施例5~8、比較例4~7の評価用全固体リチウムイオン二次電池を得た。 Next, 100 mg of the material for forming the solid electrolyte layer was weighed, placed in a ceramic case, and pressed at 4.3 tons for 1 minute to obtain the solid electrolyte layer 3. Further, 100 mg of the material for forming the positive electrode layer was weighed, put into a splittable pellet jig with a diameter of 10 mm, and pressed at 4 tons for 1 minute to obtain the positive electrode layer 1. Further, 80 mg of the material for forming the negative electrode layer was weighed, placed in a pellet jig in the same manner, and pressed for 1 minute at 4 tons to obtain the negative electrode layer 2. Then, the positive electrode layer 1, solid electrolyte layer 3, and negative electrode layer 2 were assembled in the ceramic case and restrained with a pressure of 6N, and Al foil was placed as the positive electrode current collector 4, Cu foil was placed as the negative electrode current collector 5, All-solid-state lithium ion secondary batteries for evaluation of Examples 5 to 8 and Comparative Examples 4 to 7 were obtained.

上記のように作製した評価用全固体リチウムイオン二次電池について、充放電特性を評価した。充放電特性を評価するために、充放電測定装置(北斗電工株式会社製「HJ-SD8」)を用い、25℃に設定した恒温室内にて、印加電流0.05mA、カットオフ条件0.6~0.9V、充放電サイクル10回の条件で測定する試験を行なって、2回目放電比容量及び初期クーロン効率(初期放電効率)を求めた。またレート特性を求めるために、印加電流0.05mAにて10サイクル充放電評価をした後に、電流を0.1mAに変更してさらに10サイクル放充電評価をし、11サイクル目の放電比容量を10サイクル目の放電比容量で割って算出した。結果を表3に示す。 The charging and discharging characteristics of the all-solid-state lithium ion secondary battery for evaluation produced as described above were evaluated. In order to evaluate the charge/discharge characteristics, a charge/discharge measurement device (HJ-SD8 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.) was used in a thermostatic chamber set at 25°C, with an applied current of 0.05 mA and a cutoff condition of 0.6. A test was conducted under the conditions of ~0.9V and 10 charge/discharge cycles to determine the second discharge specific capacity and initial coulombic efficiency (initial discharge efficiency). In addition, in order to determine the rate characteristics, after conducting a charge/discharge evaluation for 10 cycles with an applied current of 0.05 mA, the current was changed to 0.1 mA and a further 10 cycle evaluation of discharging and charging was performed, and the discharge specific capacity at the 11th cycle was calculated. It was calculated by dividing by the discharge specific capacity at the 10th cycle. The results are shown in Table 3.

Figure 0007428431000003
Figure 0007428431000003

表3にみられるように、実施例6~10の評価用全固体リチウムイオン二次電池はいずれも、比較例4~6の評価用全固体リチウムイオン二次電池よりも充放電特性が高いことが確認された。 As seen in Table 3, all the all-solid-state lithium ion secondary batteries for evaluation in Examples 6 to 10 had higher charge-discharge characteristics than the all-solid-state lithium-ion secondary batteries for evaluation in Comparative Examples 4 to 6. was confirmed.

1 正極層
2 負極層
3 固体電解質層
4 正極集電層
5 負極集電層

1 Positive electrode layer 2 Negative electrode layer 3 Solid electrolyte layer 4 Positive electrode current collecting layer 5 Negative electrode current collecting layer

Claims (6)

フラン類を黒鉛粒子と混合しつつ反応触媒の存在下で縮合反応させることによって、黒鉛粒子の表面にフラン樹脂の層が被覆された粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を製造する工程と、粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を非酸化性雰囲気下にて加熱することによって、フラン樹脂が炭化した層で黒鉛粒子の表面を被覆した粒状の黒鉛・フラン樹脂複合炭化材料を製造する工程とを有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法。 A process of manufacturing a granular graphite/furan resin composite material in which the surface of graphite particles is coated with a layer of furan resin by mixing furans with graphite particles and causing a condensation reaction in the presence of a reaction catalyst; A step of manufacturing a granular graphite/furan resin composite carbonized material in which the surface of graphite particles is coated with a layer of carbonized furan resin by heating the graphite/furan resin composite material in a non-oxidizing atmosphere. A method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, characterized by: フラン類とアルデヒド類を黒鉛粒子と混合しつつ反応触媒の存在下で縮合反応させることによって、黒鉛粒子の表面にフラン樹脂の層が被覆された粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を製造する工程と、粒状の黒鉛・フラン樹脂複合材料を非酸化性雰囲気下にて加熱することによって、フラン樹脂が炭化した層で黒鉛粒子の表面を被覆した粒状の黒鉛・フラン樹脂複合炭化材料を製造する工程とを有することを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法。 A step of producing a granular graphite/furan resin composite material in which the surface of graphite particles is coated with a layer of furan resin by mixing furans and aldehydes with graphite particles and causing a condensation reaction in the presence of a reaction catalyst. , a step of producing a granular graphite/furan resin composite carbonized material in which the surface of graphite particles is coated with a layer of carbonized furan resin by heating the granular graphite/furan resin composite material in a non-oxidizing atmosphere; A method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, comprising: 上記の縮合反応を、減圧雰囲気で行なうことを特徴とする請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法。 3. The method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 1, wherein the condensation reaction is carried out in a reduced pressure atmosphere. 上記の減圧雰囲気は0.007~0.095MPaの範囲であることを特徴とする請求項3記載のリチウムイオン二次電池用負極材料の製造方法。 4. The method for producing a negative electrode material for a lithium ion secondary battery according to claim 3, wherein the reduced pressure atmosphere is in a range of 0.007 to 0.095 MPa. 請求項1乃至4のいずれかに記載の方法で製造された負極材料を用いて負極層を作製することを特徴とするリチウムイオン二次電池用負極層の製造方法。 5. A method for manufacturing a negative electrode layer for a lithium ion secondary battery, comprising manufacturing the negative electrode layer using a negative electrode material manufactured by the method according to any one of claims 1 to 4. 請求項5に記載の負極層を用い、負極層と正極層の間に電解質層を配置する工程を有することを特徴とするリチウムイオン二次電池の製造方法。 A method for manufacturing a lithium ion secondary battery, comprising the step of using the negative electrode layer according to claim 5 and arranging an electrolyte layer between the negative electrode layer and the positive electrode layer.
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