JPH0544143B2 - - Google Patents

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JPH0544143B2
JPH0544143B2 JP62109790A JP10979087A JPH0544143B2 JP H0544143 B2 JPH0544143 B2 JP H0544143B2 JP 62109790 A JP62109790 A JP 62109790A JP 10979087 A JP10979087 A JP 10979087A JP H0544143 B2 JPH0544143 B2 JP H0544143B2
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JP
Japan
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less
electrode body
negative electrode
battery
active material
Prior art date
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JP62109790A
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Japanese (ja)
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JPS63276873A (en
Inventor
Toshibumi Nishii
Mitsutaka Myabayashi
Hiroshi Yui
Kuniaki Inada
Katsuharu Ikeda
Hiroyoshi Nose
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
FDK Twicell Co Ltd
Original Assignee
Toshiba Battery Co Ltd
Mitsubishi Petrochemical Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPH0544143B2 publication Critical patent/JPH0544143B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

[発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は非水溶媒二次電池に関し、更に詳しく
は、小型で、充放電サイクル寿命が長く、安定な
高容量を有する非水溶媒二次電池に関する。 (従来の技術) 正極体の主要部分がTiS2、MoS2のような遷移
金属のカルコゲン化合物であり、負極体がLi又は
Liを主体とするアルカリ金属である非水溶媒二次
電池は、高エネルギー密度を有するので商品化の
努力が払われている。 (発明が解決しようとする問題点) しかしながら、かかる非水溶媒二次電池におい
ては、負極体がLi箔またはLiを主体とするアルカ
リ金属の箔そのものであることに基づく問題が生
じている。 すなわち、電池の放電時には負極体からLiがLi
イオンとなつて電解液中に移動し、充電時にはこ
のLiイオンが金属Liとなつて再び負極体に電析す
るが、この充放電サイクルを反復させるとそれに
伴つて電析する金属Liはデンドライト状となる。
このデンドライト状Liは極めて活性な物質である
ため、電解液を分解せしめ、その結果、電池の充
放電サイクル特性が劣化するという不都合が生ず
る。さらにこれらが成長していくと、最後には、
このデンドライト状の金属Li電析物がセパレータ
を貫通して正極体に達し、短絡現象を起すという
問題が生ずる。別言すれば、充放電サイクル寿命
が短いという問題である。 このような問題を回避するために、負極体とし
て、各種の有機化合物を焼成した炭素質物を担持
体とし、これにLi又はLiを主体とするアルカリ金
属を担持せしめて構成することが試みられてい
る。 このような負極体を用いることにより、Liデン
ドライトの析出は防止されるようになつたが、し
かし一方では、この負極体を組込んだ電池は同サ
イズの一次電池に比べてその放電容量が1/100程
度と非常に小さく、しかも自己放電が大きく、ま
たこの電池を搭載した機器の動作期間は非常に短
く、かつ大電流放電は不可能であるなど、実用面
において種々の不都合な問題がありその用途は限
定されている。 本発明は、炭素質物を担持体とする負極体を備
えた非水溶媒二次電池において、上記したような
不都合を解消した非水溶媒二次電池の提供を目的
とする。 [発明の構成] (問題点を解決するための手段) 本発明者らは上記問題を解決すべく、負極体に
関して鋭意研究を重ねた結果、上記担持体を後述
するパラメータを有する炭素質物の粒子で構成す
ると、目的達成にとつて有効であるとの事実を見
出し本発明の非水溶媒二次電池を開発するに到つ
た。 すなわち、本発明の非水溶媒二次電池は、活物
質と該活物質を担持する担持体とから成る負極体
とを備えた非水溶媒二次電池において、 (A) 該活物質が、リチウムまたはリチウムを主体
とするアルカリ金属であり、 (B) 該担持体が、 (i) 水素/炭素の原子比が0.15未満; (ii) 波長5145Åのアルゴンイオンレーザ光を用
いたラマンスペクトル分析において、下記
式; G=1580±100cm-1の波数域におけるスペクトル強度
の積分値/1360±100cm-1の波数域におけるスペクトル
強度の積分値 で示されるG値が2.5未満; (iii) X線広角回折法による(002)面の面間隔
(d002)が3.37Å以上、C軸方向の結晶子の大
きさ(Lc)が150Å以下; (iv) 体積平均粒径が500Å以下; である炭素質物粒子を構成単位とし、かつ比表面
積が1m2/g以上であることを特徴とする。 本発明の電池は、負極体が上記した構成をとる
ところに特徴があり、他の要素は従来の非水溶媒
二次電池と同じであつてもよい。 本発明にかかる負極体において、活物質はLi又
はLiを主体とするアルカリ金属であるが、この活
物質は、電池の充放電に対応して正極体と負極体
との間を往復移動する。 本発明の担持体は、後述する特性を有する炭素
質物粒子を構成単位とし、これら単位の集合体と
して形成されている。 この炭素質物粒子は炭素のみで構成されていな
くてもよく、例えば、窒素、ハロゲン等の他の原
子が7モル%以下、好ましくは4モル%以下、さ
らに好ましくは2モル%以下含まれていてもよ
い。 炭素質物粒子を特定する各パラメータにおい
て、まず、H/Cは0.15以下であることが必要
で、好ましくは0.10未満、更に好ましくは0.07未
満、とくに好ましくは0.05未満である。 また、G値は0.25未満であることが必要で、好
ましくは2.0未満、更に好ましくは0.1〜1.5、とく
に好ましくは0.2〜1.2である。 ここで、G値とは、この炭素質物に対し波長
5145Åのアルゴンイオンレーザ光を用いてラマン
スペクトル分析を行なつた際にチヤートに記録さ
れているスペクトル強度曲線において、波数1580
±100cm-1の範囲内のスペクトル強度の積分値
(面積強度)を波数1360±100cm-1の範囲内の面積
強度で除した値を指し、その炭素質物の黒鉛化度
の尺度に相当する。 すなわち、この炭素質物は結晶質部分と非結晶
部分を有し、G値はこの炭素質組織における結晶
質部分の割合を示すパラメータである。 更に、X線広角回折方で測定したときのd002
3.37Å以上、Lcは150Å以下であることが必要で、
好ましくはd0023.39〜3.75Å、Lc5〜150Å、更に
好ましくはd0023.41〜3.70Å、Lc10〜80Å、とく
に好ましくは12〜70Åである。 また、この炭素質物粒子の体積平均粒径は500
Å以下であることが必要で、好ましくは300Å以
下、更に好ましくは200Å以下である。なお、こ
こでいう体積平均粒径とは体積加重の平均粒径で
あり、炭素質物粒子の断面を電子顕微鏡を用いて
写真撮影し、炭素質物粒子(二次粒子)を構成す
る一次粒子の大きさを測定することによつて知る
ことができる。 炭素質物粒子を特定するこれらパラメータにお
いて、、H/C、d022およびLcのいずれかが上記
範囲を逸脱している場合は、負極体における充放
電時の過電圧が高くなり、その結果、負極体から
はガスが発生して電池の安全性が著しく損われ
る。しかも充放電サイクル特性が不満足な状態を
呈する。 また、G値が上記の2.5以上の場合は、その炭
素質物は黒鉛化が進んだ状態になつていて、炭素
質物粒子の内部に存在できる活物質はその量が少
なくなると同時に不安定な状態となり、その結
果、電池の容量が低下する。 更に、該炭素質物にあつては次の条件を満足し
ていることが望ましい。すなわち、X線広角回折
分析における(110)面の面間隔d110の2倍の距
離ap(=2d110)が、好ましくは2.38〜2.47Å、さ
らに好ましくは2.39〜2.46Å;a軸方向の結晶子
の大きさLaが好ましくは10Å以上、さらに好ま
しくは15〜150Å、とくに好ましくは19〜70Åで
ある。 また、炭素質物粒子の体積平均粒径が500Åよ
りも大きい場合は、活物質の担持能力が充分では
なく多量の活物質を担持することができず、その
結果、負極体の電極容量を増大せしめることがで
きない。 本発明の担持体は、上記した炭素質物粒子を構
成単位とし、この単位を集合せしめて成る集合体
である。そしてこの担持体は、その比表面積が1
m2/g以上であり、好ましくは10m2/g以上、さ
らに好ましくは100m2/g以上である。比表面積
が上記範囲を逸脱すると電池容量が小さくなり、
電池の性能が低下する。 本発明にかかる炭素質物の構成単位は次のよう
にして製造することができる。 まず、後述する有機高分子化合物、縮合多環炭
化水素化合物、多環複素環系化合物の1種又は2
種以上を焼成・熱分解し炭素化することによつて
調製することができる。この炭素化過程で重要な
因子は熱処理温度であつて、この温度が低すぎる
場合は炭素化が進まず、また高すぎる場合は炭素
質状態から黒鉛に転化してG値が大きくなつてし
まうからである。用いる出発源によつても異なる
が、熱処理温度は通常800〜3000℃の範囲に設定
される。 炭素質物の出発源としては、例えばセルロース
樹脂;フエノール樹脂;ポリアクリロニトリル、
ポリ(α−ハロゲン化アクリロニトリル)などの
アクリル樹脂;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリ
デン、ポリ塩素化塩化ビニルなどのハロゲン化ビ
ニル樹脂;ポリアミドイミド樹脂;ポリアミド樹
脂;ポリアセチレン、ポリ(p−フエニレン)な
どの共役系樹脂のような任意の有機高分子化合
物;例えば、ナフタレン、フエナントレン、アン
トラセン、トリフエニレン、ピレン、クリセン、
ナフタセン、ピセン、ペリレン、ペンタフエン、
ペンタセンのような3員環以上の単環炭化水素化
合物が互いに2個以上縮合してなる縮合多環炭素
化水素化合物、または、上記化合物のカルボン
酸、カルボン酸無水物、カルボン酸イミドのよう
な誘導体、上記各化合物の混合物を主成分とする
各種のピツチ;例えば、インドール、イソインド
ール、キノリン、イソキノリン、キノキサリン、
フタラジン、カルバゾール、アクリジン、フエナ
ジン、フエナトリジンのような3員環以上の複素
単環化合物が互いに少なくとも2個以上結合する
か、又は1個以上の3員環以上の単環炭化水素化
合物と結合してなる縮合複素環化合物、上記各化
合物のカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン
酸イミドのような誘導体、更にベンゼンの1、
2、4、5−テトラカルボン酸、その二無水物ま
たはそのジイミド;などをあげることができる。 この場合、炭素質物の出発源に例えば架橋処理
などの前処理を施し、また炭素化の条件を適宜選
定することにより、前述した各パラメータを適正
な範囲に調製することができる。 得られる炭素質物は粉末状、塊状など種々の形
態があるが、いずれにしても、その構成単位は上
記パラメータで特定されるものである。そして、
これら諸形態において、構成単位は相互に凝集し
て二次粒子を形成している。この場合、構成単位
の体積平均粒径が500Å以下であるときには、二
次粒子のそれは通常0.05〜300μmとなる。そして
本発明においては、この二次粒子の体積平均粒径
が100μm以下であることが好ましく、更には
50μm以下、とくに20μm以下であることが好まし
い。 このような炭素質物粒子を成形して目的とする
担持体が製造される。すなわち、焼成して得られ
た炭素質物を適宜な手段で粉砕して所定粒径の粉
末とし、この粉末と結着剤(例えばポリエチレン
のようなポリオレフイン系熱可塑性高分子の粉
末)とを所定量比(例えば、重量比で前者:後者
=98〜80:2〜20)で混練し、この混練物をペレ
ツト、シートなどに成形して多孔体とするのであ
る。 また、前述た出発源を予め任意の形状に賦形し
たのち上記条件で炭素化して、これを担持体とし
て用いることもできる。 なお、担持体の比表面積の調節は、例えば水蒸
気、炭酸ガスのような酸化性ガスを用いた賦活化
処理を適用すればよい。 本発明の負極体は、上記担持体にLiまたはLiを
主体とするアルカリ金属を担持せしめて製造され
る。 このときの担持の方法としては、化学的方法、
電気化学的方法、物理的方法などがあるが、例え
ば、所定濃度のLiイオン又はアルカリ金属イオン
を含む電解液中に上記した粉末成形体である担持
体を浸漬しかつ対極にリチウムを用いてこの担持
体を陽極にして電解含浸する方法を適用すること
ができる。かくすることにより、Liイオン又はア
ルカリ金属イオンは担持体の層間にドープされて
そこに担持されることになる。なお、このような
活物質の担持は、担持体に限らず正極体の担持体
に対しても又は両極に対して行なつてもよい。 本発明の二次電池において、例えば負極体では
充電時にLiイオンのドープ現象が起り、また放電
時には負極体に担持されているLiイオンの脱ドー
プ現象が生起して、可逆的な電気化学的酸化還元
反応が充放電に伴つて進行するため、負極体がLi
箔であつた場合にその表面で生起したデンドライ
ト形状の電析物の形成はなくなるのである。した
がつて、自己放電は小さくなり、充放電サイクル
特性を大幅に向上しうる。 次に、第1図を参照して本発明の非水溶媒二次
電池の構成について説明する。図において、正極
端子を兼ねる正極缶1内には正極体2が正極缶1
の底部に着設収納されている。この正極体は、と
くに限定されないが、例えば、V2O5、MoO3
WO3、TiS2、CuS、NiPS3、FePS3、VSe2など
の遷移金属カルコゲン化合物を活物質とし、この
活物質とカーボン粉末およびニツケル粉末と結着
剤とを混合、シート化金属芯体(集電体)と一体
化して得られたものなどが使用される。そして、
正極体2上にはセパレータ3を介して負極体4が
積層されている。 電解液を保持するセパレータ3は、保液性に優
れた材料、例えば、ポリオレフイン系樹脂の不織
布よりなる。そして、このセパレータ3には、プ
ロピレンカーボネート、1、2−ジメトキシエタ
ンまたはγ−ブチルラクトン等の非プロトン性有
機溶媒に、LiCO4、LiAO4、LiBF4、LiPF6
またはLiAsF6等の電解質を溶解せしめた所定濃
度の非水電解液が含浸されている。 負極体4は、本発明の上述した特性を有する炭
素質物の担持体を結着・成形し、活物質としてLi
を担持させたものであり、負極端子も兼ねる負極
缶5内に着設されている。 これら正極体2、セパレータ(非水電解液)
3、および負極体4は全体として発電要素を構成
する。そして、この発電要素が正極缶1および負
極缶5から成る電池容器に内蔵されて電池が組立
てられる。 6は正・負極体を分ける絶縁パツキングであ
り、電池は正極缶1の開口部を内方向へ折曲させ
て密封されている。 (発明の実施例) (1) 正極体の製造 V2O5粉末9gとWO3粉末2.5g(V2O5に対し17.9モ
ル%)を混合し、この混合物を1100℃で4時間溶
融した。得られた溶融物をドライアイスで冷却し
てある銅板の上に流下して急冷し、ついで平均粒
径3μmに粉砕した。 この固溶体の粉末5gと粉末状のポリテトラフ
ルオロエチレン0.5gとを混練し、得られた混練物
をロール成形して厚み0.4mmのシートとした。 このシートの片面を集電体である線径0.1mm、
60メツシユのステンレス鋼ネツトに圧着して正極
体とした。 (2) 負極体の製造 オルトクレゾール108g、パラホルムアルデヒ
ド32gおよびエチルセロソルブ240gを硫酸10gと
共に115℃で反応させた。反応終了後、ここに
NaHCO317gと水30gを加えて中和した。ついで、
高速で攪拌しながら水2中に上記反応液を投入
し、沈澱した生成物を炉別乾燥して115gの線状
高分子量ノボラツク樹脂を得た。この樹脂の数平
均分子量を蒸気圧法(メチルエチルケトン中、40
℃)により測定したところ、2600であつた。 得られたノボラツク樹脂2.25gとヘキサミン
0.25gとをロールで溶融混練したのち、混練物を
窒素雰囲気中でガラス容器に収容し、窒素雰囲気
中において250℃で2時間加熱処理をした。 得られた熱処理物を電気炉内にセツトし、窒素
気流中、昇温速度20℃/分で1900℃にまで昇温
し、1時間保持した。黒色の炭素質物が得られ
た。これを試料aとする。 この試料のH/Cは0.04、d002は3.60Å、Lcは
16Å、2d110は2.42Å、Laは23Åであり、G値は
0.68であつた。 また、試料aにつき、電子顕微鏡写真を撮影
し、この写真を基にして体積平均粒径を算出し
た。すなわち、写真において1辺2cmの正方形区
画を任意に選定し、そこに存在する粒子の粒径
(di)を測定しΣ(di)4/(di)3の式から粒径を算
出し、3区画における平均値として求めた。その
結果、体積平均粒径は300Å以下であつた。 試料aを粉砕し、体積平均粒径が14μmの粒子
群とした。この粒子群における比表面積をBET
法で測定したところ18m2/gであつた。 ついでこの粉末9.5gとポリエチレン粉末0.5gと
を混合し、この混合物50mgを加圧成形して厚み
0.5mmのペレツトにした。 ついでこのペレツトを濃度1モル/のLiイオ
ン電解液中に浸漬し、このペレツトを陽極としLi
を陰極とする電解処理に付した。電解条件は、浴
温20℃、電流密度0.5mA/cm2、電解時間15時間と
した。このような処理により担持体(ペレツト)
には容量1.0mAhのLiを担持した負極体が得られ
た。 (3) 電池の組立 ステンレス鋼製の正極缶に、上記した正極体を
集電体を下にして着設し、その上にセパレータと
してのポリプロピレン不織布を載置したのち、そ
こにLiCO4を濃度1モル/でプロピレンカー
ボネートに溶解せしめた非水電解液を含浸せしめ
た。ついでその上に上記負極体を載置して発電要
素を構成した。 なお、正極体も、電池に組込むに先立ち、濃度
1モル/のLiイオン電解液中に浸漬し、正極体
を陽極とし、リチウムを陰極とする電解処理に付
した。電解条件は、浴温20℃、電流密度0.5mA/
cm2、電解時間15時間とした。このような処理によ
り、正極体には容量6.0mAhのLiが担持されたこ
とになる。 かくして、第1図に示したようなボタン形二次
電池を製作した。 比較のために、負極体がLi箔そのものであつた
ことを除いては実施例と同様の電池を製作し、こ
れを比較例1電池とした。 また、担持体の構造パラメータおよび物性等が
第1表に示した値であることを除いては実施例と
同様の電池を製作し、これを比較例2電池とし
た。
[Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a nonaqueous solvent secondary battery, and more particularly, to a nonaqueous solvent secondary battery that is small, has a long charge/discharge cycle life, and has a stable high capacity. . (Prior art) The main part of the positive electrode body is a transition metal chalcogen compound such as TiS 2 or MoS 2 , and the negative electrode body is made of Li or
Efforts are being made to commercialize non-aqueous solvent secondary batteries, which are made of alkali metals mainly consisting of Li, and have a high energy density. (Problems to be Solved by the Invention) However, in such a non-aqueous solvent secondary battery, a problem arises due to the fact that the negative electrode body is a Li foil or an alkali metal foil mainly composed of Li. In other words, when the battery is discharged, Li is removed from the negative electrode body.
They become ions and move into the electrolyte, and during charging, these Li ions turn into metallic Li and are deposited on the negative electrode body again. However, when this charge/discharge cycle is repeated, the deposited metallic Li becomes dendrite-like. becomes.
Since this dendrite-like Li is an extremely active substance, it decomposes the electrolyte, resulting in the disadvantage that the charge/discharge cycle characteristics of the battery deteriorate. As these grow further, in the end,
This dendrite-like metallic Li deposit penetrates the separator and reaches the positive electrode body, causing a problem in that a short circuit phenomenon occurs. In other words, the problem is that the charge/discharge cycle life is short. In order to avoid such problems, attempts have been made to construct the negative electrode by using a carbonaceous material obtained by calcining various organic compounds as a carrier, and supporting Li or an alkali metal mainly composed of Li. There is. By using such a negative electrode body, the precipitation of Li dendrites has been prevented, but on the other hand, a battery incorporating this negative electrode body has a discharge capacity of 1% compared to a primary battery of the same size. /100, it has a large self-discharge rate, and the operating period of devices equipped with this battery is very short, and large current discharge is impossible.There are various problems in practical use. Its use is limited. The present invention aims to provide a non-aqueous solvent secondary battery that eliminates the above-mentioned disadvantages in a non-aqueous solvent secondary battery equipped with a negative electrode body using a carbonaceous material as a carrier. [Structure of the Invention] (Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research on negative electrode bodies, and as a result, the above-mentioned carriers are carbonaceous particles having the parameters described below. The inventors have discovered that the configuration is effective in achieving the objective, and have developed the non-aqueous solvent secondary battery of the present invention. That is, the non-aqueous solvent secondary battery of the present invention is a non-aqueous solvent secondary battery equipped with a negative electrode body consisting of an active material and a carrier supporting the active material, in which (A) the active material is lithium or an alkali metal mainly composed of lithium; (B) the support has (i) a hydrogen/carbon atomic ratio of less than 0.15; (ii) in Raman spectrum analysis using argon ion laser light with a wavelength of 5145 Å; The following formula; G = integral value of spectral intensity in the wave number region of 1580 ± 100 cm -1 / integral value of spectral intensity in the wave number region of 1360 ± 100 cm -1 The G value is less than 2.5; (iii) X-ray wide-angle diffraction carbonaceous material particles whose interplanar spacing (d 002 ) of the (002) plane by the method is 3.37 Å or more, the crystallite size (Lc) in the C-axis direction is 150 Å or less; (iv) the volume average particle diameter is 500 Å or less; as a constituent unit, and has a specific surface area of 1 m 2 /g or more. The battery of the present invention is characterized in that the negative electrode body has the above-described configuration, and other elements may be the same as conventional non-aqueous solvent secondary batteries. In the negative electrode body according to the present invention, the active material is Li or an alkali metal mainly composed of Li, and this active material moves back and forth between the positive electrode body and the negative electrode body in response to charging and discharging of the battery. The carrier of the present invention has carbonaceous material particles having the characteristics described below as a constituent unit, and is formed as an aggregate of these units. The carbonaceous material particles do not need to be composed only of carbon; for example, they may contain other atoms such as nitrogen or halogen in an amount of 7 mol% or less, preferably 4 mol% or less, and more preferably 2 mol% or less. Good too. In each parameter that specifies carbonaceous material particles, first, H/C must be 0.15 or less, preferably less than 0.10, more preferably less than 0.07, and particularly preferably less than 0.05. Further, the G value needs to be less than 0.25, preferably less than 2.0, more preferably 0.1 to 1.5, and particularly preferably 0.2 to 1.2. Here, the G value is the wavelength for this carbonaceous material.
In the spectrum intensity curve recorded in the chart when performing Raman spectrum analysis using 5145 Å argon ion laser light, the wave number 1580
It refers to the value obtained by dividing the integrated value of the spectral intensity (area intensity) within the range of ±100 cm -1 by the area intensity within the wave number range of 1360 ± 100 cm -1 , and corresponds to a measure of the degree of graphitization of the carbonaceous material. That is, this carbonaceous material has a crystalline portion and an amorphous portion, and the G value is a parameter indicating the ratio of the crystalline portion in this carbonaceous structure. Furthermore, d 002 when measured by X-ray wide-angle diffraction method is
3.37 Å or more, Lc must be 150 Å or less,
Preferably d 002 is 3.39 to 3.75 Å, Lc is 5 to 150 Å, more preferably d 002 is 3.41 to 3.70 Å, Lc is 10 to 80 Å, particularly preferably 12 to 70 Å. In addition, the volume average particle diameter of this carbonaceous material particle is 500
It is necessary to have a thickness of Å or less, preferably 300 Å or less, and more preferably 200 Å or less. Note that the volume average particle size here refers to the volume-weighted average particle size, and the size of the primary particles constituting the carbonaceous material particles (secondary particles) is determined by photographing the cross section of the carbonaceous material particles using an electron microscope. This can be determined by measuring the Among these parameters that specify carbonaceous material particles, if any of H/C, d 022 , and Lc deviate from the above range, the overvoltage during charging and discharging in the negative electrode body will increase, and as a result, the negative electrode body Gas is emitted from the battery, significantly compromising the safety of the battery. Moreover, the charge/discharge cycle characteristics are unsatisfactory. In addition, if the G value is 2.5 or more, the carbonaceous material is in a highly graphitized state, and the amount of active material that can exist inside the carbonaceous material particles decreases and becomes unstable. , As a result, the capacity of the battery decreases. Furthermore, it is desirable that the carbonaceous material satisfies the following conditions. That is, the distance a p (=2d 110 ), which is twice the interplanar spacing d 110 of the (110) plane in X-ray wide-angle diffraction analysis, is preferably 2.38 to 2.47 Å, more preferably 2.39 to 2.46 Å; The crystallite size La is preferably 10 Å or more, more preferably 15 to 150 Å, particularly preferably 19 to 70 Å. In addition, if the volume average particle diameter of the carbonaceous material particles is larger than 500 Å, the ability to support the active material is insufficient and a large amount of the active material cannot be supported, resulting in an increase in the electrode capacity of the negative electrode body. I can't. The carrier of the present invention has the above-mentioned carbonaceous material particles as its constituent units, and is an aggregate formed by aggregating these units. This support has a specific surface area of 1
m 2 /g or more, preferably 10 m 2 /g or more, more preferably 100 m 2 /g or more. If the specific surface area deviates from the above range, the battery capacity will decrease.
Battery performance deteriorates. The structural unit of the carbonaceous material according to the present invention can be produced as follows. First, one or two of the following organic polymer compounds, fused polycyclic hydrocarbon compounds, and polycyclic heterocyclic compounds are used.
It can be prepared by firing, pyrolyzing, and carbonizing a species or more. An important factor in this carbonization process is the heat treatment temperature; if this temperature is too low, carbonization will not proceed, and if it is too high, the carbonaceous state will convert to graphite and the G value will increase. It is. Although it varies depending on the starting source used, the heat treatment temperature is usually set in the range of 800 to 3000°C. Examples of starting sources of carbonaceous materials include cellulose resin; phenolic resin; polyacrylonitrile,
Acrylic resins such as poly(α-halogenated acrylonitrile); halogenated vinyl resins such as polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, and polychlorinated vinyl chloride; polyamideimide resins; polyamide resins; polyacetylene, poly(p-phenylene), etc. Any organic polymer compound such as conjugated resin; for example, naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, chrysene,
naphthacene, picene, perylene, pentaphene,
A condensed polycyclic hydrocarbon compound formed by condensing two or more monocyclic hydrocarbon compounds with three or more members, such as pentacene, or carboxylic acids, carboxylic acid anhydrides, and carboxylic acid imides of the above compounds. derivatives, various pitches containing mixtures of the above compounds as main components; for example, indole, isoindole, quinoline, isoquinoline, quinoxaline,
At least two or more heteromonocyclic compounds having 3 or more members such as phthalazine, carbazole, acridine, phenazine, and phenatridine are bonded to each other, or to one or more monocyclic hydrocarbon compounds having 3 or more members. fused heterocyclic compounds, derivatives of the above compounds such as carboxylic acids, carboxylic acid anhydrides, and carboxylic acid imides;
Examples include 2,4,5-tetracarboxylic acid, its dianhydride, or its diimide; and the like. In this case, each of the above-mentioned parameters can be adjusted to an appropriate range by subjecting the starting source of the carbonaceous material to a pretreatment such as crosslinking treatment, and by appropriately selecting carbonization conditions. The obtained carbonaceous material has various forms such as powder and block, but in any case, its constituent units are specified by the above parameters. and,
In these forms, the constituent units aggregate with each other to form secondary particles. In this case, when the volume average particle diameter of the structural unit is 500 Å or less, that of the secondary particles is usually 0.05 to 300 μm. In the present invention, it is preferable that the volume average particle diameter of the secondary particles is 100 μm or less, and further,
It is preferably 50 μm or less, particularly 20 μm or less. A desired carrier is manufactured by molding such carbonaceous material particles. That is, the carbonaceous material obtained by firing is pulverized by an appropriate means to form a powder with a predetermined particle size, and this powder and a binder (for example, a powder of a polyolefin thermoplastic polymer such as polyethylene) are mixed in a predetermined amount. They are kneaded in a ratio of 98 to 80 to 2 to 20 (for example, the former:latter by weight), and the kneaded product is formed into pellets, sheets, etc. to form a porous body. Alternatively, the above-mentioned starting source may be previously shaped into an arbitrary shape and then carbonized under the above conditions, and this may be used as a support. Note that the specific surface area of the support may be adjusted by applying an activation treatment using an oxidizing gas such as water vapor or carbon dioxide gas, for example. The negative electrode body of the present invention is manufactured by making the above-mentioned support support Li or an alkali metal mainly composed of Li. The supporting methods at this time include chemical methods,
There are electrochemical methods, physical methods, etc., but for example, the support which is the powder compact described above is immersed in an electrolytic solution containing Li ions or alkali metal ions at a predetermined concentration, and lithium is used as a counter electrode. A method of electrolytic impregnation using the carrier as an anode can be applied. In this way, Li ions or alkali metal ions are doped between the layers of the carrier and supported therein. Note that such support of the active material may be carried out not only on the carrier but also on the carrier of the positive electrode body or both electrodes. In the secondary battery of the present invention, for example, a doping phenomenon of Li ions occurs in the negative electrode body during charging, and a dedoping phenomenon of Li ions supported on the negative electrode body occurs during discharging, resulting in reversible electrochemical oxidation. As the reduction reaction progresses with charging and discharging, the negative electrode body
This eliminates the formation of dendrite-shaped deposits that occur on the surface of foil. Therefore, self-discharge is reduced and charge-discharge cycle characteristics can be significantly improved. Next, the structure of the non-aqueous solvent secondary battery of the present invention will be explained with reference to FIG. In the figure, a positive electrode body 2 is placed inside a positive electrode can 1 that also serves as a positive electrode terminal.
It is installed and stored at the bottom of the. This positive electrode body is not particularly limited, but includes, for example, V 2 O 5 , MoO 3 ,
A transition metal chalcogen compound such as WO 3 , TiS 2 , CuS, NiPS 3 , FePS 3 , VSe 2 is used as an active material, and this active material is mixed with carbon powder, nickel powder, and a binder to form a sheet metal core ( Those obtained by integrating with a current collector) are used. and,
A negative electrode body 4 is laminated on the positive electrode body 2 with a separator 3 in between. The separator 3 that holds the electrolyte is made of a material with excellent liquid retention properties, such as a nonwoven fabric of polyolefin resin. This separator 3 contains LiCO 4 , LiAO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 in an aprotic organic solvent such as propylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, or γ-butyl lactone.
Alternatively, it is impregnated with a non-aqueous electrolyte of a predetermined concentration in which an electrolyte such as LiAsF 6 is dissolved. The negative electrode body 4 is made by binding and molding a carbonaceous material carrier having the above-mentioned characteristics of the present invention, and using Li as an active material.
It is mounted in a negative electrode can 5 which also serves as a negative electrode terminal. These positive electrode bodies 2, separators (non-aqueous electrolyte)
3 and the negative electrode body 4 constitute a power generation element as a whole. Then, this power generation element is housed in a battery container consisting of a positive electrode can 1 and a negative electrode can 5, and a battery is assembled. 6 is an insulating packing that separates the positive and negative electrode bodies, and the battery is sealed by bending the opening of the positive electrode can 1 inward. (Example of the invention) (1) Manufacture of positive electrode body 9 g of V 2 O 5 powder and 2.5 g of WO 3 powder (17.9 mol % based on V 2 O 5 ) were mixed, and this mixture was melted at 1100°C for 4 hours. . The resulting melt was rapidly cooled by flowing down onto a copper plate cooled with dry ice, and then ground to an average particle size of 3 μm. 5 g of this solid solution powder and 0.5 g of powdered polytetrafluoroethylene were kneaded, and the resulting kneaded product was roll-formed to form a sheet with a thickness of 0.4 mm. One side of this sheet is a current collector with a wire diameter of 0.1 mm.
It was crimped onto a 60 mesh stainless steel net to form a positive electrode body. (2) Manufacture of negative electrode body 108 g of orthocresol, 32 g of paraformaldehyde, and 240 g of ethyl cellosolve were reacted together with 10 g of sulfuric acid at 115°C. After the reaction is finished, here
It was neutralized by adding 17 g of NaHCO 3 and 30 g of water. Then,
The above reaction solution was poured into water 2 while stirring at high speed, and the precipitated product was dried in an oven to obtain 115 g of a linear high molecular weight novolac resin. The number average molecular weight of this resin was determined by vapor pressure method (40% in methyl ethyl ketone).
It was 2600 when measured at ℃). 2.25g of the obtained novolac resin and hexamine
After melting and kneading 0.25 g with a roll, the kneaded product was placed in a glass container in a nitrogen atmosphere and heat-treated at 250° C. for 2 hours in a nitrogen atmosphere. The obtained heat-treated product was placed in an electric furnace, and the temperature was raised to 1900°C at a temperature increase rate of 20°C/min in a nitrogen stream, and maintained for 1 hour. A black carbonaceous material was obtained. This is designated as sample a. The H/C of this sample is 0.04, d 002 is 3.60Å, and Lc is
16 Å, 2d 110 is 2.42 Å, La is 23 Å, and the G value is
It was 0.68. Further, an electron micrograph was taken for sample a, and the volume average particle diameter was calculated based on this photograph. That is, a square section of 2 cm on a side is arbitrarily selected in the photograph, the particle size (di) of the particles present there is measured, and the particle size is calculated from the formula Σ (di) 4 / (di) 3 . It was calculated as the average value in the section. As a result, the volume average particle diameter was 300 Å or less. Sample a was pulverized to form a particle group with a volume average particle diameter of 14 μm. BET the specific surface area of this particle group
When measured by method, it was 18 m 2 /g. Next, 9.5 g of this powder and 0.5 g of polyethylene powder were mixed, and 50 mg of this mixture was pressure-molded to give a thickness.
It was made into 0.5mm pellets. Next, this pellet was immersed in a Li ion electrolyte solution with a concentration of 1 mol/mole, and the Li was used as an anode.
It was subjected to electrolytic treatment using as a cathode. The electrolysis conditions were a bath temperature of 20° C., a current density of 0.5 mA/cm 2 , and an electrolysis time of 15 hours. Through this treatment, the carrier (pellet)
A negative electrode body supporting Li with a capacity of 1.0 mAh was obtained. (3) Battery assembly The above-mentioned positive electrode was placed in a stainless steel positive electrode can with the current collector facing down, and a polypropylene nonwoven fabric was placed on top of it as a separator . It was impregnated with a non-aqueous electrolyte dissolved in propylene carbonate at 1 mol/mol. Then, the negative electrode body was placed thereon to form a power generation element. Note that, before being incorporated into a battery, the positive electrode body was also immersed in a Li ion electrolyte solution with a concentration of 1 mol/min, and subjected to an electrolytic treatment using the positive electrode body as an anode and lithium as a cathode. Electrolysis conditions are bath temperature 20℃, current density 0.5mA/
cm 2 and electrolysis time was 15 hours. Through such treatment, Li with a capacity of 6.0 mAh was supported on the positive electrode body. In this way, a button-shaped secondary battery as shown in FIG. 1 was manufactured. For comparison, a battery similar to that of the example was manufactured, except that the negative electrode body was made of Li foil itself, and this was designated as Comparative Example 1 battery. In addition, a battery similar to that of the example was manufactured, except that the structural parameters and physical properties of the carrier were as shown in Table 1, and this was used as a comparative example 2 battery.

【表】 なお、この担持体の構成単位については実施例
の場合と同様に電子顕微鏡写真を撮影してその体
積平均粒径を算出したところ、500Åより大きか
つた。 (4) 各電池の特性 これらの電池につき、3〜2Vの間で定電圧充
電−20kΩ定抵抗放電を反復し、このときの各サ
イクルにおける電池の容量維持率(%:初期容量
を100とする)を測定した。その結果を第2図に
示した。 また、3.5〜2.0Vの間で定電圧充電−20kΩ定抵
抗放電を反復し、そのときの各サイクルにおける
電池の容量維持率を測定して過充電サイクル評価
を行なつた。その結果を第3図に示した。 さらに、20℃貯蔵中の自己放電評価実験を行な
い、貯蔵前の容量に対する容量維持率を測定し、
その結果を第4図に示した。 各図から明らかなように、本発明の電池は充放
電サイクル評価、過充電サイクル評価および自己
放電評価のいずれの場合においても放電が可能
で、またその容量の劣化が遅く充放電サイクル寿
命は著しく長くなることが判明した。 [発明の効果] 以上の説明で明らかなように、本発明の二次電
池は過充電に影響されることなく充放電サイクル
寿命が長く、また充電時にあつては活物質である
Li又はLiを主体とするアルカリ金属を安定した形
で担持体に定着せしめることができるため、安定
した高容量、すなわち大電流放電が可能となり、
さらに自己放電特性も良く信頼性の高い電池であ
るので、その工業的価値は大である。 なお、説明はボタン形構造の二次電池について
進めたが、本発明の技術思想はこの構造のものに
限定されるものではなく、例えば、円筒形、扁平
形、角形等の形状の非水溶媒二次電池に適用する
こともできる。
[Table] Regarding the structural units of this support, electron micrographs were taken in the same manner as in the examples, and the volume average particle size was calculated, and it was found to be larger than 500 Å. (4) Characteristics of each battery For these batteries, constant voltage charging and 20kΩ constant resistance discharging were repeated between 3 and 2V, and the capacity retention rate of the battery in each cycle (%: initial capacity is 100) ) was measured. The results are shown in Figure 2. In addition, overcharge cycle evaluation was performed by repeating constant voltage charging and 20 kΩ constant resistance discharging between 3.5 and 2.0 V, and measuring the capacity retention rate of the battery in each cycle. The results are shown in Figure 3. Furthermore, we conducted a self-discharge evaluation experiment during storage at 20℃ and measured the capacity retention rate relative to the capacity before storage.
The results are shown in Figure 4. As is clear from each figure, the battery of the present invention can be discharged in all cases of charge/discharge cycle evaluation, overcharge cycle evaluation, and self-discharge evaluation, and its capacity deteriorates slowly and the charge/discharge cycle life is significantly shortened. It turned out to be long. [Effects of the Invention] As is clear from the above explanation, the secondary battery of the present invention has a long charge/discharge cycle life without being affected by overcharging, and is an active material during charging.
Since Li or an alkali metal mainly composed of Li can be fixed on the carrier in a stable manner, stable high capacity, that is, large current discharge is possible.
Furthermore, since it is a highly reliable battery with good self-discharge characteristics, its industrial value is great. Although the explanation has been given regarding a secondary battery having a button-shaped structure, the technical idea of the present invention is not limited to this structure, and for example, non-aqueous solvents having a cylindrical, flat, or square shape may be used. It can also be applied to secondary batteries.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の一実施例であるボタン形構造
の非水溶媒二次電池の断面略図である。 1……正極缶、2……正極体、3……セパレー
タ(非水電解液)、4……負極体、5……負極缶、
6……絶縁パツキング、7……集電体。 第2図、第3図は本発明の実施例、比較例にお
ける電池の充放電サイクル−容量維持率との関係
を表わす図であり、第4図は20℃貯蔵中の自己放
電の様子を経過日数に対する容量維持率の値で示
したものである。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a button-shaped non-aqueous solvent secondary battery according to an embodiment of the present invention. 1... Positive electrode can, 2... Positive electrode body, 3... Separator (non-aqueous electrolyte), 4... Negative electrode body, 5... Negative electrode can,
6... Insulating packing, 7... Current collector. Figures 2 and 3 are diagrams showing the relationship between charge/discharge cycles and capacity retention rates of batteries in Examples and Comparative Examples of the present invention, and Figure 4 shows the progress of self-discharge during storage at 20°C. It is expressed as a value of capacity maintenance rate against the number of days.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 活物質と該活物質を担持する担持体とから成
る負極体を備えた非水溶媒二次電池において、 (A) 該活物質がリチウムまたはリチウムを主体と
するアルカリ金属であり、 (B) 該担持体が、 (i) 水素/炭素の原子比が0.15未満; (ii) 波長514Åのアルゴンイオンレーザ光を用
いたラマンスペクトル分析において、下記
式; G=1580±100cm-1の波数域におけるスペクトル強度
の積分値/1360±100cm-1の波数域におけるスペクトル
強度の積分値 で示されるG値が2.5未満; (iii) X線広角回折法による(002)面の面間隔
(d002)が3.37Å以上、C軸方向の結晶子の大
きさ(Lc)が150Å以下; (iv) 体積平均粒径が500Å以下; である炭素質物粒子を構成単位とし、かつ比表面
積が1m2/g以上であることを特徴とする非水溶
媒二次電池。
[Scope of Claims] 1. A non-aqueous solvent secondary battery equipped with a negative electrode body consisting of an active material and a carrier supporting the active material, wherein (A) the active material is lithium or an alkali metal mainly composed of lithium; (B) The support has (i) a hydrogen/carbon atomic ratio of less than 0.15; (ii) the following formula in Raman spectrum analysis using argon ion laser light with a wavelength of 514 Å; G = 1580 ± 100 cm Integral value of spectral intensity in wavenumber region of -1 /1360±100cm G value expressed as integral value of spectral intensity in wavenumber region of -1 is less than 2.5; (iii) Surface of (002) plane by X-ray wide-angle diffraction method A carbonaceous material particle having a spacing (d 002 ) of 3.37 Å or more and a crystallite size (Lc) in the C-axis direction of 150 Å or less; (iv) a volume average particle diameter of 500 Å or less; and a specific surface area of 1 m 2 /g or more.
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