JPWO2017047755A1 - Fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder, electrode sheet using the same, and electricity storage device using the same - Google Patents

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Abstract

リチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と、平均直径が5〜40nm、平均アスペクト比が10〜1000の繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含み、平均円形度が90%以上の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末であって、熱重量分析による測定から算出される、リチウムチタン複合酸化物粉末の質量に対する炭素の質量割合をAとし、Aの百分率表記をa(質量%)とし、X線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)をBとしたときに、aが0.1〜3質量%であり、B/Aが90〜200であり、前記球状二次粒子の平均圧縮強度が1〜25MPaである蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を提供する。  Fibrous carbon having spherical secondary particles including primary particles made of lithium-titanium composite oxide and fibrous carbon having an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000, and an average circularity of 90% or more A lithium-titanium composite oxide powder, calculated from measurement by thermogravimetric analysis, the mass ratio of carbon to the mass of the lithium-titanium composite oxide powder is A, and the percentage notation of A is a (mass%), When the atomic ratio of carbon to titanium (carbon / titanium) calculated from measurement by X-ray photoelectron spectroscopy is B, a is 0.1 to 3% by mass, and B / A is 90 to 200. A fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder for an electrode of an electricity storage device in which the spherical secondary particles have an average compressive strength of 1 to 25 MPa is provided.

Description

本発明は、蓄電デバイスの電極材料等として好適な繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、および、この繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を電極合剤層に用いた蓄電デバイスの電極シートと、この電極シートを用いた蓄電デバイスに関するものである。   The present invention relates to a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder suitable as an electrode material for an electrical storage device, and an electrode sheet for an electrical storage device using the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder in an electrode mixture layer And an electricity storage device using this electrode sheet.

近年、蓄電デバイスの電極材料として種々の材料が研究されている。その中でも、リチウムチタン複合酸化物は、負極の活物質として用いた場合に入出力特性に優れる蓄電デバイスを提供できるので、HEV、PHEV、BEVといった電気自動車用の蓄電デバイスの活物質材料として注目されている。   In recent years, various materials have been studied as electrode materials for power storage devices. Among them, lithium-titanium composite oxides can provide an electricity storage device with excellent input / output characteristics when used as an active material for a negative electrode, and thus are attracting attention as an active material material for electricity storage devices for electric vehicles such as HEV, PHEV, and BEV. ing.

しかしながら、リチウムチタン複合酸化物などのリチウム含有酸化物は一般に導電性が低いことから、導電性を向上させる目的で、これらのリチウム含有酸化物に炭素質物質などの導電剤を添加し複合化することが提案されている。炭素質物質としては、黒鉛粉末、アセチレンブラックなどの粉末状炭素や、カーボンナノチューブ(CNT)やカーボンナノファイバー(CNF)などの繊維状炭素などがあるが、繊維状炭素は、少ない添加量でも導電性を向上させることが可能なため、このような導電剤として適した材料である。また、炭素質物質が複合化された活物質材料で球状二次粒子を形成すれば、このような球状二次粒子を含む粉末はスラリー化や塗工が容易なため、電極材料として適している。したがって、リチウムチタン複合酸化物と繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含む繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、蓄電デバイスの電極材料として好適である。   However, since lithium-containing oxides such as lithium-titanium composite oxides generally have low conductivity, a conductive agent such as a carbonaceous material is added to these lithium-containing oxides for the purpose of improving conductivity. It has been proposed. Examples of carbonaceous materials include powdered carbon such as graphite powder and acetylene black, and fibrous carbon such as carbon nanotubes (CNT) and carbon nanofibers (CNF). Therefore, it is a material suitable as such a conductive agent. In addition, if spherical secondary particles are formed of an active material material in which a carbonaceous material is combined, a powder containing such spherical secondary particles is suitable for an electrode material because it can be easily slurried and applied. . Therefore, fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder containing spherical secondary particles containing lithium titanium composite oxide and fibrous carbon is suitable as an electrode material for an electricity storage device.

Tiを含まないリチウム含有酸化物に関する従来技術ではあるが、特許文献1には、マンガン酸リチウム粒子とカーボンナノチューブ(CNT)とを含む球状二次粒子から構成される正極用複合材料が開示され、この正極用複合材料が適用されたリチウムイオン電池が、カーボンナノチューブ(CNT)ではなくカーボンブラックにより複合化された球状二次粒子から構成される正極用複合材料や、マンガン酸リチウム粒子と、凝集した繊維状炭素の粒子とを含む正極用材料が適用されたリチウムイオン電池に比べて、内部抵抗が小さいことが示されている。   Although it is the prior art regarding the lithium containing oxide which does not contain Ti, in patent document 1, the composite material for positive electrodes comprised from the spherical secondary particle containing lithium manganate particle | grains and a carbon nanotube (CNT) is disclosed, A lithium ion battery to which this positive electrode composite material was applied was agglomerated with a positive electrode composite material composed of spherical secondary particles combined with carbon black instead of carbon nanotubes (CNT), and lithium manganate particles. It has been shown that the internal resistance is smaller than that of a lithium ion battery to which a positive electrode material containing fibrous carbon particles is applied.

LiおよびTiを含むリチウムチタン複合酸化物に繊維状炭素が複合化された球状二次粒子を含む電極用材料については特許文献2に開示されており、チタン酸リチウムの一次粒子の凝集体と、カーボンナノチューブ(CNT)とを含有する球状の顆粒状複合体が、単に炭素被覆されただけの顆粒状複合体より体積抵抗が低いことが示されている。   An electrode material including spherical secondary particles in which fibrous carbon is combined with lithium titanium composite oxide containing Li and Ti is disclosed in Patent Document 2, and an aggregate of primary particles of lithium titanate; It has been shown that spherical granular composites containing carbon nanotubes (CNT) have a lower volume resistance than granular composites that are simply carbon coated.

このように、リチウムチタン複合酸化物に繊維状炭素を複合化して、球状二次粒子を含む粉末にし、それを負極用材料として用いることで、負極の導電性が改善し、蓄電デバイスの入出力特性はさらに向上する。   Thus, by combining fibrous carbon with lithium-titanium composite oxide to form a powder containing spherical secondary particles and using it as a negative electrode material, the negative electrode conductivity is improved, and the input / output of the electricity storage device The characteristics are further improved.

特許第5377946号公報Japanese Patent No. 5377946 特開2014−29863号公報JP 2014-29863 A

一方で、リチウムチタン複合酸化物を電気自動車用の蓄電デバイスの負極活物質材料に用いる場合、例えばチタン酸リチウムは、Li金属に対して1V以上も高い電圧で充放電するため、急速充電を行ってもリチウム金属が析出しにくいという長所を有している反面、エネルギー密度が理論的に低いという弱点がある。したがって、チタン酸リチウムなどのリチウムチタン複合酸化物を負極活物質材料に用いる場合は、電極(負極)を少しでも高密度化したいという要求がある。しかし、単純に電極作製時のプレス圧を高めて電極合剤層を高密度化すると、高温で充放電サイクルさせた場合の容量維持率の低下や、ガス発生量の著しい増大という問題が生じる。そのため、このままでは、例えば10年以上のような長期にわたり性能が低下しないことが強く要求される電気自動車用の蓄電デバイスの活物質材料として、リチウムチタン複合酸化物を適用することは困難である。   On the other hand, when lithium titanium composite oxide is used as a negative electrode active material for an electric storage device for an electric vehicle, for example, lithium titanate is charged and discharged at a voltage higher than 1 V with respect to Li metal. However, although it has an advantage that lithium metal is difficult to precipitate, it has a weak point that its energy density is theoretically low. Therefore, when a lithium titanium composite oxide such as lithium titanate is used for the negative electrode active material, there is a demand for increasing the density of the electrode (negative electrode) as much as possible. However, when the electrode mixture layer is simply densified by increasing the press pressure during electrode production, there are problems such as a decrease in capacity retention rate and a significant increase in the amount of gas generated when a charge / discharge cycle is performed at a high temperature. Therefore, as it is, it is difficult to apply the lithium titanium composite oxide as an active material of an electric storage device for an electric vehicle that is strongly required not to deteriorate in performance for a long period of time such as 10 years or longer.

また、特許文献2に開示されているような、リチウムチタン複合酸化物と繊維状炭素とを含む球状二次粒子(顆粒状複合体)を含む粉末を負極用材料として用いると、蓄電デバイスの入出力特性は改善されるものの、上述した高温充放電サイクル後の容量維持率の低下やガス発生量の増大は、より顕著になることが判明した。   In addition, when a powder containing spherical secondary particles (granular composite) containing lithium titanium composite oxide and fibrous carbon as disclosed in Patent Document 2 is used as the negative electrode material, Although the output characteristics are improved, it has been found that the decrease in the capacity retention rate and the increase in the amount of gas generation after the high-temperature charge / discharge cycle described above become more remarkable.

そこで本発明は、高温環境下での充放電サイクル特性に優れ、充放電サイクル後のガス発生量が少ない炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、それを含む蓄電デバイスの電極シート、その電極シートが用いられた蓄電デバイスを提供することを課題とする。   Therefore, the present invention uses a carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder that is excellent in charge / discharge cycle characteristics under a high-temperature environment and has a small amount of gas generation after the charge / discharge cycle, an electrode sheet of an electricity storage device including the same, and an electrode sheet thereof It is an object to provide a stored electricity storage device.

本発明者らは、前記の課題について検討した結果、リチウムチタン複合酸化物と繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含む繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を蓄電デバイスに適用した場合に、このような蓄電デバイスにおける、高温充放電サイクル後の容量維持率の低下やガス発生量の増大の原因の一つが、球状二次粒子の表面近傍に繊維状炭素が凝集して局在化することにあることを突き止めた。そして、これに対し、リチウムチタン複合酸化物の原料の粒度分布を特定の値以下にした上で繊維状炭素と混合し、球状に造粒し焼成することによって、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を調製することで、その繊維状炭素の凝集による局在化を解消できることを見出した。   As a result of examining the above problems, the present inventors have applied a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder containing spherical secondary particles containing a lithium titanium composite oxide and fibrous carbon to an electricity storage device. In such electricity storage devices, one of the causes of the decrease in capacity retention rate and increase in gas generation after high-temperature charge / discharge cycles is that the fibrous carbon aggregates and localizes near the surface of the spherical secondary particles. I found out that there was. On the other hand, after making the particle size distribution of the raw material of the lithium titanium composite oxide below a specific value, it is mixed with fibrous carbon, granulated into a spherical shape and calcined, thereby producing a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide. It was found that the localization due to the aggregation of the fibrous carbon can be eliminated by preparing the product powder.

本発明者らは、さらに前記の課題を解決すべく検討した結果、リチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と、平均直径と平均アスペクト比が特定の範囲である繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含む、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末において、熱重量分析による測定から算出される炭素含有率(質量%)と、X線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)が特定の範囲であり、前記球状二次粒子の平均圧縮強度が特定の範囲である繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末が、高温における充放電サイクル寿命が長く、高温環境下における充放電サイクル後のガス発生量が少ないことを見出して本発明を完成した。すなわち、本発明は以下の事項に関する。   As a result of further study to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that a spherical secondary containing primary particles composed of a lithium titanium composite oxide and fibrous carbon having an average diameter and an average aspect ratio in a specific range. In the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder containing particles, the carbon content (mass%) calculated from the measurement by thermogravimetric analysis and the carbon and titanium calculated from the measurement by X-ray photoelectron spectroscopy analysis The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder having an atomic ratio (carbon / titanium) in a specific range and an average compressive strength of the spherical secondary particles in a specific range has a long charge / discharge cycle life at high temperature, The present invention was completed by finding that the amount of gas generated after a charge / discharge cycle in a high temperature environment was small. That is, the present invention relates to the following matters.

(1) LiおよびTiを含むリチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と、平均直径が5〜40nmで、平均アスペクト比が10〜1000である繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含み、平均円形度が90%以上の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末であって、前記繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末における、熱重量分析による測定から算出される、リチウムチタン複合酸化物粉末の質量に対する炭素の質量割合をAとし、Aの百分率表記をa(質量%)とし、X線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)をBとしたときに、aが0.1〜3質量%であり、B/Aが90〜200であり、前記球状二次粒子の平均圧縮強度が1〜25MPaであることを特徴とする蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。   (1) Spherical secondary particles including primary particles made of lithium-titanium composite oxide containing Li and Ti, and fibrous carbon having an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000 are included. Lithium titanium composite oxide powder, which is a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder having a circularity of 90% or more, calculated from thermogravimetric analysis in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder The mass ratio of carbon to the mass of A is A, the percentage notation of A is a (mass%), and the atomic ratio of carbon and titanium (carbon / titanium) calculated from measurement by X-ray photoelectron spectroscopy is B. Sometimes, a is 0.1 to 3% by mass, B / A is 90 to 200, and the average compressive strength of the spherical secondary particles is 1 to 25 MPa. Electrode for fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the device.

(2) 前記リチウムチタン複合酸化物が、LiTi12を主成分とするチタン酸リチウムであることを特徴とする(1)の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。(2) The lithium titanium composite oxide is lithium titanate containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component, and the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide for an electrode of an electricity storage device according to (1) Powder.

(3) 1−メチル−2−ピロリドン吸油量が55ml/100g〜160ml/100gであることを特徴とする(1)または(2)の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。   (3) The fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder for an electrode of an electricity storage device according to (1) or (2), wherein the 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption is 55 ml / 100 g to 160 ml / 100 g .

(4) 前記リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBETが0.03〜0.6μmであることを特徴とする(1)〜(3)いずれかの蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。(4) The specific surface area equivalent diameter D BET of the lithium-titanium composite oxide powder is 0.03 to 0.6 μm, (1) to (3) Fibrous carbon for electrode of any one of the electricity storage devices Containing lithium titanium composite oxide powder.

(5) 前記繊維状炭素が、そのグラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、前記繊維状炭素は、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成することにより構成されていることを特徴とする(1)〜(4)いずれかの蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。   (5) The above-mentioned fibrous carbon is formed by stacking 2 to 30 bell-like structural units having a top portion with a closed graphite mesh surface and a trunk portion with an open lower portion, sharing a central axis. A plurality of bell-shaped structural unit aggregates, and the fibrous carbon is formed by connecting a plurality of bell-shaped structural unit aggregates at intervals in a head-to-tail manner to form fibers. A fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of an electricity storage device according to any one of (1) to (4).

(6) 前記リチウムチタン複合酸化物粉末の、LiTi12の(111)面のピーク半値幅からScherrerの式より算出される結晶子径をDとしたときに、Dが80nmより大きく、DBETとDの比DBET/D(μm/μm)が3以下であることを特徴とする(1)〜(5)いずれかの蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。(6) said lithium-titanium composite oxide powder, Li 4 Ti of 5 O 12 a crystallite size calculated from the Scherrer formula from the peak half width of the (111) plane is taken as D X, D X is 80nm The fibrous carbon-containing lithium for an electrode of any one of (1) to (5), wherein the ratio is larger and the ratio D BET / D X (μm / μm) of D BET to D X is 3 or less Titanium composite oxide powder.

(7) 前記球状二次粒子が非繊維状炭素を含むことを特徴とする(1)〜(6)いずれかの蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。   (7) The fibrous secondary carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of any one of (1) to (6), wherein the spherical secondary particles contain non-fibrous carbon.

(8) 集電体の片面または両面に電極合剤層を有する蓄電デバイスの電極シートであって、前記電極合剤層が、(1)〜(7)いずれかの蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を含む蓄電デバイスの電極シート。   (8) An electrode sheet of an electricity storage device having an electrode mixture layer on one side or both sides of a current collector, wherein the electrode mixture layer is a fibrous form for an electrode of any one of (1) to (7) The electrode sheet | seat of the electrical storage device containing carbon containing lithium titanium complex oxide powder.

(9) 前記電極合剤層の電解液保液率が0.7cm/cm〜1cm/cmであり、前記電極合剤層の電極密度が1.9g/cm〜2.5g/cmであることを特徴とする(8)の蓄電デバイスの電極シート。(9) the electrolyte solution holding ratio of the electrode mixture layer is 0.7cm 3 / cm 3 ~1cm 3 / cm 3, the electrode density of the electrode mixture layer is 1.9 g / cm 3 to 2.5 g The electrode sheet of the electricity storage device according to (8), which is / cm 3 .

(10) 前記電極合剤層の、BET法により求める比表面積をS(m/g)とし、前記電極合剤層の電解液保液率(cm/cm)をLとしたときに、L/Sが0.2〜0.3であることを特徴とする(9)の蓄電デバイスの電極シート。(10) of the electrode mixture layer, the specific surface area determined by the BET method and S E (m 2 / g) , the electrolyte solution holding ratio of the electrode mixture layer (cm 3 / cm 3) was L E Sometimes, L E / S E is 0.2-0.3, (9) The electrode sheet of the electrical storage device characterized by the above-mentioned.

(11) (8)〜(10)いずれかの電極シートを含む蓄電デバイス。   (11) An electricity storage device comprising any one of the electrode sheets (8) to (10).

(12) (8)〜(10)いずれかの電極シートを含むリチウムイオン二次電池。   (12) A lithium ion secondary battery comprising the electrode sheet according to any one of (8) to (10).

(13) (8)〜(10)いずれかの電極シートを含むハイブリッドキャパシタ。   (13) A hybrid capacitor including any one of the electrode sheets (8) to (10).

(14) エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、および2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種以上の環状カーボネートを含む非水溶媒に、LiPF、LiBF、LiPO、およびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を含む電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることを特徴とする(11)の蓄電デバイス。(14) LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and non-aqueous solvent containing one or more cyclic carbonates selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate (11) The electrical storage device according to (11), wherein a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt containing at least one lithium salt selected from LiN (SO 2 F) 2 is dissolved is used.

(15) 前記非水電解液が、全電解質塩の濃度が0.5M以上2.0M以下であり、前記電解質塩として、少なくともLiPFを含み、更に0.001M以上1.0M以下のLiBF、LiPO、及びLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩が含まれる非水電解液であることを特徴とする(14)の蓄電デバイス。(15) The non-aqueous electrolyte has a total electrolyte salt concentration of 0.5 M or more and 2.0 M or less, includes at least LiPF 6 as the electrolyte salt, and further has LiBF 4 of 0.001 M or more and 1.0 M or less. (14) The electrical storage device according to (14), which is a non-aqueous electrolyte containing at least one lithium salt selected from LiPO 2 F 2 and LiN (SO 2 F) 2 .

(16) 前記非水電解液が、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、およびジブチルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の対称鎖状カーボネートと、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、およびエチルプロピルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の非対称鎖状カーボネートと、をさらに含むことを特徴とする(14)または(15)の蓄電デバイス。   (16) The non-aqueous electrolyte is one or more symmetrical chain carbonates selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate, and methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate (14) or (15), further comprising one or more asymmetric chain carbonates selected from the group consisting of methyl butyl carbonate, and ethyl propyl carbonate.

本発明によれば、蓄電デバイスの電極材料として適用した場合に、高温における充放電サイクル寿命が長く、充放電サイクル後のガス発生量が少ない繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、それを含む蓄電デバイスの電極シート、その電極シートが用いられた蓄電デバイスを提供することができる。   According to the present invention, when applied as an electrode material for an electricity storage device, a fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder having a long charge / discharge cycle life at a high temperature and a small amount of gas generation after the charge / discharge cycle is included. An electrode sheet for an electricity storage device and an electricity storage device using the electrode sheet can be provided.

(繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末)
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、LiおよびTiを含むリチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と、平均直径が5〜40nmで、平均アスペクト比が10〜1000である繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含み、平均円形度が90%以上の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末であって、前記繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末における、熱重量分析による測定から算出される、リチウムチタン複合酸化物粉末の質量に対する炭素の質量割合をAとし、Aの百分率表記をa(質量%)とし、X線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)をBとしたときに、aが0.1〜3質量%であり、B/Aが90〜200であり、前記球状二次粒子の平均圧縮強度が1〜25MPaであることを特徴とする蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末である。
(Fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder)
The fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention is a primary particle composed of a lithium-titanium composite oxide containing Li and Ti, and a fibrous form having an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000. A fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder containing spherical secondary particles containing carbon and having an average circularity of 90% or more, according to thermogravimetric analysis in the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder The mass ratio of carbon to the mass of the lithium titanium composite oxide powder calculated from the measurement is A, the percentage notation of A is a (mass%), and the carbon and titanium calculated from the measurement by X-ray photoelectron spectroscopy analysis When the atomic ratio (carbon / titanium) is B, a is 0.1 to 3% by mass, B / A is 90 to 200, and the average pressure of the spherical secondary particles Strength is an electrode for fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the electric storage device, which is a 1~25MPa.

なお、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、前記球状二次粒子からなることが好ましいが(すなわち、実質的に、前記球状二次粒子から構成されることが好ましいが)、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末が適用された蓄電デバイスの特性に影響が生じない程度に、前記球状二次粒子以外の成分、たとえば、繊維状炭素、ならびに、リチウムチタン複合酸化物粒子および繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粒子などの、前記球状二次粒子以外の粒子を含んでも良い。   The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is preferably composed of the spherical secondary particles (that is, preferably substantially composed of the spherical secondary particles), Components other than the spherical secondary particles, for example, fibrous carbon, and lithium titanium composite oxidation, to the extent that the characteristics of the electricity storage device to which the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is applied are not affected. Particles other than the spherical secondary particles such as product particles and fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide particles may also be included.

本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる球状二次粒子は、LiおよびTiを含むリチウムチタン複合酸化物(以下、リチウムチタン複合酸化物と記すことがある)からなる一次粒子と、繊維状炭素とを含む。以下、リチウムチタン複合酸化物とその物性、繊維状炭素、球状二次粒子とその物性、そして、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の物性の順に、これらについて説明する。   The spherical secondary particles contained in the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention are primary particles made of lithium-titanium composite oxide containing Li and Ti (hereinafter sometimes referred to as lithium-titanium composite oxide). And fibrous carbon. Hereinafter, these will be described in the order of the lithium titanium composite oxide and its physical properties, fibrous carbon, spherical secondary particles and their physical properties, and the physical properties of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder.

[リチウムチタン複合酸化物]
本発明の前記球状二次粒子に含まれるリチウムチタン複合酸化物としては、LiおよびTiを含む酸化物であり、蓄電デバイスの電極に適用できる化合物であれば特に限定されないが、例えば、スピネル構造を有するリチウムチタン酸化物、ラムステライド型リチウムチタン酸化物などが挙げられ、これらのLiおよびTiのサイトの一部が他の金属元素で置換されたリチウムチタン複合酸化物であっても良い。本発明のリチウムチタン複合酸化物としては、LiTi12を主成分とするチタン酸リチウムであることが好ましい。LiTi12は、蓄電デバイスの電極に活物質として適用した場合に、Liイオンの挿入・脱離に伴う体積変化が小さいため結晶構造維持に優れ、充放電サイクルによる劣化が比較的少ない。また、炭素材料に比較し、リチウムイオンの挿入・脱離の電位が貴であるため、低温でのリチウム金属の析出、負極活物質による溶媒の還元分解が抑制され、安全性が高いことが知られている。ここで、LiTi12を主成分とするとは、X線回折法によって測定されるピークのうち、LiTi12の(111)面由来のピークの強度を100としたときに、アナターゼ型二酸化チタンの(101)面由来のピークの強度が5以下であり、ルチル型二酸化チタンの(110)面由来のピークの強度が5以下であり、LiTiOの(−133)面由来のピークの強度に100/80を乗じて算出した値(LiTiOの(002)面のピークの強度に相当)が5以下であることを言う。また、LiTi12を主成分とするとは、LiTi12の完全結晶を使用することを必ずしも意味するものではない。
[Lithium titanium composite oxide]
The lithium-titanium composite oxide contained in the spherical secondary particles of the present invention is not particularly limited as long as it is an oxide containing Li and Ti and can be applied to an electrode of an electricity storage device. For example, a spinel structure is used. Lithium titanium oxide, ramsteride type lithium titanium oxide, and the like, and a lithium titanium composite oxide in which a part of the sites of Li and Ti are substituted with other metal elements may be used. The lithium titanium composite oxide of the present invention is preferably lithium titanate mainly composed of Li 4 Ti 5 O 12 . When Li 4 Ti 5 O 12 is applied as an active material to an electrode of an electricity storage device, the volume change associated with insertion / desorption of Li ions is small, so that the crystal structure is excellent and the deterioration due to charge / discharge cycles is relatively small. . In addition, compared to carbon materials, the lithium ion insertion / desorption potential is noble, so lithium metal precipitation at low temperatures and reductive decomposition of the solvent by the negative electrode active material are suppressed, which is known to be highly safe. It has been. Here, Li 4 Ti 5 O 12 is the main component when the intensity of the peak derived from the (111) plane of Li 4 Ti 5 O 12 is 100 among the peaks measured by the X-ray diffraction method. The intensity of the peak derived from the (101) plane of anatase-type titanium dioxide is 5 or less, the intensity of the peak derived from the (110) plane of rutile-type titanium dioxide is 5 or less, and (-133) of Li 2 TiO 3 The value calculated by multiplying the intensity of the peak derived from the plane by 100/80 (corresponding to the peak intensity of the (002) plane of Li 2 TiO 3 ) is 5 or less. Moreover, using Li 4 Ti 5 O 12 as a main component does not necessarily mean that a complete crystal of Li 4 Ti 5 O 12 is used.

X線回折測定により得られるLiTi12の(111)面由来のピーク、アナターゼ型二酸化チタンの(101)面由来のピーク、ルチル型二酸化チタンの(110)面由来のピーク、およびLiTiOの(002)面由来のピークは、それぞれ各結晶相のメインピークである。本発明において、LiTiOについてのみ、LiTiOのメインピークである(002)面由来のピークに代えて、LiTiOの(−133)面由来のピークの強度に100/80を乗じて算出した値を用いるものとし、これをLiTiOのメインピークである(002)面相当のピークの強度とするものであるが、その理由としては、LiTiOのメインピークである(002)面由来のピークがLi4/3Ti5/3の(111)面由来のピークの裾野と重なってピーク分離処理が必要になることがあるのに対し、LiTiOの(−133)面由来のピークは他の構成相由来のピークと重ならないので、より簡単にLiTiOのメインピーク相当の強度を算出するためである。また、100/80を乗じるのは、これらのピーク強度比に基づくものである。Peak derived from (111) plane of Li 4 Ti 5 O 12 obtained by X-ray diffraction measurement, peak derived from (101) plane of anatase type titanium dioxide, peak derived from (110) plane of rutile type titanium dioxide, and Li peak derived from 2 TiO 3 of (002) plane is the main peak of each crystal phase, respectively. In the present invention, the Li 2 TiO 3 only, instead of the peak derived from the main peak of Li 2 TiO 3 (002) plane, the intensity of the peak derived from Li 2 TiO 3 of (-133) plane 100/80 Is used as the intensity of the peak corresponding to the (002) plane, which is the main peak of Li 2 TiO 3. The reason for this is the main peak of Li 2 TiO 3 . in it (002), whereas it may be necessary to peak separation peak derived from surface overlap with the base of the peak derived from (111) plane of Li 4/3 Ti 5/3 O 4, Li 2 TiO This is because the peak derived from the (−133) plane of No. 3 does not overlap with peaks derived from other constituent phases, and thus the intensity corresponding to the main peak of Li 2 TiO 3 is more easily calculated. Also, multiplying by 100/80 is based on these peak intensity ratios.

本発明のリチウムチタン複合酸化物がLiTi12を主成分とするチタン酸リチウムである場合、本発明のチタン酸リチウムにおいては、Tiに対するLiの原子比Li/Tiは、0.75〜0.90であることが好ましい。この範囲内であると、チタン酸リチウム中におけるLiTi12の割合が多くなり、本発明のチタン酸リチウムが電極材料として適用された蓄電デバイスの初期充放電容量が大きくなる。この観点から、原子比Li/Tiは、より好ましくは0.77以上であり、更に好ましくは0.78以上であり、特に好ましくは0.79以上である。また、より好ましくは0.89以下であり、更に好ましくは0.88以下である。When the lithium titanium composite oxide of the present invention is lithium titanate containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component, the atomic ratio Li / Ti of Li to Ti in the lithium titanate of the present invention is 0.75. It is preferable that it is -0.90. Within this range, the proportion of Li 4 Ti 5 O 12 in the lithium titanate increases, and the initial charge / discharge capacity of the electricity storage device to which the lithium titanate of the present invention is applied as an electrode material increases. From this viewpoint, the atomic ratio Li / Ti is more preferably 0.77 or more, still more preferably 0.78 or more, and particularly preferably 0.79 or more. Further, it is more preferably 0.89 or less, and still more preferably 0.88 or less.

<リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBET
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBETは、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末より、繊維状炭素を含む炭素質物質を除去した後のリチウムチタン複合酸化物粉末の、BET法により求める比表面積から算出される比表面積相当径である。炭素質物質の除去方法としては、特に限定されないが、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末より、繊維状炭素を含む炭素質物質が除去でき、リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積が変化しない手段であれば良い。その手段としては、大気下などの酸素共存下で、リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積が変化しない条件での熱処理、例えば、450〜550℃で、1〜4時間の熱処理を行うことが好ましい。
<Specific surface area equivalent diameter D BET of lithium titanium composite oxide powder>
The specific surface area equivalent diameter D BET of the lithium-titanium composite oxide powder of the present invention is the lithium-titanium composite oxide after removing the carbonaceous material containing fibrous carbon from the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention. It is a specific surface area equivalent diameter calculated from the specific surface area calculated | required by BET method of a product powder. The method for removing the carbonaceous material is not particularly limited, but the carbonaceous material containing fibrous carbon can be removed from the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder, and the specific surface area of the lithium titanium composite oxide powder does not change. Any means can be used. As the means, it is preferable to perform a heat treatment under conditions where the specific surface area of the lithium titanium composite oxide powder does not change under the coexistence of oxygen such as in the air, for example, a heat treatment at 450 to 550 ° C. for 1 to 4 hours. .

本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBETは、特に限定されないが、0.03μm〜0.6μmであることが好ましい。DBETが0.03μm〜0.6μmであれば、蓄電デバイスの充放電容量をより大きくすることができる。ただし、本発明においては、DBETの値は、このような範囲に特に限定されるものではない。また、DBETは0.03〜0.4μmであることが特に好ましく、この範囲であれば蓄電デバイスの入力特性もより向上する。The specific surface area equivalent diameter D BET of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is not particularly limited, but is preferably 0.03 μm to 0.6 μm. When D BET is 0.03 μm to 0.6 μm, the charge / discharge capacity of the electricity storage device can be further increased. However, in the present invention, the value of D BET is not particularly limited to such a range. Further, D BET is particularly preferably 0.03 to 0.4 μm, and input characteristics of the electricity storage device are further improved within this range.

<リチウムチタン複合酸化物粉末の結晶子径D
本発明においては、リチウムチタン複合酸化物粉末のLiTi12の(111)面のピーク半値幅からScherrerの式より算出される結晶子径をDとする。本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末のDは、特に限定されないが、80nm以上であることが好ましい。Dが80nm以上であると、リチウムイオンが粒界を移動するときの抵抗の影響を最小限に抑えることができ、粒界をリチウムイオンが移動することで生じる分極増加による電池性能の低下をより適切に抑制できる。またDは、特に限定されないが、500nm以下であることが好ましい。Dが500nm以下であれば粒子内部の拡散抵抗の影響を最小限に抑えることができ、粒子内部をリチウムイオンが移動することで生じる分極増加による電池性能の低下をより適切に抑制できる。ただし、本発明においては、Dの値は、このような範囲に特に限定されるものではない。Dの測定方法については、後述の実施例にて詳細に説明する。なお、リチウムチタン複合酸化物粉末の結晶子径Dについては、DBETとは異なり、炭素質物質の存在がその測定結果に影響を与えないため、本発明においては繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を対象にして測定を行う。
<Crystal Diameter D X of Lithium Titanium Composite Oxide Powder>
In the present invention, the crystallite diameter calculated from the Scherrer equation from the peak half-value width of the (111) plane of Li 4 Ti 5 O 12 of the lithium titanium composite oxide powder is defined as D X. D X of the lithium-titanium composite oxide powder of the present invention is not particularly limited, it is preferably 80nm or more. When D X is at 80nm or more, it is possible to minimize the effects of resistance when the lithium ions move grain boundary, deterioration in battery performance due to polarization increases caused by the grain boundaries lithium ion moves It can suppress more appropriately. The D X is not particularly limited, it is preferably 500nm or less. D X it is possible to minimize the influence of the diffusion resistance of the interior of the particles as long as 500nm or less, more appropriately suppress a decrease in battery performance due to polarization increases caused by the internal particles of lithium ions to move. However, in the present invention, the value of D X is not particularly limited to this range. A method for measuring the D X, described in detail in Examples below. In addition, regarding the crystallite diameter D X of the lithium titanium composite oxide powder, unlike the D BET , the presence of the carbonaceous material does not affect the measurement result. Therefore, in the present invention, the fibrous carbon-containing lithium titanium composite is used. Measurement is performed on oxide powder.

<リチウムチタン複合酸化物粉末のDBETとDの比DBET/D(μm/μm)>
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末のDBETとDの比DBET/D(μm/μm)は、特に限定されないが、2以下であることが好ましく、1.5以下であることが特に好ましい。DBET/Dが小さいほど、本発明の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末が電極材料として適用された蓄電デバイスの入出力特性をより高めることができる。ただし、本発明においては、DBET/D(μm/μm)の値は、上記範囲に特に限定されるものではない。
<Ratio of D BET and D X of lithium titanium composite oxide powder D BET / D X (μm / μm)>
The ratio D BET / D X (μm / μm) of D BET and D X of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is not particularly limited, but is preferably 2 or less, and preferably 1.5 or less. Particularly preferred. As D BET / D X is smaller, the input / output characteristics of the electricity storage device to which the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of the present invention is applied as an electrode material can be further enhanced. However, in the present invention, the value of D BET / D X (μm / μm) is not particularly limited to the above range.

[繊維状炭素]
本発明の繊維状炭素は、平均直径が5〜40nmで、平均アスペクト比が10〜1000である。繊維状炭素の平均直径が5nm未満の場合は、炭素繊維が凝集するため、高温環境下における充放電サイクル特性や充放電サイクル後のガス発生を向上させることができない。一方、繊維状炭素の平均直径が40nmより大きい場合は導電性の改善効果が小さい。また、繊維状炭素の平均アスペクト比が10未満の場合は、導電性の改善効果が小さい。導電性の改善効果をより高めるという観点から、繊維状炭素の平均アスペクト比は、好ましくは30以上、より好ましくは50以上である。一方、繊維状炭素の平均アスペクト比が1000より大きい場合は、炭素繊維が凝集するため、高温環境下における充放電サイクル特性の向上や充放電サイクル後のガス発生を効果的に抑制することができない。高温環境下における充放電サイクル特性をより高めることができ、また、充放電サイクル後のガス発生をより低減できるという観点から、繊維状炭素の平均アスペクト比は、好ましくは500以下、さらに好ましくは200以下である。繊維状炭素の平均直径と平均アスペクト比の測定方法については、後述の実施例にて詳細に説明する。本発明の繊維状炭素としては、この平均直径と平均アスペクト比を有する繊維状炭素であれば特に限定されないが、例えば、単層および多層カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバーなどが挙げられる。特に好ましい繊維状炭素は、特開2012―46864などに記載されている、そのグラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成することにより構成されていることを特徴とする繊維状炭素である。本発明の繊維状炭素がこのような特に好ましい態様の繊維状炭素である場合は、特に電極中での分散状態が良好である。
[Fibrous carbon]
The fibrous carbon of the present invention has an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000. When the average diameter of the fibrous carbon is less than 5 nm, the carbon fibers are aggregated, so that it is not possible to improve charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and gas generation after the charge / discharge cycle. On the other hand, when the average diameter of the fibrous carbon is larger than 40 nm, the effect of improving the conductivity is small. Moreover, when the average aspect ratio of fibrous carbon is less than 10, the electrical conductivity improving effect is small. From the viewpoint of further enhancing the effect of improving conductivity, the average aspect ratio of the fibrous carbon is preferably 30 or more, more preferably 50 or more. On the other hand, when the average aspect ratio of the fibrous carbon is larger than 1000, the carbon fibers are aggregated, so that improvement of charge / discharge cycle characteristics under high temperature environment and generation of gas after the charge / discharge cycle cannot be effectively suppressed. . The average aspect ratio of the fibrous carbon is preferably 500 or less, more preferably 200, from the viewpoint that the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment can be further improved and gas generation after the charge / discharge cycle can be further reduced. It is as follows. A method for measuring the average diameter and the average aspect ratio of the fibrous carbon will be described in detail in Examples described later. The fibrous carbon of the present invention is not particularly limited as long as it is fibrous carbon having this average diameter and average aspect ratio, and examples thereof include single-walled and multi-walled carbon nanotubes and carbon nanofibers. Particularly preferred fibrous carbon is a bell-shaped structural unit described in JP 2012-46864 A, which has a top portion with a closed graphite mesh surface and a body portion with an open bottom, sharing a central axis. A plurality of bell-like structural unit assemblies formed by stacking in layers, and a plurality of the bell-like structural unit assemblies are connected at intervals in a head-to-tail manner to form fibers. It is fibrous carbon characterized by being comprised by these. When the fibrous carbon of the present invention is such a particularly preferred embodiment, the dispersed state in the electrode is particularly good.

[球状二次粒子]
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は球状二次粒子を含んでおり、この球状二次粒子は、上述のリチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と繊維状炭素とを含む。ここでいう球状二次粒子とは、二次粒子の外観が球状に近似した形状、すなわち略球状であれば良く、完全な球状(真球状)に限定されるものではない。本発明の球状二次粒子には、部分的に凹凸がある粒子や、楕円球状などの球状に近い形状の粒子も含まれる。
[Spherical secondary particles]
The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention contains spherical secondary particles, and the spherical secondary particles contain primary particles composed of the above-described lithium titanium composite oxide and fibrous carbon. The spherical secondary particles referred to here are not limited to perfect spheres (true spheres) as long as the appearance of the secondary particles is similar to a sphere, that is, substantially spherical. The spherical secondary particles of the present invention include particles that are partially uneven, and particles that are nearly spherical, such as elliptical spheres.

<球状二次粒子の平均圧縮強度>
本発明の球状二次粒子の平均圧縮強度は1〜25MPaである。球状二次粒子の平均圧縮強度がこの範囲であれば、蓄電デバイスの高温環境下での充放電サイクル特性を向上させることができ、充放電サイクル後のガス発生量を抑制することもできる。このような効果が得られるのは、球状二次粒子の平均圧縮強度がこの範囲であれば、電極合剤層を形成したときに、電極合剤層においても、繊維状炭素が局在化せず、かつ、リチウムチタン複合酸化物同士、あるいはリチウムチタン複合酸化物と繊維状炭素の接触面積が大きくなるためであると推察される。ここで、球状二次粒子の平均圧縮強度を25MPa以下にすることは、電極合剤層の高密度化、すなわち高エネルギー密度化に対しても効果的である。上記の観点から、平均圧縮強度の下限は、好ましくは2MPa以上、より好ましくは3MPa以上であり、平均圧縮強度の上限は、好ましくは20MPa以下、より好ましくは15MPa以下、さらに好ましくは10MPa以下である。前記球状二次粒子の平均圧縮強度の測定方法は後述の実施例にて説明する。
<Average compressive strength of spherical secondary particles>
The average compressive strength of the spherical secondary particles of the present invention is 1 to 25 MPa. When the average compressive strength of the spherical secondary particles is within this range, the charge / discharge cycle characteristics of the electricity storage device under a high temperature environment can be improved, and the amount of gas generated after the charge / discharge cycle can be suppressed. Such an effect is obtained when the average compressive strength of the spherical secondary particles is within this range, and when the electrode mixture layer is formed, the fibrous carbon is also localized in the electrode mixture layer. In addition, it is presumed that the contact area between the lithium titanium composite oxides or between the lithium titanium composite oxide and the fibrous carbon increases. Here, setting the average compressive strength of the spherical secondary particles to 25 MPa or less is also effective for increasing the density of the electrode mixture layer, that is, increasing the energy density. From the above viewpoint, the lower limit of the average compressive strength is preferably 2 MPa or more, more preferably 3 MPa or more, and the upper limit of the average compressive strength is preferably 20 MPa or less, more preferably 15 MPa or less, and further preferably 10 MPa or less. . A method for measuring the average compressive strength of the spherical secondary particles will be described in the examples described later.

<繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の平均円形度>
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、上述の球状二次粒子を含み、平均円形度が90%以上である。平均円形度が90%未満の場合は、それを適用した蓄電デバイスの入出力特性が低下する。この理由としては、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を他の電極構成材料と混合して塗料化した際に、その塗料中の繊維状炭素の分散性が悪くなり、電極合剤層において繊維状炭素が局在化することによると推察される。塗料化の際に、円形度が低い、いびつな形状の二次粒子からは、粒子表面近傍の繊維状炭素やリチウムチタン複合酸化物の一次粒子が脱落しやすいためであると思われる。蓄電デバイスの入出力特性をより高めるという観点から、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の平均円形度は95%以上であることが好ましい。平均円形度の測定方法は後述の実施例にて説明する。
<Average circularity of fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder>
The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention contains the above-described spherical secondary particles, and has an average circularity of 90% or more. When the average circularity is less than 90%, the input / output characteristics of the electricity storage device to which the average circularity is applied are deteriorated. The reason for this is that when the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder is mixed with another electrode constituent material to form a paint, the dispersibility of the fibrous carbon in the paint deteriorates, and the electrode mixture layer It is assumed that the fibrous carbon is localized. This is probably because the primary particles of fibrous carbon and lithium titanium composite oxide in the vicinity of the particle surface easily fall off from the irregular secondary particles with low circularity during coating. From the viewpoint of further improving the input / output characteristics of the electricity storage device, the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention has an average circularity of 95% or more of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. Preferably there is. A method for measuring the average circularity will be described in Examples described later.

<繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末における、熱重量分析による測定から算出される炭素含有率、およびX線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比>
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、熱重量分析による測定から算出される、リチウムチタン複合酸化物粉末の質量に対する炭素の質量割合をAとし、Aの百分率表記をa(質量%)とし、X線光電子分光分析により測定される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)をBとしたときに、aが0.1〜3質量%であり、B/Aが90〜200である。aが0.1質量%より小さいと、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の電子伝導性が十分に向上しないため、入出力特性が良い蓄電デバイスは得られない。aが3質量%より大きいと、球状二次粒子表面の繊維状炭素の量が増えて、球状二次粒子表面で凝集するため、高温環境下での充放電サイクル特性が良い蓄電デバイスは得られず、充放電サイクル後のガス発生も抑制されない。入出力特性および高温環境下での充放電サイクル特性をより高めるという観点から、aの下限は0.3質量%がより好ましく、0.5質量%がさらに好ましい。また、aの上限は2.5質量%がより好ましく、2質量%がさらに好ましい。また、B/Aが90より小さくても、あるいは200より大きくても、高温環境下での充放電サイクル特性が良い蓄電デバイスは得られず、充放電サイクル後のガス発生も抑制されない。充放電サイクル特性をより高めることができ、また、充放電サイクル後のガス発生をより低減できるという観点から、B/Aの下限は100がより好ましく、110がさらに好ましい。また、B/Aの上限は190がより好ましく、180がさらに好ましい。熱重量分析においては、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の粒子全体、すなわち、実質的に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる前記球状二次粒子全体における、炭素の質量割合が測定されるので、Aは、前記球状二次粒子全体における炭素含有率を示すものとなる。一方、X線光電子分光分析においては、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の粒子表面、すなわち、実質的に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる前記球状二次粒子を構成する炭素とチタンのうち、表面に位置する炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)のみが測定されるので、Bは、前記球状二次粒子の表面の炭素含有率に代わる指標である。そして、本発明におけるB/Aは、前記球状二次粒子を構成する炭素とチタンのうち、表面に位置する炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)を、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末全体の炭素含有率(質量%)で除した値であり、前記球状二次粒子全体における炭素含有率と、球状二次粒子表面における炭素含有率との比を表す指標である。B/Aが大きいほど、球状二次粒子表面の炭素含有率が、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末全体の炭素含有率に比べて大きいことになる。
<In the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder, the carbon content calculated from the measurement by thermogravimetric analysis and the atomic ratio of carbon and titanium calculated from the measurement by X-ray photoelectron spectroscopy>
In the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention, the mass ratio of carbon to the mass of the lithium-titanium composite oxide powder calculated from thermogravimetric analysis is A, and the percentage notation of A is a (mass %), And when the atomic ratio of carbon to titanium (carbon / titanium) measured by X-ray photoelectron spectroscopy analysis is B, a is 0.1 to 3% by mass and B / A is 90 to 90%. 200. When a is less than 0.1% by mass, the electronic conductivity of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder is not sufficiently improved, so that an electricity storage device having good input / output characteristics cannot be obtained. When a is larger than 3% by mass, the amount of fibrous carbon on the surface of the spherical secondary particles increases and aggregates on the surface of the spherical secondary particles, so that an electric storage device with good charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment can be obtained. Furthermore, gas generation after the charge / discharge cycle is not suppressed. From the viewpoint of further improving input / output characteristics and charge / discharge cycle characteristics in a high-temperature environment, the lower limit of a is more preferably 0.3% by mass, and further preferably 0.5% by mass. Further, the upper limit of a is more preferably 2.5% by mass, and further preferably 2% by mass. Even if B / A is smaller than 90 or larger than 200, an electricity storage device having good charge / discharge cycle characteristics under a high temperature environment cannot be obtained, and gas generation after the charge / discharge cycle is not suppressed. From the viewpoint that charge / discharge cycle characteristics can be further improved and gas generation after the charge / discharge cycle can be further reduced, the lower limit of B / A is more preferably 100, and even more preferably 110. The upper limit of B / A is more preferably 190 and even more preferably 180. In thermogravimetric analysis, the entire particles of fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder, that is, substantially the entire spherical secondary particles contained in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, Since the mass ratio of carbon is measured, A represents the carbon content in the entire spherical secondary particle. On the other hand, in the X-ray photoelectron spectroscopic analysis, the particle surface of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder, that is, the spherical secondary material substantially contained in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. Since only the atomic ratio (carbon / titanium) of carbon and titanium located on the surface of carbon and titanium constituting the particle is measured, B is an index instead of the carbon content on the surface of the spherical secondary particle. It is. In the present invention, B / A is an atomic ratio (carbon / titanium) between carbon and titanium located on the surface of carbon and titanium constituting the spherical secondary particles, and the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide. It is a value divided by the carbon content (mass%) of the whole product powder, and is an index representing the ratio of the carbon content in the entire spherical secondary particle and the carbon content on the surface of the spherical secondary particle. As B / A is larger, the carbon content on the surface of the spherical secondary particles is larger than the carbon content of the entire fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder.

<繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末のD50>
繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末のD50は、粉体ハンドリングの観点から、1μm以上であることが好ましく、より好ましくは3μm以上である。また、電極合剤密度を高め、高エネルギー密度化させるという観点から、25μm以下であることが好ましく、より好ましくは20μm以下であり、さらに好ましくは15μm以下である。ここで、D50とは、体積分率で計算した累積体積頻度が、粒径の小さい方から積算して50%になる粒径のことである。
<D50 of fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder>
From the viewpoint of powder handling, D50 of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more. Further, from the viewpoint of increasing the electrode mixture density and increasing the energy density, it is preferably 25 μm or less, more preferably 20 μm or less, and further preferably 15 μm or less. Here, D50 is the particle size at which the cumulative volume frequency calculated by the volume fraction is 50% when integrated from the smaller particle size.

<繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の1−メチル−2−ピロリドン吸油量>
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、1−メチル−2−ピロリドン(以下NMPと記すことがある)吸油量が55ml/100g〜160ml/100gであることが好ましい。NMP吸油量がこの範囲であれば、蓄電デバイスの高温環境下での充放電サイクル特性がさらに向上し、充放電サイクル後のガス発生量がさらに低減される。このような効果が得られるのは、NMP吸油量をこの範囲とすることで、蓄電デバイスの、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末が用いられた電極合剤層中の電解液保液量を適切にすることができることによると推察される。高温環境下における充放電サイクル特性をより高めることができ、また、充放電サイクル後のガス発生をより低減できるという観点からは、NMP吸油量の下限は、好ましくは60ml/100g、より好ましくは65ml/100g、さらに好ましくは70ml/100gである。また、NMP吸油量の上限は、好ましくは155ml/100g、より好ましくは150ml/100g、さらに好ましくは145ml/100gである。ここで、ml/100gという単位は繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末100gあたりのNMPの吸収量(単位は、ml)を表す。なお、NMP吸油量は、リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積や、繊維状炭素の添加割合などで調整することができる。
<1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption of fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder>
The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention preferably has a 1-methyl-2-pyrrolidone (hereinafter sometimes referred to as NMP) oil absorption of 55 ml / 100 g to 160 ml / 100 g. When the NMP oil absorption amount is within this range, the charge / discharge cycle characteristics of the electricity storage device under a high temperature environment are further improved, and the amount of gas generated after the charge / discharge cycle is further reduced. Such an effect can be obtained by setting the NMP oil absorption in this range so that the electrolytic solution in the electrode mixture layer of the electricity storage device using the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is used. It is presumed that the amount of liquid retention can be made appropriate. From the viewpoint that the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment can be further improved and the gas generation after the charge / discharge cycle can be further reduced, the lower limit of the NMP oil absorption is preferably 60 ml / 100 g, more preferably 65 ml. / 100 g, more preferably 70 ml / 100 g. The upper limit of the NMP oil absorption is preferably 155 ml / 100 g, more preferably 150 ml / 100 g, and still more preferably 145 ml / 100 g. Here, the unit of ml / 100 g represents the amount of NMP absorbed (unit: ml) per 100 g of fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder. The NMP oil absorption can be adjusted by the specific surface area of the lithium titanium composite oxide powder, the addition ratio of fibrous carbon, and the like.

また、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、さらに非繊維状炭素を含んでも良い。非繊維状炭素は特に限定されないが、比表面積が20〜200m/gの粉末であれば、特に高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果が得られるので好ましい。具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラックなどが好ましい。The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention may further contain non-fibrous carbon. The non-fibrous carbon is not particularly limited, but a powder having a specific surface area of 20 to 200 m 2 / g is preferable because an effect of improving charge / discharge cycle characteristics under a high temperature environment can be obtained. Specifically, acetylene black, ketjen black and the like are preferable.

(繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の製造方法)
以下に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の製造方法の一例を、リチウムチタン複合酸化物がチタン酸リチウムである場合について、原料の調製工程、乾燥・造粒工程、および焼成工程に分けて説明するが、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の製造方法はこれに限定されない。
(Method for producing fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder)
The following is an example of a method for producing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. For the case where the lithium titanium composite oxide is lithium titanate, the raw material preparation step, the drying / granulation step, and the firing Although it demonstrates and divides into a process, the manufacturing method of the fibrous carbon containing lithium titanium complex oxide powder of this invention is not limited to this.

[原料混合スラリーの調製工程]
本発明においては、リチウム原料とチタン原料とを混合し、その混合物のD95が特定の範囲になるように予め調製した後、その混合物と繊維状炭素とを湿式混合して原料混合スラリー(以下、混合スラリーと略記することがある)を調製する。このように調製した混合スラリーを乾燥・造粒し、焼成することで、得られる繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末のB/Aを90〜200にすることができる。
[Preparation process of raw material mixed slurry]
In the present invention, a lithium raw material and a titanium raw material are mixed and prepared in advance such that D95 of the mixture falls within a specific range, and then the mixture and fibrous carbon are wet-mixed to prepare a raw material mixed slurry (hereinafter referred to as “mixture”). (Sometimes abbreviated as mixed slurry). The B / A of the fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium titanium composite oxide) powder obtained can be adjusted to 90 to 200 by drying, granulating, and firing the mixed slurry thus prepared.

<リチウムチタン複合酸化物原料の調製工程>
チタン酸リチウムの原料としては、チタン原料およびリチウム原料を用いる。チタン原料としては、アナターゼ型二酸化チタン、ルチル型二酸化チタン等のチタン化合物が用いられる。チタン原料としては、短時間でリチウム原料と反応し易いことが好ましく、その観点で、アナターゼ型二酸化チタンが好ましい。特にルチル化率が0%の完全アナターゼ型二酸化チタンが好ましい。
<Preparation process of lithium titanium composite oxide raw material>
As a raw material for lithium titanate, a titanium raw material and a lithium raw material are used. As the titanium raw material, titanium compounds such as anatase type titanium dioxide and rutile type titanium dioxide are used. As a titanium raw material, it is preferable that it reacts easily with a lithium raw material in a short time, and the anatase type titanium dioxide is preferable from the viewpoint. In particular, complete anatase-type titanium dioxide having a rutile ratio of 0% is preferable.

リチウム原料としては、水酸化リチウム一水和物、酸化リチウム、炭酸水素リチウム、炭酸リチウム等のリチウム化合物が用いられるが、水酸化リチウム一水和物、炭酸リチウムが好ましい。   As the lithium raw material, lithium compounds such as lithium hydroxide monohydrate, lithium oxide, lithium hydrogen carbonate, and lithium carbonate are used, and lithium hydroxide monohydrate and lithium carbonate are preferable.

以上のチタン原料およびリチウム原料を、繊維状炭素と混合する前に混合し、さらに、レーザ回折・散乱型粒度分布測定機にて測定される粒度分布曲線におけるD95が2μm以下になるように調製する。これにより、B/Aが90〜200の繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末を得ることができる。ここで、D95とは、体積分率で計算した累積体積頻度が、粒径の小さい方から積算して95%になる粒径のことである。繊維状炭素との混合に供するチタン原料とリチウム原料の混合物の状態は、混合物の粉末を含むスラリー状が好ましい。   The above titanium raw material and lithium raw material are mixed before being mixed with fibrous carbon, and further prepared so that D95 in the particle size distribution curve measured with a laser diffraction / scattering particle size distribution analyzer is 2 μm or less. . Thereby, the fibrous carbon containing lithium titanate (lithium titanium complex oxide) powder whose B / A is 90-200 can be obtained. Here, D95 is a particle size in which the cumulative volume frequency calculated by the volume fraction is 95% when integrated from the smaller particle size. The state of the mixture of the titanium raw material and the lithium raw material used for mixing with the fibrous carbon is preferably a slurry containing the powder of the mixture.

チタン原料とリチウム原料の混合物の調製方法としては、次に挙げる方法を採用することができる。第一の方法は、原料を調合後、混合と同時に粉砕を行う方法である。第二の方法は、各原料を混合後のD95が2μm以下になるまで粉砕した後、これらを混合、あるいは軽く粉砕しながら混合する方法である。第三の方法は、各原料を晶析などの方法によって微粒子からなる粉末を製造し、必要に応じて分級して、これらを混合、あるいは軽く粉砕しながら混合する方法である。なかでも、第一の方法において、原料の混合と同時に粉砕を行う方法は、工程が少ない方法なので工業的に有利な方法である。いずれの方法であっても、混合は湿式で行われることが望ましく、その際の分散剤としては、ポリビニルアルコール、またはポリカルボン酸アンモニウム塩を用いることが望ましい。
本発明において、粒子表面への繊維状炭素の局在化が抑制された球状二次粒子を含む繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、具体的にはB/Aが90〜200である繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を得ることができるようになったことについて、以下のように考察する。
As a method for preparing a mixture of a titanium raw material and a lithium raw material, the following methods can be employed. The first method is a method in which the raw materials are mixed and then pulverized simultaneously with mixing. The second method is a method in which each raw material is pulverized until D95 after mixing becomes 2 μm or less, and then mixed or mixed while lightly pulverizing. The third method is a method in which powders made of fine particles are produced from each raw material by a method such as crystallization, classified as necessary, and mixed while mixing or lightly pulverizing. Among them, in the first method, the method of pulverizing simultaneously with the mixing of the raw materials is an industrially advantageous method because it involves fewer steps. In any method, mixing is desirably performed in a wet manner, and it is desirable to use polyvinyl alcohol or polycarboxylic acid ammonium salt as a dispersing agent.
In the present invention, a fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder containing spherical secondary particles in which localization of fibrous carbon on the particle surface is suppressed, specifically, a fiber having a B / A of 90 to 200 The fact that a carbon-like lithium-titanium composite oxide powder can be obtained will be considered as follows.

チタン酸リチウムを含むリチウムチタン複合酸化物に繊維状炭素を複合化して球状二次粒子を形成する場合、従来は繊維状炭素が球状二次粒子の表面に極端に局在化していた。その理由を次のように考察する。   In the case of forming spherical secondary particles by combining fibrous carbon with lithium titanium composite oxide containing lithium titanate, conventionally, the fibrous carbon has been extremely localized on the surface of the spherical secondary particles. The reason is considered as follows.

リチウム原料、チタン原料および繊維状炭素を混合したときに、繊維状炭素は、チタン原料の粒子表面に比べてリチウム原料の粒子表面により多く存在し、そして凝集して存在する。繊維状炭素に対するリチウム原料の親和性と、チタン原料の親和性が著しく相違している可能性があり、その影響と思われる。   When the lithium raw material, the titanium raw material and the fibrous carbon are mixed, the fibrous carbon is present more on the particle surface of the lithium raw material than the particle surface of the titanium raw material, and is present in an aggregated state. There is a possibility that the affinity of the lithium raw material for the fibrous carbon and the affinity of the titanium raw material are significantly different.

また、一般的にリチウム原料はチタン原料に比べて粒子径が著しく大きく、その比表面積が非常に小さいため、このような性質を持つ原料を含むスラリー中では、そのスラリーを、粉砕効果を伴わない効率の良い混合手段で混合しても、また、繊維状炭素の分散性が良い分散剤を使用しても、あるいは混合時間を長くしても、繊維状炭素は僅かなリチウム原料の粒子表面に凝集して存在しようとする。結果的に、繊維状炭素と親和性の良いリチウム原料の表面に直接接触する繊維状炭素の割合が非常に小さくなる。   In general, lithium raw materials have a remarkably large particle size and a very small specific surface area compared to titanium raw materials, so that in a slurry containing raw materials having such properties, the slurry does not have a grinding effect. Even if it is mixed by an efficient mixing means, or a dispersing agent having good dispersibility of fibrous carbon is used, or even if the mixing time is increased, the fibrous carbon is slightly deposited on the surface of the lithium raw material particles. Try to exist in an agglomerated manner. As a result, the proportion of fibrous carbon that is in direct contact with the surface of the lithium raw material having good affinity with fibrous carbon becomes very small.

スラリーを噴霧・乾燥すると、スラリーが微粒化される。この分散媒を含む粒子の表面から分散媒が蒸発し、それに伴って粒子内部の分散媒が粒子表面に移動し、それが粒子表面から蒸発しながら固形物の造粒粒子が形成される。以上のような状態のスラリーの場合、分散媒が粒子内部から粒子表面に移動するとともに、比重が小さく、リチウム原料の粒子表面と直接接触していない繊維状炭素が、凝集したまま分散媒と一緒に粒子表面に向かって移動することになる。このようにして形成された造粒粒子においては、造粒粒子の表面近傍に繊維状炭素が局在化することになる。そして、このような造粒粒子を焼成して得られた球状二次粒子においても、繊維状炭素はその粒子表面に局在化することになる。   When the slurry is sprayed and dried, the slurry is atomized. The dispersion medium evaporates from the surface of the particles containing the dispersion medium, and accordingly, the dispersion medium inside the particles moves to the particle surface, and solid granulated particles are formed as it evaporates from the particle surface. In the case of the slurry in the state as described above, the dispersion medium moves from the inside of the particle to the particle surface, and the fibrous carbon that has a small specific gravity and is not in direct contact with the particle surface of the lithium raw material is aggregated together with the dispersion medium. Will move toward the particle surface. In the granulated particles thus formed, fibrous carbon is localized near the surface of the granulated particles. Even in the spherical secondary particles obtained by firing such granulated particles, the fibrous carbon is localized on the particle surface.

これに対して、繊維状炭素と混合する前に予めリチウム原料の粒子径を小さくすると、繊維状炭素が直接接触するリチウム原料の比表面積が大きくなり、比表面積が大きくなることで、繊維状炭素は分散してリチウム原料の粒子表面に直接接触することができる。その結果、スラリー中での繊維状炭素の凝集が抑制されて、リチウム原料の表面に直接接触する繊維状炭素の割合が大きくなる。このようなスラリーを噴霧・乾燥した場合は、分散媒の粒子表面への移動に伴う、繊維状炭素の粒子表面への移動も抑制される。その結果、造粒粒子においても、それを焼成して得られた球状二次粒子においても、その粒子表面への繊維状炭素の局在化が抑制される。   On the other hand, if the particle size of the lithium raw material is reduced in advance before mixing with the fibrous carbon, the specific surface area of the lithium raw material in direct contact with the fibrous carbon is increased, and the specific surface area is increased. Can be dispersed and brought into direct contact with the surface of the lithium source particles. As a result, aggregation of fibrous carbon in the slurry is suppressed, and the proportion of fibrous carbon in direct contact with the surface of the lithium raw material is increased. When such a slurry is sprayed and dried, the movement of the fibrous carbon to the particle surface accompanying the movement of the dispersion medium to the particle surface is also suppressed. As a result, both the granulated particles and the spherical secondary particles obtained by firing the particles suppress the localization of fibrous carbon on the particle surface.

以上のように、繊維状炭素を含むリチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる球状二次粒子において、繊維状炭素が球状二次粒子の表面に局在化しやすい原因の一つは、繊維状炭素に対するリチウム原料とチタン原料の親和性と粒子径の相違にあると推察され、本発明において、リチウムチタン複合酸化物の原料の粒度分布を特定の値以下にした上で繊維状炭素と混合することによって、粒子表面への繊維状炭素の局在化が抑制された球状二次粒子を含む繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、具体的にはB/Aが90〜200である繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を得ることができるようになったものと思われる。   As described above, in the spherical secondary particles contained in the lithium titanium composite oxide powder containing fibrous carbon, one of the causes that the fibrous carbon is likely to be localized on the surface of the spherical secondary particles is It is inferred that there is a difference in affinity and particle size between the lithium raw material and the titanium raw material. In the present invention, the particle size distribution of the raw material of the lithium titanium composite oxide is made to be a specific value or less and mixed with fibrous carbon. , Fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder containing spherical secondary particles in which localization of fibrous carbon on the particle surface is suppressed, specifically, fibrous carbon containing B / A of 90-200 It seems that the lithium titanium composite oxide powder can be obtained.

<繊維状炭素の調製工程>
原料に用いる繊維状炭素としては、得られる繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末の球状二次粒子において、平均直径が5〜40nmで、平均アスペクト比が10〜1000となる繊維状炭素であれば良い。チタン原料とリチウム原料の混合物と繊維状炭素との混合工程において、その条件を調整することによって繊維状炭素を切断することができるので、平均アスペクト比が1000より大きい繊維状炭素を用いても良い。本発明においては、平均直径が5〜40nmの、所謂カーボンナノチューブ(CNT)やカーボンナノファイバー(CNF)が好ましく用いられる。なかでも、グラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成することにより構成されていることを特徴とする、特開2012―46864の実施例などに記載されている繊維状炭素が特に好ましい。このような繊維状炭素を用いることで、B/Aが90〜200の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末が得られやすくなる。
<Preparation process of fibrous carbon>
The fibrous carbon used as the raw material may be fibrous carbon having an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000 in the spherical secondary particles of the obtained fibrous carbon-containing lithium titanate powder. . Since the fibrous carbon can be cut by adjusting the conditions in the mixing step of the mixture of titanium raw material and lithium raw material and fibrous carbon, fibrous carbon having an average aspect ratio of greater than 1000 may be used. . In the present invention, so-called carbon nanotubes (CNT) and carbon nanofibers (CNF) having an average diameter of 5 to 40 nm are preferably used. In particular, a bell-shaped structural unit set in which bell-shaped structural units having a top portion with a closed graphite mesh surface and a trunk portion with an open lower portion are formed by stacking 2 to 30 layers sharing a central axis. A plurality of bell-shaped structural unit assemblies are formed by connecting fibers at intervals in a head-to-tail manner to form fibers. Fibrous carbon described in Examples and the like is particularly preferable. By using such fibrous carbon, it becomes easy to obtain a fibrous carbon-containing lithium titanate powder having a B / A of 90 to 200.

繊維状炭素は凝集しやすいため、繊維状炭素を、チタン原料とリチウム原料の混合物と混合する前に、液体分散媒体中で分散剤を用いて開繊、分散すると同時に、平均アスペクト比が大きい繊維状炭素の場合は粉砕(切断)して、スラリー状のまま、チタン原料とリチウム原料の混合物と混合することが好ましい。   Since fibrous carbon tends to agglomerate, the fibrous carbon is opened and dispersed with a dispersant in a liquid dispersion medium before mixing with a mixture of a titanium raw material and a lithium raw material, and at the same time a fiber having a large average aspect ratio. In the case of carbon, it is preferably pulverized (cut) and mixed with a mixture of a titanium raw material and a lithium raw material in a slurry state.

前記分散剤としては、ポリビニルアルコール、ポリカルボン酸アンモニウム塩、オレイン酸ナトリウム、ポリオキシエチレンカルボン酸エステル、モノアルコールエステル、フェロセン誘導体等の界面活性剤、ピレン化合物(ピレンアンモニウム)、ポルフィリン化合物(ZnPP、Hemin、PPEt)、ポリフルオレン、環状グルカン、葉酸、ラクタム化合物(−CONH−)、ラクトン化合物(−CO−O−)等の環式/多環芳香族化合物、ポリチオフェン、ポリフェニレンビニレン、ポリフェニレンエチレン等の直鎖状共役重合体、ポリビニルピロリドン(PVP)等の環状アミド、ポリスチレンスルホン酸、ポリマーミセル、水溶性ピレン含有ポリマー、果糖、多糖類(カルボキシメチルセルロース等)、アミロース等の糖類、ラタキサン等の包接錯体、コール酸類縁体が挙げられ、特に分散媒体が水溶液系のときは、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルピロリドンが好適である。分散剤は、繊維状炭素の凝集体に対し質量比で1/100以上、100/100以下で添加されることが好ましい。前記分散媒体としては、特に限定はされないが、取り扱い及びリチウム化合物の溶解性の観点から、水、アルコール類等の極性溶媒が通常使用される。繊維状炭素の凝集体の開繊、分散は、分散媒体と分散剤と繊維状炭素の凝集体等を合わせて、ホモミキサー、トリミックス等で攪拌することにより行われるが、より効果的にするために振動衝撃波による超音波、ビーズ、ボール等の衝撃、振盪を利用したビーズミル、ペイントシェーカーが用いられる。平均アスペクト比が大きい繊維状炭素の場合は、ビーズミルなどの比較的粉砕能力の高い方法が好ましく採用される。   Examples of the dispersant include surfactants such as polyvinyl alcohol, polycarboxylic acid ammonium salt, sodium oleate, polyoxyethylene carboxylic acid ester, monoalcohol ester, ferrocene derivative, pyrene compound (pyrene ammonium), porphyrin compound (ZnPP, Hemin, PPEt), polyfluorene, cyclic glucan, folic acid, lactam compound (—CONH—), lactone compound (—CO—O—) and other cyclic / polycyclic aromatic compounds, polythiophene, polyphenylene vinylene, polyphenylene ethylene, etc. Linear conjugated polymers, cyclic amides such as polyvinylpyrrolidone (PVP), polystyrene sulfonic acid, polymer micelles, water-soluble pyrene-containing polymers, fructose, polysaccharides (such as carboxymethylcellulose), saccharides such as amylose, Inclusion complex of taxane such as cholate analogue, and the like, particularly when the dispersion medium is an aqueous solution system, carboxymethyl cellulose, polyvinyl pyrrolidone are preferred. The dispersant is preferably added in a mass ratio of 1/100 to 100/100 with respect to the aggregate of fibrous carbon. The dispersion medium is not particularly limited, but polar solvents such as water and alcohols are usually used from the viewpoint of handling and solubility of the lithium compound. The opening and dispersion of the fibrous carbon aggregates are performed by combining the dispersion medium, the dispersant, the fibrous carbon aggregates, and the like, and stirring them with a homomixer, a trimix, or the like. For this purpose, a bead mill and a paint shaker are used which utilize ultrasonic waves by vibration shock waves, impact of beads, balls, etc., and shaking. In the case of fibrous carbon having a large average aspect ratio, a method having a relatively high grinding ability such as a bead mill is preferably employed.

繊維状炭素を液体分散媒体中で開繊および分散させる前に、繊維状炭素に酸化処理を施すこともできる。酸化処理を行うことにより、繊維状炭素が分散媒体に馴染みやすくなり、本発明のチタン酸リチウムに対する分散性がより高まることで、高温環境下での充放電サイクル特性と、充放電サイクル後のガス発生抑制に効果的である。酸化処理方法としては、たとえば、硝酸/硫酸、オゾン、超臨界水、超臨界炭酸ガス等による液相酸化、または大気焼成、酸素プラズマ等による気相酸化等による炭素繊維表面への親水化処理を施す方法が挙げられる。   Before the fibrous carbon is opened and dispersed in the liquid dispersion medium, the fibrous carbon can be oxidized. By performing the oxidation treatment, the fibrous carbon is easily adapted to the dispersion medium, and the dispersibility with respect to the lithium titanate of the present invention is further increased, so that the charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and the gas after the charge / discharge cycle are increased. It is effective in suppressing the occurrence. As an oxidation treatment method, for example, liquid phase oxidation with nitric acid / sulfuric acid, ozone, supercritical water, supercritical carbon dioxide gas, or the like, or hydrophilization treatment on the surface of carbon fiber by air firing, gas phase oxidation with oxygen plasma, etc. The method of giving is mentioned.

<チタン原料とリチウム原料の混合物と、繊維状炭素の混合工程>
次いで、上述の方法で得られたチタン原料とリチウム原料の混合物と、繊維状炭素とを、得られる繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末全体における炭素含有率(質量%)が0.1〜3質量%になる所望の割合で混合し、乾燥・造粒工程に供する混合スラリーを調製する。チタン原料とリチウム原料の混合物と、繊維状炭素とが均一に混合できる方法であれば、これらの混合方法は特に限定されないが、前述の通り、チタン原料とリチウム原料の混合物のスラリーと、繊維状炭素のスラリーとを混合することが好ましく、例えば、ホモミキサー、トリミックス等で撹拌する方法や、ビーズミル、ペイントシェーカー等の衝撃、振盪を利用した方法で混合することが出来る。繊維状炭素のアスペクト比が10未満になるような方法でなければ、原料がさらに粉砕される混合方法であっても良い。
<Mixing process of titanium raw material and lithium raw material and fibrous carbon>
Next, the carbon content (mass%) in the entire fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium titanium composite oxide) powder obtained by mixing the titanium raw material and lithium raw material obtained by the above-described method and fibrous carbon. Is mixed at a desired ratio of 0.1 to 3% by mass to prepare a mixed slurry for use in the drying and granulation step. The mixing method is not particularly limited as long as the mixture of the titanium raw material and the lithium raw material and the fibrous carbon can be uniformly mixed. As described above, the slurry of the mixture of the titanium raw material and the lithium raw material, the fibrous It is preferable to mix with a carbon slurry, and for example, it can be mixed by a method of stirring with a homomixer, a trimix or the like, or a method using impact or shaking such as a bead mill or a paint shaker. As long as the aspect ratio of the fibrous carbon is not less than 10, a mixing method in which the raw material is further pulverized may be used.

[乾燥・造粒工程]
次いで、得られた混合スラリーを乾燥・造粒する。乾燥・造粒方法は、平均円形度が90%以上の繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末が得られる方法であればいかなる方法でも良いが、通常、噴霧乾燥(スプレードライ)法を採用する。一般的な噴霧乾燥(スプレードライ)法により乾燥・造粒された造粒粉末ならば、平均円形度が大きく、焼成後でも、通常、平均円形度は90%以上になる。
[Drying and granulating process]
Next, the obtained mixed slurry is dried and granulated. The drying / granulation method may be any method as long as it can obtain a fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium titanium composite oxide) powder having an average circularity of 90% or more, but is usually spray-dried (spray drying). ). If the granulated powder is dried and granulated by a general spray drying method, the average circularity is large, and the average circularity is usually 90% or more even after firing.

なかでも、二流体スプレードライヤーを使用した噴霧乾燥(スプレードライ)法が好ましく、その場合の噴霧乾燥は、190℃以上、更には210℃以上の温度下、スラリーの送液速度範囲0.1L/分から1L/分で行うことが好ましい。造粒粉末の大きさは、主にスラリーの固形分と噴霧するエアーの圧力によって制御できる。スラリーの固形分が大きいと造粒粉末は大きくなり、スラリーの固形分が小さいと造粒粉末は小さくなる。また、エアーの圧力が小さいと造粒粉末は大きくなり、エアーの圧力が大きいと造粒粉末は小さくなる。得られた造粒粉末は、そのまま次の焼成工程に供することができる。   Of these, a spray drying method using a two-fluid spray dryer is preferable. In this case, the spray drying is performed at a temperature of 190 ° C. or higher, more preferably 210 ° C. or higher. It is preferable to carry out at 1 to 1 L / min. The size of the granulated powder can be controlled mainly by the solid content of the slurry and the pressure of the sprayed air. When the solid content of the slurry is large, the granulated powder becomes large, and when the solid content of the slurry is small, the granulated powder becomes small. Further, when the air pressure is low, the granulated powder becomes large, and when the air pressure is high, the granulated powder becomes small. The obtained granulated powder can be used for the next baking step as it is.

[焼成工程]
次いで、得られた造粒粉末を焼成する。繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末の球状二次粒子の平均圧縮強度を1〜25MPaにするには、造粒粉末を高温かつ短時間で焼成することが好ましい。このような観点から、焼成時の最高温度は、好ましくは1000℃以下であり、より好ましくは950℃以下であり、更に好ましくは900℃以下である。繊維状炭素含有チタン酸リチウム(リチウムチタン複合酸化物)粉末の球状二次粒子の比表面積を大きく、かつ結晶子径を大きくする観点から、焼成時の最高温度は、好ましくは720℃以上であり、より好ましくは750℃以上であり、さらに好ましくは780℃以上である。同じ観点から、焼成時の最高温度での保持時間は、好ましくは2〜60分であり、より好ましくは5〜45分であり、更に好ましくは5〜30分である。焼成時の最高温度が高い時には、より短い保持時間を選択することが好ましい。同様に、焼成により得られる結晶子径を大きくする観点から、焼成時の昇温過程においては、700℃〜最高温度の滞留時間を特に短くすることが好ましい。
[Baking process]
Next, the obtained granulated powder is fired. In order to set the average compressive strength of the spherical secondary particles of the fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium titanium composite oxide) powder to 1 to 25 MPa, the granulated powder is preferably fired at a high temperature in a short time. From such a viewpoint, the maximum temperature during firing is preferably 1000 ° C. or lower, more preferably 950 ° C. or lower, and further preferably 900 ° C. or lower. From the viewpoint of increasing the specific surface area of the spherical secondary particles of the fibrous carbon-containing lithium titanate (lithium titanium composite oxide) powder and increasing the crystallite diameter, the maximum temperature during firing is preferably 720 ° C or higher. More preferably, it is 750 degreeC or more, More preferably, it is 780 degreeC or more. From the same viewpoint, the holding time at the maximum temperature during firing is preferably 2 to 60 minutes, more preferably 5 to 45 minutes, and further preferably 5 to 30 minutes. When the maximum temperature during firing is high, it is preferable to select a shorter holding time. Similarly, from the viewpoint of increasing the crystallite diameter obtained by firing, it is preferable to particularly shorten the residence time from 700 ° C. to the highest temperature in the temperature raising process during firing.

本発明においては、造粒粉末を、上述のように高温で短時間焼成することによって、球状二次粒子の平均圧縮強度を1〜25MPaにできる。焼成時間を長くすれば、球状二次粒子の平均圧縮強度は25MPaより大きくなりやすく、予め合成したチタン酸リチウム粉末と繊維状炭素とを混合して造粒しただけでは、球状二次粒子の平均圧縮強度は1MPa未満になりやすい。   In this invention, the average compressive strength of spherical secondary particles can be made into 1-25 Mpa by baking granulated powder for a short time at high temperature as mentioned above. If the firing time is lengthened, the average compressive strength of the spherical secondary particles tends to be greater than 25 MPa, and the average of the spherical secondary particles can be obtained only by mixing and granulating a lithium titanate powder synthesized in advance and fibrous carbon. The compressive strength tends to be less than 1 MPa.

このような条件で焼成できる方法であれば、焼成方法は特に限定されるものではない。利用できる焼成炉としては、固定床式焼成炉、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、流動床式、ロータリーキルン式焼成炉が挙げられる。ただし、短時間で効率的な焼成をする場合は、ローラーハース式焼成炉、メッシュベルト式焼成炉、ロータリーキルン式焼成炉が好ましい。匣鉢に造粒粉末を収容して焼成するローラーハース式焼成炉、またはメッシュベルト式焼成炉を用いる場合は、得られるチタン酸リチウムの品質を一定にするために、焼成時の造粒粉末の温度分布を均一にすることが好ましく、匣鉢への造粒粉末の収容量を少量にすることが好ましい。   The firing method is not particularly limited as long as it can be fired under such conditions. Examples of the firing furnace that can be used include a fixed bed type firing furnace, a roller hearth type firing furnace, a mesh belt type firing furnace, a fluidized bed type, and a rotary kiln type firing furnace. However, when performing efficient firing in a short time, a roller hearth firing furnace, a mesh belt firing furnace, and a rotary kiln firing furnace are preferable. When using a roller hearth-type firing furnace or mesh belt-type firing furnace in which the granulated powder is stored and fired in a mortar, in order to make the quality of the lithium titanate obtained constant, It is preferable to make the temperature distribution uniform, and it is preferable to reduce the amount of the granulated powder contained in the mortar.

ロータリーキルン式焼成炉は、造粒粉末を収容する容器が不要で、連続的に造粒粉末を投入しながら焼成が出来る点、被焼成物への熱履歴が均一で、均質な繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得やすい点から、本発明のチタン酸リチウム粉末を製造するには特に好ましい焼成炉である。   The rotary kiln-type firing furnace does not require a container to store the granulated powder, can be fired while continuously adding the granulated powder, has a uniform heat history on the material to be fired, and is a homogeneous fibrous carbon-containing titanium This is a particularly preferred firing furnace for producing the lithium titanate powder of the present invention because it is easy to obtain lithium acid powder.

焼成時の雰囲気は、繊維状炭素または場合によって含まれる非繊維状炭素を焼成時に消耗あるいは消失させないために、酸素を含まない窒素または希ガスなどの不活性雰囲気であることが好ましい。   The atmosphere during firing is preferably an inert atmosphere such as nitrogen or noble gas that does not contain oxygen, so that fibrous carbon or optionally non-fibrous carbon is not consumed or lost during firing.

(電極シート)
次いで、本発明の電極シートについて説明する。本発明の蓄電デバイスの電極シートは、集電体の片面または両面に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を含む電極合剤層を有する蓄電デバイスの電極シートであり、蓄電デバイスの設計形状に合わせて裁断され、正極または負極として使用される。前記電極合剤層は、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末以外には結着剤を含む。また、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる繊維状炭素や、場合によっては含まれる非繊維状炭素以外に、電極合剤層形成時に加えられる導電助剤を含むことができる。以下では、便宜的に、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末に含まれる繊維状炭素を第一の導電助剤、場合によっては含まれる非繊維状炭素を第二の導電助剤とし、電極合剤層形成時に加えられる導電助剤を第三の導電助剤と記すことがある。
(Electrode sheet)
Next, the electrode sheet of the present invention will be described. The electrode sheet of the electricity storage device of the present invention is an electrode sheet of an electricity storage device having an electrode mixture layer containing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention on one side or both sides of a current collector. It is cut according to the design shape and used as a positive electrode or a negative electrode. The electrode mixture layer contains a binder in addition to the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. Further, in addition to the fibrous carbon contained in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder and the non-fibrous carbon contained in some cases, a conductive additive added at the time of forming the electrode mixture layer can be included. Below, for convenience, the fibrous carbon contained in the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder is used as the first conductive assistant, and in some cases the non-fibrous carbon contained as the second conductive assistant, the electrode The conductive auxiliary agent added at the time of forming the mixture layer may be referred to as a third conductive auxiliary agent.

<電極合剤層の電解液保液率と電極合剤層の密度>
本発明の蓄電デバイスの電極シートは、電極合剤層の電解液保液率が0.7〜1.0であり、電極合剤層の密度が1.9〜2.5g/cmであることが好ましい。なお、本発明における電解液保液率とは、電極シートをプロピレンカーボネート溶媒にLiPFを1M溶解させた非水電解液(以下、1M LiPF/PC)に浸漬させた際の、電極合剤層中に含侵した非水電解液の体積の、電極合剤層の体積に対する割合である。前記電極合剤層の電解液保液率および電極合剤層密度の測定方法は後述の実施例にて説明する。前記電極合剤層の電解液保液率および電極合剤層密度がこの範囲にある場合は、エネルギー密度が向上し、電解液が浸み込みやすくなる、すなわちLiの挿入脱離反応は円滑に進行し、高温環境下での充放電サイクル特性と、充放電サイクル後のガス発生抑制に効果的である。本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を用いた上で、第三の導電助剤の添加量や電極合剤層の電極密度を調整することで前記電極合剤層の電解液保液率および電極合剤層密度をこの範囲に調節することができる。
<Electrolytic solution retention ratio of electrode mixture layer and density of electrode mixture layer>
In the electrode sheet of the electricity storage device of the present invention, the electrolyte solution retention rate of the electrode mixture layer is 0.7 to 1.0, and the density of the electrode mixture layer is 1.9 to 2.5 g / cm 3 . It is preferable. The electrolytic solution retention rate in the present invention is an electrode mixture when the electrode sheet is immersed in a nonaqueous electrolytic solution in which 1M LiPF 6 is dissolved in a propylene carbonate solvent (hereinafter, 1M LiPF 6 / PC). This is the ratio of the volume of the nonaqueous electrolyte solution impregnated in the layer to the volume of the electrode mixture layer. The method for measuring the electrolyte solution retention rate and the electrode mixture layer density of the electrode mixture layer will be described in the following examples. When the electrolyte solution retention ratio and the electrode mixture layer density of the electrode mixture layer are in this range, the energy density is improved, and the electrolyte solution is likely to penetrate, that is, the Li insertion / extraction reaction is smooth. It progresses and is effective in charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and gas generation suppression after the charge / discharge cycle. After using the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, the amount of the third conductive additive added and the electrode density of the electrode mixture layer are adjusted to maintain the electrolyte solution in the electrode mixture layer. The liquid ratio and the electrode mixture layer density can be adjusted within this range.

<電極合剤層の比表面積S(m/g)と電解液保液率Lとの比S/L
さらに、本発明の蓄電デバイスの電極シートは、前記電極合剤層の、BET法により求める比表面積をS(m/g)とし、前記電極合剤層の電解液保液率をLとしたときに、S/Lが0.20〜0.30であることが好ましい。S/Lがこの範囲にある場合は、蓄電デバイスの高温環境下での充放電サイクル特性が特に良くなり、充放電サイクル後のガス発生量が特に低減される。S/Lをこの範囲にすることによって、電極合剤層中の電解液保液量が、これらの効果を得るに適した範囲に調節されることによると推察される。S/Lは、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末だけでなく、第三の導電助剤の比表面積や添加量などでも調節することができる。前記電極合剤層の比表面積の測定方法は実施例にて説明する。
<Specific surface area S E of the electrode mixture layer (m 2 / g) and the ratio S E / L E of the electrolyte solution holding ratio L E>
Furthermore, in the electrode sheet of the electricity storage device of the present invention, the specific surface area of the electrode mixture layer determined by the BET method is S E (m 2 / g), and the electrolyte solution retention rate of the electrode mixture layer is L E. when a, S E / L E is preferably a 0.20 to 0.30. If S E / L E is in this range, the charge-discharge cycle characteristics under high temperature environment of the electric storage device is particularly well, the amount of gas generated after the charge-discharge cycle is particularly reduced. By setting S E / L E within this range, it is presumed that the amount of electrolyte solution retained in the electrode mixture layer is adjusted to a range suitable for obtaining these effects. S E / L E can be adjusted not only by the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention but also by the specific surface area and addition amount of the third conductive additive. A method for measuring the specific surface area of the electrode mixture layer will be described in Examples.

(蓄電デバイス)
本発明の蓄電デバイスは、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を含む電極へのリチウムイオンのインターカレーション、脱インターカレーションを利用してエネルギーを貯蔵、放出するデバイスであって、例えば、ハイブリッドキャパシタやリチウム電池などが挙げられる。
(Electric storage device)
The electricity storage device of the present invention is a device that stores and releases energy by utilizing intercalation and deintercalation of lithium ions to an electrode containing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. Examples thereof include a hybrid capacitor and a lithium battery.

[ハイブリッドキャパシタ]
前記ハイブリッドキャパシタとしては、正極に、活性炭など電気二重層キャパシタの電極材料と同様の物理的な吸着によって容量が形成される活物質や、グラファイトなど物理的な吸着とインターカレーション、脱インターカレーションによって容量が形成される活物質や、導電性高分子などレドックスにより容量が形成される活物質を使用し、負極に本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を使用するデバイスである。
[Hybrid capacitor]
As the hybrid capacitor, an active material having a capacity formed by physical adsorption similar to the electrode material of an electric double layer capacitor, such as activated carbon, or physical adsorption, intercalation, deintercalation, etc., such as graphite. In this device, the active material in which the capacity is formed by the active material or the active material in which the capacity is formed by redox such as a conductive polymer is used, and the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is used for the negative electrode.

[リチウム電池]
本発明のリチウム電池は、リチウム一次電池およびリチウム二次電池を総称する。また、本明細書において、リチウム二次電池という用語は、いわゆるリチウムイオン二次電池も含む概念として用いる。
[Lithium battery]
The lithium battery of the present invention is a generic term for a lithium primary battery and a lithium secondary battery. In this specification, the term lithium secondary battery is used as a concept including a so-called lithium ion secondary battery.

前記リチウム電池は、正極、負極および非水溶媒に電解質塩が溶解されている非水電解液等により構成されているが、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は電極材料として用いることができる。本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、正極活物質および負極活物質のいずれとして用いてもよいが、以下には負極活物質として用いた場合を説明する。   The lithium battery is composed of a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte salt is dissolved in a non-aqueous solvent. The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is used as an electrode material. be able to. The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention may be used as either a positive electrode active material or a negative electrode active material, but the case where it is used as a negative electrode active material will be described below.

<負極>
負極は、負極集電体の片面または両面に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末および結着剤を含む電極合剤層を有する。電極合剤層はさらに第三の導電助剤を含むことがある。
<Negative electrode>
The negative electrode has an electrode mixture layer containing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention and a binder on one surface or both surfaces of the negative electrode current collector. The electrode mixture layer may further contain a third conductive additive.

前記負極用の、第三の導電助剤としては、化学変化を起こさない電子伝導材料であれば特に制限はない。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等のグラファイト類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チェンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、単相カーボンナノチューブ、多層カーボンナノチューブ(グラファイト層が多層同心円筒状)(非魚骨状)、カップ積層型カーボンナノチューブ(魚骨状(フィッシュボーン))、節型カーボンナノファイバー(非魚骨構造)、プレートレット型カーボンナノファイバー(トランプ状)等のカーボンナノチューブ類等が挙げられる。また、グラファイト類とカーボンブラック類とカーボンナノチューブ類を適宜混合して用いてもよい。特に限定されることはないが、カーボンブラック類の比表面積は好ましくは30〜3000m/gであり、さらに好ましくは50〜2000m/gである。30m/g未満の比表面積では、活物質との接触面積が減少するため、導電性が取れなくなり、内部抵抗が上昇することになる。3000m/g超の比表面積になると、塗料化に必要となる溶媒量が増えるため、電極密度を向上させることがより困難になり、合剤層の高容量化に適さない。また、グラファイト類の比表面積は、好ましくは30〜600m/gであり、さらに好ましくは50〜500m/gである。30m/g未満の比表面積では、活物質との接触面積が減少するため、導電性が取れなくなり、内部抵抗が上昇することになる。600m/g超の比表面積になると、塗料化に必要となる溶媒量が増えるため、電極密度を向上させることがより困難になり、合剤層の高容量化に適さない。また、カーボンナノチューブ類のアスペクト比は、好ましくは10〜1000である。アスペクト比が大きいと、形成される繊維の構造が円筒チューブ状に近づき、1本の繊維における繊維軸方向の導電性は向上するが、構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が低くなるため、隣接繊維間の導電性が悪化する。一方、アスペクト比が小さいと構造単位胴部を構成するグラファイト網面の開放端が繊維外周面に露出する頻度が高くなるため、隣接繊維間の導電性は向上するが、繊維外周面が、繊維軸方向に短いグラファイト網面が多数連結して構成されるため、1本の繊維における繊維軸方向の導電性が損なわれる。The third conductive additive for the negative electrode is not particularly limited as long as it is an electron conductive material that does not cause a chemical change. For example, natural graphite (flaky graphite, etc.), graphite such as artificial graphite, carbon blacks such as acetylene black, ketjen black, channel black, furnace black, lamp black, thermal black, single-phase carbon nanotube, multi-walled carbon nanotube (Graphite layer is multi-layer concentric cylinder) (non-fishbone), cup-stacked carbon nanotube (fishbone) (fishbone), nodal carbon nanofiber (non-fishbone structure), platelet-type carbon nanofiber ( And carbon nanotubes such as a playing card). Further, graphites, carbon blacks, and carbon nanotubes may be appropriately mixed and used. There is no particular limitation, specific surface area of the carbon blacks is preferably 30~3000m 2 / g, more preferably from 50~2000m 2 / g. When the specific surface area is less than 30 m 2 / g, the contact area with the active material decreases, so that the electrical conductivity cannot be obtained and the internal resistance increases. When the specific surface area exceeds 3000 m 2 / g, the amount of solvent required for coating increases, so it becomes more difficult to improve the electrode density, and it is not suitable for increasing the capacity of the mixture layer. The specific surface area of the graphite is preferably 30 to 600 m 2 / g, more preferably 50 to 500 m 2 / g. When the specific surface area is less than 30 m 2 / g, the contact area with the active material decreases, so that the electrical conductivity cannot be obtained and the internal resistance increases. When the specific surface area exceeds 600 m 2 / g, the amount of solvent required for coating increases, so it becomes more difficult to improve the electrode density, and it is not suitable for increasing the capacity of the mixture layer. The aspect ratio of the carbon nanotubes is preferably 10 to 1000. When the aspect ratio is large, the structure of the formed fiber approaches a cylindrical tube shape, and the conductivity in the fiber axis direction of one fiber is improved. However, the open end of the graphite network surface constituting the structural unit body is a fiber. Since the frequency of exposure to the outer peripheral surface is reduced, the conductivity between adjacent fibers is deteriorated. On the other hand, when the aspect ratio is small, the open end of the graphite mesh surface constituting the structural unit body portion is more frequently exposed to the outer peripheral surface of the fiber, so that the conductivity between adjacent fibers is improved. Since many short graphite mesh surfaces are connected in the axial direction, conductivity in the fiber axial direction of one fiber is impaired.

第三の導電助剤の添加量は、活物質の比表面積や導電助剤の種類や組合せにより最適化されるが、合剤層全体に対して、好ましくは10質量%以下であり、より好ましくは5質量%以下であり、さらに好ましくは2質量%以下である。繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末は、第一の導電助剤である繊維状炭素、場合によっては第二の導電助剤である非繊維状炭素を含んでおり、第三の導電助剤が添加されなくても、蓄電デバイスとして十分な性能が発現する。   The addition amount of the third conductive auxiliary agent is optimized depending on the specific surface area of the active material and the type and combination of the conductive auxiliary agent, but is preferably 10% by mass or less, more preferably based on the entire mixture layer. Is 5% by mass or less, more preferably 2% by mass or less. The fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder contains fibrous carbon that is the first conductive aid, and in some cases non-fibrous carbon that is the second conductive aid, and the third conductive aid. Even if is not added, sufficient performance as an electricity storage device is exhibited.

前記負極用の結着剤としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリビニルピロリドン(PVP)、スチレンとブタジエンの共重合体(SBR)、アクリロニトリルとブタジエンの共重合体(NBR)、カルボキシメチルセルロース(CMC)等が挙げられる。特に限定されることはないが、ポリフッ化ビニリデンの分子量は、好ましくは2万〜20万である。電極合剤層の結着性を確保する観点から、2.5万以上であることが好ましく、3万以上であることがより好ましく、5万以上であることがさらに好ましい。活物質と導電助剤との接触を妨げずに導電性が確保する観点から、15万以下であることが好ましい。特に活物質の比表面積が10m/g以上の場合には、分子量は10万以上であることが好ましい。Examples of the binder for the negative electrode include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), polyvinyl pyrrolidone (PVP), a copolymer of styrene and butadiene (SBR), and a copolymer of acrylonitrile and butadiene. Examples include coalescence (NBR) and carboxymethyl cellulose (CMC). Although not particularly limited, the molecular weight of polyvinylidene fluoride is preferably 20,000 to 200,000. From the viewpoint of securing the binding property of the electrode mixture layer, it is preferably 25,000 or more, more preferably 30,000 or more, and further preferably 50,000 or more. From the viewpoint of ensuring conductivity without hindering contact between the active material and the conductive auxiliary agent, it is preferably 150,000 or less. In particular, when the specific surface area of the active material is 10 m 2 / g or more, the molecular weight is preferably 100,000 or more.

結着剤の添加量は、活物質の比表面積や導電助剤の種類や組合せにより最適化を行うが、通常、合剤層全体に対して、好ましくは0.2〜15質量%である。結着性を高め合剤層の強度を確保する観点から、0.5質量%以上であることがより好ましく、1質量%以上であることがさらに好ましく、2質量%以上であることが特に好ましい。合剤層における活物質比率の減少を抑制し、合剤層の単位質量および単位体積あたりの蓄電デバイスの放電容量を低減させない観点から、結着剤の添加量は、10質量%以下であることが好ましく、5質量%以下であることがより好ましい。   The amount of the binder added is optimized depending on the specific surface area of the active material and the type and combination of the conductive assistants, but is usually preferably 0.2 to 15% by mass with respect to the entire mixture layer. From the viewpoint of enhancing the binding property and securing the strength of the mixture layer, it is more preferably 0.5% by mass or more, further preferably 1% by mass or more, and particularly preferably 2% by mass or more. . From the viewpoint of suppressing the reduction of the active material ratio in the mixture layer and not reducing the unit mass of the mixture layer and the discharge capacity of the electricity storage device per unit volume, the additive amount of the binder is 10% by mass or less. Is preferable, and it is more preferable that it is 5 mass% or less.

前記負極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、焼成炭素、あるいはそれらの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を被覆させたもの等が挙げられる。また、これらの材料の表面を酸化してもよく、表面処理により負極集電体表面に凹凸を付けてもよい。また、前記負極集電体の形態としては、例えば、シート、ネット、フォイル、フィルム、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発砲体、繊維群、不織布の成形体などが挙げられる。   Examples of the negative electrode current collector include aluminum, stainless steel, nickel, copper, titanium, baked carbon, and those whose surfaces are coated with carbon, nickel, titanium, and silver. Moreover, the surface of these materials may be oxidized, and an unevenness | corrugation may be given to the negative electrode collector surface by surface treatment. Examples of the form of the negative electrode current collector include a sheet, a net, a foil, a film, a punched one, a lath body, a porous body, a foamed body, a fiber group, and a nonwoven fabric molded body.

前記負極は、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、結着剤、必要に応じて第三の導電助剤に溶剤を加えて、これらを混合・混練し、さらに溶剤を加えながら粘度を調節して塗料化した後、前記負極集電体上に塗布し、乾燥、圧縮することによって得ることができる。   The negative electrode is obtained by adding a solvent to the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, a binder, and, if necessary, a third conductive additive, mixing and kneading them, and further adding a solvent. After adjusting the viscosity to form a paint, it can be obtained by applying on the negative electrode current collector, drying and compressing.

本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、結着剤、必要に応じて添加する第三の導電助剤を溶剤中に混合する方法としては、特に限定されることはないが、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末と導電助剤と結着剤を同時に溶剤中で混合する方法、導電助剤と結着剤をあらかじめ溶剤中で混合した後に本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を追加混合する方法、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末のスラリーと導電助剤スラリーと結着剤溶液をあらかじめ作製し、それぞれを混合する方法などが挙げられる。これらの合剤層構成材料を合剤層に均一に分散させて存在させるには、導電助剤と結着剤をあらかじめ溶剤中で混合した後に負極活物質を追加混合する方法および負極活物質スラリーと導電助剤スラリーと結着剤溶液をあらかじめ作製し、それぞれを混合する方法が好ましい。   The method of mixing the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention, the binder, and the third conductive auxiliary agent added as necessary is not particularly limited. The method of mixing the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the invention, the conductive additive and the binder at the same time in the solvent, the fibrous carbon of the present invention after the conductive auxiliary agent and the binder are previously mixed in the solvent A method of additionally mixing the lithium-titanium composite oxide powder, a method of preparing a slurry of the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of the present invention, a conductive auxiliary agent slurry and a binder solution in advance, and mixing them. Can be mentioned. In order to make these mixture layer constituent materials uniformly disperse in the mixture layer, a method in which the conductive auxiliary agent and the binder are previously mixed in a solvent and then the negative electrode active material is additionally mixed, and the negative electrode active material slurry It is preferable to prepare a conductive auxiliary agent slurry and a binder solution in advance and mix them together.

溶剤としては、水や有機溶媒を用いることができる。有機溶媒としては、N−メチルピロリドン、ジメチルアセトアミド、ジメチルホルムアミドなど非プロトン性有機溶媒を単独、または2種類以上混合したものが挙げられ、好ましくはN−メチルピロリドンである。   As the solvent, water or an organic solvent can be used. Examples of the organic solvent include aprotic organic solvents such as N-methylpyrrolidone, dimethylacetamide, and dimethylformamide, or a mixture of two or more kinds, preferably N-methylpyrrolidone.

溶剤に水を用いる場合には、結着剤を凝集させないために、結着剤は、最終的に所望の粘度に調整する段階で添加することが好ましい。また、負極集電体としてアルミニウムを用いた場合、塗料のpHが高くなると、アルミニウムの腐食が起こるため、酸性化合物を加えて、腐食が起こらないpHまで下げることが好ましい。酸性化合物としては、無機酸や有機酸のどちらも使用できる。無機酸としては、好ましくはリン酸、ホウ酸、シュウ酸であり、より好ましくはシュウ酸である。有機酸としては、好ましくは有機カルボン酸である。また、アルミニウムの腐食を防ぐ方法として、アルミニウム集電体の表面にカーボンなど耐アルカリ性のあるものを被覆させたアルミニウム集電体を用いるのが好ましい。   When water is used as the solvent, the binder is preferably added at the stage of finally adjusting to a desired viscosity in order not to cause the binder to aggregate. Moreover, when aluminum is used as the negative electrode current collector, corrosion of aluminum occurs when the pH of the coating increases. Therefore, it is preferable to add an acidic compound to lower the pH at which corrosion does not occur. As the acidic compound, either an inorganic acid or an organic acid can be used. As the inorganic acid, phosphoric acid, boric acid and oxalic acid are preferable, and oxalic acid is more preferable. The organic acid is preferably an organic carboxylic acid. Further, as a method for preventing corrosion of aluminum, it is preferable to use an aluminum current collector in which the surface of the aluminum current collector is coated with an alkali-resistant material such as carbon.

溶剤に有機溶媒を用いる場合には、結着剤をあらかじめ有機溶媒に溶解させて使用することが好ましい。   In the case of using an organic solvent as the solvent, it is preferable to use the binder by dissolving it in an organic solvent in advance.

本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、結着剤、必要に応じて添加する第三の導電助剤に溶剤を加えて、混合・混練する装置としては、例えば、プラネタリーミキサーなどの混練容器内で攪拌棒が自転しながら公転するタイプの混練機、二軸押し出し型混練機、遊星式撹拌脱泡装置、ビーズミル、高速旋回型ミキサ、粉体吸引連続溶解分散装置などを用いることができる。また、固形分濃度が高い状態で、混合・混練を開始し、段階的に固形分濃度を下げて塗料の粘度を調整することが好ましく、その場合は、粘度に応じて、その粘度に適した前記混合・混練装置を使い分けることが好ましい。なお、混合・混練を開始する段階の固形分濃度は、好ましくは60〜90質量%、さらに好ましくは70〜90質量%である。60質量%未満では、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末、結着剤、必要に応じて添加する第三の導電助剤を均一分散させるのに十分なせん断力を得ることが難しく、90質量%超では装置の負荷が大きくなりやすい。   Examples of the apparatus for adding and mixing and kneading the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, a binder, and a third conductive auxiliary agent to be added as necessary, for example, a planetary mixer Use a kneader of the type in which the stirring rod revolves in the kneading vessel, a twin-screw extrusion kneader, a planetary stirring and defoaming device, a bead mill, a high-speed swirling mixer, a powder suction continuous dissolution and dispersion device, etc. Can do. In addition, it is preferable to start mixing and kneading in a state where the solid content concentration is high, and adjust the viscosity of the coating material by gradually reducing the solid content concentration. It is preferable to use the mixing / kneading apparatus properly. The solid content concentration at the stage of starting mixing and kneading is preferably 60 to 90% by mass, and more preferably 70 to 90% by mass. If it is less than 60% by mass, sufficient shearing force can be obtained to uniformly disperse the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, the binder, and the third conductive auxiliary agent added as necessary. It is difficult, and if it exceeds 90% by mass, the load on the apparatus tends to increase.

<正極>
正極は、正極集電体の片面または両面に、正極活物質、導電助剤および結着剤を含む合剤層を有する。
<Positive electrode>
The positive electrode has a mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive additive and a binder on one side or both sides of the positive electrode current collector.

前記正極活物質としては、リチウムを吸蔵および放出可能な材料が使用され、例えば、活物質としては、コバルト、マンガン、ニッケルを含有するリチウムとの複合金属酸化物やリチウム含有オリビン型リン酸塩などが挙げられ、これらの正極活物質は、1種単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。このような複合金属酸化物としては、例えば、LiCoO、LiMn、LiNiO、LiCo1−xNi(0.01<x<1)、LiCo1/3Ni1/3Mn1/3、LiNi1/2Mn3/2等が挙げられ、これらのリチウム複合酸化物の一部は他元素で置換してもよく、コバルト、マンガン、ニッケルの一部をSn、Mg、Fe、Ti、Al、Zr、Cr、V、Ga、Zn、Cu、Bi、Mo、La等の少なくとも1種以上の元素で置換したり、Oの一部をSやFで置換したり、あるいは、これらの他元素を含有する化合物を被覆することができる。リチウム含有オリビン型リン酸塩としては、例えば、LiFePO、LiCoPO、LiNiPO、LiMnPO、LiFe1−xPO(MはCo、Ni、Mn、Cu、Zn、およびCdから選ばれる少なくとも1種であり、xは、0≦x≦0.5である。)等が挙げられる。As the positive electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium is used. For example, as the active material, a composite metal oxide with lithium containing cobalt, manganese, nickel, lithium-containing olivine-type phosphate, or the like These positive electrode active materials can be used singly or in combination of two or more. Examples of such composite metal oxides include LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiNiO 2 , LiCo 1-x Ni x O 2 (0.01 <x <1), LiCo 1/3 Ni 1/3 Mn. 1/3 O 2 , LiNi 1/2 Mn 3/2 O 4 and the like. A part of these lithium composite oxides may be substituted with other elements, and a part of cobalt, manganese, nickel may be replaced with Sn. , Mg, Fe, Ti, Al, Zr, Cr, V, Ga, Zn, Cu, Bi, Mo, La, etc., or a part of O is replaced with S or F Alternatively, a compound containing these other elements can be coated. Examples of the lithium-containing olivine-type phosphate include LiFePO 4 , LiCoPO 4 , LiNiPO 4 , LiMnPO 4 , LiFe 1-x M x PO 4 (M is selected from Co, Ni, Mn, Cu, Zn, and Cd). At least one, and x is 0 ≦ x ≦ 0.5.

前記正極用の導電助剤および結着剤としては、負極と同様のものが挙げられる。前記正極集電体としては、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、焼成炭素、アルミニウムやステンレス鋼の表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀を表面処理させたもの等が挙げられる。これらの材料の表面を酸化してもよく、表面処理により正極集電体表面に凹凸を付けてもよい。また、集電体の形態としては、例えば、シート、ネット、フォイル、フィルム、パンチングされたもの、ラス体、多孔質体、発砲体、繊維群、不織布の成形体などが挙げられる。   Examples of the conductive additive and binder for the positive electrode include the same as those for the negative electrode. Examples of the positive electrode current collector include aluminum, stainless steel, nickel, titanium, calcined carbon, and aluminum or stainless steel having a surface treated with carbon, nickel, titanium, or silver. The surface of these materials may be oxidized, and the surface of the positive electrode current collector may be uneven by surface treatment. Examples of the shape of the current collector include a sheet, a net, a foil, a film, a punched one, a lath body, a porous body, a foamed body, a fiber group, and a nonwoven fabric molded body.

<非水電解液>
非水電解液は、非水溶媒中に電解質塩を溶解させたものである。この非水電解液には特に制限は無く、種々のものを用いることができる。
<Non-aqueous electrolyte>
The nonaqueous electrolytic solution is obtained by dissolving an electrolyte salt in a nonaqueous solvent. There is no restriction | limiting in particular in this non-aqueous electrolyte, A various thing can be used.

前記電解質塩としては、非水電解質に溶解するものが用いられ、例えば、LiPF、LiBF、LiPO、LiN(SOF)、LiClO等の無機リチウム塩、LiN(SOCF、LiN(SO、LiCFSO、LiC(SOCF、LiPF(CF、LiPF(C、LiPF(CF、LiPF(iso−C、LiPF(iso−C)等の鎖状のフッ化アルキル基を含有するリチウム塩や、(CF(SONLi、(CF(SONLi等の環状のフッ化アルキレン鎖を含有するリチウム塩、ビス[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウムやジフルオロ[オキサレート−O,O’]ホウ酸リチウム等のオキサレート錯体をアニオンとするリチウム塩が挙げられる。これらの中でも、特に好ましい電解質塩は、LiPF、LiBF、LiPO、およびLiN(SOF)であり、最も好ましい電解質塩はLiPFである。これらの電解質塩は、1種単独又は2種以上を組み合わせて使用することができる。また、これらの電解質塩の好適な組み合わせとしては、LiPFを含み、更にLiBF、LiPO、およびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも1種のリチウム塩が非水電解液中に含まれている場合が好ましい。As the electrolyte salt, one that dissolves in a non-aqueous electrolyte is used. For example, an inorganic lithium salt such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , LiN (SO 2 F) 2 , LiClO 4, or LiN (SO 2). CF 3) 2, LiN (SO 2 C 2 F 5) 2, LiCF 3 SO 3, LiC (SO 2 CF 3) 3, LiPF 4 (CF 3) 2, LiPF 3 (C 2 F 5) 3, LiPF 3 Lithium salts containing a chain-like fluorinated alkyl group such as (CF 3 ) 3 , LiPF 3 (iso-C 3 F 7 ) 3 , LiPF 5 (iso-C 3 F 7 ), and (CF 2 ) 2 ( SO 2 ) 2 NLi, (CF 2 ) 3 (SO 2 ) 2 NLi and other lithium salts containing cyclic fluorinated alkylene chains, bis [oxalate-O, O ′] lithium borate and diflu Examples thereof include lithium salts using an oxalate complex such as oro [oxalate-O, O ′] lithium borate as an anion. Among these, particularly preferable electrolyte salts are LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN (SO 2 F) 2 , and the most preferable electrolyte salt is LiPF 6 . These electrolyte salts can be used singly or in combination of two or more. As the preferred combination of these electrolyte salts include LiPF 6, further LiBF 4, LiPO 2 F 2, and LiN (SO 2 F) at least one lithium salt selected from 2 nonaqueous solution Is preferable.

これら全電解質塩が溶解されて使用される濃度は、前記の非水溶媒に対して、通常0.3M以上が好ましく、0.5M以上がより好ましく、0.7M以上が更に好ましい。またその上限は、2.5M以下が好ましく、2.0M以下がより好ましく、1.5M以下が更に好ましい。   The concentration used by dissolving all the electrolyte salts is usually preferably 0.3 M or more, more preferably 0.5 M or more, and even more preferably 0.7 M or more with respect to the non-aqueous solvent. Moreover, the upper limit is preferably 2.5 M or less, more preferably 2.0 M or less, and even more preferably 1.5 M or less.

一方、前記非水溶媒としては、環状カーボネート、鎖状カーボネート、鎖状エステル、エーテル、アミド、リン酸エステル、スルホン、ラクトン、ニトリル、S=O結合含有化合物等が挙げられ、環状カーボネートを含むことが好ましい。なお、「鎖状エステル」なる用語は、鎖状カーボネートおよび鎖状カルボン酸エステルを含む概念として用いる。   On the other hand, examples of the non-aqueous solvent include cyclic carbonates, chain carbonates, chain esters, ethers, amides, phosphate esters, sulfones, lactones, nitriles, S═O bond-containing compounds, and the like, including cyclic carbonates. Is preferred. The term “chain ester” is used as a concept including a chain carbonate and a chain carboxylic acid ester.

環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種又は二種以上が挙げられ、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種以上が、50C充電レート特性の向上効果や高温保存時のガス発生量を低減する観点からより好適であり、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネートおよび2,3−ブチレンカーボネートから選ばれるアルキレン鎖を有する環状カーボネートの一種以上が更に好適である。全環状カーボネート中のアルキレン鎖を有する環状カーボネートの割合が55体積%〜100体積%であることが好ましく、60体積%〜90体積%であることが更に好ましい。   Examples of the cyclic carbonate include one or more selected from ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate. Ethylene carbonate, propylene carbonate, 1, One or more selected from 2-butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate are more preferable from the viewpoint of improving the 50C charge rate characteristics and reducing the amount of gas generated during high-temperature storage. Propylene carbonate, 1,2- One or more cyclic carbonates having an alkylene chain selected from butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate are more preferred. The ratio of the cyclic carbonate having an alkylene chain in the total cyclic carbonate is preferably 55% by volume to 100% by volume, and more preferably 60% by volume to 90% by volume.

したがって、前記非水電解液としては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種以上の環状カーボネートを含む非水溶媒に、LiPF、LiBF、LiPO、およびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を含む電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることが好ましく、前記環状カーボネートとしては、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネートおよび2,3−ブチレンカーボネートから選ばれるアルキレン鎖を有する環状カーボネートの一種以上が更に好ましい。Therefore, as the non-aqueous electrolyte, a non-aqueous solvent containing one or more cyclic carbonates selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate, LiPF 6 , LiBF 4 , It is preferable to use a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt containing at least one lithium salt selected from LiPO 2 F 2 and LiN (SO 2 F) 2 is used. As the cyclic carbonate, propylene carbonate, 1, One or more cyclic carbonates having an alkylene chain selected from 2-butylene carbonate and 2,3-butylene carbonate are more preferred.

また、特に、全電解質塩の濃度が0.5M以上2.0M以下であり、前記電解質塩として、少なくともLiPFを含み、更に0.001M以上1M以下のLiBF、LiPO、及びLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩が含まれる非水電解液を用いることが好ましい。LiPF以外のリチウム塩が非水溶媒中に占める割合が0.001M以上であると、蓄電デバイスの高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が発揮されやすく、1.0M以下であると高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が低下する懸念が少ないので好ましい。LiPF以外のリチウム塩が非水溶媒中に占める割合は、好ましくは0.01M以上、特に好ましくは0.03M以上、最も好ましくは0.04M以上である。その上限は、好ましくは0.8M以下、さらに好ましくは0.6M以下、特に好ましくは0.4M以下である。In particular, the concentration of the total electrolyte salt is 0.5 M or more and 2.0 M or less, and the electrolyte salt includes at least LiPF 6 and further 0.001 M or more and 1 M or less of LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN. It is preferable to use a nonaqueous electrolytic solution containing at least one lithium salt selected from (SO 2 F) 2 . When the proportion of the lithium salt other than LiPF 6 in the non-aqueous solvent is 0.001 M or more, the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics of the electricity storage device in a high-temperature environment and the reduction of gas generation after the charge / discharge cycle It is preferable that the effect is easily exhibited, and that it is 1.0 M or less because there is little concern that the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics under a high temperature environment and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle are reduced. The proportion of the lithium salt other than LiPF 6 in the non-aqueous solvent is preferably 0.01 M or more, particularly preferably 0.03 M or more, and most preferably 0.04 M or more. The upper limit is preferably 0.8M or less, more preferably 0.6M or less, and particularly preferably 0.4M or less.

また、前記非水溶媒は、適切な物性を達成するために、混合して使用されることが好ましい。その組合せは、例えば、環状カーボネートと鎖状カーボネートの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとラクトンとの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとエーテルの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートと鎖状エステルとの組合せ、環状カーボネートと鎖状カーボネートとニトリルとの組合せ、環状カーボネート類と鎖状カーボネートとS=O結合含有化合物との組合せ等が挙げられる。   The non-aqueous solvent is preferably used as a mixture in order to achieve appropriate physical properties. The combination includes, for example, a combination of a cyclic carbonate and a chain carbonate, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate and a lactone, a combination of a cyclic carbonate, a chain carbonate and an ether, a cyclic carbonate, a chain carbonate and a chain ester. Combinations, combinations of cyclic carbonates, chain carbonates, and nitriles, combinations of cyclic carbonates, chain carbonates, and S═O bond-containing compounds are included.

鎖状エステルとしては、メチルエチルカーボネート(MEC)、メチルプロピルカーボネート(MPC)、メチルイソプロピルカーボネート(MIPC)、メチルブチルカーボネート、およびエチルプロピルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の非対称鎖状カーボネート、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、ジプロピルカーボネート、およびジブチルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の対称鎖状カーボネート、ピバリン酸メチル、ピバリン酸エチル、ピバリン酸プロピル等のピバリン酸エステル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチル、プロピオン酸プロピル、酢酸メチル、および酢酸エチル(EA)から選ばれる1種又は2種以上の鎖状カルボン酸エステルが好適に挙げられる。   As the chain ester, one or more asymmetric chain carbonates selected from methyl ethyl carbonate (MEC), methyl propyl carbonate (MPC), methyl isopropyl carbonate (MIPC), methyl butyl carbonate, and ethyl propyl carbonate, One or more symmetrical linear carbonates selected from dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate, pivalate esters such as methyl pivalate, ethyl pivalate, and propyl pivalate Preferable examples include one or more chain carboxylic acid esters selected from methyl propionate, ethyl propionate, propyl propionate, methyl acetate, and ethyl acetate (EA).

前記鎖状エステルの中でも、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、プロピオン酸メチル、酢酸メチルおよび酢酸エチル(EA)から選ばれるメチル基を有する鎖状エステルが好ましく、特にメチル基を有する鎖状カーボネートが好ましい。   Among the chain esters, chain esters having a methyl group selected from dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, methyl butyl carbonate, methyl propionate, methyl acetate and ethyl acetate (EA) are preferable. In particular, a chain carbonate having a methyl group is preferred.

また、鎖状カーボネートを用いる場合には、2種以上を用いることが好ましい。さらに対称鎖状カーボネートと非対称鎖状カーボネートの両方が含まれるとより好ましく、対称鎖状カーボネートの含有量が非対称鎖状カーボネートより多く含まれると更に好ましい。   Moreover, when using chain carbonate, it is preferable to use 2 or more types. Further, it is more preferable that both a symmetric chain carbonate and an asymmetric chain carbonate are contained, and it is further more preferable that the content of the symmetric chain carbonate is more than that of the asymmetric chain carbonate.

鎖状エステルの含有量は、特に制限されないが、非水溶媒の総体積に対して、60〜90体積%の範囲で用いるのが好ましい。該含有量が60体積%以上であれば非水電解液の粘度が高くなりすぎず、90体積%以下であれば非水電解液の電気伝導度が低下するなどして高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が低下するおそれが少ないので上記範囲であることが好ましい。   The content of the chain ester is not particularly limited, but it is preferably used in the range of 60 to 90% by volume with respect to the total volume of the nonaqueous solvent. When the content is 60% by volume or more, the viscosity of the non-aqueous electrolyte does not become too high, and when the content is 90% by volume or less, the electrical conductivity of the non-aqueous electrolyte is decreased. The above range is preferable because there is little possibility that the effect of improving the discharge cycle characteristics and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle are reduced.

鎖状カーボネート中に対称鎖状カーボネートが占める体積の割合は、51体積%以上が好ましく、55体積%以上がより好ましい。その上限としては、95体積%以下がより好ましく、85体積%以下であると更に好ましい。対称鎖状カーボネートにジメチルカーボネートが含まれると特に好ましい。また、非対称鎖状カーボネートはメチル基を有するとより好ましく、メチルエチルカーボネートが特に好ましい。上記の場合に一段と高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果が向上するので好ましい。   The volume ratio of the symmetric chain carbonate in the chain carbonate is preferably 51% by volume or more, and more preferably 55% by volume or more. The upper limit is more preferably 95% by volume or less, and still more preferably 85% by volume or less. It is particularly preferred that the symmetric chain carbonate contains dimethyl carbonate. The asymmetric chain carbonate preferably has a methyl group, and methyl ethyl carbonate is particularly preferable. In the above case, it is preferable because the effect of improving the charge / discharge cycle characteristics under a higher temperature environment and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle are improved.

環状カーボネートと鎖状エステルの割合は、高温環境下での充放電サイクル特性を向上させる効果や、充放電サイクル後のガス発生量低減効果を高める観点から、環状カーボネート:鎖状エステル(体積比)が10:90〜45:55が好ましく、15:85〜40:60がより好ましく、20:80〜35:65が特に好ましい。   The ratio of cyclic carbonate and chain ester is cyclic carbonate: chain ester (volume ratio) from the viewpoint of improving the effect of improving charge / discharge cycle characteristics in a high temperature environment and the effect of reducing the amount of gas generated after the charge / discharge cycle. Is preferably 10:90 to 45:55, more preferably 15:85 to 40:60, and particularly preferably 20:80 to 35:65.

<リチウム電池の構造>
本発明のリチウム電池の構造は特に限定されるものではなく、正極、負極および単層又は複層のセパレータを有するコイン型電池、さらに、正極、負極およびロール状のセパレータを有する円筒型電池や角型電池等が一例として挙げられる。
<Structure of lithium battery>
The structure of the lithium battery of the present invention is not particularly limited, and a coin-type battery having a positive electrode, a negative electrode, and a single-layer or multi-layer separator, and a cylindrical battery and a corner having a positive electrode, a negative electrode, and a roll separator. An example is a type battery.

前記セパレータとしては、大きなイオン透過度を持ち、所定の機械的強度を持った絶縁性の薄膜が用いられる。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、セルロース紙、ガラス繊維紙、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド微多孔膜などが挙げられ、2種以上を組み合わせて構成された多層膜としたものも用いることができる。またこれらのセパレータ表面にPVDF、シリコン樹脂、ゴム系樹脂などの樹脂や、酸化アルミニウム、二酸化珪素、酸化マグネシウムなどの金属酸化物の粒子などをコーティングすることもできる。前記セパレータの孔径としては、一般的に電池用として有用な範囲であればよく、例えば、0.01〜10μmである。前記セパレータの厚みとしては、一般的な電池用の範囲であればよく、例えば5〜300μmである。   As the separator, an insulating thin film having a large ion permeability and a predetermined mechanical strength is used. For example, polyethylene, polypropylene, cellulose paper, glass fiber paper, polyethylene terephthalate, polyimide microporous film and the like can be mentioned, and a multilayer film constituted by combining two or more kinds can also be used. In addition, the surfaces of these separators can be coated with resin such as PVDF, silicon resin, rubber-based resin, particles of metal oxide such as aluminum oxide, silicon dioxide, and magnesium oxide. The pore diameter of the separator may be in a range generally useful for batteries, for example, 0.01 to 10 μm. The thickness of the separator may be in a general battery range, and is, for example, 5 to 300 μm.

次に、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を構成するリチウムチタン複合酸化物がLiTi12を主成分とするチタン酸リチウムである場合について、実施例および比較例を挙げてより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨から容易に類推可能な様々な組み合わせを包含する。特に、実施例の非水電解液構成する溶媒の組み合わせに限定されるものではない。以下に記載の実施例、比較例に挙げる物性値の詳細について記載する。Next, Examples and Comparative Examples in the case where the lithium titanium composite oxide constituting the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention is lithium titanate containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component. The present invention is not limited to the following examples and includes various combinations that can be easily inferred from the gist of the invention. In particular, it is not limited to the combination of the solvent which comprises the non-aqueous electrolyte of an Example. Details of the physical property values given in the following examples and comparative examples are described.

(各種物性測定方法)
〔1.粒度分布〕
本発明に係る各粉末の粒度分布の測定には、レーザ回折・散乱型粒度分布測定機(日機装株式会社、マイクロトラックMT3300EXII)を用いた。測定試料の調整には、チタン酸リチウムの原料スラリー、および混合スラリーの場合はエタノールを、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の場合はイオン交換水を、それぞれ測定溶媒として用いた。50mlの測定溶媒に約50mgの試料を投入し、さらに界面活性剤である0.2%ヘキサメタリン酸ナトリウム水溶液を1cc添加し、得られた測定用スラリーを超音波分散機で処理した。分散処理が施された測定用スラリーを測定セルに収容して、さらに測定溶媒を加えてスラリー濃度を調整した。スラリーの透過率が適正範囲になったところで粒度分布測定を行った。
(Various physical property measurement methods)
[1. Particle size distribution)
For measuring the particle size distribution of each powder according to the present invention, a laser diffraction / scattering particle size distribution measuring machine (Nikkiso Co., Ltd., Microtrac MT3300EXII) was used. In the preparation of the measurement sample, ethanol was used as the measurement solvent for the lithium titanate raw material slurry and mixed slurry, and ion-exchanged water was used for the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder. About 50 mg of a sample was put into 50 ml of a measurement solvent, and 1 cc of 0.2% sodium hexametaphosphate aqueous solution as a surfactant was added, and the obtained measurement slurry was processed with an ultrasonic disperser. The measurement slurry subjected to the dispersion treatment was accommodated in a measurement cell, and a measurement solvent was added to adjust the slurry concentration. The particle size distribution was measured when the transmittance of the slurry was within an appropriate range.

〔2.繊維状炭素の平均直径および平均アスペクト比〕
繊維状炭素の平均直径D(nm)と平均繊維長L(nm)は、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末のSEM画像から算出した。SEM画像中の繊維状炭素100本の直径の平均値とアスペクト比の平均値を、繊維状炭素の平均直径および平均アスペクト比とした。アスペクト比はL(繊維長)/D(繊維直径)として計算される。
[2. (Average diameter and average aspect ratio of fibrous carbon)
The average diameter D (nm) and the average fiber length L (nm) of the fibrous carbon were calculated from the SEM image of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention. The average value of the diameter of 100 fibrous carbons in the SEM image and the average value of the aspect ratio were taken as the average diameter and average aspect ratio of the fibrous carbon. The aspect ratio is calculated as L (fiber length) / D (fiber diameter).

〔3.XRD〕
測定装置として、CuKα線を用いたX線回折装置(株式会社リガク製、RINT−TTR−III型)を用いた。X線回折測定の測定条件は、測定角度範囲(2θ):10°〜90°、ステップ間隔:0.02°、測定時間:0.25秒/ステップ、線源:CuKα線、管球の電圧:50kV、電流:300mAとした。
[3. XRD]
As a measuring device, an X-ray diffractometer using CuKα ray (Rigaku Corporation, RINT-TTR-III type) was used. The measurement conditions of the X-ray diffraction measurement are: measurement angle range (2θ): 10 ° to 90 °, step interval: 0.02 °, measurement time: 0.25 seconds / step, radiation source: CuKα ray, tube voltage : 50 kV, current: 300 mA.

チタン酸リチウムのメインピーク強度(回折角2θ=18.1〜18.5°の範囲内の(111)面由来ピーク強度)、アナターゼ型二酸化チタンのメインピーク強度(回折角2θ=24.7〜25.7°の範囲内の(101)面由来ピーク強度)、ルチル型二酸化チタンのメインピーク強度(回折角2θ=27.2〜27.6°の範囲内の(110)面由来ピーク強度)、およびLiTiOのピーク強度(回折角2θ=43.5〜43.8°の範囲内の(−133)面由来ピーク強度)を測定した。またLiTiOの(−133)面由来ピーク強度に100/80を乗じてLiTiOのメインピーク強度((002)面相当のピークの強度)を算出した。そして、チタン酸リチウムのメインピーク強度を100としたときの、前記のルチル型二酸化チタン、アナターゼ型二酸化チタン、およびLiTiOのメインピーク強度の相対値を算出した。Main peak intensity of lithium titanate (diffraction angle 2θ = 18.1-18.5 ° -derived peak intensity in the range of (111) plane), main peak intensity of anatase titanium dioxide (diffraction angle 2θ = 24.7− (Peak intensity derived from (101) plane within a range of 25.7 °), main peak intensity of rutile titanium dioxide (peak intensity derived from (110) plane within a range of diffraction angle 2θ = 27.2 to 27.6 °) , And the peak intensity of Li 2 TiO 3 (diffraction angle 2θ = peak intensity derived from (−133) plane within the range of 43.5 to 43.8 °). Also the calculation of Li 2 TiO 3 and (-133) main peak intensity of Li 2 TiO 3 is multiplied by 100/80 on surface derived peak intensity ((002) intensity of the peak of the corresponding surface). Then, when the main peak intensity of the lithium titanate and 100, the rutile titanium dioxide was calculated anatase titanium dioxide, and the relative value of the main peak intensity of Li 2 TiO 3.

〔4.リチウムチタン複合酸化物粉末の結晶子径(D)〕
本発明のチタン酸リチウム粉末の結晶子径(D)は、CuKα線を用いたX線回折装置(株式会社リガク製、RINT−TTR−III型)を用いて測定した。測定条件を、測定角度範囲(2θ):15.8°〜21.0°、ステップ間隔:0.01°、測定時間:1秒/ステップ、線源:CuKα線、管球の電圧:50kV、電流:300mAとして得られたリチウムチタン複合酸化物の(111)面のピーク半値幅からScherrerの式、すなわち以下の式(1)より求めた。なお、半値幅の算出においては、回折装置の光学系による線幅を補正する必要があり、この補正にはシリコン粉末を使用した。
= K・λ/( FW(S)・cosθ) ・・・(1)
FW(S)^D = FWHM^D − FW(I)^D
FW(I)=f0+f1×(2θ)+f2×(2θ)
θ=(t0+t1×(2θ)+t2(2θ))/2
K:Scherrer定数(0.94)
λ:CuKα線の波長(1.54059Å)
FW(S):試料固有の半値幅(FWHM)
FW(I):装置固有の半値幅(FWHM)
D:デコンボリューションパラメータ(1.3)
f0=5.108673E−02
f1=1.058424E−04
f2=6.871481E−06
θ:ブラッグ角の補正値
t0=−3.000E−03
t1=5.119E−04
t2=−3.599E−06
[4. Crystallite diameter of lithium titanium composite oxide powder (D X )]
The crystallite diameter (D X ) of the lithium titanate powder of the present invention was measured using an X-ray diffractometer using CuKα rays (RINT-TTR-III type, manufactured by Rigaku Corporation). Measurement conditions were as follows: measurement angle range (2θ): 15.8 ° to 21.0 °, step interval: 0.01 °, measurement time: 1 second / step, radiation source: CuKα ray, tube voltage: 50 kV, The current was calculated from the Scherrer equation, that is, the following equation (1), from the peak half-value width of the (111) plane of the lithium titanium composite oxide obtained at 300 mA. In calculating the half width, it is necessary to correct the line width by the optical system of the diffractometer, and silicon powder was used for this correction.
D X = K · λ / (FW (S) · cos θ c ) (1)
FW (S) ^ D = FWHM ^ D-FW (I) ^ D
FW (I) = f0 + f1 × (2θ) + f2 × (2θ) 2
θ c = (t0 + t1 × (2θ) + t2 (2θ) 2 ) / 2
K: Scherrer constant (0.94)
λ: wavelength of CuKα 1 line (1.54059 mm)
FW (S): Sample-specific half-width (FWHM)
FW (I): Device-specific half-width (FWHM)
D: Deconvolution parameter (1.3)
f0 = 5.108673E-02
f1 = 1.058424E-04
f2 = 6.871481E-06
θ c : Bragg angle correction value t0 = −3,000E-03
t1 = 5.119E-04
t2 = −3.599E-06

〔5.リチウムチタン複合酸化物粉末のBET比表面積(m/g)〕
本発明のリチウムチタン複合酸化物粉末のBET比表面積の測定は、上述の<リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBET>で説明した方法で、繊維状炭素を含む炭素質物質を除去した後のリチウムチタン複合酸化物粉末について行った。このリチウムチタン複合酸化物粉末について、株式会社マウンテック製、全自動BET比表面積測定装置、商品名「Macsorb HM model−1208」を使用し、液体窒素を用いて一点法でBET比表面積を測定した。
[5. BET specific surface area of lithium titanium composite oxide powder (m 2 / g)]
The measurement of the BET specific surface area of the lithium titanium composite oxide powder of the present invention is performed by removing the carbonaceous material containing fibrous carbon by the method described in the above <specific surface area equivalent diameter D BET of the lithium titanium composite oxide powder>. The lithium-titanium composite oxide powder was processed. About this lithium titanium complex oxide powder, the BET specific surface area was measured with the liquid nitrogen using the full automatic BET specific surface area measuring apparatus by the mount tech Co., Ltd., and the brand name "Macsorb HM model-1208".

〔6.リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径(DBET)〕
比表面積相当径(DBET)は、粉末を構成する全ての粒子が同一径の球と仮定して、下記の式(2)より求めた。ここで、DBETは比表面積相当径(μm)、ρはチタン酸リチウムの真密度(g/cc)、Sは〔5.リチウムチタン複合酸化物粉末のBET比表面積(m/g)〕で説明した方法で測定されたBET比表面積(m/g)である。
BET = 6/(ρ×S) ・・・(2)
[6. Specific surface area equivalent diameter of lithium titanium composite oxide powder (D BET )]
The specific surface area equivalent diameter (D BET ) was calculated from the following formula (2) on the assumption that all particles constituting the powder were spheres having the same diameter. Here, D BET is the specific surface area equivalent diameter (μm), ρ S is the true density of lithium titanate (g / cc), and S is [5. A BET specific surface area of the lithium-titanium composite oxide powder (m 2 / g)] measured BET specific surface area method described in (m 2 / g).
D BET = 6 / (ρ S × S) (2)

〔7.平均円形度〕
円形度は、粒子を2次元平面に投影したときの球形度の指標であり、球形度に代わる指標である。本発明においては、本発明の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末の二次粒子について、測定対象の粒子の周囲長に対する、測定対象の粒子と同じ面積を持つ真円の周囲長を百分率で表した値を各粒子の円形度として求め、その平均値を平均円形度とした。測定対象の粒子の周囲長は、SEM画像を画像処理することにより求め、円形度は下記の式(3)で求めた。50個の粒子の円形度の平均値を平均円形度とした。
円形度=(測定対象の粒子と同じ面積をもつ真円の周囲長)/(測定対象の粒子の周囲長)×100(%) ・・・(3)
[7. (Average circularity)
The circularity is an index of sphericity when a particle is projected on a two-dimensional plane, and is an index instead of sphericity. In the present invention, for the secondary particles of the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of the present invention, the perimeter of the perfect circle having the same area as the measurement target particle is expressed as a percentage with respect to the perimeter of the measurement target particle. The value was determined as the circularity of each particle, and the average value was defined as the average circularity. The perimeter of the particles to be measured was determined by image processing of the SEM image, and the circularity was determined by the following equation (3). The average value of the circularity of 50 particles was defined as the average circularity.
Circularity = (perimeter of a perfect circle having the same area as the particle to be measured) / (perimeter of the particle to be measured) × 100 (%) (3)

〔8.熱重量分析(TG)〕
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の炭素含有率(質量%)の測定を以下に説明する熱重量分析により行った。示差熱熱重量同時測定装置(HITACHITG/DTA7300)を使用して、以下の試験条件で示差熱−熱重量同時分析測定(TG−DTA)を行い、本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の炭素含有率(質量%)を求めた。
<試験条件>
雰囲気:大気
昇温速度:20℃/分
測定温度:室温〜900℃
[8. Thermogravimetric analysis (TG)]
The carbon content (mass%) of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention was measured by thermogravimetric analysis described below. Using a differential thermothermal gravimetric simultaneous measurement device (HITACHITG / DTA7300), differential thermal-thermogravimetric simultaneous analysis (TG-DTA) is performed under the following test conditions, and the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide of the present invention The carbon content (mass%) of the powder was determined.
<Test conditions>
Atmosphere: Air Temperature rising rate: 20 ° C / min Measuring temperature: Room temperature to 900 ° C

〔9.X線光電子分光分析(XPS)〕
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の粒子表面の炭素含有率に代わる指標として、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末について、X線光電子分光分析により、炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)を測定した。X線光電子分光分析による炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)の測定は、アルバック・ファイ製PHI1800型X線光電子分光装置を用いて、以下の試験条件にて行った。
<試験条件>
X線源:AlKα 400W
分析領域:2.0mm×0.8mm
[9. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)]
As an index instead of the carbon content of the particle surface of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention, the carbon and titanium atoms are analyzed by X-ray photoelectron spectroscopy for the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder. The ratio (carbon / titanium) was measured. Measurement of the atomic ratio of carbon to titanium (carbon / titanium) by X-ray photoelectron spectroscopic analysis was performed using the PHI1800 type X-ray photoelectron spectrometer manufactured by ULVAC-PHI under the following test conditions.
<Test conditions>
X-ray source: AlKα 400W
Analysis area: 2.0mm x 0.8mm

〔10.二次粒子の平均圧縮強度〕
球状二次粒子の圧縮試験を、島津製微小圧縮試験機MCT−510を用いて以下の試験条件にて行った。
<試験条件>
試験圧子:FLAT50
測定モード:圧縮試験
試験力: 4.9[mN]
負荷速度:0.0446[mN/秒]
[10. (Average compressive strength of secondary particles)
The compression test of spherical secondary particles was performed under the following test conditions using a Shimadzu micro compression tester MCT-510.
<Test conditions>
Test indenter: FLAT50
Measurement mode: Compression test Test force: 4.9 [mN]
Load speed: 0.0446 [mN / sec]

そして、球状二次粒子の圧縮強度(Cs[MPa])を、以下の式(4)により算出した。
Cs=2.48P/πd ・・・(4)
P:試験力[N]、d:粒子径(mm)
And the compressive strength (Cs [MPa]) of the spherical secondary particle was computed by the following formula | equation (4).
Cs = 2.48P / πd 2 (4)
P: Test force [N], d: Particle diameter (mm)

本実施形態では、得られた球状二次粒子のうち、粒径がD50(μm)の±3μm以内である二次粒子10個について、上述の測定を行い、測定値の平均値を球状二次粒子の平均圧縮強度とした。   In the present embodiment, among the obtained spherical secondary particles, the above-described measurement is performed on 10 secondary particles having a particle diameter within ± 3 μm of D50 (μm), and the average value of the measured values is determined as the spherical secondary particle. The average compressive strength of the particles was used.

〔11.1−メチル−2−ピロリドン吸油量〕
本発明の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末のN−メチルピロリドン吸油量は、試薬液体としてNMP(1−メチル−2−ピロリドン)を使用して、JIS K6217−4(2008)に準拠した方法で測定した。
[11.1-Methyl-2-pyrrolidone oil absorption]
The N-methylpyrrolidone oil absorption amount of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of the present invention was based on JIS K6217-4 (2008) using NMP (1-methyl-2-pyrrolidone) as a reagent liquid. Measured by the method.

〔12.電極合剤層の電解液保液率〕
本発明の電極シートの電極合剤層の電解液保液率を次のようにして測定した。電極シートを16mmφの大きさに切り出し、室温にて非水電解液{1M LiPF/PC}に10分間浸した。このあと、電極シートを非水電解液{1M LiPF/PC}から取り出し、表面に付着した非水電解液{1M LiPF/PC}を吸湿性の不織布で電極に損傷を与えないように静かに拭き取り、電極合剤層中に残留した非水電解液{1M LiPF/PC}の質量を測定し、体積に換算した。電解液保液率は、以下の式(5)に示すように、電極合剤層中に残留した非水電解液の体積を電極合剤層の体積で除して値を百分率にして算出した。
電解液保液率(%)=(電極合剤層に残留した)非水電解液{1M LiPF/PC})の体積(cm))/(電極合剤層の体積(cm))×100 ・・・(5)
[12. Electrolyte solution retention rate of electrode mixture layer)
The electrolyte solution retention rate of the electrode mixture layer of the electrode sheet of the present invention was measured as follows. The electrode sheet was cut into a size of 16 mmφ and immersed in a non-aqueous electrolyte {1M LiPF 6 / PC} at room temperature for 10 minutes. Thereafter, removed electrode sheet from a non-aqueous electrolyte solution {1M LiPF 6 / PC}, quiet non-aqueous electrolyte adhering to the surface {1M LiPF 6 / PC} so as not to damage the electrode hygroscopic nonwoven The mass of the non-aqueous electrolyte {1M LiPF 6 / PC} remaining in the electrode mixture layer was measured and converted into a volume. The electrolyte solution retention rate was calculated by dividing the volume of the non-aqueous electrolyte remaining in the electrode mixture layer by the volume of the electrode mixture layer as a percentage as shown in the following formula (5). .
Electrolyte solution retention rate (%) = volume of nonaqueous electrolyte solution {1M LiPF 6 / PC} (residual in electrode mixture layer) (cm 3 )) / (volume of electrode mixture layer (cm 3 )) × 100 (5)

(実施例1)
<チタン酸リチウムの原料スラリーの調製>
チタン酸リチウムの原料であるLiCO(平均粒径:4.6μm)とTiO(比表面積:9.2m/g)を、Tiに対するLiの原子比Li/Ti:0.83になるように秤量し、TiOに対して0.1質量%のポリビニルアルコール(PVA)と共に、固形分濃度41質量%となるようにイオン交換水を加え撹拌してスラリーを作製した。このスラリーを、ビーズミル(ウィリー・エ・バッコーフェン社製、形式:ダイノーミル KD−20BC型、アジテーター材質:ポリウレタン、ベッセル内面材質:ジルコニア、ビーズ材質:ジルコニア、ビーズ外径:0.65mm、ベッセル内ビーズ充填率:80体積%)を使用して、アジテーター周速13m/秒、スラリーフィード速度55kg/時の条件で、ベッセル内圧が0.03MPa以下になるように制御しながら、粉砕・混合を行い、チタン酸リチウムの原料スラリーを調製した。得られたチタン酸リチウムの原料スラリーについて、レーザ回折・散乱型粒度分布測定機にてD95を測定すると、0.9μmであった。
Example 1
<Preparation of raw material slurry of lithium titanate>
Li 2 CO 3 (average particle size: 4.6 μm) and TiO 2 (specific surface area: 9.2 m 2 / g), which are raw materials of lithium titanate, were changed to an atomic ratio Li / Ti: 0.83 of Li to Ti. A slurry was prepared by adding ion-exchanged water to a solid content concentration of 41% by mass and stirring with 0.1% by mass of polyvinyl alcohol (PVA) with respect to TiO 2 . This slurry is made into a bead mill (made by Willy et Bacofen, model: dyno mill KD-20BC, agitator material: polyurethane, vessel inner surface material: zirconia, bead material: zirconia, bead outer diameter: 0.65 mm, filled with beads in the vessel. Rate: 80% by volume), pulverizing and mixing while controlling the internal pressure of the vessel to be 0.03 MPa or less under the conditions of an agitator peripheral speed of 13 m / sec and a slurry feed speed of 55 kg / hr. A raw material slurry of lithium acid was prepared. It was 0.9 micrometer when D95 was measured with the laser diffraction and scattering type particle size distribution measuring machine about the obtained raw material slurry of lithium titanate.

<多層カーボンナノチューブの合成>
イオン交換水中に、金属元素のモル比がCo:Mg:Al=8:66:26となるように、硝酸コバルト〔Co(NO・6HO:分子量291.03〕、硝酸マグネシウム〔Mg(NO・6HO:分子量256.41〕、硝酸アルミニウム〔Al(NO・9HO:分子量375.13〕を溶解させ、塩基性条件下で攪拌混合した。その後、生成した沈殿物のろ過、洗浄、乾燥を行った。これを500℃に加熱して1時間焼成した後、乳鉢で粉砕し、置換固溶によるスピネル構造を持つ触媒を取得した。次いで、石英製反応管に、石英ウール製の支持体を設け、その上に触媒を散布した。He雰囲気中で管内温度を550℃に加熱した後、CO、Hからなる混合ガス(容積比:CO/H=99.0/1.0)を原料ガスとして反応管の下部から1.28L/分の流量で7時間流し、多層カーボンナノチューブを得た。得られた多層カーボンナノチューブは、触媒の質量に対して15倍の収量であった。
<Synthesis of multi-walled carbon nanotubes>
In ion-exchanged water, cobalt nitrate [Co (NO 3 ) 2 .6H 2 O: molecular weight 291.03], magnesium nitrate [so that the molar ratio of metal elements is Co: Mg: Al = 8: 66: 26 Mg (NO 3 ) 2 · 6H 2 O: molecular weight 256.41] and aluminum nitrate [Al (NO 3 ) 3 · 9H 2 O: molecular weight 375.13] were dissolved and mixed under stirring under basic conditions. Thereafter, the produced precipitate was filtered, washed and dried. After heating this to 500 degreeC and baking for 1 hour, it grind | pulverized in the mortar and the catalyst with the spinel structure by substitution solid solution was acquired. Next, a quartz wool support was provided in the quartz reaction tube, and a catalyst was sprayed thereon. After heating the temperature in the tube to 550 ° C. in a He atmosphere, a mixed gas composed of CO and H 2 (volume ratio: CO / H 2 = 99.0 / 1.0) is used as a raw material gas from the bottom of the reaction tube. A multi-walled carbon nanotube was obtained by flowing at a flow rate of 28 L / min for 7 hours. The obtained multi-walled carbon nanotubes had a yield of 15 times the mass of the catalyst.

<多層カーボンナノチューブスラリーの調製>
得られた多層カーボンナノチューブと、カルボキシメチルセルロース(CMC)とイオン交換水を、質量比として1.0:0.8:98.2となるように調合・撹拌してスラリーを作成した。このスラリーを、ビーズミル(淺田鉄工社製、形式:PICOMILL PCM−LR型、アジテーター材質:窒化珪素、ベッセル内面材質:ジルコニア)を使用して、ジルコニア製(外径:1.0mm)のビーズをベッセルに80体積%充填し、アジテーター周速8m/秒、スラリーフィード速度30〜50ml/分で、ベッセル内圧が0.06MPa以下になるように制御しながら、粉砕した。
<Preparation of multi-walled carbon nanotube slurry>
The obtained multi-walled carbon nanotube, carboxymethylcellulose (CMC) and ion-exchanged water were prepared and stirred so as to have a mass ratio of 1.0: 0.8: 98.2 to prepare a slurry. Using this slurry, beads made of zirconia (outer diameter: 1.0 mm) are vesseld using a bead mill (made by Iwata Tekko Co., Ltd., model: PICOMILL PCM-LR type, agitator material: silicon nitride, vessel inner surface material: zirconia). The mixture was pulverized while controlling the internal pressure of the vessel to be 0.06 MPa or less at an agitator peripheral speed of 8 m / sec and a slurry feed speed of 30 to 50 ml / min.

<混合スラリーの調製>
次いで、チタン酸リチウムの原料スラリーと多層カーボンナノチューブスラリーを、チタン酸リチウムの原料と多層カーボンナノチューブの質量比が99.5:0.5となるように混合し、固形分が15%となるようにイオン交換水を加えて混合・撹拌した。このスラリーを、ビーズミル(ウィリー・エ・バッコーフェン社製、形式:ダイノーミル KD−20BC型、アジテーター材質:ポリウレタン、ベッセル内面材質:ジルコニア)を使用して、ジルコニア製(外径:0.65mm)のビーズをベッセルに80体積%充填し、アジテーター周速13m/秒、スラリーフィード速度55kg/時で、ベッセル内圧が0.05MPa以下になるように制御しながら、混合を行った。
<Preparation of mixed slurry>
Next, the lithium titanate raw material slurry and the multi-walled carbon nanotube slurry are mixed so that the mass ratio of the lithium titanate raw material and the multi-walled carbon nanotube is 99.5: 0.5, so that the solid content is 15%. Ion exchange water was added to and mixed and stirred. Using this slurry, beads made of zirconia (outer diameter: 0.65 mm) using a bead mill (manufactured by Willy et Bacofen, model: dyno mill KD-20BC type, agitator material: polyurethane, vessel inner surface material: zirconia). Was mixed in 80% by volume of the vessel, at an agitator peripheral speed of 13 m / sec, and a slurry feed speed of 55 kg / hr, while controlling the internal pressure of the vessel to be 0.05 MPa or less.

<スプレードライ法による噴霧・造粒>
得られた混合スラリーを、二流体ノズルスプレードライヤーにて噴霧・乾燥し、造粒粉末を得た。プリス社製スプレードライヤー「P260TN−31HOP」を用いて入口温度235℃,出口温度110℃、噴霧圧力0.5MPa、スラリー供給速度50kg/時として噴霧乾燥し、造粒粉末を得た。
<Spraying and granulation by spray drying method>
The obtained mixed slurry was sprayed and dried with a two-fluid nozzle spray dryer to obtain a granulated powder. Using a spray dryer “P260TN-31HOP” manufactured by Pris, the mixture was spray-dried at an inlet temperature of 235 ° C., an outlet temperature of 110 ° C., a spray pressure of 0.5 MPa, and a slurry supply rate of 50 kg / hour to obtain granulated powder.

<焼成>
得られた造粒粉末を、付着防止機構を備えたロータリーキルン式焼成炉(炉芯管長さ:4m、炉芯管直径:30cm、外部加熱式)の原料供給側から炉心管内に導入し、窒素雰囲気中で乾燥し、焼成した。このときの、炉心管の水平方向からの傾斜角度を2度、炉心管の回転速度を20rpm、焼成物回収側から炉心管内に導入する窒素の流速を20L/分として、炉心管の加熱温度を、原料供給側:860℃、中央部:860℃、焼成物回収側:860℃とし、焼成物の、加熱域での滞留時間を26分とした。その後、炉心管の焼成物回収側から回収した焼成物を、篩(目の粗さ:75μm)分けし、篩を通過した繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を収集した。
<Baking>
The obtained granulated powder is introduced into the furnace core tube from the raw material supply side of a rotary kiln type firing furnace (furnace core tube length: 4 m, furnace core tube diameter: 30 cm, external heating type) equipped with an adhesion prevention mechanism, and a nitrogen atmosphere Dried in and fired. At this time, assuming that the inclination angle from the horizontal direction of the core tube is 2 degrees, the rotation speed of the core tube is 20 rpm, the flow rate of nitrogen introduced into the core tube from the fired product collection side is 20 L / min, and the heating temperature of the core tube is The raw material supply side: 860 ° C., the central part: 860 ° C., the fired product collection side: 860 ° C., and the residence time of the fired product in the heating zone was 26 minutes. Thereafter, the fired product collected from the fired product recovery side of the furnace core tube was sieved (mesh roughness: 75 μm), and the fibrous carbon-containing lithium titanate powder that passed through the sieve was collected.

得られた繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の物性を[各種物性測定方法]で説明した方法で測定した。以上の実施例1の製造条件(原料混合物のD95を含む)および繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末の物性を、他の実施例、比較例と併せて表1および表2に示す。なお、表中のABとはアセチレンブラックのことである。   The physical properties of the obtained fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder were measured by the methods described in [Methods for measuring various physical properties]. The production conditions (including D95 of the raw material mixture) of the above Example 1 and the physical properties of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder are shown in Tables 1 and 2 together with other examples and comparative examples. In addition, AB in a table | surface is acetylene black.

Figure 2017047755
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Figure 2017047755
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<特性評価用非水電解液の調製>
特性を評価するための電池に用いる非水電解液は、次のように調製した。エチレンカーボネート(EC):プロピレンカーボネート(PC):メチルエチルカーボネート(MEC):ジメチルカーボネート(DMC)(体積比)=10:20:20:50の非水溶媒を調製し、これに電解質塩としてLiPFを1M、LiPOを0.05Mの濃度になるように溶解して非水電解液を調製した。
<Preparation of non-aqueous electrolyte for characteristic evaluation>
The non-aqueous electrolyte used for the battery for evaluating the characteristics was prepared as follows. A nonaqueous solvent of ethylene carbonate (EC): propylene carbonate (PC): methyl ethyl carbonate (MEC): dimethyl carbonate (DMC) (volume ratio) = 10: 20: 20: 50 was prepared, and LiPF was used as an electrolyte salt thereof. 6 was dissolved to a concentration of 1M and LiPO 2 F 2 to a concentration of 0.05M to prepare a non-aqueous electrolyte.

<評価電極シートの作製>
活物質として実施例1の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を95質量%、アセチレンブラック(第三の導電助剤)を2質量%、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)を3質量%の割合で含有する塗料を次のように作製した。あらかじめ1−メチル−2−ピロリドン溶剤に溶解させたポリフッ化ビニリデンとアセチレンブラックと1−メチル−2−ピロリドン溶剤を遊星式撹拌脱泡装置にて混合した後、繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を加え、更に1−メチル−2−ピロリドン溶剤を加え全固形分濃度が56質量%となるように調製し、遊星式撹拌脱泡装置にて混合して塗料を調整した。得られた塗料をアルミニウム箔上に塗布し、乾燥させて評価電極片面シートを作製した。また、得られた塗料をアルミニウム箔の両面に塗布し、乾燥させて評価電極両面シートを作製した。
<Production of evaluation electrode sheet>
95% by mass of the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder of Example 1 as an active material, 2% by mass of acetylene black (third conductive additive), and 3% by mass of polyvinylidene fluoride (binder) A paint containing a proportion was prepared as follows. Polyvinylidene fluoride, acetylene black, and 1-methyl-2-pyrrolidone solvent previously dissolved in a 1-methyl-2-pyrrolidone solvent are mixed with a planetary stirring deaerator, and then a fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide. The powder was added, and a 1-methyl-2-pyrrolidone solvent was further added to adjust the total solids concentration to 56% by mass, and the mixture was mixed with a planetary stirring deaerator to prepare a paint. The obtained paint was applied onto an aluminum foil and dried to prepare an evaluation electrode single-sided sheet. Moreover, the obtained coating material was apply | coated on both surfaces of the aluminum foil, it was made to dry and the evaluation electrode double-sided sheet was produced.

<コイン電池の作製>
前記評価電極片面シートを直径14mmの円形に打ち抜き、プレス加工した後、120℃で5時間真空乾燥することによって評価電極を作製した。このとき片面の合剤層の厚さは32μmで、合剤量は70g/mであった。作製した評価電極と金属リチウム(厚み0.5mm、直径16mmの円形に成形したもの)をグラスフィルター(ワットマン製 GA−100とGF/Cの2枚重ね)を介して対向させ、評価するための電池用として調製した、前記特性評価用非水電解液を、それぞれ加えて封止することによって、2030型コイン型電池を作製した。
<Production of coin battery>
The evaluation electrode single-sided sheet was punched into a circle having a diameter of 14 mm, pressed, and then vacuum-dried at 120 ° C. for 5 hours to prepare an evaluation electrode. At this time, the thickness of the mixture layer on one side was 32 μm, and the amount of the mixture was 70 g / m 2 . The evaluation electrode and metal lithium (formed in a circular shape having a thickness of 0.5 mm and a diameter of 16 mm) face each other through a glass filter (two layers of Whatman GA-100 and GF / C) for evaluation. The 2030 type coin-type battery was produced by adding and sealing the said non-aqueous electrolyte for characteristic evaluation prepared for batteries, respectively.

<初期充放電効率の測定(室温)>
25℃の恒温槽内にて、上述の<コイン電池の作製>で説明した方法で作製したコイン型電池に、評価電極にLiが吸蔵される方向を充電として、0.2mA/cmの電流密度で1Vまで充電を行い、さらに1Vで充電電流が0.05mA/cmの電流密度になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、0.2mA/cmの電流密度で2Vまで放電させる定電流放電を行った。この時の放電容量を初回放電容量(mAh/g)とした。結果を表2に示す。
<Measurement of initial charge / discharge efficiency (room temperature)>
In a constant temperature bath at 25 ° C., a current of 0.2 mA / cm 2 is obtained by charging the coin-type battery manufactured by the method described in <Preparation of Coin Battery> with the direction in which Li is occluded in the evaluation electrode. was charged with a density up to 1V, after further charge current at 1V makes a constant-current constant-voltage charge for charging to a current density of 0.05 mA / cm 2, to 2V at a current density of 0.2 mA / cm 2 A constant current discharge was performed. The discharge capacity at this time was defined as the initial discharge capacity (mAh / g). The results are shown in Table 2.

<対極シートの作製>
上述の<評価電極シートの作製>と同様な作製方法において、活物質として、コバルト酸リチウム粉末を90質量%、アセチレンブラック(導電助剤)を5質量%、ポリフッ化ビニリデン(結着剤)を5質量%の割合で含有する塗料を調整し、アルミニウム箔上に塗布、乾燥させた後、反対面にも塗料を塗布、乾燥させて対極両面シートを作製した。
<Preparation of counter electrode sheet>
In the same production method as in <Preparation of Evaluation Electrode Sheet>, 90% by mass of lithium cobaltate powder, 5% by mass of acetylene black (conductive aid), and polyvinylidene fluoride (binder) are used as active materials. A paint containing 5% by mass was prepared, applied onto an aluminum foil and dried, and then applied to the opposite surface and dried to prepare a counter electrode double-sided sheet.

<ラミネート電池の作製>
前記評価電極両面シートをプレス加工し、所定の電極密度とした後、打ち抜き、リード線接続部分を有する合剤層が縦4.2cm横5.2cmの負極を作製した。このとき片面の合剤層の厚さは32μmで、合剤量は70g/mであった。前記対極両面シートをプレス加工した後、打ち抜き、リード線接続部分を有する合剤層が縦4cm横5cmの正極を作製した。このとき片面の合剤層の厚さは40μmで、合剤量は68g/mであった。作製した負極と正極を、微多孔性ポリエチレンフィルム製セパレータを介して対向させ、積層し、アルミ箔のリード線を正負極共に接続し、前記特性評価用非水電解液を、それぞれ加えてアルミラミネートで真空封止することによって、45℃充放電サイクル及び充放電サイクル後のガス発生評価用のラミネート型電池を作製した。このラミネート型電池の容量は200mAhで、負極と正極の容量の比(負極容量/正極容量比)は1.1であった。
<Production of laminated battery>
The evaluation electrode double-sided sheet was pressed to a predetermined electrode density, punched out, and a negative electrode having a mixture layer having a lead wire connecting portion of 4.2 cm in length and 5.2 cm in width was produced. At this time, the thickness of the mixture layer on one side was 32 μm, and the amount of the mixture was 70 g / m 2 . After pressing the counter double-sided sheet, punching was performed to prepare a positive electrode having a mixture layer having a lead wire connecting portion of 4 cm in length and 5 cm in width. At this time, the thickness of the mixture layer on one side was 40 μm, and the amount of the mixture was 68 g / m 2 . The prepared negative electrode and positive electrode are opposed to each other through a separator made of a microporous polyethylene film, laminated, the aluminum foil lead wires are connected together with the positive and negative electrodes, and the non-aqueous electrolyte for property evaluation is added to each of the aluminum laminates. The laminate type battery for gas generation evaluation after the 45 ° C. charge / discharge cycle and the charge / discharge cycle was produced by vacuum-sealing. The capacity of this laminated battery was 200 mAh, and the ratio of the negative electrode to positive electrode capacity (negative electrode capacity / positive electrode capacity ratio) was 1.1.

<サイクル試験、およびガス発生量の測定>
25℃の恒温槽内にて、上述の<ラミネート電池の作製>で説明した方法で作製したラミネート電池に、40mAで2.75Vまで充電を行い、さらに2.75Vで充電電流が10mAの電流になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、40mAの電流で1.4Vまで放電させる定電流放電を3サイクル行った。ラミネート電池を恒温槽から取り出し、アルキメデス法にて、ラミネート電池の体積(サイクル試験前のラミネート電池の体積)を測定した。その後、恒温槽の温度を45℃にして、200mAで2.75Vまで充電を行い、さらに2.75Vで充電電流が10mAの電流になるまで充電させる定電流定電圧充電を行った後、200mAの電流で1.4Vまで放電させる定電流放電を500サイクル行った。1サイクル目の放電容量を、500サイクル目の放電容量で除して500cyc放電容量維持率[45℃]を算出した。その後、恒温槽の温度を25℃にして、1時間保存した。次に、ラミネート電池を恒温槽から取り出し、ラミネート電池の体積(保存後のラミネート電池の体積)をアルキメデス法で測定した。サイクル試験後のラミネート電池の体積からサイクル試験前のラミネート電池の体積を差し引いて、ガス発生量[45℃]を算出した。結果を表2に示す。
<Cycle test and measurement of gas generation>
In a constant temperature bath at 25 ° C., the laminated battery produced by the method described in <Preparation of laminated battery> above is charged to 2.75 V at 40 mA, and the charging current is further adjusted to 10 mA at 2.75 V. After performing constant-current constant-voltage charging until charging was performed, constant-current discharging for discharging to 1.4 V at a current of 40 mA was performed for three cycles. The laminate battery was taken out from the thermostat and the volume of the laminate battery (volume of the laminate battery before the cycle test) was measured by Archimedes method. Thereafter, the temperature of the thermostatic chamber is set to 45 ° C., the battery is charged up to 2.75 V at 200 mA, and further charged to 2.75 V until the charging current becomes 10 mA, and then the constant current and constant voltage charging is performed. 500 cycles of constant current discharge for discharging to 1.4 V with current were performed. The discharge capacity at the first cycle was divided by the discharge capacity at the 500th cycle to calculate a 500 cyc discharge capacity retention rate [45 ° C.]. Then, the temperature of the thermostat was set to 25 ° C. and stored for 1 hour. Next, the laminate battery was taken out from the thermostat, and the volume of the laminate battery (the volume of the laminate battery after storage) was measured by the Archimedes method. The gas generation amount [45 ° C.] was calculated by subtracting the volume of the laminate battery before the cycle test from the volume of the laminate battery after the cycle test. The results are shown in Table 2.

以上の、実施例1の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を電極シートに用いたラミネート型電池の特性評価結果を、他の実施例、比較例の炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を電極シートに用いたリチウムイオン二次電池(ラミネート型電池)の特性評価結果と併せて表2に示す。   The characteristics evaluation results of the laminate type battery using the fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder of Example 1 as an electrode sheet as described above, and the carbon-containing lithium-titanium composite oxide powders of other examples and comparative examples as electrodes. It shows in Table 2 together with the characteristic evaluation result of the lithium ion secondary battery (laminated battery) used for the sheet.

(実施例2〜4)
繊維状炭素としての多層カーボンナノチューブの添加割合を表1に示す割合に変更して混合スラリーを調製したことと、実施例2、3については、チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したこと以外は実施例1と同様の方法で実施例2〜4の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Examples 2 to 4)
The mixed slurry was prepared by changing the addition ratio of the multi-walled carbon nanotubes as fibrous carbon to the ratio shown in Table 1, and for Examples 2 and 3, the D95 of the lithium titanate raw material is the value shown in Table 1. The fibrous carbon-containing lithium titanate powders of Examples 2 to 4 were obtained in the same manner as in Example 1 except that a raw material slurry of lithium titanate was prepared so as to be. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(実施例5)
表1に示すように、分散剤として、ポリビニルアルコールに代えて、同量のポリカルボン酸アンモニウム塩を用いて、チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したこと以外は実施例2と同様の方法で実施例5の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 5)
As shown in Table 1, instead of polyvinyl alcohol, the same amount of ammonium polycarboxylate was used as a dispersant, so that the lithium titanate raw material D95 had the value shown in Table 1 as shown in Table 1. A fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 5 was obtained in the same manner as in Example 2 except that the raw material slurry was prepared. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(実施例6)
チタン原料に、表1に示す比表面積のTiOを用いて、チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したこと以外は実施例2と同様の方法で実施例6の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 6)
Example 2 with the exception that the raw material slurry of lithium titanate was prepared using TiO 2 having a specific surface area shown in Table 1 so that D95 of the raw material of lithium titanate had the value shown in Table 1 as the titanium raw material. A fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 6 was obtained in the same manner. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(実施例7)
繊維状炭素としての多層カーボンナノチューブの添加割合を表1に示す割合に変更して混合スラリーを調製したことと、造粒粉末の焼成時の最高温度を表1に示す温度に変更したこと以外は実施例6と同様の方法で実施例7の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 7)
Except for changing the addition ratio of multi-walled carbon nanotubes as fibrous carbon to the ratio shown in Table 1 and preparing a mixed slurry, and changing the maximum temperature during firing of the granulated powder to the temperature shown in Table 1 A fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 7 was obtained in the same manner as in Example 6. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(実施例8、9)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、造粒粉末の焼成時の最高温度を表1に示す温度に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で実施例8、9の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Examples 8 and 9)
Except that the lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the value shown in Table 1, and that the maximum temperature during firing of the granulated powder was changed to the temperature shown in Table 1 The fibrous carbon-containing lithium titanate powders of Examples 8 and 9 were obtained in the same manner as in Example 1. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(実施例10)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、多層カーボンナノチューブと、アセチレンブラックと、CMCとイオン交換水を、質量比で0.5:0.5:0.8:98.2となるように調合・撹拌して、アセチレンブラックを含む多層カーボンナノチューブスラリーを調製したことと、チタン酸リチウムの原料スラリーと、アセチレンブラックを含む多層カーボンナノチューブスラリーとを、チタン酸リチウムの原料と多層カーボンナノチューブとアセチレンブラックの質量比が、「チタン酸リチウムの原料:多層カーボンナノチューブとアセチレンブラックとの合計」=99.0:1.0となるように混合して混合スラリーを調製したこと以外は、実施例1と同様の方法で実施例10の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 10)
The lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the value shown in Table 1, multi-walled carbon nanotubes, acetylene black, CMC and ion-exchanged water in a mass ratio of 0.00. 5: 0.5: 0.8: 98.2 Prepared and stirred to prepare a multi-walled carbon nanotube slurry containing acetylene black, a raw material slurry of lithium titanate, and a multi-layer containing acetylene black In the carbon nanotube slurry, the mass ratio of the lithium titanate raw material, the multi-walled carbon nanotube, and acetylene black is “the raw material of lithium titanate: the total of the multi-walled carbon nanotube and acetylene black” = 99.0: 1.0. The same as in Example 1 except that a mixed slurry was prepared by mixing In to obtain a carbon fiber-containing lithium titanate powder of Example 10. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(実施例11、12)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、多層カーボンナノチューブとアセチレンブラックを、各々表1に示す割合で混合したことと、チタン酸リチウムの原料スラリーと、アセチレンブラックを含む多層カーボンナノチューブスラリーとを、チタン酸リチウムの原料と多層カーボンナノチューブとアセチレンブラックの質量比が、「チタン酸リチウムの原料:多層カーボンナノチューブとアセチレンブラックとの合計」=99.0:1.0となるように混合して混合スラリーを調製したこと以外は、実施例10と同様の方法で実施例11、12の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Examples 11 and 12)
The lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the value shown in Table 1, multi-walled carbon nanotubes and acetylene black were mixed in the proportions shown in Table 1, respectively, and titanium The lithium titanate raw material slurry and the multi-walled carbon nanotube slurry containing acetylene black, the mass ratio of the lithium titanate raw material, multi-walled carbon nanotubes and acetylene black is “lithium titanate raw material: multi-walled carbon nanotubes and acetylene black The fibrous carbon-containing lithium titanate powders of Examples 11 and 12 were obtained in the same manner as in Example 10 except that a mixed slurry was prepared by mixing so that “total” = 99.0: 1.0. It was. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(実施例13)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したこと以外は実施例2と同様の方法で実施例13の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。第三の導電助剤としてのアセチレンブラックの添加割合を表1に示す割合に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 13)
The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 13 was prepared in the same manner as in Example 2 except that the lithium titanate raw material slurry was prepared so that D95 of the lithium titanate raw material had the value shown in Table 1. Obtained. An electrode sheet and a laminate battery using the same were prepared in the same manner as in Example 1 except that the addition ratio of acetylene black as the third conductive additive was changed to the ratio shown in Table 1.

(実施例14〜17)
実施例1で作成した繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を用いて、第三の導電助剤としてのアセチレンブラックの添加割合を表1に示す割合に変更したことと、評価電極シートの電極合剤密度を表1に示す値になるように変更したこと以外は実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Examples 14 to 17)
Using the fibrous carbon-containing lithium titanate powder prepared in Example 1, the addition ratio of acetylene black as the third conductive additive was changed to the ratio shown in Table 1, and the electrode mixture of the evaluation electrode sheet An electrode sheet and a laminate battery using the same were produced in the same manner as in Example 1 except that the density was changed to the values shown in Table 1.

(実施例18)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、繊維状炭素としての多層カーボンナノチューブの添加割合を表1に示す割合に変更して混合スラリーを調製したことと、造粒粉末の焼成時の最高温度を表1に示す温度に変更したこと以外は実施例1と同様の方法で実施例18の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Example 18)
The lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the value shown in Table 1, and the addition ratio of the multi-walled carbon nanotubes as fibrous carbon was changed to the ratio shown in Table 1. The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Example 18 was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mixed slurry was prepared and the maximum temperature at the firing of the granulated powder was changed to the temperature shown in Table 1. Obtained. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(比較例1)
チタン酸リチウムの原料であるLiCO(平均粒径:4.6μm)とTiO(比表面積:9.2m/g)を混合し撹拌して作製したスラリーについて、ビーズミルを用いた粉砕・混合を行わなかったこと以外は実施例2と同様の方法で比較例1の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 1)
Lithium titanate raw material Li 2 CO 3 (average particle size: 4.6 μm) and TiO 2 (specific surface area: 9.2 m 2 / g) were mixed and stirred to pulverize using a bead mill -The fibrous carbon containing lithium titanate powder of the comparative example 1 was obtained by the method similar to Example 2 except not having mixed. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(比較例2)
チタン原料に表1に示す比表面積のTiOを用いて、チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、造粒粉末を、高純度アルミナ製の匣鉢に充填し、マッフル型電気炉を用いて、200℃/時の昇温速度で加熱し、表1に示す条件で保持して焼成したこと以外は実施例2と同様の方法で繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 2)
Using the TiO 2 having a specific surface area shown in Table 1 as the titanium raw material, the lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the value shown in Table 1, and the granulated powder, The same as in Example 2 except that it was filled in a high-purity alumina sagger, heated using a muffle-type electric furnace at a heating rate of 200 ° C./hour, held under the conditions shown in Table 1, and fired. Thus, fibrous carbon-containing lithium titanate powder was obtained. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(比較例3)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、造粒粉末の焼成時の最高温度を表1に示す温度に変更したこと以外は実施例2と同様の方法で比較例3の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 3)
Except that the lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the value shown in Table 1, and that the maximum temperature during firing of the granulated powder was changed to the temperature shown in Table 1 A fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 3 was obtained in the same manner as in Example 2. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(比較例4)
実施例1と同様の方法で調製したチタン酸リチウムの原料スラリーを、多層カーボンナノチューブスラリーなどの導電剤スラリーとの混合も、噴霧・造粒も行わず、実施例1で用いたロータリーキルン式焼成炉と同じ焼成炉を用いて、その原料供給側から炉心管内に導入し、実施例1と同様の条件で乾燥し、焼成した。その後、炉心管の焼成物回収側から回収した焼成物を粉砕し、チタン酸リチウム粉末を収集した。
次に、収集したチタン酸リチウム粉末を、チタン酸リチウムに対して0.1質量%のポリビニルアルコール(PVA)と共に、固形分濃度40質量%となるようにイオン交換水を加え撹拌してスラリーを作製した。このスラリーと、実施例1と同様の条件で調製した多層カーボンナノチューブスラリーとを、チタン酸リチウムと多層カーボンナノチューブの質量比が99:1.0となるように、実施例1の混合スラリーの調製に用いたビーズミルと同じビーズミルを使用して、実施例1の混合スラリーの調製と同様の条件で混合・撹拌した。得られた、チタン酸リチウムと多層カーボンナノチューブとからなる混合スラリーを、実施例1と同じスプレードライヤーを使用して、実施例1と同様の条件で噴霧乾燥し、チタン酸リチウムと多層カーボンナノチューブとからなる造粒粉末を得た。その後、回収した造粒粉末を、実施例1と同様の方法で篩分けし、篩を通過した粉末を収集し、比較例4の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 4)
The rotary kiln-type firing furnace used in Example 1 was prepared by mixing the raw material slurry of lithium titanate prepared in the same manner as in Example 1 with a conductive agent slurry such as a multi-walled carbon nanotube slurry, and neither spraying nor granulating. Was introduced into the furnace tube from the raw material supply side, dried and fired under the same conditions as in Example 1. Thereafter, the fired product collected from the fired product recovery side of the furnace core tube was pulverized to collect lithium titanate powder.
Next, the collected lithium titanate powder is mixed with 0.1% by weight of polyvinyl alcohol (PVA) with respect to lithium titanate, and ion-exchanged water is added so as to have a solid content concentration of 40% by weight. Produced. Preparation of the mixed slurry of Example 1 so that the mass ratio of the lithium titanate and the multi-walled carbon nanotube is 99: 1.0 with this slurry and the multi-walled carbon nanotube slurry prepared under the same conditions as in Example 1. The same bead mill as that used in the above was used and mixed and stirred under the same conditions as in the preparation of the mixed slurry of Example 1. The obtained mixed slurry composed of lithium titanate and multi-walled carbon nanotubes was spray-dried under the same conditions as in Example 1 using the same spray dryer as in Example 1, and lithium titanate and multi-walled carbon nanotubes were A granulated powder consisting of Thereafter, the recovered granulated powder was sieved in the same manner as in Example 1, and the powder that passed through the sieve was collected to obtain the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 4. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(比較例5)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、造粒粉末を、高純度アルミナ製の匣鉢に充填し、マッフル型電気炉を用いて、200℃/時の昇温速度で加熱し、表1に示す条件で保持して焼成したこと以外は実施例2と同様の方法で繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 5)
The lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material had the value shown in Table 1, and the granulated powder was filled in a high-purity alumina sagger, and a muffle-type electric furnace was installed. The fibrous carbon-containing lithium titanate powder was obtained in the same manner as in Example 2 except that it was heated at a heating rate of 200 ° C./hour, held and fired under the conditions shown in Table 1. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(比較例6)
繊維状炭素としての多層カーボンナノチューブの添加割合を表1に示す割合に変更して混合スラリーを調製したこと以外は実施例2と同様の方法で比較例6の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 6)
The fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 6 was prepared in the same manner as in Example 2 except that the mixed slurry was prepared by changing the addition ratio of multi-walled carbon nanotubes as fibrous carbon to the ratio shown in Table 1. Obtained. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(比較例7)
表1に示すように、繊維状炭素として多層カーボンナノチューブに代えて単層カーボンナノチューブを用いたこと以外は、実施例2と同様の方法で比較例7の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 7)
As shown in Table 1, the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 7 was obtained in the same manner as in Example 2 except that single-walled carbon nanotubes were used instead of multi-walled carbon nanotubes as fibrous carbon. It was. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(比較例8)
チタン酸リチウムの原料のD95が表1に示す値になるようにチタン酸リチウムの原料スラリーを調製したことと、混合スラリーを、噴霧・乾燥せずに、スラリーのまま、直接ロータリーキルン式焼成炉に導入して、乾燥、焼成したこと以外は、実施例2と同様の方法で比較例8の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。
(Comparative Example 8)
The lithium titanate raw material slurry was prepared so that the D95 of the lithium titanate raw material would be the value shown in Table 1, and the mixed slurry was directly sprayed and dried into the rotary kiln-type firing furnace without being sprayed or dried. A fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 8 was obtained in the same manner as in Example 2 except that it was introduced, dried and fired.

(比較例9)
表1に示すように、繊維状炭素を用いず、非繊維状炭素のアセチレンブラックのみを用い、その添加割合をチタン酸リチウムの原料とアセチレンブラックの質量比が99.0:1.0となるように混合スラリーを調製したこと以外は、実施例1と同様の方法で比較例9の炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 9)
As shown in Table 1, without using fibrous carbon, only non-fibrous carbon acetylene black was used, and the mass ratio of the raw material of lithium titanate and acetylene black was 99.0: 1.0. Thus, the carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 9 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixed slurry was prepared. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

(比較例10)
実施例1と同様の方法で合成した多層カーボンナノチューブと、スチレン−アクリル系親水性コポリマーでできている分散剤と、アクリル系疎水性ポリマーでできている分散剤と、イオン交換水を、質量比が1.0:0.7:0.1:98.2となるように混合して、多層カーボンナノチューブスラリーを調整した。このスラリーを、ビーズミル(淺田鉄工社製、形式:PICOMILL PCM−LR型、アジテーター材質:窒化珪素、ベッセル内面材質:ジルコニア、ビーズ材質:ジルコニア、ビーズ外径:1.0mm、ベッセル内ビーズ充填率:80体積%)を使用して、アジテーター周速8m/秒、スラリーフィード速度30〜50ml/分の条件で、ベッセル内圧が0.06MPa以下になるように制御しながら、粉砕した。その後、チタン酸リチウムの原料であるLiCO(平均粒径:4.6μm)とTiO(比表面積:9.2m/g)とを、Tiに対するLiの原子比Li/Ti:0.83になるように秤量し、前記多層カーボンナノチューブスラリーに、チタン酸リチウムの原料と多層カーボンナノチューブの質量比が99.0:1.0となるように混合し、固形分が15%となるようにイオン交換水を加えた。このスラリーを、ビーズミル(ウィリー・エ・バッコーフェン社製、形式:ダイノーミル KD−20BC型、アジテーター材質:ポリウレタン、ベッセル内面材質:ジルコニア、ビーズ材質:ジルコニア、ビーズ外径:0.65mm、ベッセル内ビーズ充填率:80体積%)を使用して、アジテーター周速13m/秒、スラリーフィード速度55kg/時の条件で、ベッセル内圧が0.05MPa以下になるように制御しながら、混合し、混合スラリーを調製した。以上のように混合スラリーを調製したこと以外は実施例1と同様の方法で比較例10の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を得た。実施例1と同様の方法で、電極シート、それを用いたラミネート電池を作製した。
(Comparative Example 10)
A mass ratio of multi-walled carbon nanotubes synthesized by the same method as in Example 1, a dispersant made of a styrene-acrylic hydrophilic copolymer, a dispersant made of an acrylic hydrophobic polymer, and ion-exchanged water. Was mixed to be 1.0: 0.7: 0.1: 98.2 to prepare a multi-walled carbon nanotube slurry. This slurry was made into a bead mill (produced by Iwata Tekko Co., Ltd., model: PICOMILL PCM-LR type, agitator material: silicon nitride, vessel inner surface material: zirconia, bead material: zirconia, bead outer diameter: 1.0 mm, bead filling rate in vessel: 80 volume%), and pulverizing while controlling the internal pressure of the vessel to 0.06 MPa or less under the conditions of an agitator peripheral speed of 8 m / sec and a slurry feed speed of 30 to 50 ml / min. Thereafter, Li 2 CO 3 (average particle size: 4.6 μm) and TiO 2 (specific surface area: 9.2 m 2 / g), which are raw materials of lithium titanate, are used. The atomic ratio of Li to Ti Li / Ti: 0 .83, and mixed with the slurry of the multi-walled carbon nanotubes so that the mass ratio of the lithium titanate raw material to the multi-walled carbon nanotubes is 99.0: 1.0, so that the solid content becomes 15%. Ion exchange water was added as follows. This slurry is made into a bead mill (made by Willy et Bacofen, model: dyno mill KD-20BC type, agitator material: polyurethane, vessel inner surface material: zirconia, bead material: zirconia, bead outer diameter: 0.65 mm, filled with beads in the vessel. 80% by volume) and mixing under the conditions of an agitator peripheral speed of 13 m / sec and a slurry feed speed of 55 kg / hr while controlling the internal pressure of the vessel to be 0.05 MPa or less to prepare a mixed slurry did. A fibrous carbon-containing lithium titanate powder of Comparative Example 10 was obtained in the same manner as in Example 1 except that the mixed slurry was prepared as described above. In the same manner as in Example 1, an electrode sheet and a laminate battery using the electrode sheet were produced.

実施例2〜13および比較例の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末の物性、その粉末を使用した電極シートの物性、およびその電極シートを用いて作製したリチウムイオン二次電池の特性は表2に示す通りであった。   Table 2 shows the physical properties of the fibrous carbon-containing lithium titanate powders of Examples 2 to 13 and the comparative example, the physical properties of the electrode sheet using the powder, and the characteristics of the lithium ion secondary battery produced using the electrode sheet. As shown.

本発明の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末を使用すれば、高温環境下での充放電サイクル特性に優れ、充放電サイクル後のガス発生量が少ない蓄電デバイスを得ることができる。したがって、本発明の繊維状炭素含有チタン酸リチウム粉末は、特にハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、バッテリー電気自動車などに搭載される、長期にわたり性能が低下しないことが強く要求される蓄電デバイスの電極材料として好適である。   If the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of the present invention is used, an electricity storage device having excellent charge / discharge cycle characteristics under a high temperature environment and a small amount of gas generated after the charge / discharge cycle can be obtained. Therefore, the fibrous carbon-containing lithium titanate powder of the present invention is a power storage device that is strongly required not to deteriorate in performance over a long period of time, particularly in a hybrid electric vehicle, a plug-in hybrid electric vehicle, a battery electric vehicle and the like. It is suitable as an electrode material.

Claims (16)

LiおよびTiを含むリチウムチタン複合酸化物からなる一次粒子と、平均直径が5〜40nmで、平均アスペクト比が10〜1000である繊維状炭素とを含む球状二次粒子を含み、平均円形度が90%以上の繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末であって、
前記繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末における、熱重量分析による測定から算出される、リチウムチタン複合酸化物粉末の質量に対する炭素の質量割合をAとし、Aの百分率表記をa(質量%)とし、X線光電子分光分析による測定から算出される炭素とチタンとの原子比(炭素/チタン)をBとしたときに、aが0.1〜3質量%であり、
B/Aが90〜200であり、
前記球状二次粒子の平均圧縮強度が1〜25MPaであることを特徴とする蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。
Including spherical secondary particles including primary particles made of lithium titanium composite oxide containing Li and Ti, and fibrous carbon having an average diameter of 5 to 40 nm and an average aspect ratio of 10 to 1000, and the average circularity is 90% or more fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder,
The mass ratio of carbon to the mass of the lithium titanium composite oxide powder calculated from the thermogravimetric analysis in the fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder is A, and the percentage notation of A is a (mass%). And when the atomic ratio of carbon to titanium (carbon / titanium) calculated from measurement by X-ray photoelectron spectroscopy is B, a is 0.1 to 3% by mass,
B / A is 90-200,
A fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of an electricity storage device, wherein the spherical secondary particles have an average compressive strength of 1 to 25 MPa.
前記リチウムチタン複合酸化物が、LiTi12を主成分とするチタン酸リチウムであることを特徴とする請求項1記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。2. The fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of an electricity storage device according to claim 1, wherein the lithium titanium composite oxide is lithium titanate containing Li 4 Ti 5 O 12 as a main component. 1−メチル−2−ピロリドン吸油量が55ml/100g〜160ml/100gであることを特徴とする請求項1または2に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。   The fibrous carbon-containing lithium-titanium composite oxide powder for an electrode of an electricity storage device according to claim 1 or 2, wherein the 1-methyl-2-pyrrolidone oil absorption is 55 ml / 100 g to 160 ml / 100 g. 前記リチウムチタン複合酸化物粉末の比表面積相当径DBETが0.03μm〜0.6μmであることを特徴とする請求項1〜3いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。The fibrous carbon-containing electrode for an electricity storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein a specific surface area equivalent diameter D BET of the lithium titanium composite oxide powder is 0.03 µm to 0.6 µm. Lithium titanium composite oxide powder. 前記繊維状炭素が、そのグラファイト網面が閉じた頭頂部と、下部が開いた胴部とを有する釣鐘状構造単位が、中心軸を共有して2〜30個層状に積み重なって形成された釣鐘状構造単位集合体を複数備え、
前記繊維状炭素は、複数の前記釣鐘状構造単位集合体が、Head−to−Tail様式で間隔をもって連結して繊維を形成することにより構成されていることを特徴とする請求項1〜4いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。
A bell formed by stacking two to thirty bell-like structural units, each having the top of the fibrous carbon, the top of which has a closed graphite mesh surface, and the trunk of which the lower part is open, sharing a central axis A plurality of structural unit assemblies,
The said fibrous carbon is comprised when the said some bell-shaped structural unit aggregate | assembly is connected with a space | interval in a Head-to-Tail style, and is comprised, The fiber is comprised. A fibrous carbon-containing lithium titanium composite oxide powder for an electrode of an electricity storage device according to claim 1.
前記リチウムチタン複合酸化物粉末の、LiTi12の(111)面のピーク半値幅からScherrerの式より算出される結晶子径をDとしたときに、Dが80nmより大きく、DBETとDの比DBET/D(μm/μm)が3以下であることを特徴とする請求項1〜5いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。Wherein the lithium-titanium composite oxide powder, Li 4 Ti of 5 O 12 the crystallite diameter calculated from (111) plane Scherrer formula from the peak half width of when the D X, D X is larger than 80 nm, The ratio of D BET to D X , D BET / D X (μm / μm), is 3 or less, and the fibrous carbon-containing lithium titanium for electrodes of the electricity storage device according to any one of claims 1 to 5 Complex oxide powder. 前記球状二次粒子が非繊維状炭素を含むことを特徴とする請求項1〜6いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末。   The said spherical secondary particle contains non-fibrous carbon, The fibrous carbon containing lithium titanium complex oxide powder for electrodes of the electrical storage device as described in any one of Claims 1-6 characterized by the above-mentioned. 集電体の片面または両面に電極合剤層を有する蓄電デバイスの電極シートであって、
前記電極合剤層が、請求項1〜7いずれか一項に記載の蓄電デバイスの電極用繊維状炭素含有リチウムチタン複合酸化物粉末を含む蓄電デバイスの電極シート。
An electrode sheet of an electricity storage device having an electrode mixture layer on one side or both sides of a current collector,
The electrode sheet of the electrical storage device in which the said electrode mixture layer contains the fibrous carbon containing lithium titanium complex oxide powder for electrodes of the electrical storage device as described in any one of Claims 1-7.
前記電極合剤層の電解液保液率が0.7cm/cm〜1cm/cmであり、前記電極合剤層の電極密度が1.9g/cm〜2.5g/cmであることを特徴とする請求項8記載の蓄電デバイスの電極シート。The electrolyte solution holding ratio of the electrode mixture layer is 0.7cm 3 / cm 3 ~1cm 3 / cm 3, the electrode density of the electrode mixture layer is 1.9g / cm 3 ~2.5g / cm 3 The electrode sheet for an electricity storage device according to claim 8, wherein: 前記電極合剤層の、BET法により求める比表面積をS(m/g)とし、前記電極合剤層の電解液保液率(cm/cm)をLとしたときに、L/Sが0.2〜0.3であることを特徴とする請求項9記載の蓄電デバイスの電極シート。Of the electrode mixture layer, the specific surface area determined by the BET method and S E (m 2 / g) , the electrolyte solution holding ratio of the electrode mixture layer (cm 3 / cm 3) when the L E, the electrode sheet of the electric storage device according to claim 9, wherein L E / S E is characterized in that 0.2 to 0.3. 請求項8〜10いずれか一項に記載の電極シートを含む蓄電デバイス。   The electrical storage device containing the electrode sheet as described in any one of Claims 8-10. 請求項8〜10いずれか一項に記載の電極シートを含むリチウムイオン二次電池。   The lithium ion secondary battery containing the electrode sheet as described in any one of Claims 8-10. 請求項8〜10いずれか一項に記載の電極シートを含むハイブリッドキャパシタ。   The hybrid capacitor containing the electrode sheet as described in any one of Claims 8-10. エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、1,2−ブチレンカーボネート、および2,3−ブチレンカーボネートから選ばれる一種以上の環状カーボネートを含む非水溶媒に、LiPF、LiBF、LiPO、およびLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩を含む電解質塩を溶解させた非水電解液を用いることを特徴とする請求項11に記載の蓄電デバイス。In a non-aqueous solvent containing one or more cyclic carbonates selected from ethylene carbonate, propylene carbonate, 1,2-butylene carbonate, and 2,3-butylene carbonate, LiPF 6 , LiBF 4 , LiPO 2 F 2 , and LiN (SO The electric storage device according to claim 11, wherein a nonaqueous electrolytic solution in which an electrolyte salt containing at least one lithium salt selected from 2 F) 2 is dissolved is used. 前記非水電解液が、全電解質塩の濃度が0.5M以上2.0M以下であり、前記電解質塩として、少なくともLiPFを含み、更に0.001M以上1.0M以下のLiBF、LiPO、及びLiN(SOF)から選ばれる少なくとも一種のリチウム塩が含まれる非水電解液であることを特徴とする請求項14に記載の蓄電デバイス。The non-aqueous electrolyte has a total electrolyte salt concentration of 0.5 M or more and 2.0 M or less, and contains at least LiPF 6 as the electrolyte salt, and further 0.001 M or more and 1.0 M or less of LiBF 4 and LiPO 2. The electrical storage device according to claim 14, wherein the electrical storage device is a nonaqueous electrolytic solution containing at least one lithium salt selected from F 2 and LiN (SO 2 F) 2 . 前記非水電解液が、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、およびジブチルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の対称鎖状カーボネートと、メチルエチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネート、メチルブチルカーボネート、およびエチルプロピルカーボネートから選ばれる1種又は2種以上の非対称鎖状カーボネートと、をさらに含むことを特徴とする請求項14または15に記載の蓄電デバイス。   The non-aqueous electrolyte is one or more symmetrical chain carbonates selected from dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dipropyl carbonate, and dibutyl carbonate, methyl ethyl carbonate, methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate, methyl butyl 16. The electricity storage device according to claim 14, further comprising one or more asymmetric chain carbonates selected from carbonate and ethylpropyl carbonate.
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