JPWO2018110263A1 - 複合黒鉛粒子、その製造方法及びその用途 - Google Patents

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Abstract

本発明は、人造黒鉛からなる芯材と、非粉体状の非晶質炭素材料及び粉体状の導電性炭素材料を含み、前記芯材を被覆する被覆層とを有する複合黒鉛粒子であって、前記芯材の質量に対する前記非粉体状の非晶質炭素材料の質量の割合が０．２〜３．８質量％であり、前記芯材の質量に対する前記粉体状の導電性炭素材料の質量の割合が０．３〜５．０質量％である複合黒鉛粒子；人造黒鉛１００質量部に対し非晶質炭素前駆体０．３〜５．０質量部及び粉体状の導電性炭素材料０．３〜５．０質量部を加え、剪断力を作用させながら混合し、得られた混合物を６００〜１３００℃で焼成することを含む前記複合黒鉛粒子の製造方法；前記複合黒鉛粒子を含有する電極層を有する電極シート；及び前記電極シートを負極として含むリチウムイオン二次電池を提供する。本発明のチウムイオン二次電池は内部抵抗値が低く、入出力特性に優れ、サイクル特性が良好である。

Description

本発明は、複合黒鉛粒子、その製造方法及びその用途に関するものである。より詳細には、本発明は、内部抵抗値が低く入出力特性に優れ、サイクル特性が良好なリチウムイオン二次電池などを得ることができる負極材料として有用な複合黒鉛粒子、その製造方法及びこの複合黒鉛粒子を用いた電極シート及びリチウムイオン二次電池に関するものである。
携帯電子機器などの電源としてリチウムイオン二次電池が使用されている。リチウムイオン二次電池は、当初、電池容量が足りないこと、充放電サイクル寿命が短いことなど課題が多くあった。現在ではそのような課題を一つずつ克服して、リチウムイオン二次電池の用途は携帯電話、ノートブック型パソコン、デジタルカメラなどの弱電機器から、電動工具、電動自転車といったパワーを必要とする強電機器にも適用範囲が広がってきている。さらに、リチウムイオン二次電池は、自動車の動力源への利用が特に期待されており、電極材料、セル構造などの研究開発が盛んに進められている。中でもハイブリッド自動車（ＨＥＶ）等の需要から、高入出力（急速充放電）特性のリチウムイオン二次電池が求められるようになってきた。それに伴い、リチウムイオン二次電池の負極活物質にも高入出力特性が要求されるようになった。入出力特性を向上させるために様々な工夫がされた負極材料がＨＥＶ等の電池に使用されているが、さらなる特性の向上が求められているのが現状である。
リチウムイオン二次電池の負極材料として、炭素系材料や金属系材料の開発が行われている。炭素系材料には、黒鉛などの結晶化度の高い炭素材料と、アモルファスカーボンなどの結晶化度の低い炭素材料とがある。これらはいずれもリチウムイオンの挿入脱離反応が可能であることから、負極活物質に用いることができる。
高結晶性の炭素材料によって得られる電池は、高容量ではあるが、サイクル劣化が著しいことが知られている。一方、低結晶性の炭素材料によって得られる電池は、内部抵抗値が比較的低く且つ安定なサイクル特性を有するが、電池容量が低いことが知られている。
低結晶性炭素材料及び高結晶性炭素材料の短所を相互に補うことを狙って、低結晶性炭素材料と高結晶性炭素材料とを複合化することが提案されている。
例えば、特許文献１には、天然黒鉛とピッチを混合して不活性ガス雰囲気下において、９００〜１１００℃で熱処理を行うことにより、天然黒鉛の表面を非晶質炭素で被覆する技術が開示されている。
特許文献２には、芯材となる炭素材料をタールまたはピッチに浸漬させ、それを乾燥または９００〜１３００℃で熱処理する技術が開示されている。
特許文献３には、天然黒鉛または鱗状人造黒鉛を造粒して得られる黒鉛粒子の表面をピッチなどの炭素前駆体で被覆後、不活性ガス雰囲気下で７００〜２８００℃の温度範囲で焼成させる技術が開示されている。
さらに、特許文献４には、黒鉛の（００２）面の平均面間隔ｄ002が０．３３５６ｎｍ、ラマン分光法により測定した１３６０ｃｍ-1ピーク強度（Ｉ1360）と１５８０ｃｍ-1ピーク強度（Ｉ1580）の比Ｉ1360／Ｉ1580（Ｒ値：本明細書のＩD／ＩGに同じ）が約０．０７、結晶子のｃ軸方向の厚みＬｃが約５０ｎｍである鱗片状黒鉛を機械的外力で造粒球状化して得られる球状黒鉛粒子に、フェノール樹脂などの樹脂の加熱炭化物を被覆してなる複合黒鉛粒子を負極活物質として用いることが開示されている。
特開２００５−２８５６３３号公報 特許第２９７６２９９号公報（US2004/151837A1） 特許第３１９３３４２号公報（US6403259B1） 特開２００４−２１０６３４号公報
従来のリチウムイオン二次電池では、前述のような複合黒鉛粒子が広く用いられてきた。しかしながら芯材として用いられる天然黒鉛は、その構造からサイクル特性が悪く、高入出力かつ高耐久性が求められるＨＥＶ用電池の部材としては適さない。一方でコークス等の前駆体を高温で黒鉛化することで得られる人造黒鉛は、天然黒鉛と比較してサイクル特性が良いものが多い。しかしながらＨＥＶ用電源としてのリチウムイオン電池には、従来のリチウムイオン電池と比較して高い入出力特性が求められるため、要求特性を満足するような負極材料は未だ開発されていないのが現状である。
本発明の目的は、内部抵抗値が低く、入出力特性に優れ、サイクル特性が良好なリチウムイオン二次電池を得ることができる負極材料としての複合黒鉛粒子、その製造方法、及びこの複合黒鉛粒子を用いた電極シート及びリチウムイオン二次電池を提供するものである。
すなわち、本発明は以下の構成からなる。
［１］ 人造黒鉛からなる芯材と、非粉体状の非晶質炭素材料及び粉体状の導電性炭素材料を含み、前記芯材を被覆する被覆層とを有する複合黒鉛粒子であって、前記芯材の質量に対する前記非粉体状の非晶質炭素材料の質量の割合が０．２〜３．８質量％であり、前記芯材の質量に対する前記粉体状の導電性炭素材料の質量の割合が０．３〜５．０質量％である複合黒鉛粒子。
［２］ 前記芯材の質量に対する前記非粉体状の非晶質炭素材料の質量の割合が０．２〜２．３質量％である前記１に記載の複合黒鉛粒子。
［３］ 前記芯材の質量に対する前記粉体状の導電性炭素材料の質量の割合が０．３〜３．０質量％である前記１または２に記載の複合黒鉛粒子。
［４］ 前記粉体状の導電性炭素材料がカーボンブラックである前記１〜３のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子。
［５］ ラマン分光スペクトルで測定される１３６０ｃｍ-1付近にあるピークのピーク強度（ＩD）と１５８０ｃｍ-1付近にあるピークのピーク強度（ＩG）との比ＩD／ＩG（Ｒ値）が０．１０〜１．００である前記１〜４のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子。
［６］ 窒素吸着に基づくＢＥＴ比表面積が１．５〜１０．０ｍ2／ｇである前記１〜５のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子。
［７］ 前項１〜６のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子の製造方法であって、人造黒鉛１００質量部に対し、非晶質炭素前駆体０．３〜５．０質量部及び粉体状の導電性炭素材料０．３〜５．０質量部を加え、剪断力を作用させながら混合し、得られた混合物を６００〜１３００℃で焼成することを含むことを特徴とする複合黒鉛粒子の製造方法。
［８］ 前記非晶質炭素前駆体が、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、フラン樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂及びエポキシ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である前記７に記載の複合黒鉛粒子の製造方法。
［９］ 前記非晶質炭素前駆体が石油系ピッチである前記８に記載の複合黒鉛粒子の製造方法。
［１０］ 前記１〜６のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子、バインダー及び溶媒を含有するペースト。
［１１］ さらに粉体状の導電性炭素材料を含む前記１０に記載のペースト。
［１２］ 集電体と、前記１〜６のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子を含有する電極層とを有する積層体からなる電極シート。
［１３］ さらに前記電極層に粉体状の導電性炭素材料を含む前記１２に記載の電極シート。
［１４］ 前記１２または１３に記載の電極シートを負極として含むリチウムイオン二次電池。
本発明に係る複合黒鉛粒子は、黒鉛粒子を覆う非粉体状の非晶質炭素材料の被覆層中にカーボンブラック等の粉体状の導電性炭素材料が含まれているため、電極層における電子伝導性が向上する。また導電性炭素材料はリチウムイオンとの反応性が高く、リチウムイオンとの有効反応面積が増加する。従って、本発明に係る複合黒鉛粒子を用いて得られるリチウムイオン二次電池は入出力特性が向上する。すなわち、大電流時の充放電特性が良好である。また、カーボンブラックが非粉体状の非晶質炭素材料で覆われているため、電解液がカーボンブラックで還元されることがなく、電池の初期効率の低下が抑制され、サイクル特性も良好である。
［複合黒鉛粒子］
本発明に係る好ましい実施形態の複合黒鉛粒子は、黒鉛からなる芯材と、非粉体状の非晶質炭素材料及び粉体状の導電性炭素材料を含み、芯材を被覆する被覆層とを有する。
芯材を構成する黒鉛は、コークス、石炭、ピッチ等の黒鉛前駆体、または黒鉛を熱処理（黒鉛化処理）して得られる人造黒鉛である。黒鉛前駆体としては、取り扱いが容易である点でコークスまたは石炭が好ましい。
コークスは生コークスまたはか焼コークスを用いることができる。コークスの原料としては、例えば石炭ピッチ、石油ピッチ、及びこれらの混合物等を用いることができる。中でも、特定の条件下でディレイドコーキング処理により得られる生コークスを、さらに不活性ガス雰囲気下で加熱することにより得られるか焼コークスが好ましい。
黒鉛化処理の温度は、通常、２５００℃以上３５００℃以下、好ましくは２８００℃以上３５００℃以下、より好ましくは２８００℃以上３３００℃以下である。処理温度が２５００℃未満の場合は、得られるリチウムイオン二次電池の放電容量が低下する。黒鉛化処理は不活性雰囲気下で行うことが好ましい。黒鉛化処理時間は、処理量や黒鉛化炉のタイプ等に応じて適宜選択すればよく、特に限定されるものではない。黒鉛化処理時間は、例えば１０分間〜１００時間程度である。また、黒鉛化処理は、例えばアチソン式黒鉛化炉などを用いて行うことができる。
芯材を構成する人造黒鉛は、（００２）面の平均面間隔（ｄ002）が、好ましくは０．３３５４〜０．３３７０ｎｍであり、より好ましくは０．３３５４〜０．３３６０である。また、結晶子のｃ軸方向の厚み（Ｌｃ）は、好ましくは５０ｎｍ以上であり、より好ましくは１００ｎｍ以上である。
ｄ002及びＬｃは、既知の方法により粉末Ｘ線回折法を用いて測定することができる（稲垣道夫、「炭素」、１９６３、Ｎｏ．３６、２５−３４頁；Ｉｗａｓｈｉｔａ ｅｔ ａｌ．，Ｃａｒｂｏｎ ｖｏｌ．４２（２００４），ｐ．７０１−７１４参照）。
芯材を覆う被覆層は非粉体状の非晶質炭素材料と粉体状の導電性炭素材料を含む。非粉体状の非晶質炭素材料は石炭系ピッチ、石油系ピッチ、樹脂等を前駆体として、これを熱処理して得られる。上記樹脂としては、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、フラン樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂及びエポキシ樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の化合物が挙げられる。これらの前駆体のうち石炭系ピッチ及び石油系ピッチが安価で残炭率が高く、被覆層の前駆体として使用した際の電池特性が良い点で好ましい。石炭系ピッチと石油系ピッチでは、高い初期効率が得られる点及び有害性が低い点で石油系ピッチがより好ましい。また、等方性ピッチ及び異方性ピッチのいずれも使用可能である。中でも特に軟化点が１００℃以上３００℃以下の高軟化点のピッチが取り扱い易くより好ましい。
粉体状の導電性炭素材料はカーボンブラックまたは炭素繊維であり、具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、及びカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等の炭素繊維を用いることができる。これらのうちカーボンブラックが黒鉛粒子表面を均一に被覆しやすく、また安価であるため好ましい。
本発明に係る好ましい実施形態における芯材の質量に対する非粉体状の非晶質炭素材料の質量の割合は０．２〜３．８質量％であり、好ましくは０．２〜２．３質量％であり、より好ましくは０．４〜１．５質量％である。上記非粉体状の非晶質炭素材料の質量割合が高すぎる場合は、複合黒鉛粒子を活物質として含む負極をプレスした際の負極活物質層の密度が著しく低下し、前記負極を用いたリチウムイオン二次電池の放電容量が低下する傾向がある。また、上記非粉体状の非晶質炭素材料の質量割合が低すぎる場合は、粉体状の導電性炭素材料が芯材表面に付着しないか、あるいは粉体状の導電性炭素材料が露出するため電池の初期効率が低下する傾向がある。
芯材の質量に対する粉体状の導電性炭素材料の質量の割合は０．３〜５．０質量％であり、好ましくは０．３〜３．０質量％であり、より好ましくは０．５〜２．０質量％であり、さらに好ましくは０．５〜１．５質量％である。上記粉体状の導電性炭素材料の質量割合が高すぎる場合は、複合黒鉛粒子を活物質として含む負極をプレスした際の負極活物質層の密度が著しく低下し、前記負極を用いたリチウムイオン二次電池の初期効率が低下する傾向がある。また、上記粉体状の導電性炭素材料の質量割合が低すぎる場合は、導電性向上及びリチウムイオンとの有効反応面積増加の効果が得られない傾向がある。
混合黒鉛粒子における上記粉体状の非晶質炭素材料の質量割合を得るためには、芯材（人造黒鉛粒子）と非晶質炭素前駆体及び粉体状の導電性炭素材料を混合した後の焼成における非晶質炭素前駆体の残炭率を考慮して、非晶質炭素前駆体の質量割合は最終的に被覆層として形成される非粉体状の非晶質炭素材料の質量割合より多めに設定する。具体的には、芯材である人造黒鉛１００質量部に対して混合する非晶質炭素前駆体の質量割合は０．３〜５．０質量部であり、好ましくは０．２〜３．０質量部であり、より好ましくは０．５〜２．０質量部である。
一方、粉体状の導電性炭素材料については焼成による減量がないため、芯材である人造黒鉛１００質量部に対して混合する質量割合は上記の混合黒鉛粒子における芯材の質量に対する粉体状の導電性炭素材料の質量の割合と同じである。具体的には、芯材である人造黒鉛１００質量部に対して混合する粉体状の導電性炭素材料の質量割合は０．３〜５．０質量部であり、好ましくは０．３〜３．０質量部であり、より好ましくは０．５〜２．０質量部であり、より一層好ましくは０．５〜１．５質量部である。
人造黒鉛からなる芯材の表面に非粉体状の非晶質炭素材料と粉体状の導電性炭素材料を含む被覆層を形成するためには、先ず芯材の人造黒鉛、非晶質炭素材料の前駆体及び粉体状の導電性炭素材料を、剪断力を加えながら混合し、芯材に非粉体状の非晶質炭素材料と粉体状の導電性炭素材料を付着させる。混合方法は特に限定されず、乾式混合及び湿式混合のいずれをも用いることができるが、乾式混合による方法が好ましい。
上記の混合を行うための混合機は特に限定されるものではないが、剪断力を加えるように混合を行うと、芯材の表面に粉体状の導電性炭素材料が凝集することなく均一に分散して付着する。また、さらに衝撃、圧縮などの機械的エネルギーを与えることにより、非晶質炭素前駆体及び粉体状の導電性炭素材料からなる表面被覆層の安定化が期待できる。すなわち、剪断力と衝撃、圧縮などの機械的エネルギーが同時にかかる装置による混合が好ましい。例えば、高速旋回流により粉体に剪断力・衝撃が加わる高速撹拌機や、混合羽根と容器内壁間の間隔が狭く粉体が容器内壁に押し付けられるような構造を持つ乾式混合機などが好ましい。このような混合機としては、メカノフュージョン（登録商標、ホソカワミクロン(株)製）、ノビルタ（登録商標、ホソカワミクロン(株)製）、サイクロミックス（登録商標、ホソカワミクロン(株)製）、コンポジ（登録商標、日本コークス工業(株)製）、マルチパーパスミキサー（日本コークス工業社製）、メカノハイブリッド（登録商標、日本コークス工業(株)製）、ハイブリダイゼーションシステム（登録商標、(株)奈良機械製作所製）、シータ・コンポーザ（(株)徳寿工作所製）やメカノミル（岡田精工(株)製）等を挙げることができる。一方、容器回転型のＶ型混合機、コーン型混合機及び水平円筒型混合機、ならびに、混合羽根の回転速度が小さいリボンミキサー、スクリューミキサー及びパドルミキサーなどは上記混合の目的には適さない。
次いで、人造黒鉛からなる芯材、非晶質炭素材料前駆体及び粉体状の導電性炭素材料の混合物を、６００〜１３００℃、好ましくは６００〜１１００℃、より好ましくは８００〜１１００℃で焼成する。この焼成によって非晶質炭素材料前駆体が炭素化し、芯材の表面に非粉体状の非晶質炭素材料と粉体状の導電性炭素材料を含む被覆層が形成される。
上記焼成の温度が低すぎると、炭素化が十分に進まず被覆層に水素原子や酸素原子が残留し、電池特性が低下する傾向がある。一方、焼成の温度が高すぎると、被覆層の芯材への密着力が弱く、被覆層が剥がれやすい傾向になり、また非晶質炭素材料前駆体の結晶性が高くなり過ぎて充電特性が低下する傾向がある。
焼成は非酸化性雰囲気で行うことが好ましい。非酸化性雰囲気としては、アルゴンガス、窒素ガスなどの不活性ガスを充満させた雰囲気が挙げられる。焼成のための熱処理時間は、製造規模に応じて適宜選択すればよい。例えば、３０〜３００分間、好ましくは４５〜１５０分間である。
本発明に係る好ましい実施形態の複合黒鉛粒子は、ラマン分光スペクトルで測定される１３６０ｃｍ-1付近（１３００〜１４００ｃｍ-1）にあるピークのピーク強度（ＩD）と１５８０ｃｍ-1付近（１５８０〜１６２０ｃｍ-1）にあるピークのピーク強度（ＩG）との比ＩD／ＩG（Ｒ値）は、好ましくは０．１０〜１．００、より好ましくは０．１０〜０．５０、さらに好ましくは０．１０〜０．３０である。ここで、１５８０ｃｍ-1付近に観察されるピークはＧバンドと呼ばれ、ｓｐ2結合に対応し、黒鉛の六角網面構造が存在することを示す。また、１３６０ｃｍ-1付近に観察されるピークはＤバンドと呼ばれ、ｓｐ3結合に対応し、黒鉛の六角網面構造に欠陥があることを示す。ピーク強度比ＩD／ＩGが０．１０以上の場合は、黒鉛粒子表面に非粉体状の非晶質炭素材料及び粉体状の導電性炭素材料からなる被覆層が均一に形成されて、出力の向上効果が得られる。また、ピーク強度比ＩD／ＩGが１．００以下の場合は、被覆層が過剰に厚く形成されることがなく、電極をプレスした際の負極活物質層の密度の低下が起こらず、電池として良好な放電容量やサイクル特性等が得られる。
本発明に係る好ましい実施形態の複合黒鉛粒子のＢＥＴ比表面積は、好ましくは１．０〜１０．０ｍ2／ｇ、より好ましくは１．０〜７．０ｍ2／ｇ、さらに好ましくは１．０〜５．０ｍ2／ｇである。ＢＥＴ比表面積が１．０ｍ2／ｇ以上の場合は、複合黒鉛粒子を負極活物質とした電池内部において、複合黒鉛粒子と電解液の接触面積が小さくなり過ぎず適度に確保され、良好な入出力特性が得られる。また、ＢＥＴ比表面積が１０．０ｍ2／ｇ以下の場合は、複合黒鉛粒子と電解液との反応面積が大きくなり過ぎず、電解液を過剰に還元することによる電池の初期効率やサイクル特性の低下が起こらない。
本発明に係る好ましい実施形態の複合黒鉛粒子は、レーザー回折法によって測定される体積基準累積粒度分布における５０％粒子径（Ｄ50）が、好ましくは５μｍ以上３０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以上２０μｍ以下である。被覆層の厚さは数ｎｍ〜数十ｎｍ程度であるため、複合黒鉛粒子のＤ50は芯材の黒鉛粒子のＤ50とほとんど変わらない。
［ペースト］
本発明に係る好ましい実施形態の負極ペースト（スラリー）は、前記複合黒鉛粒子とバインダーと溶媒とを含むものである。ペーストは前記複合黒鉛粒子とバインダーと溶媒とを混練することによって得られる。ペーストは、必要に応じて、シート状、ペレット状などの形状に成形することができる。
また本発明に係る好ましい実施形態の負極ペーストは、前記複合黒鉛粒子とバインダーと溶媒に加え、粉体状の導電性炭素材料を含むことが好ましい。負極ペースト、従って負極シート、ペレットなどに粉体状の導電性炭素材料を含むことで、複合黒鉛粒子間の接点抵抗を低下させる効果がある。
負極ペーストに含まれる粉体状の導電性炭素材料の混合比率は複合黒鉛粒子とバインダーと粉体状の導電性炭素材料の合計を１００質量部とすると、０．２質量部〜５．０質量部が好ましい。より好ましくは０．２質量部〜１．０質量部である。粉体状の導電性炭素材料の質量比が大きすぎる場合、前記負極ペーストを成形した負極シートをプレスした際の負極活物質層の密度が著しく低下する。また前記負極シートを用いたリチウムイオン二次電池の初期効率が低下する傾向がある。これは粉体状の導電性炭素材料の不可逆容量が大きいためである。
負極ペーストに含まれる粉体状の導電性炭素材料はカーボンブラックまたは炭素繊維であり、具体的には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック等のカーボンブラック、及びカーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー等の炭素繊維を用いることができる。これらのうちカーボンブラックが安価であるため好ましい。
本発明に係る好ましい実施形態のペーストは電池の電極、特に負極を作製するために好適に使用される。
バインダーとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンプロピレンターポリマー、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブチルゴム、イオン伝導率の大きな高分子化合物などが挙げられる。イオン伝導率の大きな高分子化合物としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンオキサイド、ポリエピクロルヒドリン、ポリフォスファゼン、ポリアクリロニトリルなどが挙げられる。複合黒鉛粒子とバインダーとの混合比率は、複合黒鉛粒子１００質量部に対して、バインダーを０．５〜２０質量部用いることが好ましい。
溶媒は、特に制限はなく、Ｎ−メチル−２−ピロリドン、ジメチルホルムアミド、イソプロパノール、水などが挙げられる。溶媒として水を使用するバインダーの場合は、増粘剤を併用することが好ましい。増粘剤としてはカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、メチルセルロース、ポリアクリル酸、ポリエチレングリコール等が例示される。溶媒の量は集電体に塗布しやすいような粘度となるように調整される。
［電極シート］
本発明に係る好ましい実施形態の電極シートは、集電体と、本発明に係る複合黒鉛粒子を含有する電極層とを有する積層体からなる。電極シートは、例えば、本発明に係るペーストを集電体上に塗布し、乾燥し、加圧成形することによって得られる。
集電体としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅などからなる箔、メッシュなどが挙げられる。集電体表面には導電性層が設けられていてもよい。導電性層は、通常、導電性付与剤とバインダーとを含む。
ペーストの塗布方法は特に制限されない。ペーストの塗布厚（乾燥時）は、通常５０〜２００μｍである。塗布厚が大きくなり過ぎると、規格化された電池容器に負極を収容できなくなることがある。
加圧成形法としては、ロール加圧、プレス加圧などの成形法を挙げることができる。加圧成形するときの圧力は約１００ＭＰａ〜約３００ＭＰａ（１〜３ｔ／ｃｍ2程度）が好ましい。このようにして得られる負極は、リチウムイオン二次電池に好適である。
［リチウムイオン二次電池］
本発明に係る好ましい実施形態のリチウムイオン二次電池は、本発明に係る電極シートを負極として含むものである。
リチウムイオン二次電池を具体例に挙げて、本発明の実施態様における電池または二次電池を説明する。リチウムイオン二次電池は、正極と負極とが電解液または電解質の中に浸漬された構造をしたものである。負極には本発明の実施態様における電極が用いられる。
リチウムイオン二次電池の正極には、正極活物質として、通常、リチウム含有遷移金属酸化物が用いられ、好ましくはＴｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、またはＷから選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素とリチウムとを主として含有する酸化物であって、リチウムの遷移金属元素に対するモル比が０．３〜２．２の化合物が用いられる。また、より好ましくはＶ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、またはＮｉから選ばれる少なくとも１種の遷移金属元素とリチウムとを主として含有する酸化物である。
なお、主として含有する遷移金属に対し３０モル％未満の範囲でＡｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｓｉ、Ｐ、Ｂなどを含有していても良い。上記の正極活物質の中で、一般式ＬｉxＭＯ2（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎの少なくとも１種、０＜ｘ≦１．２、またはＬｉyＮ2Ｏ4（Ｎは少なくともＭｎを含む。０．０２≦ｙ≦２）で表わされるスピネル構造を有する材料の少なくとも１種を用いることが好ましい。
さらに、正極活物質はＬｉyＭaＤ1-aＯ2（ＭはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎの少なくとも１種、ＤはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｗ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｂ、Ｐの中のＭ以外の少なくとも１種、ｙ＝０．０２〜１．２、ａ＝０．５〜１）を含む材料、またはＬｉz（ＭｎbＥ1-b）2Ｏ4（ＥはＣｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｍｏ、Ａｇ、Ｗ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｓｒ、Ｂ、Ｐの少なくとも１種、ｂ＝１〜０．２、ｚ＝０〜２）で表わされるスピネル構造を有する材料の少なくとも１種を用いることが特に好ましい。
具体的な正極活物質としては、ＬｉxＣｏＯ2、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＦｅＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏaＮｉ1-aＯ2、ＬｉxＣｏbＶ1-bＯz、ＬｉxＣｏbＦｅ1-bＯ2、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＭｎcＣｏ2-cＯ4、ＬｉxＭｎcＮｉ2-cＯ4、ＬｉxＭｎcＶ2-cＯ4、ＬｉxＭｎcＦｅ2-cＯ4（ここでｘ＝０．０２〜１．２、ａ＝０．１〜０．９、ｂ＝０．８〜０．９８、ｃ＝１．６〜１．９６、ｚ＝２．０１〜２．３。）等が挙げられる。最も好ましいリチウム含有遷移金属酸化物としては、ＬｉxＣｏＯ2、ＬｉxＮｉＯ2、ＬｉxＦｅＯ2、ＬｉxＭｎＯ2、ＬｉxＣｏaＮｉ1-aＯ2、ＬｉxＭｎ2Ｏ4、ＬｉxＣｏbＶ1-bＯz（ｘ＝０．０２〜１．２、ａ＝０．１〜０．９、ｂ＝０．９〜０．９８）等が挙げられる。なお、ｘの値は充放電開始前の値であり、充放電により増減する。
正極活物質の体積基準累積粒度分布における５０％粒子径（Ｄ50）は特に限定されないが、０．１〜５０μｍが好ましく、０．５〜３０μｍの粒子の体積が全体積の９５％以上であることが好ましい。粒径３μｍ以下の粒子群の占める体積が全体積の１８％以下であり、かつ１５μｍ以上２５μｍ以下の粒子群の占める体積が、全体積の１８％以下であることがより好ましい。
正極活物質の比表面積は特に限定されないが、ＢＥＴ法で０．０１〜５０ｍ2／ｇが好ましく、０．２ｍ2／ｇ〜１ｍ2／ｇがより好ましい。また正極活物質５ｇを蒸留水１００ｍｌに溶かしたときの上澄み液のｐＨとしては７以上１２以下が好ましい。
リチウムイオン二次電池では正極と負極との間にセパレータを設けることがある。セパレータとしては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン等のポリオレフィンを主成分とした不織布、クロス、微孔フィルムまたはそれらを組み合わせたものなどを挙げることができる。
本発明の実施態様におけるリチウムイオン二次電池を構成する電解液及び電解質としては公知の有機電解液、無機固体電解質、高分子固体電解質が使用できるが、電気伝導性の観点から有機電解液が好ましい。
有機電解液としては、ジエチルエーテル、ジブチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノエチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールフェニルエーテル、１，２−ジメトキシエタン等のエーテル；ホルムアミド、Ｎ−メチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド、Ｎ−エチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルホルムアミド、Ｎ−メチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルアセトアミド、Ｎ−エチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジエチルアセトアミド、Ｎ，Ｎ−ジメチルプロピオンアミド、ヘキサメチルホスホリルアミド等のアミド；ジメチルスルホキシド、スルホラン等の含硫黄化合物；メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン等のジアルキルケトン；エチレンオキシド、プロピレンオキシド、テトラヒドロフラン、２−メトキシテトラヒドロフラン、１，３−ジオキソラン等の環状エーテル；エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート；γ−ブチロラクトン；Ｎ−メチルピロリドン；アセトニトリル、ニトロメタン等の有機溶媒の溶液が好ましい。より好ましくはエチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、プロピレンカーボネート、ビニレンカーボネート、γ−ブチロラクトン等のエステル類、ジオキソラン、ジエチルエーテル、ジエトキシエタン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、アセトニトリル、テトラヒドロフラン等が挙げられ、より一層好ましくはエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート等のカーボネート系非水溶媒を用いることができる。これらの溶媒は、単独でまたは２種以上を混合して使用することができる。
これらの溶媒の溶質（電解質）には、リチウム塩が使用される。一般的に知られているリチウム塩にはＬｉＣｌＯ4、ＬｉＢＦ4、ＬｉＰＦ6、ＬｉＡｌＣｌ4、ＬｉＳｂＦ6、ＬｉＳＣＮ、ＬｉＣｌ、ＬｉＣＦ3ＳＯ3、ＬｉＣＦ3ＣＯ2、ＬｉＮ（ＣＦ3ＳＯ2）2等がある。
高分子固体電解質としては、ポリエチレンオキサイド誘導体及び該誘導体を含む重合体、ポリプロピレンオキサイド誘導体及び該誘導体を含む重合体、リン酸エステル重合体、ポリカーボネート誘導体及び該誘導体を含む重合体等が挙げられる。
なお、上記以外の電池構成上必要な部材の選択についてはなんら制約を受けるものではない。
以下に実施例、比較例を挙げて、本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。なお、複合黒鉛粒子の物性、負極特性及び電池特性は以下の方法で測定し評価した。
（１）ｄ002
粉末Ｘ線回折装置（(株)リガク製、ＳｍａｒｔＬａｂ（登録商標）ＩＶ）で、ＣｕＫα線にて出力３０ｋＶ、２００ｍＡでＸ線回折ピークを測定した。００２回折ピークからＪＩＳ Ｒ ７６５１に従ってｄ002を算出した。
（２）ＩD／ＩG（Ｒ値）
日本分光社製ＮＲＳ−５１００を用いて、波長５３２ｎｍ及び出力７．４ｍＷのアルゴンレーザを試料に照射し、ラマン散乱光を分光器で測定した。測定されたラマン分光スペクトルから、１３６０ｃｍ-1付近（１３００〜１４００ｃｍ-1）にあるピークのピーク強度（ＩD）と１５８０ｃｍ-1付近（１５８０〜１６２０ｃｍ-1）にあるピークのピーク強度（ＩG）との比ＩD／ＩGを算出した。
（３）比表面積
窒素吸着量の測定に基づきＢＥＴ法により算出した。
（４）粒子径
レーザー回折式粒度分布測定装置（マルバーン製、マスターサイザー）を用いて、体積基準累積粒度分布における５０％粒子径（Ｄ50）を求めた。
（５）負極シートの作製
複合黒鉛粒子９７質量部に、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）分散水溶液（固形分比４０％）とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ、日本製紙(株)製、ＭＡＣ−３５０−ＨＣ）２質量％水溶液を固形分換算で各々１．５質量部となるように加え、プラネタリーミキサーにて混練し、ペースト原液とした。
ペースト原液にＮ−メチルピロリドン（ＮＭＰ）を加え、粘度を調整してペーストを得た。ペーストをドクターブレードにより高純度銅箔上に塗布して１２０℃で１時間真空乾燥し、負極シートを得た。塗布の量は、複合黒鉛粒子の量が６〜７ｍｇ／ｃｍ2となる量とした。
（６）コインセルの作製
得られた負極シートを直径１６ｍｍの円形に打ち抜き、約３００ＭＰａ（約３ｔ／ｃｍ2）の圧力で１０秒間圧縮し、プレスした負極シートを得た。
アルゴンガスで充満され、露点が−７５℃以下に制御されたグローブボックス内に前記打ち抜いた負極シートを導入した。負極シートをコインセルケース（宝泉(株)製ＣＲ２３２０）に置き電解液（１Ｍ ＬｉＰＦ6 エチレンカーボネート（ＥＣ）：メチルエチルカーボネート（ＭＥＣ）＝４０：６０〔体積比〕）を浸透させた。その上に直径２０ｍｍに切り出したポリプロプレン製フィルム微多孔膜、直径１７．５ｍｍに切り出した１．７ｍｍ厚のリチウム箔の順に載せた。その上から、ガスケットを取り付けたキャップをし、カシメ機によりかしめてコインセルを作製した。
（７）電池の初期効率
作製したコインセルをグローブボックスから取り出し、２４時間室温で静置した。その後、作製したコインセルで前記作用極の充放電試験を２５℃に設定した恒温槽内で行った。
始めに、開回路電圧が０．００２Ｖとなるまで０．０５Ｃの電流を流した後、０．００２Ｖに維持し、電流値が２５．４μＡに低下した時点で停止させることで作用極の充電容量を測定した。次に、開回路電圧が１．５Ｖとなるまで０．０５Ｃで電流を流すことで放電容量を測定した。
この充放電サイクルにおける初回充電容量及び初回放電容量に基づき、下式にて初期効率を算出した。
（初期効率）＝（初回放電容量）／（初回充電容量）
（８）ラミネートセルの作製
露点−８０℃以下の乾燥アルゴンガス雰囲気下に保ったグローブボックス内で下記の操作を実施した。
正極材料Ｌｉ（Ｎｉ，Ｍｎ，Ｃｏ）Ｏ2（Ｕｍｉｃｏｒｅ社製）９０質量部に、カーボンブラックＣ４５（ＴＩＭＣＡＬ社製）２質量部、カーボンブラックＫＳ６Ｌ（ＴＩＭＣＡＬ社製）３質量部、及びポリフッ化ビニリデン（クレハ製、ＫＦポリマー Ｗ＃１３００）５質量部（固形分）を混合した。その後、これにＮ−メチル−２−ピロリドン（キシダ化学製）を加えて混錬し、ペーストを得た。
自動塗工機を用いて、前記ペーストをクリアランス２００μｍのドクターブレードで２０μｍ厚のアルミニウム箔に塗工して、正極を作製した。
ラミネート外装材の中に、上記負極と正極とをポリプロピレン製セパレータ（東燃化学(株)製、セルガード２４００）を介して積層した。次に、電解液を注入し、真空中でヒートシールを行い、評価用のラミネートセルを得た。
（９）電池のサイクル特性
ラミネートセルを用いて試験を行った。充電はレストポテンシャルから上限電圧を４．１５Ｖとして定電流値５０ｍＡ（２Ｃ相当）でＣＣモード充電を行ったのち、ＣＶモードでカットオフ電流値１．２５ｍＡで充電を行った。
放電は下限電圧２．８Ｖとして、ＣＣモードで５０ｍＡの放電を行った。
上記条件で、２５℃の恒温槽中で１００サイクル充放電を繰り返して放電容量を測定し、１サイクル時の放電容量に対する１００サイクル時の放電容量を１００サイクル時の容量維持率とした。
（１０）電池の内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）
初期電池容量の測定で得られた電池容量を基準として１Ｃの電流量を求めた（１Ｃ＝２５ｍＡｈ）。満充電状態から３時間３０分、０．１ＣでＣＣ放電を行い（ＳＯＣが５０％になる）、３０分休止後、２５ｍＡで５秒放電したときの電圧降下量ΔＶからオームの法則：Ｒ［Ω］＝ΔＶ［Ｖ］／０．０２５［Ａ］により内部抵抗（ＤＣ−ＩＲ）を測定した。
実施例１
粉砕した石炭系か焼ニードルコークスを３０００℃で黒鉛化して人造黒鉛（ｄ002＝０．３３５６ｎｍ）を得、前記人造黒鉛１００質量部に対して石油系ピッチ（軟化点：２３０℃、灰分：０．１質量％以下、残炭率：７３．５％）０．５質量部及びカーボンブラックＣ６５（ＴＩＭＣＡＬ社製）０．５質量部をノビルタ（登録商標、ホソカワミクロン(株)製）を用い、剪断力を加えながら混合した。得られた混合物を１１００℃で焼成し、人造黒鉛からなる芯材と、非粉体状の非晶質炭素材料及び粉体状の導電性炭素物質（カーボンブラック）を含み、前記芯材を被覆する被覆層とを有する複合黒鉛粒子を得た。得られた前記複合黒鉛粒子のＢＥＴ比表面積、ラマンＩD／ＩG（Ｒ値）、粒子径Ｄ50を測定した。複合化条件を表１に、複合黒鉛粒子の物性の測定結果を表２に示す。
なお、芯材に対する非粉体状の非晶質炭素材料の質量割合は、芯材黒鉛に対するピッチの混合比率に残炭率を乗じたものを用いた。また、芯材に対するカーボンブラックの質量割合は、芯材黒鉛に対するカーボンブラックの混合比率を用いた。
得られた複合黒鉛粒子を用いて上記記載の負極の作製方法で負極を作製し、さらに上記記載の方法でコインセル及びラミネートセルを作製して電池特性（初期効率、内部抵抗、サイクル特性）を測定した。結果を表２に示す。
実施例２
負極のペースト原液の組成を複合黒鉛粒子９６．５質量部、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）分散水溶液とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）水溶液を固形分換算で各々１．５質量部、カーボンブラック０．５質量部として負極シートを作製した以外は実施例１と同様の方法でコインセル及びラミネートセルを作製して電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
実施例３
人造黒鉛１００質量部に対して混合するカーボンブラックの割合を１．０質量部とした以外は実施例１と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
実施例４
人造黒鉛１００質量部に対して混合する石油系ピッチの割合を３．０質量部、カーボンブラックの割合を３．０質量部とした以外は実施例１と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
実施例５
人造黒鉛１００質量部に対して混合する石油系ピッチの割合を５．０質量部、カーボンブラックの割合を５．０質量部とした以外は実施例１と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
比較例１
人造黒鉛にカーボンブラックを混合しない以外は実施例１と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
比較例２
人造黒鉛にカーボンブラックを混合しない以外は実施例２と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
比較例３
人造黒鉛１００質量部に対して石油系ピッチ１８．０質量部及びカーボンブラック２０．０質量部を混合した以外は実施例１と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
比較例４
人造黒鉛１００質量部に対して混合する石油系ピッチの割合を８．０質量部、カーボンブラックの割合を８．０質量部とした以外は実施例１と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
比較例５
人造黒鉛１００質量部に対して混合するカーボンブラックの割合を０．１質量部とした以外は実施例１と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
比較例６
人造黒鉛１００質量部に対して混合する石油系ピッチの割合を０．１質量部、カーボンブラックの割合を１．０質量部とした以外は実施例１と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
比較例７
芯材黒鉛材料として機械的処理により球状化された天然黒鉛（ｄ002＝０．３３５５ｎｍ）を用いた。球状化された天然黒鉛と石油系ピッチ及びカーボンブラックを混合した以外は実施例１と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
比較例８
負極のペースト原液の組成を複合黒鉛粒子９６．５質量部、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）分散水溶液とカルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）水溶液を固形分換算で各々１．５質量部、カーボンブラック０．５質量部として負極シートを作製した以外は比較例８と同様の方法でコインセル及びラミネートセルを作製して電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
Figure 2018110263
Figure 2018110263
表１及び表２に示す結果から、実施例１と比較例１、または実施例２と比較例２とを比較すると、複合黒鉛粒子の表面被覆層にカーボンブラックを含む場合、内部抵抗が低くなることがわかる。電池の内部抵抗が低下するため、大電流充放電でも大きな容量を発現でき、電池の出力が向上する。
また、実施例１と実施例２を比較すると、複合黒鉛粒子の表面被覆層だけでなく負極ペースト（すなわち負極シート）にもカーボンブラックを含む場合、内部抵抗の低減効果がより高くなることがわかる。
一方サイクル特性については、実施例１と比較例１を比較すると、カーボンブラックを黒鉛粒子に複合させることによる初期効率及び１００サイクル時の容量維持率の低下はほとんどなく、芯材の人造黒鉛の高耐久性を保持できることがわかる。
実施例１、実施例４及び実施例５を比較すると、複合黒鉛粒子の被覆層に含まれる石油系ピッチを前駆体とする非晶質炭素及びカーボンブラックの量が多いほど複合黒鉛粒子表面のラマンＲ値は大きくなり、電池の内部抵抗が小さくなることが分かる。一方、１００サイクル時の容量維持率は高く、高耐久性を維持している。
しかしながら実施例３と比較例３または比較例４を比較すると、複合黒鉛粒子の被覆層に含まれるカーボンブラックの量が過多であると、電池の初期効率及びサイクル特性が著しく悪化し、リチウムイオン二次電池の負極材料として不適であることがわかる。また、電池の内部抵抗は実施例５が最も低い値を示した。複合黒鉛粒子に含まれる非晶質炭素及びカーボンブラックの質量が過多である場合、カーボンブラックの質量の増加による内部抵抗の低減効果は小さいことがわかる。
実施例１と比較例５を比較すると、複合黒鉛粒子の被覆層に含まれるカーボンブラックの量が過少である場合、カーボンブラック添加による内部抵抗の低減効果が得られないことがわかる。
実施例３と比較例６を比較すると、複合黒鉛粒子の被覆層に含まれる石油系ピッチを前駆体とする非晶質炭素の量が過少である場合、電池の初期効率とサイクル特性が低下した。これは、カーボンブラックが黒鉛表面に付着しないか、あるいはカーボンブラックが非晶質炭素材料に被覆されずに露出するためと考えられる。
実施例１と比較例７、または実施例２と比較例８を比較すると、複合黒鉛粒子の芯材に天然黒鉛を用いた場合、人造黒鉛粒子を用いた場合に比べてサイクル特性が著しく悪化することがわかる。このため、天然黒鉛は本発明に関わる複合黒鉛粒子の芯材としては適さない。
混合黒鉛粒子における上記非粉体状の非晶質炭素材料の質量割合を得るためには、芯材（人造黒鉛粒子）と非晶質炭素前駆体及び粉体状の導電性炭素材料を混合した後の焼成における非晶質炭素前駆体の残炭率を考慮して、非晶質炭素前駆体の質量割合は最終的に被覆層として形成される非粉体状の非晶質炭素材料の質量割合より多めに設定する。具体的には、芯材である人造黒鉛１００質量部に対して混合する非晶質炭素前駆体の質量割合は０．３〜５．０質量部であり、好ましくは０．２〜３．０質量部であり、より好ましくは０．５〜２．０質量部である。
一方、粉体状の導電性炭素材料については焼成による減量がないため、芯材である人造黒鉛１００質量部に対して混合する質量割合は上記の混合黒鉛粒子における芯材の質量に対する粉体状の導電性炭素材料の質量の割合と同じである。具体的には、芯材である人造黒鉛１００質量部に対して混合する粉体状の導電性炭素材料の質量割合は０．３〜５．０質量部であり、好ましくは０．３〜３．０質量部であり、より好ましくは０．５〜２．０質量部であり、より一層好ましくは０．５〜１．５質量部である。
参考例５
人造黒鉛１００質量部に対して混合する石油系ピッチの割合を５．０質量部、カーボンブラックの割合を５．０質量部とした以外は実施例１と同様の方法で複合黒鉛粒子を得た。この複合黒鉛粒子の物性、及びこれを用いて作製した電池の電池特性を測定した。結果を表１及び表２に示す。
Figure 2018110263
Figure 2018110263
一方サイクル特性については、実施例１と比較例１を比較すると、カーボンブラックを黒鉛粒子に複合させることによる初期効率及び１００サイクル時の容量維持率の低下はほとんどなく、芯材の人造黒鉛の高耐久性を保持できることがわかる。
実施例１、実施例４及び参考例５を比較すると、複合黒鉛粒子の被覆層に含まれる石油系ピッチを前駆体とする非晶質炭素及びカーボンブラックの量が多いほど複合黒鉛粒子表面のラマンＲ値は大きくなり、電池の内部抵抗が小さくなることが分かる。一方、１００サイクル時の容量維持率は高く、高耐久性を維持している。
しかしながら実施例３と比較例３または比較例４を比較すると、複合黒鉛粒子の被覆層に含まれるカーボンブラックの量が過多であると、電池の初期効率及びサイクル特性が著しく悪化し、リチウムイオン二次電池の負極材料として不適であることがわかる。また、電池の内部抵抗は参考例５が最も低い値を示した。複合黒鉛粒子に含まれる非晶質炭素及びカーボンブラックの質量が過多である場合、カーボンブラックの質量の増加による内部抵抗の低減効果は小さいことがわかる。

Claims (14)

  1. 人造黒鉛からなる芯材と、非粉体状の非晶質炭素材料及び粉体状の導電性炭素材料を含み前記芯材を被覆する被覆層とを有する複合黒鉛粒子であって、前記芯材の質量に対する前記非粉体状の非晶質炭素材料の質量の割合が０．２〜３．８質量％であり、前記芯材の質量に対する前記粉体状の導電性炭素材料の質量の割合が０．３〜５．０質量％である複合黒鉛粒子。
  2. 前記芯材の質量に対する前記非粉体状の非晶質炭素材料の質量の割合が０．２〜２．３質量％である請求項１に記載の複合黒鉛粒子。
  3. 前記芯材の質量に対する前記粉体状の導電性炭素材料の質量の割合が０．３〜３．０質量％である請求項１または２に記載の複合黒鉛粒子。
  4. 前記粉体状の導電性炭素材料がカーボンブラックである請求項１〜３のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子。
  5. ラマン分光スペクトルで測定される１３６０ｃｍ-1付近にあるピークのピーク強度（ＩD）と１５８０ｃｍ-1付近にあるピークのピーク強度（ＩG）との比ＩD／ＩG（Ｒ値）が０．１０〜１．００である請求項１〜４のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子。
  6. 窒素吸着に基づくＢＥＴ比表面積が１．０〜１０．０ｍ2／ｇである請求項１〜５のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子。
  7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子の製造方法であって、人造黒鉛１００質量部に対し、非晶質炭素前駆体０．３〜５．０質量部及び粉体状の導電性炭素材料０．３〜５．０質量部を加え、剪断力を作用させながら混合し、得られた混合物を６００〜１３００℃で焼成することを含むことを特徴とする複合黒鉛粒子の製造方法。
  8. 前記非晶質炭素前駆体が、石油系ピッチ、石炭系ピッチ、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール樹脂、フラン樹脂、セルロース樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリイミド樹脂及びエポキシ樹脂からなる群から選ばれる少なくとも１種の化合物である請求項７に記載の複合黒鉛粒子の製造方法。
  9. 前記非晶質炭素前駆体が石油系ピッチである請求項８に記載の複合黒鉛粒子の製造方法。
  10. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子、バインダー及び溶媒を含有するペースト。
  11. さらに粉体状の導電性炭素材料を含む請求項１０に記載のペースト。
  12. 集電体と、請求項１〜６のいずれか１項に記載の複合黒鉛粒子を含有する電極層とを有する積層体からなる電極シート。
  13. さらに前記電極層に粉体状の導電性炭素材料を含む請求項１２に記載の電極シート。
  14. 請求項１２または１３に記載の電極シートを負極として含むリチウムイオン二次電池。
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