KR102010093B1 - Lithium ion battery, and battery module utilizing same - Google Patents

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KR102010093B1 KR1020137008217A KR20137008217A KR102010093B1 KR 102010093 B1 KR102010093 B1 KR 102010093B1 KR 1020137008217 A KR1020137008217 A KR 1020137008217A KR 20137008217 A KR20137008217 A KR 20137008217A KR 102010093 B1 KR102010093 B1 KR 102010093B1
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히타치가세이가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명은, 리튬을 흡장 또한 방출 가능한 음극 활물질로서, 상기 음극 활물질은 저결정성 탄소의 피복층을 흑연핵재의 표면에 가지는 복합 탄소 입자이며, 상기 피복층의 표면에 C=0, C-OH 및 C-0의 관능기를 가지고, 상기 피복층의 탄소 원자 및 산소 원자의 총량 중의 산소원자의 함유율이, 2atom%~5atom%이며, 열질량 측정법에 있어서, 350℃ 이상 600℃ 미만과 600℃ 이상 850℃ 이하의 각각의 온도 범위에 적어도 1개의 산화 피크를 가지고, 350℃ 이상 850℃ 이하의 범위 내에 있어서 가장 높은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와, 가장 낮은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와의 피크 온도차가 300℃ 이하인 당해 음극 활물질을 포함하는 음극과, 양극과, 비수 전해질 및 비수용매를 포함하는 리튬 이온전지, 그것을 이용한 전지 모듈 및 이동체 또는 정치용 축전 시스템을 제공한다.The present invention is a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium, wherein the negative electrode active material is a composite carbon particle having a coating layer of low crystalline carbon on the surface of the graphite nucleus material, and C = 0, C-OH and C on the surface of the coating layer. It has a functional group of -0, and the content rate of the oxygen atom in the total amount of the carbon atom and the oxygen atom of the said coating layer is 2 atom%-5 atom%, In a thermogravimetric method, 350 degreeC or more and less than 600 degreeC and 600 degreeC or more and 850 degrees C or less The peak temperature difference between an oxidation peak having a peak at the highest temperature and an oxidation peak having a peak at the lowest temperature is 300, having at least one oxidation peak in each temperature range of 300 ° C. Lithium ion battery containing the negative electrode containing the said negative electrode active material which is below degrees C, and a positive electrode, a nonaqueous electrolyte, and a nonaqueous solvent, the battery module using this, a mobile body, or a stationary electrical storage sheath. Provide the system.

Description

리튬 이온전지, 및 그것을 이용한 전지 모듈{LITHIUM ION BATTERY, AND BATTERY MODULE UTILIZING SAME}Lithium ion battery, and battery module using the same {LITHIUM ION BATTERY, AND BATTERY MODULE UTILIZING SAME}

본 발명은, 리튬 이온전지, 및 그것을 이용한 전지 모듈에 관한 것이다. The present invention relates to a lithium ion battery and a battery module using the same.

리튬 이온전지는 높은 에너지 밀도를 가지고, 전기 자동차용이나 전력 저장용의 전지로서 주목받고 있다. 특히, 전기 자동차에서는, 엔진을 탑재하지 않은 제로에미션 전기 자동차, 엔진과 2차 전지의 양쪽을 탑재한 하이브리드 전기 자동차, 또한 계통 전원으로부터 직접 충전시키는 플러그인 하이브리드 전기 자동차가 있다. 본 발명에 있어서 전기 자동차란 상기의 각종 자동차를 의미한다. 또한, 전력을 저장하고, 전력 계통이 차단된 비상시에 전력을 공급하는 정치식 전력 저장 시스템으로서의 용도도 기대되고 있다.Lithium ion batteries have a high energy density and are attracting attention as batteries for electric vehicles and power storage. In particular, electric vehicles include a zero emission electric vehicle without an engine, a hybrid electric vehicle equipped with both an engine and a secondary battery, and a plug-in hybrid electric vehicle that is directly charged from a system power source. In the present invention, the electric vehicle means the aforementioned various vehicles. It is also expected to be used as a stationary power storage system that stores power and supplies power in an emergency when the power system is shut off.

이러한 다양한 용도에 대하여, 리튬 이온전지에는 뛰어난 내구성이 요구되고 있다. 즉, 환경 온도가 높아져도, 충전 방전 가능한 용량의 저하율이 작고, 장기간에 걸쳐서 전지의 용량 유지율이 높은 것이다. 특히, 전기 자동차용의 리튬 이온전지는, 노면으로부터의 복사열 혹은 차내로부터의 열전달에 의해 40℃~70℃의 고온 환경에 노출되어, 이들의 환경에 있어서의 장기 보존 특성과 사이클 수명의 향상이, 중요한 개발 과제로 되어 있다.For such various uses, excellent durability is required for lithium ion batteries. That is, even if the environmental temperature is high, the rate of decrease of the chargeable discharge capacity is small, and the capacity retention rate of the battery is high over a long period of time. In particular, lithium ion batteries for electric vehicles are exposed to high temperature environments of 40 ° C. to 70 ° C. by radiant heat from road surfaces or heat transfer from inside of vehicles, and long-term storage characteristics and improvement of cycle life in these environments are improved. It is an important development task.

고온 보존시의 용량 저하 혹은 사이클 열화를 억제하기 위한 종래 기술로서, 고내구(高耐久)인 전극 재료 혹은 전해액 등의 여러 가지의 기술이 연구되고 있다. 특히, 음극(負極)에서는 전해액의 분해 반응에 따라 음극에 흡장된 리튬이 소비되어, 전지의 용량 저하를 가져온다. 이 부반응을 억제하기 위해서, 음극의 표면을 개질하는 다종 다양한 방법이 개시되어 있다.As a conventional technique for suppressing capacity reduction or cycle deterioration at high temperature storage, various techniques such as high durability electrode materials or electrolyte solutions have been studied. In particular, in the negative electrode, lithium occluded in the negative electrode is consumed in accordance with the decomposition reaction of the electrolyte solution, resulting in a decrease in capacity of the battery. In order to suppress this side reaction, various various methods of modifying the surface of the negative electrode are disclosed.

일본국 특허공개공보 평6-168725호는, 2000℃ 이상의 고온에서 탄소 물질을 처리하고 흑연화한 후에, 분쇄하고, 또한 2000℃ 이상의 열처리를 가한 음극을 이용한 전지에 관한 발명을 개시하고, 일본국 특허공개공보 제 2000-156230호는, 흑연 표면을 비정질 탄소로 피복한 일차 입자를 조립하여 형성된 2차 입자로 이루어지는 음극 활물질을 개시하고 있다.Japanese Patent Application Laid-open No. Hei 6-168725 discloses an invention related to a battery using a negative electrode which is treated by a carbon material at a high temperature of 2000 ° C. or higher, graphitized, pulverized, and subjected to a heat treatment of 2000 ° C. or higher. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-156230 discloses a negative electrode active material comprising secondary particles formed by assembling primary particles coated with amorphous carbon on a graphite surface.

일본국 특허공개공보 2002-134171호는, 수중에서 음(負)으로 대전하는 수용성 고분자 물질로 표면을 피복한 탄소를 음극 활물질로 이용한 전지에 관한 발명을 개시하고, 일본국 특허공개공보 평5-275077호는, 카본 표면을 리튬 이온 전도성의 고체 전해질의 박막으로 코팅하는 발명을 개시하고 있다.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2002-134171 discloses an invention relating to a battery using carbon coated with a surface as a negative electrode active material with a water-soluble high molecular material charged negatively in water. 275077 discloses an invention for coating a carbon surface with a thin film of a lithium ion conductive solid electrolyte.

일본국 특허공개공보 2000-264614호는, 흑연 입자를 계면활성제로 처리한 후, 흑연 입자의 표면에 탄소로 이루어지는 피복층을 형성하는 발명을 개시하고, 일본국 특허공개공보 2001-229914호는, 흑연 표면에 비정질 탄소 피막층을 형성하여, 전해액의 분해를 억제하는 발명을 개시한다.Japanese Patent Laid-Open No. 2000-264614 discloses an invention for forming a coating layer made of carbon on the surface of graphite particles after treating the graphite particles with a surfactant, and Japanese Patent Laid-Open No. 2001-229914 discloses graphite. Disclosed is an invention in which an amorphous carbon film layer is formed on a surface to suppress decomposition of an electrolyte solution.

일본국 특허공개공보평 2006-24374호는, 결정성 탄소 입자(일차 입자)의 표면에 탄소 피복층이 형성되고, 그 탄소 피복층을 통하여 일차 입자가 결합된 탄소 2차 입자에 관한 발명을 개시하고, 일본국 특허공개공보 2006-228505호는, 평균 입경이 5㎛~50㎛, 진비중이 2.20g/㎤ 이상, 질소 가스 흡착에 의한 비표면적이 8㎡/g 이하, 탄산 가스 흡착에 의한 비표면적이 1㎡/g 이하, X선 광전자 분광 스펙트럼으로 측정되는 산소 원자 농도가 0.7atom% 이상인 것을 특징으로 하는 음극용 흑연에 관한 발명을 개시한다.Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2006-24374 discloses an invention relating to carbon secondary particles in which a carbon coating layer is formed on the surface of crystalline carbon particles (primary particles) and primary particles are bonded through the carbon coating layer. Japanese Patent Laid-Open No. 2006-228505 has an average particle diameter of 5 µm to 50 µm, a specific gravity of 2.20 g / cm 3 or more, a specific surface area of 8 m 2 / g or less by nitrogen gas adsorption, and a specific surface area of carbon dioxide gas adsorption. Disclosed is an invention relating to graphite for a negative electrode, characterized in that the oxygen atom concentration measured in the range of 1 m 2 / g or less and X-ray photoelectron spectroscopy is 0.7 atom% or more.

일본국 특허공개공보 2007-42571호는, X선 회절 측정에 의해 구한 탄소 002면의 면간격 d002가 0.340nm~0.390nm로 한 탄소 재료에 관한 발명이며, He진밀도와 CO2 흡착량을 특정하고 있다.Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-42571 relates to a carbon material in which the surface spacing d002 of the carbon 002 plane obtained by X-ray diffraction measurement is 0.340 nm to 0.390 nm, and He density and CO 2 adsorption amount are specified. Doing.

일본국 특허공개공보 2009-187924호는, X선 회절법에 의해 해석되는 결정자의 크기 Lc를 20nm~90nm, 탄소 002면의 면간격 d002를 0.3354nm~0.3370nm로 하고, 또한, 표면에 저결정성 탄소를 형성한 음극 재료에 관한 발명을 개시하고 있다. Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2009-187924 discloses that the crystallite size Lc analyzed by X-ray diffraction method is 20 nm to 90 nm, and the surface spacing d002 of the carbon 002 plane is 0.3354 nm to 0.3370 nm, and the surface is low crystallized. Disclosed is a negative electrode material in which carbon is formed.

발명의 개요Summary of the Invention

발명이 해결하고자 하는 과제Problems to be Solved by the Invention

전기 자동차용 혹은 전력 저장용의 리튬 이온전지는, 충전 상태로 고온 환경에서 방치되는 경우가 있고, 자기 방전에 의한 전지의 용량의 저하가 일어난다. 본 발명은, 음극에 기인하는 자기 방전을 억제하고, 리튬 이온전지의 장수명화를 도모하는 것을 목적으로 하고 있다.A lithium ion battery for an electric vehicle or an electric power storage may be left in a high temperature environment in a charged state, and a decrease in the capacity of the battery due to self discharge occurs. An object of the present invention is to suppress self discharge caused by a negative electrode and to prolong the life of a lithium ion battery.

과제를 해결하기 위한 수단Means to solve the problem

본 발명자들은 상술한 과제를 해결하기 위해서 예의 검토한 결과, 리튬이온 전지를 고온 환경하에서 충방전 또는 방치한 후에 있어서도, 전지의 용량이 저하하기 어려운 수단을 발견하기에 이르렀다.MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of earnestly examining in order to solve the above-mentioned subject, the present inventors came to discover the means by which the capacity of a battery is hard to fall even after charging or discharging a lithium ion battery in high temperature environment.

본 발명의 제 1의 형태에 의하면, 리튬을 흡장 또한 방출 가능한 음극 활물질로서, 상기 음극 활물질은 저결정성 탄소의 피복층을 흑연 입자(흑연핵재)의 표면에 가지는 복합 탄소 입자이며, 상기 피복층에 C=0, C-OH 및 C-0의 관능기를 가지고, 상기 피복층의 탄소 원자 및 산소 원자의 총량 중의 산소원자의 함유율이, 2atom%~5atom%이며, 공기 중의 열질량 측정법에 있어서, 적어도 350℃ 이상 600℃ 미만과 600℃ 이상 850℃ 이하의 각각의 온도 범위에 적어도 1개의 산화 피크를 가지고, 350℃ 이상 850℃ 이하의 범위 내에 있어서 가장 높은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와, 가장 낮은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와의 피크 온도차가 300℃ 이하인 당해 음극 활물질을 포함하는 음극과, 양극(正極)과, 비수 전해질 및 비수용매를 포함하는 리튬 이온전지가 제공된다. 상기 저결정성 탄소는 비정질 또한 결정성의 낮은 탄소이다.According to the first aspect of the present invention, a negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium, wherein the negative electrode active material is a composite carbon particle having a coating layer of low crystalline carbon on the surface of graphite particles (graphite nucleus material), and C It has functional groups of 0, C-OH, and C-0, and the content rate of the oxygen atom in the total amount of the carbon atom and oxygen atom of the said coating layer is 2 atom%-5 atom%, At least 350 degreeC in the thermal mass measurement method in air. At least one oxidation peak in each temperature range of 600 degrees C or less and 600 degrees C or more and 850 degrees C or less, The oxidation peak which has a peak at the highest temperature in the range of 350 degreeC or more and 850 degrees C or less, and the lowest temperature Provided is a lithium ion battery comprising a negative electrode including the negative electrode active material having a peak temperature difference of 300 ° C. or lower from an oxidized peak having a peak, a positive electrode, a nonaqueous electrolyte and a nonaqueous solvent. . The low crystalline carbon is amorphous and low crystalline carbon.

본 발명의 제 2의 형태에 의하면, 상기 제 1의 태양에 있어서, 상기 피복층에 있어서의 C=O의 산소의 함유율이, 상기 피복층의 전체 산소량 중, 7atom%~39atom%인 리튬 이온전지가 제공된다.According to the 2nd aspect of this invention, in the said 1st aspect, the lithium ion battery whose content rate of C = O oxygen in the said coating layer is 7 atom%-39 atom% in the total amount of oxygen of the said coating layer is provided. do.

본 발명의 제 3의 형태에 의하면, 상기 제 1 또는 제 2의 태양에 있어서, 상기 피복층의 저결정성 탄소는 비정질 탄소인 리튬 이온전지가 제공된다.According to the 3rd aspect of this invention, in the said 1st or 2nd aspect, the lithium ion battery in which the low crystalline carbon of the said coating layer is amorphous carbon is provided.

본 발명의 제 4의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 3의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 피복층에 있어서의 C-OH 및 C=0의 비율이, 각각의 관능기에 있어서의 산소의 원자 조성비로서 1:1~4:1에 있는 리튬 이온전지가 제공된다. 상기 C-OH 및 C=O의 비율은, 각 관능기에 있어서의 산소 원자 조성비로서 바람직하게는, 1:1~2:1이다.According to the 4th aspect of this invention, in any one of said 1st-3rd aspect, the ratio of C-OH and C = 0 in the said coating layer is the atomic composition ratio of oxygen in each functional group. There is provided a lithium ion battery in 1: 1 to 4: 1. The ratio of C-OH and C = O is preferably 1: 1 to 2: 1 as the oxygen atom composition ratio in each functional group.

제 5의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 4의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 음극 활물질의 X선 회절법에 의해 구한 (002) 면간격 d002가 0.3354nm~0.3370nm, 결정자 사이즈 Lc가 20nm~90nm인 리튬 이온전지가 제공된다. According to the fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects, the (002) plane interval d002 obtained by the X-ray diffraction method of the anode active material is 0.3354 nm to 0.3370 nm, and the crystallite size Lc is 20 nm. A lithium ion battery of ˜90 nm is provided.

제 6의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 5의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 피복층의 두께가 10nm~100nm인 리튬 이온전지가 제공된다.According to the sixth aspect, in any one of the first to fifth aspects, a lithium ion battery having a thickness of the coating layer is 10 nm to 100 nm.

제 7의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 6의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 음극 활물질의 라먼 피크의 강도비(I1360/I1580)가 0.1~0.7인 리튬 이온전지가 제공된다.According to the seventh aspect, in any one of the first to sixth aspects, a lithium ion battery having an intensity ratio (I 1360 / I 1580 ) of the Raman peak of the negative electrode active material is 0.1 to 0.7.

제 8의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 7의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 음극 활물질의 단위질량당의 불가역 용량이 20mAh/g~31mAh/g이고, 또한, 상기 음극 활물질의 방전 용량 밀도가 350mA/g~365mA/g인 리튬 이온전지가 제공된다.According to the eighth aspect, in any one of the first to seventh aspects, the irreversible capacity per unit mass of the negative electrode active material is 20 mAh / g to 31 mAh / g, and the discharge capacity density of the negative electrode active material is Lithium ion batteries ranging from 350 mA / g to 365 mA / g are provided.

제 9의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 8의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 흑연핵재는 등방성 가압 처리가 이루어진 흑연 입자인 리튬 이온전지가 제공된다.According to the ninth aspect, in any one of the first to eighth aspects, the lithium ion battery is a graphite particle in which the graphite nucleus material is graphite particles subjected to an isotropic pressurization treatment.

제 10의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 8의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 피복층은, 비산화성 분위기 중에서의 유기 화합물 또는 그 혼합물의 열분해에 의해 상기 저결정성 탄소에 의해 상기 흑연핵재의 표면에 형성된 탄소 피막인 리튬 이온전지가 제공된다.According to the tenth aspect, in any one of the first to eighth aspects, the coating layer is formed of the graphite nucleus material by the low crystalline carbon by thermal decomposition of an organic compound or a mixture thereof in a non-oxidizing atmosphere. A lithium ion battery which is a carbon film formed on the surface is provided.

제 11의 형태에 의하면, 상기 제 10의 태양에 있어서, 상기 피복층이, 상기 유기 화합물 또는 그 혼합물과 상기 흑연핵재를 접촉 조건하에 있어서 열분해함으로써 얻어진 탄소 피막인 리튬 이온전지가 제공된다.According to the eleventh aspect, in the tenth aspect, a lithium ion battery is provided, wherein the coating layer is a carbon film obtained by thermal decomposition of the organic compound or its mixture and the graphite nucleus material under contact conditions.

제 12의 형태에 의하면, 상기 제 10 또는 제 11의 태양에 있어서, 상기 유기 화합물은, 액상으로 탄소화하는 유기 고분자 화합물인 리튬 이온전지가 제공된다. According to a twelfth aspect, in the tenth or eleventh aspect, a lithium ion battery is provided, wherein the organic compound is an organic polymer compound that carbonizes in a liquid phase.

제 13의 형태에 의하면, 상기 제 10 또는 제 11의 태양에 있어서, 상기 유기 화합물은, 고상(固相)에서 탄소화하는 유기 수지인 리튬 이온전지가 제공된다.According to a thirteenth aspect, in the tenth or eleventh aspect, a lithium ion battery is provided, wherein the organic compound is an organic resin that carbonizes in a solid phase.

제 14의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 13의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 저결정성 탄소의 상기 복합 탄소 입자에 있어서의 함유율은, 상기 흑연핵재와 상기 저결정성 탄소의 합계 질량의 0.1질량%~20질량%인 리튬 이온전지가 제공된다. According to a fourteenth aspect, in any one of the first to thirteenth aspects, the content ratio of the low crystalline carbon in the composite carbon particles is determined by the total mass of the graphite nucleus material and the low crystalline carbon. The lithium ion battery which is 0.1 mass%-20 mass% is provided.

제 15의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 14의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 양극이, 양극 활물질, 도전조제, 양극 바인더 및 집전체를 포함하는 리튬 이온전지가 제공된다. According to a fifteenth aspect, in any one of the first to fourteenth aspects, a lithium ion battery is provided in which the positive electrode includes a positive electrode active material, a conductive aid, a positive electrode binder, and a current collector.

제 16의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 15의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 양극이, 양양극 활물질, 도전조제, 양극 바인더 및 집전체를 포함하고, 그 양극 활물질이, According to a sixteenth aspect, in any one of the first to fifteenth aspects, the positive electrode includes a positive electrode active material, a conductive aid, a positive electrode binder, and a current collector, and the positive electrode active material is

Figure 112013027802579-pct00001
Figure 112013027802579-pct00001

로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 리튬 이온전지가 제공된다.There is provided at least one lithium ion battery selected from the group consisting of:

제 17의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 16의 어느 하나의 태양에 있어서, 상기 양극이, 양극 활물질, 도전조제, 양극 바인더 및 집전체를 포함하고, 그 양극 활물질이 LiNi1 /3Mn1 /3Co- /3O2인 리튬 이온전지가 제공된다.According to the aspect of claim 17, in any of the embodiments of the first to 16, wherein the positive electrode, the positive electrode active material, conductive auxiliary agent, comprising: a positive electrode binder, and a house, that the positive electrode active material LiNi 1/3 Mn 1 / 3 Co - is provided with a / 3 O 2 lithium ion cell.

제 18의 형태에 의하면, 상기 제 1~제 17의 어느 하나의 태양에 관련되는 리튬 이온전지를 2개 이상, 직렬, 병렬 또는 직병렬로 접속한 전지 모듈이 제공된다.According to the eighteenth aspect, there is provided a battery module in which two or more lithium ion batteries according to any one of the first to seventeenth aspects are connected in series, in parallel, or in parallel.

제 19의 태양에 의하면, 상기 제 18의 태양에 관한 전지 모듈을, 외부 단자를 개입시켜 외부 기기에 접속 가능한 충방전 회로에 접속한 이동체 또는 정치(定置)용축전 시스템.According to a nineteenth aspect, the moving body or the stationary power storage system, wherein the battery module according to the eighteenth aspect is connected to a charge / discharge circuit that can be connected to an external device via an external terminal.

발명을 실시하기To practice the invention 위한 형태 Form for

본 발명의 다른 형태는 이하의 상세한 설명으로부터 분명해진다. 본 발명에 있어서 사용되는 용어는 일반적인 의미로 사용된다. Other aspects of the present invention will become apparent from the following detailed description. The term used in the present invention is used in a general sense.

본 명세서에 있어서 「공정」이란 용어는, 독립한 공정뿐만이 아니라, 다른 공정과 명확하게 구별할 수 없는 경우이여도 본 공정의 소기의 작용이 달성되면, 본 용어에 포함된다.In this specification, the term "process" is included in this term as long as the desired action of this process is achieved, even if it is not only an independent process but also a case where it cannot be clearly distinguished from other processes.

또한, 본 발명에 있어서 「~」를 이용하여 나타낸 수치 범위는, 「~」의 전후에 기재되는 수치를 각각 최소치 및 최대치로서 포함한 범위를 나타낸다.In addition, the numerical range shown using "-" in this invention represents the range which included the numerical value described before and after "-" as minimum value and the maximum value, respectively.

또한, 본 발명에 있어서, 조성물 중의 각 성분의 양에 관해 언급하는 경우, 조성물 중에 각 성분에 해당하는 물질이 복수 존재하는 경우에는, 특별히 언급하지 않는 한, 조성물 중에 존재하는 당해 복수의 물질의 합계량을 의미한다.In addition, in this invention, when referring to the quantity of each component in a composition, when there exist two or more substances corresponding to each component in a composition, unless there is particular notice, the total amount of the said some substance in a composition. Means.

본 발명에서는, 흑연 입자(흑연핵재) 표면을 저결정성 탄소의 피복층으로 피복한 복합 탄소 입자를 포함하고, 그 피복층에 있어서의 산소 농도를 특정 범위로 한다. 이것에 의해서, 열질량 측정법에 있어서 350℃ 이상 600℃ 미만의 저온도 영역에 적어도 1개의 산화 피크(질량 변화의 온도 미분치의 피크), 600℃ 이상 850℃ 이하의 고온도 영역에 적어도 1개의 산화 피크(질량 변화의 온도 미분치의 피크)를 가지고, 350℃ 이상 850℃ 이하의 범위 내에 있어서 가장 높은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와, 가장 낮은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와의 피크 온도차가 300℃ 이하인 복합 탄소 입자를 음극 활물질로서 포함하는 음극과, 양극과, 비수 전해질 및 비수 용매를 포함하는 리튬 이온전지를 제공할 수 있다. 본 발명의 리튬 이온전지는, 고온보존 특성 및 사이클 특성이 뛰어난 전지가 된다.In this invention, the composite carbon particle which coat | covered the graphite particle (graphite nucleus) surface with the coating layer of low crystalline carbon is included, and the oxygen concentration in the coating layer is made into the specific range. Thereby, in a thermogravimetric method, at least 1 oxidation peak (peak of the temperature differential value of mass change) in the low temperature range of 350 degreeC or more and less than 600 degreeC, and at least 1 oxidation in the high temperature range of 600 degreeC or more and 850 degrees C or less. The peak temperature difference between the oxidation peak having a peak at the highest temperature and the oxidation peak having a peak at the lowest temperature is 300 ° C with a peak (peak of temperature differential of mass change) and within a range of 350 ° C or more and 850 ° C or less. The lithium ion battery containing the negative electrode containing a composite carbon particle below as a negative electrode active material, a positive electrode, a nonaqueous electrolyte, and a nonaqueous solvent can be provided. The lithium ion battery of the present invention is a battery excellent in high temperature storage characteristics and cycle characteristics.

본 발명에 있어서의 복합 탄소 입자는, 저결정성 탄소의 피복층에 의해서 흑연핵재를 피복한 것으로, 음극 활물질을 구성한다. 저결정성 탄소란 비정질 또는 메소몰픽 탄소(결정성의 매우 낮은 탄소로 X선 회절법에 의해 실질적으로 결정 피크가 확인되지 못한 것)를 포함한다. 이 저결정성 탄소 피복은, 여러 가지의 방법으로 얻어지지만, 액상에서 열분해할 수 있는 유기물질을 비산화성 분위기 중에서 가열하여 흑연핵재 상에 석출시킨다.The composite carbon particle in this invention coat | covered the graphite nucleus material with the coating layer of low crystalline carbon, and comprises a negative electrode active material. Low crystalline carbon includes amorphous or mesomorphic carbon (which is substantially crystalline with very low carbon and whose crystal peaks have not been identified by X-ray diffraction). Although this low crystalline carbon coating is obtained by various methods, the organic material which can be thermally decomposed in the liquid phase is heated in a non-oxidizing atmosphere to precipitate on the graphite nucleus material.

상기 흑연핵재는 등방성 가압 처리가 이루어진 흑연 입자인 것이 바람직하다. 또한, 상기 저결정성 탄소의 피복층은, 비산화성 분위기 중에서의 유기 화합물 또는 그 혼합물의 열분해에 의해서 상기 흑연핵재의 표면에 형성된 저결정성 탄소피막이라도 좋다.It is preferable that the said graphite nucleus material is graphite particle in which the isotropic pressurization process was performed. The low crystalline carbon coating layer may be a low crystalline carbon film formed on the surface of the graphite nucleus material by thermal decomposition of an organic compound or a mixture thereof in a non-oxidizing atmosphere.

또한, 상기 유기 화합물 또는 그 혼합물은 상기 흑연핵재와 접촉 조건 하에서 열분해하는 것, 액상으로 탄소화하는 유기 고분자 화합물, 혹은 고상으로 탄소화하는 유기 수지이어도 된다. 상기 피복층은, 상기 흑연핵재와 상기 저결정성 탄소의 합계 질량의 0.1질량%~20질량%인 것이 바람직하다.The organic compound or a mixture thereof may be pyrolyzed under contact conditions with the graphite nucleus material, an organic polymer compound carbonized in a liquid phase, or an organic resin carbonized in a solid phase. It is preferable that the said coating layer is 0.1 mass%-20 mass% of the total mass of the said graphite nucleus material and the said low crystalline carbon.

본 발명은, 상기 리튬 이온전지를, 적어도 2직렬, 병렬 또는 직병렬로 접속한 전지 모듈 및 상기 전지 모듈을 외부 단자를 개입하여, 외부 기기에 접속 가능한 충방전회로(充放電回路)에 접속한 이동체 또는 정치용 축전 시스템에 적용 가능하고, 이들에 관해서도 다음에 구체적으로 설명한다.The present invention relates to a battery module in which the lithium ion battery is connected at least two in series, in parallel or in parallel, and the battery module connected to a charge / discharge circuit connectable to an external device via an external terminal. Applicable to a moving body or stationary power storage system, these will also be described in detail later.

본 발명에 의하면, 사이클 수명과 고온 보존 특성을 향상시킨 리튬 이온전지와, 이것을 이용한 전지 모듈, 이동체 또는 정치용 축전 시스템을 제공할 수 있다. According to the present invention, it is possible to provide a lithium ion battery having improved cycle life and high temperature storage characteristics, and a battery module, a moving body, or a stationary power storage system using the same.

[도 1] 본 발명이 적용되는 리튬 이온전지의 단면 구조의 일 태양을 나타낸다.
[도 2] 본 발명의 실시예 4에 관련된 음극 활물질의 시차열 열질량 동시 측정(TG-DTA) 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 3] 본 발명의 실시예 3에 관련된 음극 활물질의 시차열 열질량 동시 측정(TG-DTA) 결과를 나타내는 그래프이다.
[도 4] 본 발명이 적용되는 리튬 이온전지의 모듈을 나타내는 평면 개략도
이다.
1 shows one embodiment of a cross-sectional structure of a lithium ion battery to which the present invention is applied.
2 is a graph showing the results of differential thermal thermogravimetry (TG-DTA) measurement of a negative electrode active material according to Example 4 of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing the differential thermal thermogravimetric simultaneous measurement (TG-DTA) results of the negative electrode active material according to Example 3 of the present invention. FIG.
4 is a schematic plan view showing a module of a lithium ion battery to which the present invention is applied
to be.

실시예Example

(( 실시예Example 1) One)

도 1에는, 본 발명의 일 실시예에 관련된 원통 형상의 리튬 이온전지(101)의 내부 구조가 모식적으로 나타나고 있다. 110은 양극, 111은 세퍼레이터, 112는 음극, 113은 전지캔, 114는 양극 집전탭, 115는 음극 집전탭, 116은 안쪽 마개, 117은 내압 개방밸브, 118은 개스킷, 119는 정온도 계수(PTC;Positive temperature coefficient) 저항 소자, 120은 전지 마개이다. 전지 마개(120)는, 안쪽 마개(116), 내압 개방밸브(117), 개스킷(118), PTC 저항 소자(119)로 이루어지는 일체화 부품이다.In FIG. 1, the internal structure of the cylindrical lithium ion battery 101 which concerns on one Embodiment of this invention is shown typically. 110 is a positive electrode, 111 is a separator, 112 is a negative electrode, 113 is a battery can, 114 is a positive current collecting tab, 115 is a negative current collecting tab, 116 is an inner plug, 117 is a pressure relief valve, 118 is a gasket, and 119 is a constant temperature coefficient ( PTC (Positive temperature coefficient) resistance element, 120 is a battery stopper. The battery stopper 120 is an integrated component including an inner stopper 116, a pressure resistant release valve 117, a gasket 118, and a PTC resistance element 119.

양극(110)은, 양극 활물질, 도전조제, 양극 바인더, 집전체로 구성된다. 그 양극 활물질을 예시하면, LiCoO2, LiNiO2, 및 LiMn204가 대표예로서 들 수 있다. 그 밖에,The positive electrode 110 is composed of a positive electrode active material, a conductive aid, a positive electrode binder, and a current collector. Illustrative examples of the positive electrode active material include LiCoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 . etc,

Figure 112013027802579-pct00002
Figure 112013027802579-pct00002

등을 열거할 수 있다. 본 실시예에서는, 높은 에너지 밀도와 뛰어난 사이클 수명을 실현할 수 있는 점에서, 양극 활물질로서 LiNi1 /3Mn1 /3Co1 /3O2를 선택했다. 다만, 본 발명은 양극 재료에 어떠한 제약을 받지 않기 때문에, 이들 재료로 한정되지 않는다.And the like. In this embodiment, in that it can realize a high energy density and excellent cycle life, and chose the LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 as a positive electrode active material. However, the present invention is not limited to these materials because the present invention is not subject to any limitations.

양극 활물질의 입경은, 양극 활물질, 도전조제, 및 양극 바인더를 포함하는 합제층(合劑層)의 두께 이하가 되도록 규정된다. 양극 활물질 분말 중에 합제층 두께 이상의 사이즈를 가지는 조립(粗粒) 이 있는 경우, 미리 체 분급(sieve classification), 풍류분급 등에 의해 조립을 제거하고, 합제층 두께 이하의 입자를 제작한다.The particle diameter of the positive electrode active material is defined to be equal to or less than the thickness of the mixture layer containing the positive electrode active material, the conductive aid, and the positive electrode binder. When granules having a size greater than or equal to the thickness of the mixture layer are contained in the positive electrode active material powder, granulation is removed by sieve classification, air flow classification, or the like to produce particles having a thickness less than or equal to the mixture layer.

또한, 양극 활물질은 산화물계이며 전기 저항이 높기 때문에, 그들 전기 전도성을 보충하기 위한 탄소 분말로 이루어지는 도전조제를 이용한다. 이것에 의해, 양극의 저저항성, 또는 전지 특성의 향상 등의 이점을 가진다. 도전조제로는, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 흑연, 비정질 탄소 등의 탄소 재료, 또는 이들 2종 이상의 조합을 이용할 수 있다. 양극 내부에 전자 네트워크를 형성하기 때문에, 도전조제의 입경은, 양극 활물질의 평균 입경보다도 작고, 그 평균 입경의 1/10 이하로 하는 것이 바람직하다.In addition, since the positive electrode active material is an oxide type and has high electrical resistance, a conductive aid made of carbon powder for supplementing those electrical conductivity is used. This has advantages such as low resistance of the positive electrode, improvement of battery characteristics, and the like. As the conductive aid, carbon materials such as acetylene black, carbon black, graphite, amorphous carbon, or a combination of two or more thereof can be used. Since the electronic network is formed inside the positive electrode, the particle size of the conductive assistant is smaller than the average particle diameter of the positive electrode active material, and is preferably set to 1/10 or less of the average particle diameter.

양극 활물질과 도전조제는 모두 분말이기 때문에, 분말에 양극 바인더를 혼합하여, 분말끼리를 결합시킴과 동시에 집전체에 접착시키고 있다.Since both the positive electrode active material and the conductive aid are powders, a positive electrode binder is mixed with the powder to bond the powders together and adhere to the current collector.

집전체에는, 두께가 10㎛~100㎛의 알루미늄박, 혹은 두께가 10㎛~100㎛, 직경 0.11mm~10mm의 구멍을 가지는 알루미늄제 천공박, 확장 금속, 또는 발포 금속판등이 이용되고, 재질도 알루미늄 외에, 스텐레스, 및 티탄 등도 적용 가능하다. 본 발명에서는, 재질, 형상, 제조 방법 등에 제한되는 일 없이, 임의의 집전체를 사용할 수 있다.An aluminum foil having a thickness of 10 μm to 100 μm or a perforated foil made of aluminum having a hole having a thickness of 10 μm to 100 μm and a diameter of 0.11 mm to 10 mm, an expanded metal, or a foamed metal plate is used for the current collector. In addition to aluminum, stainless steel, titanium, and the like are also applicable. In the present invention, any current collector can be used without being limited to materials, shapes, manufacturing methods, and the like.

양극(110)을 제작하기 위해서, 양극 슬러리를 조제할 필요가 있다. 그 조성을 예시하면, 양극 활물질을 89질량부, 아세틸렌 블랙을 4질량부, PVDF(폴리불화비닐리덴)의 양극 바인더를 7질량부이지만, 재료의 종류, 비표면적, 입경 분포 등에 따라 변경되고, 예시한 조성에 한정되지 않는다. 양극 슬러리의 용매는, 양극 바인더를 용해시키는 것이면 되고, PVDF의 양극 바인더에 대해서는, N-메틸-2-피롤리돈이 다용(多用)된다. 단, 양극 바인더의 종류에 따라, 용매는 적절히 선택된다. 양극 재료의 분산처리에는, 공지의 혼련기, 분산기를 이용했다.In order to manufacture the positive electrode 110, it is necessary to prepare a positive electrode slurry. The composition is exemplified by 89 parts by mass of the positive electrode active material, 4 parts by mass of acetylene black, and 7 parts by mass of the positive electrode binder of PVDF (polyvinylidene fluoride). However, the composition is changed depending on the type of material, specific surface area, and particle size distribution. It is not limited to one composition. The solvent of a positive electrode slurry should just melt | dissolve a positive electrode binder, and N-methyl- 2-pyrrolidone is used abundantly about the positive electrode binder of PVDF. However, the solvent is appropriately selected depending on the type of the positive electrode binder. A well-known kneader and a disperser were used for the dispersion process of a positive electrode material.

양극 활물질, 도전조제, 양극 바인더, 및 용매를 혼합 분산한 양극 슬러리를, 닥터 블레이드법, 디핑법, 스프레이법 등에 의해서 집전체에 부착시킨 후, 용매를 건조하고, 롤 프레스에 의해서 양극을 가압 성형함으로써, 집전체 상에, 양극 활물질, 도전조제 및 양극 바인더를 포함하는 합제층이 형성되어, 이상의 프로세스에 의해 양극을 제작할 수 있다. 또한, 도포에서 건조까지를 복수회 실시함으로써, 복수의 합제층을 집전체 상에 적층화시키는 것도 가능하다.After attaching the positive electrode slurry in which the positive electrode active material, the conductive aid, the positive electrode binder, and the solvent are mixed and dispersed to the current collector by the doctor blade method, the dipping method, the spray method, etc., the solvent is dried, and the positive electrode is press-molded by a roll press. Thereby, the mixture layer containing a positive electrode active material, a conductive support agent, and a positive electrode binder is formed on an electrical power collector, and a positive electrode can be manufactured by the above process. Moreover, it is also possible to laminate | stack a some mixture layer on an electrical power collector by performing several times from application | coating to drying.

음극(112)은, 음극 활물질, 음극 바인더, 및 집전체로 이루어진다. 음극 활물질은, 흑연핵재(흑연 입자)의 표면에 피복층이 형성된 코어·쉘 구조를 가지고 있다. 음극 활물질로서는, 리튬을 흡장 또는 방출 가능한 음극 활물질로서, 상기 음극 활물질은 저결정성 탄소의 피복층을 흑연핵재의 표면에 가지는 복합 탄소 입자이며, 상기 피복층의 표면에 C=O, C-OH 및 C-0의 관능기를 가지고, 상기 피복층의 탄소 원자 및 산소 원자의 총량 중의 산소원자의 함유율이, 2atom%~5atom%이며, 공기 중의 열질량 측정법에 있어서, 350℃ 이상 600℃ 미만과 600℃ 이상 850℃ 이하의 각각의 온도 범위에서 적어도 1개의 산화 피크를 가지고, 350℃ 이상 850℃ 이하의 범위 내에 있어서 가장 높은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와, 가장 낮은 온도에서 피크를 가지는 산화 피크와의 피크 온도차가 300℃ 이하인 당해 음극 활물질이 사용된다. 구체적으로는, 후술한 각 실시예에 있어서 제조한 음극 활물질을 이용하고, 각각 음극 활물질마다 리튬 이온전지를 제작했다.The negative electrode 112 is composed of a negative electrode active material, a negative electrode binder, and a current collector. The negative electrode active material has a core-shell structure in which a coating layer is formed on the surface of the graphite nucleus material (graphite particles). As the negative electrode active material, a negative electrode active material capable of occluding or releasing lithium, the negative electrode active material is a composite carbon particle having a coating layer of low crystalline carbon on the surface of the graphite nucleus material, and C = O, C-OH and C on the surface of the coating layer. It has a functional group of -0, and the content rate of the oxygen atom in the total amount of the carbon atom and the oxygen atom of the said coating layer is 2 atom%-5 atom%, In the thermogravimetric method in air, 350 degreeC or more and less than 600 degreeC and 600 degreeC or more and 850 Difference in peak temperature between an oxidation peak having at least one oxidation peak in each temperature range of degrees C or less and having a peak at the highest temperature within a range of 350 ° C. or more and 850 ° C. or less and an oxidation peak having a peak at the lowest temperature. The said negative electrode active material whose 300 degrees C or less is used. Specifically, the lithium ion battery was produced for each negative electrode active material using the negative electrode active material manufactured in each Example mentioned later.

음극(112)을 제작하기 위해서, 음극 슬러리를 조제할 필요가 있다. 그 조성을 예시하면, 음극 활물질을 95질량부, PVDF(폴리플루오로화 비닐리덴)의 음극 바인더를 5질량부이지만, 재료의 종류, 비표면적, 입경 분포 등에 따라 변경되어, 예시한 조성으로 한정되지 않는다. 음극 슬러리의 용매는, 음극 바인더를 용해시키는 것이면 되고, PVDF의 음극 바인더에 N-메틸-2-피롤리돈이 다용된다. 단, 음극 바인더의 종류에 따라, 용매는 적절히 선택된다. 음극 재료의 분산 처리에는, 공지의 혼련기, 분산기를 이용했다.In order to manufacture the negative electrode 112, it is necessary to prepare a negative electrode slurry. The composition is exemplified by 95 parts by mass of the negative electrode active material and 5 parts by mass of the negative electrode binder of polyvinylidene fluoride (PVDF), which is changed depending on the type of material, the specific surface area and the particle size distribution, and is not limited to the illustrated composition. Do not. The solvent of a negative electrode slurry should just melt | dissolve a negative electrode binder, and N-methyl- 2-pyrrolidone is used abundantly in the negative electrode binder of PVDF. However, according to the kind of negative electrode binder, a solvent is selected suitably. A well-known kneader and a disperser were used for the dispersion process of the negative electrode material.

음극 활물질, 음극 바인더, 및 용매를 혼합 분산한 음극 슬러리를, 닥터 블레이드법, 디핑법, 스프레이법 등에 의해서 집전체에 부착시킨 후, 용매를 건조하고, 롤 프레스에 의해서 음극을 가압 성형함으로써, 집전체 상에, 음극 활물질, 도전조제 및 음극 바인더를 포함하는 합제층이 형성되어, 이상의 프로세스에 의해 음극을 제작할 수 있다. 또한, 도포에서 건조까지를 복수회 실시함으로써, 복수의 합제층을 집전체상에 적층화시키는 것도 가능하다.The negative electrode slurry in which the negative electrode active material, the negative electrode binder, and the solvent are mixed and dispersed is adhered to the current collector by the doctor blade method, the dipping method, the spray method, and the like, and then the solvent is dried and the negative electrode is press-molded by a roll press, The mixture layer containing a negative electrode active material, a conductive support agent, and a negative electrode binder is formed on the whole, and a negative electrode can be manufactured by the above process. Moreover, it is also possible to laminate | stack a some mixture layer on an electrical power collector by performing several times from application | coating to drying.

도 1에 나타낸 바와 같이, 양극(110)과 음극(112)의 사이에 세퍼레이터(111)를 삽입하여, 양극(110)과 음극(112)의 단락(短絡)을 방지한다. 세퍼레이터(111)에는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등으로 이루어지는 폴리올레핀계 고분자 필름, 혹은 폴리올레핀계 고분자와 폴리4플루오로화에틸렌을 대표로 하는 불소계 고분자 필름을 용착시킨 다층 구조의 미다공 필름 등을 사용하는 것이 가능하다. 이들 세퍼레이터(111)는, 전지의 충방전 시에 리튬 이온을 투과시킬 필요가 있기 때문에, 일반적으로 공경(孔徑)이 O.01㎛~10㎛의 세공을 가지며, 기공율이 20%~90%이면 바람직하다. 또한, 전지 온도가 높아졌을 때에 세퍼레이터(111)가 수축하지 않도록, 세퍼레이터(111)의 표면에 세라믹스와 유기 수지계 바인더의 혼합물을 박층상으로 형성해도 된다. 이하의 설명에서는, 양극(110)과 음극(112)과 세퍼레이터(111)로 이루어지는 일체 구조물을 전극군이라고 칭한다.As shown in FIG. 1, the separator 111 is inserted between the positive electrode 110 and the negative electrode 112 to prevent a short circuit between the positive electrode 110 and the negative electrode 112. As the separator 111, it is possible to use a polyolefin-based polymer film made of polyethylene, polypropylene, or the like, or a microporous film having a multilayer structure in which a polyolefin-based polymer and a fluorine-based polymer film represented by polytetrafluoroethylene are welded. It is possible. Since these separators 111 need to permeate lithium ions at the time of charge / discharge of the battery, the pore size generally has a pore of 0.01 μm to 10 μm, and the porosity is 20% to 90%. desirable. In addition, you may form the mixture of ceramic and an organic resin binder in thin layer on the surface of the separator 111 so that separator 111 may not shrink when battery temperature becomes high. In the following description, the integral structure which consists of the anode 110, the cathode 112, and the separator 111 is called an electrode group.

또한, 세퍼레이터(111)는, 전극군의 말단에 배치되어 있는 전극과 전지캔(113)의 사이에도 삽입하고, 양극(110)과 음극(112)이 전지캔(113)을 개입하여 단락하지 않도록 하고 있다. 또한, 세퍼레이터(111)와 각 전극(양극(110), 음극(112))의 표면 및 세공 내부에, 전해질과 비수용매로 이루어지는 전해액이 유지되고 있다.The separator 111 is also inserted between the electrode disposed at the end of the electrode group and the battery can 113 so that the positive electrode 110 and the negative electrode 112 do not short-circuit through the battery can 113. Doing. Moreover, the electrolyte solution which consists of electrolyte and a non-aqueous solvent is hold | maintained in the surface and the pore of the separator 111 and each electrode (anode 110, cathode 112).

전극군의 상부는, 리드 선을 개입하여 외부 단자에 전기적으로 접속되어 있다. 양극(110)은 양극 집전탭(114)을 개입하여 전지 마개(120)에 접속되어 있다. 음극(112)은 음극 집전탭(115)을 개입하여 전지캔(113)에 접속되어 있다. 또한, 양극 집전탭(114), 음극 집전탭(115)은, 와이어상, 판상(板狀) 등의 임의의 형상을 취할 수 있다. 전류를 흘렸을 때에 옴 손실을 적게 할 수 있는 구조이며, 또한 전해액과 반응하지 않는 재질이면, 양극 집전탭(114), 음극 집전탭(115)의 형상, 및 재질은 임의이다.The upper part of the electrode group is electrically connected to an external terminal via a lead wire. The positive electrode 110 is connected to the battery plug 120 via the positive electrode current collector tab 114. The negative electrode 112 is connected to the battery can 113 through the negative electrode current collector tab 115. In addition, the positive electrode current collector tab 114 and the negative electrode current collector tab 115 may take arbitrary shapes such as a wire shape and a plate shape. As long as the ohmic loss is reduced when a current flows, and the material does not react with the electrolyte, the shape and material of the positive electrode current collector tab 114 and the negative electrode current collector tab 115 are arbitrary.

전극군의 구조는, 도 1에 나타낸 권회(捲回) 형상의 것이지만, 전지캔(113)의 형상에 맞추어 임의의 형상으로 할 수 있다. 전지캔(113)이 각형이면, 양극(110), 음극(112)과 세퍼레이터(111)를 적층한 형상, 혹은 편평상으로 권회한 형상으로 변경할 수 있다.Although the structure of an electrode group is a thing of the winding shape shown in FIG. 1, it can be set to arbitrary shapes according to the shape of the battery can 113. FIG. If the battery can 113 is a rectangular shape, it can be changed into the shape which laminated | stacked the positive electrode 110, the negative electrode 112, and the separator 111, or the shape wound to the flat shape.

전지캔(113)의 재질은, 알루미늄, 스텐레스강, 니켈도금강 등, 비수 전해질에 대해 내식성이 있는 재료로부터 선택된다. 또한, 전지캔(113)에, 양극 집전탭(114) 또는 음극 집전탭(115)을 전기적으로 접속하는 경우는, 비수 전해질과 접촉하고 있는 부분에 있어서, 전지캔(113)의 부식이나 리튬 이온과의 합금화에 의한 재료의 변질이 일어나지 않도록, 탭의 재료를 선정한다.The material of the battery can 113 is selected from a material having corrosion resistance to a nonaqueous electrolyte such as aluminum, stainless steel, nickel plated steel, and the like. In addition, in the case where the positive electrode current collector tab 114 or the negative electrode current collector tab 115 is electrically connected to the battery can 113, corrosion or lithium ions of the battery can 113 are formed in a portion in contact with the nonaqueous electrolyte. The material of the tab is selected so that material deterioration does not occur by alloying with.

그 후, 전지 마개(120)를 전지캔(113)에 밀착시켜, 전지 전체를 밀폐한다. 도 1의 형상의 경우는, 코킹에 의한 방법이 채용된다. 이 방법 외에, 전지를 밀폐하는 방법에는, 용접, 용착 등의 공지의 기술이 있다.Thereafter, the battery cap 120 is brought into close contact with the battery can 113 to seal the entire battery. In the case of the shape of FIG. 1, the method by caulking is employ | adopted. In addition to this method, the method of sealing a battery has well-known techniques, such as welding and welding.

본 발명에서 사용가능한 전해액의 대표예로서 에틸렌카보네이트에, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 또는 이들 2종 이상의 조합 등을 혼합한 용매에, 전해질로서 6플루오로화 인산 리튬(LiPF6), 혹은 붕소플루오로화리튬(LiBF4)을 용해시킨 용액이 있다. 본 발명은, 용매나 전해질의 종류, 용매의 혼합비에 제한되는 일 없이, 다른 전해액도 이용 가능하다. 전해질은, 폴리플루오로화 비닐리덴, 폴리에틸렌옥사이드 등의 이온 전도성 폴리머에 함유시킨 상태로 사용하는 것도 가능하다. 이 경우는 상기 세퍼레이터가 불필요해진다. As a representative example of the electrolyte solution usable in the present invention, lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) as an electrolyte in a solvent in which ethylene carbonate is mixed with dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, or a combination of two or more thereof. Or a solution in which lithium boron fluoride (LiBF 4 ) is dissolved. The present invention is not limited to the kind of the solvent, the electrolyte, and the mixing ratio of the solvent, and other electrolyte solutions can also be used. The electrolyte can also be used in a state in which it is contained in an ion conductive polymer such as polyvinylidene fluoride or polyethylene oxide. In this case, the separator becomes unnecessary.

또한, 전해액에 사용가능한 용매는, 프로필렌카보네이트, 에틸렌카보네이트, 부틸렌카보네이트, 비닐렌카보네이트, γ-부티롤락톤, 디메틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 메틸에틸카보네이트, 1,2-디메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로푸란, 디메틸설폭사이드, 1,3-디옥솔란, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 프로피온산메틸, 프로피온산에틸, 인산트리에스테르, 트리메톡시메탄, 디옥솔란, 디에틸에테르, 술포란, 3-메틸-2-옥사졸리디논, 테트라히드로푸란, 1,2-디에톡시에탄, 크롤에틸렌카보네이트, 및 클로로프로필렌카보네트 등의 비수용매가 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 본 발명의 전지에 내장되는 양극 혹은 음극상에서 분해되지 않으면, 이것 이외의 용매를 사용해도 된다.Moreover, the solvent which can be used for electrolyte solution is propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, vinylene carbonate, (gamma) -butyrolactone, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 2- Methyl tetrahydrofuran, dimethyl sulfoxide, 1,3-dioxolane, formamide, dimethylformamide, methyl propionate, ethyl propionate, triester triester, trimethoxymethane, dioxolane, diethyl ether, sulfolane, 3- And non-aqueous solvents such as methyl-2-oxazolidinone, tetrahydrofuran, 1,2-diethoxyethane, crawlethylene carbonate, and chloropropylene carbonine. These can be used individually or in combination of 2 or more types. As long as it does not decompose on the positive electrode or negative electrode built in the battery of this invention, you may use solvent other than this.

또한, 전해질에는, LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiCF3SO3, LiCF3CO2, LiAsF6, LiSbF6, 혹은 리튬트리풀루오로메탄술폰이미드로 대표되는 리튬의 이미드염 등의 다 종류의 리튬염이 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 이들 염을, 상술한 용매에 용해하여 된 비수 전해액을 전지용 전해액으로서 사용할 수 있다. 본 실시예의 전지에 내장되는 양극 혹은 음극상에서 분해되지 않으면, 이것 이외의 전해질을 이용해도 된다.In the electrolyte, lithium imide salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiClO 4 , LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , LiSbF 6 , or lithium trifluoromethanesulfonimide There is a kind of lithium salt. These can be used individually or in combination of 2 or more types. These non-aqueous electrolytes which melt | dissolve these salts in the solvent mentioned above can be used as battery electrolyte solution. As long as it does not decompose on the positive electrode or negative electrode incorporated in the battery of this embodiment, you may use electrolyte other than this.

고체 고분자 전해질(폴리머 전해질)을 이용하는 경우에는, 에틸렌옥사이드, 아크릴로니트릴, 플루오로화비닐리덴, 메타크릴산메틸, 헥사플루오로프로필렌 등의 모노머를 중합하여 얻어지는 이온 도전성 폴리머를 전해질로 이용할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다. 이들의 고체 고분자 전해질을 이용했을 경우, 상기 세퍼레이터(111)를 생략할 수 있는 이점이 있다.When using a solid polymer electrolyte (polymer electrolyte), an ion conductive polymer obtained by polymerizing monomers such as ethylene oxide, acrylonitrile, vinylidene fluoride, methyl methacrylate and hexafluoropropylene can be used as the electrolyte. . These can be used individually or in combination of 2 or more types. When using these solid polymer electrolytes, there is an advantage that the separator 111 can be omitted.

또한, 이온성 액체를 이용할 수 있다. 예를 들면, 1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(EMI-BF4);리튬염 LiN(SO2CF3)2(LiTFSl)과 트리그라임과 테트라그라임의 혼합 착체;및, 환상 4급 암모늄계 양이온(N-methyl-N-propylpyrrolidinium이 예시된다.)과 이미드계 음이온(bis(trifluoromethylsulfonyl)imide가 예시된다.)과의 조합이며, 양극 또는 음극상에서 분해하지 않는 조합;으로 이루어지는 군으로부터 선택하여, 본 발명의 리튬 이온전지에 이용할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수 있다.Ionic liquids can also be used. For example, 1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate (EMI-BF 4 ); a mixed complex of lithium salt LiN (SO 2 CF 3 ) 2 (LiTFSl) with trilime and tetragram; And a combination of a cyclic quaternary ammonium cation (N-methyl-N-propylpyrrolidinium is exemplified) and an imide anion (bis (trifluoromethylsulfonyl) imide is exemplified), which does not decompose on the positive or negative electrode; It can select from the group which consists of, and can use for the lithium ion battery of this invention. These can be used individually or in combination of 2 or more types.

전해액의 주입 방법은, 전지 마개(120)를 전지캔(113)으로부터 떼어낸 상태에서, 전극군에게 직접, 첨가하는 방법이 있다. 전지 마개(120)에 주액구가 있는 경우에는, 그 주액구로부터 첨가하는 방법이 있다.The injection method of electrolyte solution has the method of adding it directly to an electrode group in the state which removed the battery stopper 120 from the battery can 113. When there is a pouring hole in the battery plug 120, there is a method of adding from the pouring hole.

비수 전해액 대신에, 고체 고분자 전해질(폴리머 전해질) 혹은 겔 전해질을 사용할 수도 있다. 고체 고분자 전해질은, 폴리에틸렌옥사이드 등의 공지의 폴리머 전해질 혹은 폴리플루오로화 비닐리덴과 비수 전해액의 혼합물(겔 전해질)을 사용하는 것도 가능하다. 또한, 이온 액체를 사용해도 된다.Instead of the nonaqueous electrolyte, a solid polymer electrolyte (polymer electrolyte) or a gel electrolyte may be used. As the solid polymer electrolyte, it is also possible to use a known polymer electrolyte such as polyethylene oxide or a mixture (gel electrolyte) of polyvinylidene fluoride and nonaqueous electrolyte. Moreover, you may use an ionic liquid.

(실시예 2)(Example 2)

본 실시예는, 이하에 특기된 사항 이외는 실시예 1과 동일하다.This embodiment is the same as that of Example 1 except the matter mentioned below.

<흑연핵재의 조제><Preparation of graphite nucleus material>

실시예 2에서 사용하는 흑연핵재는, 등방성 가압 처리에 의해 제조한 인조 흑연을 이용했지만, 이 재료에 본 발명은 한정되지 않는다. 여기서 등방성 가압 처리란, 특정한 방향에서만의 가압(이방성 가압 처리)이 아니고, 일반적으로 알려져 있는, 전방향에서 가압하는 처리이다. 이와 같이, 탄소 분말에 등방성 가압 처리를 실시하면, 얻어지는 리튬 이온전지 음극용 복합 탄소 입자의 부피 밀도, 및 음극 슬러리의 유동성이 향상하고, 제작하는 리튬 이온전지 음극의 밀도 불균형이 적고, 또한 음극 집전체와의 밀착성이 향상한다. 그 결과, 얻어지는 리튬 이온전지의 사이클 특성을 향상시킬 수 있다.Although the artificial graphite manufactured by the isotropic pressurization process was used for the graphite nucleus material used in Example 2, this invention is not limited to this material. An isotropic pressurization process is not pressurization only in a specific direction (anisotropic pressurization process) here, but is a process generally pressurized in all directions. Thus, when isotropic pressurization is performed on carbon powder, the bulk density of the composite carbon particle for lithium ion battery negative electrodes obtained, and the fluidity | liquidity of a negative electrode slurry improve, the density imbalance of the lithium ion battery negative electrode produced is small, and a negative electrode collector Adhesion with the whole improves. As a result, the cycle characteristics of the obtained lithium ion battery can be improved.

탄소 분말의 등방성 가압 처리의 방법으로서는, 등방적으로 가압할 수 있는 방법이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면 탄소 분말을 고무형 등의 용기에 넣어, 물을 가압 매체로 하는 정(靜)수압 등방성 프레스나, 공기 등의 가스를 가압 매체로 하는 공기 압력에 의한 등방성 프레스 등의 가압 처리를 들 수 있다.There is no restriction | limiting in particular as a method of isotropic pressurization of carbon powder, if it is a method which can isotropically pressurized, For example, the hydrostatic isotropic which puts carbon powder in a container, such as rubber type, and makes water a pressurized medium, Pressurization processes, such as an isotropic press by air pressure which uses presses and gas, such as air, as a pressurizing medium, are mentioned.

탄소 분말의 등방성 가압 처리의 가압 매체의 압력으로서는, 4.9×106Pa~1.96×108Pa(50kgf/㎠~2000kgf/㎠)의 범위가 바람직하고, 1.96×107Pa~1.96×108Pa(200kgf/㎠~2000kgf/㎠)의 범위이면 보다 바람직하고, 4.9×107Pa~1.77×108Pa(500kgf/㎠~1800kgf/㎠)의 범위이면 더욱 바람직하다. 압력이 4.9×106Pa(50k0gf/㎠) 이상이면, 얻어지는 리튬 이온전지의 사이클 특성의 향상의 효과가 커지는 경향에 있다. 또한, 압력이 1.96×108Pa(2000kgf/㎠) 이하이면, 얻어지는 리튬 이온전지 음극용 복합탄소 입자의 비표면적의 확대가 억제되고, 그 결과, 얻어지는 리튬 이온전지의 제일 사이클째의 불가역 용량을 작게 할 수 있는 경향에 있다.As pressure of the pressurizing medium of the isotropic pressurization of carbon powder, the range of 4.9 * 10 <6> Pa-1.96 * 10 <8> Pa (50kgf / cm <2> -2000kgf / cm <2>) is preferable, and 1.96 * 10 <7> Pa-1.96 * 10 <8> Pa It is more preferable in it being the range of (200kgf / cm <2> -2000kgf / cm <2>), and it is still more preferable in it being the range of 4.9 * 10 <7> Pa-1.77 * 10 <8> Pa (500kgf / cm <2> -1800kgf / cm <2>). If the pressure is 4.9 × 10 6 Pa (50 k0 gf / cm 2) or more, the effect of improving the cycle characteristics of the obtained lithium ion battery tends to increase. When the pressure is 1.96 × 10 8 Pa (2000 kgf / cm 2) or less, the expansion of the specific surface area of the composite carbon particles for lithium ion battery negative electrode obtained is suppressed, and as a result, the irreversible capacity of the first cycle of the lithium ion battery obtained is reduced. It tends to be small.

상기와 같이 탄소 분말에 등방성 가압 처리를 가하여 실시하면, 입자끼리가 응집하기 쉬워지기 때문에, 등방성 가압 처리 후에, 해쇄(解碎), 체로 치는 등의 처리를 실시하는 것이 바람직하다. 또한, 입자끼리 응집하지 않을 때는 해쇄를 하지 않아도 된다.When the isotropic pressurization treatment is applied to the carbon powder as described above, the particles tend to agglomerate. Therefore, after the isotropic pressurization treatment, treatment such as disintegration and sieving is preferable. In addition, when particle | grains do not aggregate, it is not necessary to disintegrate.

이상의 방법에 의해, 사이클 특성 등을 큰폭으로 향상시키는 것이 가능하지만, 등방성 가압 처리를 실시하여 제작한 리튬 이온전지 음극용 복합 탄소입자(음극 활물질)는, 결정의 층간 거리 d(002)가 0.3354nm~0.3370nm의 범위에 있고, C축방향의 결정자 사이즈 Lc(002)를 20nm~90nm의 범위로 할 수 있다. 결정의 층간 거리 d(002) 및 C축 방향의 결정자 사이즈 Lc는, X선 회절법에 의해 구했다. X선 회절법은, 학진법(學振法)에 준거하여 측정된다.Although the cycle characteristics etc. can be improved significantly by the above method, the composite carbon particle (cathode active material) for lithium ion battery negative electrodes produced by performing isotropic pressurization treatment has the interlayer distance d (002) of a crystal | crystallization 0.3354 nm. It is in the range of ˜0.3370 nm, and the crystallite size Lc (002) in the C-axis direction can be in the range of 20 nm to 90 nm. The interlayer distance d (002) of the crystal and the crystallite size Lc in the C-axis direction were determined by X-ray diffraction. The X-ray diffraction method is measured based on the academic method.

상기의 등방성 가압 처리의 대상이 되는 탄소 재료는, 특별히 제한은 없고, 천연흑연, 코크스를 흑연화한 인조 흑연, 유기계 고분자 재료, 피치 등을 흑연화한 인조 흑연, 비정질 탄소, 저온 처리 탄소 등을 들 수 있지만, 그 중 인조흑연이 바람직하다.The carbon material to be subjected to the isotropic pressurization is not particularly limited, and natural graphite, artificial graphite obtained by graphitizing coke, organic polymer material, artificial graphite obtained by graphitizing pitch, etc., amorphous carbon, low temperature treated carbon, etc. Although it is mentioned, artificial graphite is preferable among them.

인조 흑연은, 코크스 분말, 수지 탄화물 등의 흑연화 가능한 주원료에, 주원료를 결착하여 성형체로 하는 피치, 타르 외, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등의 유기계 재료, 필요에 따라서 일부에 흑연 분말, 또한, 흑연화 반응을 촉진하는 촉매(흑연화 촉매)를 첨가하고, 이들의 원료 혼합물을 2500℃ 이상의 온도로 흑연화 소성한다. 얻어진 흑연소성체를 분쇄 공정을 거쳐 인조 흑연을 제작할 수 있다. 이상의 방법으로 얻어진 인조 흑연의 결정성은 발달하기 쉬어져서, 얻어지는 리튬 이온전지의 방전 용량을 향상시킬 수 있다.Artificial graphite is a graphite, which is a part of the organic material such as pitch, tar, thermosetting resin, thermoplastic resin, etc., which binds the main raw material to a graphitizable main raw material such as coke powder, resin carbide, and the like to form a molded body, and optionally, graphite. A catalyst (graphitization catalyst) for promoting the oxidization reaction is added and these raw material mixtures are graphitized and calcined at a temperature of 2500 ° C or higher. Artificial graphite can be produced through the obtained graphite firing body through a grinding step. The crystallinity of the artificial graphite obtained by the above method tends to develop, and the discharge capacity of the lithium ion battery obtained can be improved.

여기서, 흑연화 촉매로서는, Ti, Si, Fe, Ni, B 등의 금속 또는 그 산화물 혹은 탄화물이 바람직하다. 흑연화 촉매는, 상기 주원료와 상기 유기계 재료를 혼합할 때에 첨가하고, 동시에 혼합하는 것이 바람직하다. 혼합하는 온도는, 상기 유기계 재료가 연화 용융하는 온도인 것이 바람직하고, 그 온도는 사용하는 재료에 따라 다르지만, 50℃~350℃의 범위가 바람직하다. 또한, 상기 유기계 재료를 용제 등에 의해 용액으로 하는 경우에는, 흑연화 촉매를 상온에서 혼합해도 된다.Here, as the graphitization catalyst, metals such as Ti, Si, Fe, Ni, and B or oxides or carbides thereof are preferable. It is preferable to add a graphitization catalyst when mixing the said main raw material and the said organic type material, and to mix simultaneously. It is preferable that the temperature to mix is the temperature which the said organic type material softens and fuses, and although the temperature changes with the material to be used, the range of 50 degreeC-350 degreeC is preferable. In addition, when making the said organic type material into a solution etc. with a solvent, you may mix a graphitization catalyst at normal temperature.

또한, 인조 흑연의 제조에 있어서, 그 원료 혼합물을 2500℃ 이상의 온도로 흑연화하기 전에, 분쇄, 성형을 실시하고, 또한 700℃~1300℃정도의 온도로 예비 소성해도 된다. 또한, 프로세스의 순서를 변경하여, 700℃~1300℃ 정도의 온도에서 예비 소성한 후, 분쇄하고, 입도를 조정한 분체를 2500℃ 이상의 온도로 흑연화 소성해도 된다. 흑연화시의 소성온도는, 얻어지는 흑연핵재의 결정성 및 방전 용량의 점에서 2500℃ 이상이 바람직하고, 2800℃ 이상이면 보다 바람직하고, 3000℃ 이상이면 더욱 바람직하다. 소성시의 분위기는, 산화하기 어려운 조건이면 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 자기 휘발성 가스 분위기, 질소 분위기, 아르곤 분위기, 진공중 등을 들 수 있다.In addition, in manufacture of artificial graphite, before graphitizing the raw material mixture at the temperature of 2500 degreeC or more, you may grind | pulverize and shape | mold and may also pre-calculate at the temperature of about 700 to 1300 degreeC. In addition, after changing the order of the process, prebaking at a temperature of about 700 ° C to 1300 ° C, the powder may be pulverized and graphitized firing may be performed at a temperature of 2500 ° C or higher. 2500 degreeC or more is preferable at the point of the crystallinity and discharge capacity of the graphite nucleus material obtained at the time of graphitization, It is more preferable if it is 2800 degreeC or more, It is further more preferable if it is 3000 degreeC or more. There is no restriction | limiting in particular if the atmosphere at the time of baking is a condition which is hard to oxidize, For example, a self-volatile gas atmosphere, nitrogen atmosphere, argon atmosphere, vacuum etc. are mentioned.

상기의 예비 소성과정에 있어서는, 방향족계 유기 분자, 콜타르 혹은 피치 등의 유기계 재료가, 승온의 과정에서 일단 용융하고, 휘발분이 이탈하여 축합, 탄화한다.In the preliminary firing process, organic materials such as aromatic organic molecules, coal tar, or pitch are melted once in the course of the temperature increase, and volatiles are released to condense and carbonize them.

흑연화 소성체의 분쇄 방법으로서는, 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 제트밀, 해머 밀, 핀 밀 등의 충격 분쇄 방식을 택할 수 있다. 분쇄 후, 입도를 조정하여 흑연 입자로 한다. 또한, 흑연화 전에 분쇄하여 입도를 조정하는 경우는, 흑연화 후에 분쇄하지 않아도 된다.There is no restriction | limiting in particular as a grinding | pulverization method of a graphitized fired body, For example, impact grinding methods, such as a jet mill, a hammer mill, and a pin mill, can be chosen. After grinding, the particle size is adjusted to obtain graphite particles. In addition, when grind | pulverizing before graphitization and adjusting particle size, it is not necessary to grind after graphitization.

이상과 같이 제작한 인조 흑연의 흑연 입자를 이용하고, 등방성 가압 처리를 실시하여 흑연핵재로 했다. 또한, 후술하는 저결정성 탄소를 피복함으로써, 사이클 특성 및 급속 충방전 특성이 뛰어난 리튬 이온전지에 적합한 리튬 이온전지 음극용 복합 탄소 입자로 할 수 있다.Using graphite particles of artificial graphite produced as described above, isotropic pressure treatment was performed to obtain a graphite nucleus material. Furthermore, by coating the low crystalline carbon described later, the composite carbon particles for a lithium ion battery negative electrode suitable for a lithium ion battery excellent in cycle characteristics and rapid charge and discharge characteristics can be obtained.

<피복층의 형성><Formation of coating layer>

여기서, 저결정성 탄소를 피복하는 처리로서는, 예를 들면, 흑연핵재를 분산시킨 특정한 유기용매에 초음파를 인가하는 처리를 들 수 있다. 이 처리에서는, 먼저, 진행파형 초음파 인가에 의해 유기용매를 탄화하여 석출시킨다. 석출은, 분산하고 있는 흑연핵재의 표면에서 생기기 때문에, 흑연핵재의 표면에, 불필요한 관능기 등의 흡착이 없는 탄소질층을 형성할 수 있다. 상기 특정한 유기용매로서는, 예를 들면, o-디클로로벤젠 등을 들 수 있고, 본 실시예에서는, o-디클로로벤젠을 이용했다.Here, as a process which coat | covers low crystalline carbon, the process of applying an ultrasonic wave to the specific organic solvent which disperse | distributed the graphite nucleus material is mentioned, for example. In this treatment, first, the organic solvent is carbonized and precipitated by application of traveling wave ultrasonic waves. Since precipitation occurs on the surface of the dispersed graphite nucleus material, a carbonaceous layer without adsorption of unnecessary functional groups or the like can be formed on the surface of the graphite nucleus material. As said specific organic solvent, o-dichlorobenzene etc. are mentioned, for example, In this Example, o-dichlorobenzene was used.

다음에, 석출한 탄소질층을 열분해에 의해 흑연핵재의 표면에 고착시켜, 저결정성 탄소의 피복층을 형성하기 위해서, 가열 처리를 실시한다. 가열 처리 온도는 출발재료에 따라 다르지만, 400℃~800℃의 범위로 하는 것이 바람직하고, 특히 550℃~750℃의 범위로 설정하는 것이 바람직하다. 가열 처리시의 가스 분위기는 질소나 희가스로 이루어지는 불활성 가스 분위기로 하는 것이 가장 바람직하다. 본 실시예에서는, 질소 가스를 유통시킨 상태로 처리를 실시했다. 이와 같이 함으로써, 피복층 및 흑연핵재의 연소를 방지할 수 있다. 또한, 피복층에 미량의 산소를 도입하고, 카르보닐기나 수산기를 적극적으로 도입하는 경우에는, 10% 이하의 미량의 산소를 불활성 가스에 혼합한 비산화성 분위기하에서, 피복층의 산소 농도를 조정할 수 있다.Next, in order to fix the deposited carbonaceous layer on the surface of the graphite nucleus material by thermal decomposition, to form a coating layer of low crystalline carbon, heat treatment is performed. Although heat processing temperature changes with starting materials, it is preferable to set it as the range of 400 to 800 degreeC, and it is especially preferable to set to the range of 550 to 750 degreeC. The gas atmosphere at the time of heat processing is most preferably made into the inert gas atmosphere which consists of nitrogen and a rare gas. In the present Example, the process was performed in the state which made nitrogen gas flow. By doing in this way, combustion of a coating layer and a graphite nucleus material can be prevented. In addition, when a small amount of oxygen is introduced into the coating layer and the carbonyl group or the hydroxyl group are actively introduced, the oxygen concentration of the coating layer can be adjusted in a non-oxidizing atmosphere in which 10% or less of the oxygen is mixed with an inert gas.

또한, 흑연핵재에 피복층을 형성하는 상술과는 다른 방법으로서, 저결정성 탄소의 출발 재료에 다른 유기 고분자 화합물을 이용하여 피복층을 형성해도 된다. 유기 고분자 화합물로서는, 각종 피치류(원유 피치, 나프타 피치, 아스팔트 핏치, 콜타르 피치, 분해 피치 등) 등과 같은, 액상에서 탄소화하는 유기 고분자 화합물을 들 수 있다. 유기 고분자 화합물이 용융한 상태, 또는 유기 고분자 화합물이 고비점의 용매에 용해된 상태에서, 가열 분해에 의해 흑연핵재 표면에 저결정성 탄소의 피복층이 형성된다. 혹은, 페놀 수지, 푸르푸릴 알코올 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아크릴로니트릴, 또한, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 염소화 폴리염화비닐 등의 할로겐화 비닐 수지, 또한 폴리아미드이미드 수지, 폴리아미드 수지 등과 같은, 고상에서 탄소화하는 수지도 사용할 수 있다. 흑연핵재 표면을 피복하는 저결정성 탄소의 양으로서는, 최종적으로 얻어지는 복합 탄소 입자의 질량에 대해 0.1질량% 이상인 것이 바람직하고, 그 피복에 의한 효과와, 충방전 용량의 밸런스로부터, 복합 탄소 입자의 질량에 대해서 0.1질량%~20질량%인 것이 보다 바람직하고, 1질량%~15질량%인 것이 더욱 바람직하다. 이것에 의해서, 저결정성 탄소로 이루어지는 피복층의 두께를 10nm~100nm로 제어하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명에 있어서 복합 탄소 입자에 있어서의 저결정성 탄소의 함유율은, 열질량 분석에 의한 질량 변화 측정에 있어서, 저결정성 탄소에 대응하는 질량 변화량의 값으로부터 구할 수 있다.In addition, as a method different from the above-mentioned method of forming a coating layer in a graphite nucleus material, you may form a coating layer using another organic high molecular compound in the starting material of low crystalline carbon. As an organic polymer compound, the organic polymer compound carbonized in a liquid phase, such as various pitches (crude oil pitch, naphtha pitch, asphalt pitch, coal tar pitch, decomposition pitch, etc.), is mentioned. In the state in which the organic polymer compound is molten or the organic polymer compound is dissolved in a high boiling point solvent, a low crystalline carbon coating layer is formed on the graphite nucleus material surface by thermal decomposition. Or halogenated vinyl resins such as phenol resins, furfuryl alcohol resins, cellulose resins, polyacrylonitrile, polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, chlorinated polyvinyl chloride, and polyamideimide resins and polyamide resins. In addition, the resin which carbonizes in solid state can also be used. As the amount of low crystalline carbon to coat the surface of the graphite nucleus material, the mass of the composite carbon particles finally obtained is preferably 0.1% by mass or more, and from the balance between the effect of the coating and the charge / discharge capacity, It is more preferable that they are 0.1 mass%-20 mass% with respect to mass, and it is still more preferable that they are 1 mass%-15 mass%. Thereby, it becomes possible to control the thickness of the coating layer which consists of low crystalline carbon to 10 nm-100 nm. In addition, in this invention, the content rate of the low crystalline carbon in a composite carbon particle can be calculated | required from the value of the mass change amount corresponding to low crystalline carbon in the mass change measurement by thermomass spectrometry.

본 실시예에서는, 등방성 가압 처리에 의해 제조한 인조 흑연을 흑연핵재로 하고, o-디클로로벤젠을 이용하여 피복층의 두께를 10nm~100nm로 했다. 피복층을 형성할 때의 열처리 온도는 550℃로 하고, 질소 가스 분위기에서 처리를 실시하는 것으로 복합 탄소 입자를 얻었다.In the present Example, the artificial graphite manufactured by the isotropic pressurization process was made into the graphite nucleus material, and the thickness of the coating layer was 10 nm-100 nm using o-dichlorobenzene. The heat treatment temperature at the time of forming a coating layer was set to 550 degreeC, and composite carbon particle | grains were obtained by performing a process in nitrogen gas atmosphere.

피복층의 두께는, 음극 활물질을 집속 이온빔 가공 장치(FlB)로 단면을 잘라내고, 투과형 전자현미경(TEM)에 의해 측정했다. 측정 장소에 따라 피복층의 두께에 격차가 있지만, 적어도 피막층의 두께가 10nm 이상이면, 피복층의 미소한 간격(틈)으로부터 전해액이 통과하는 것이 억제된다고 추측된다. 이것에 의해서, 고활성인 흑연핵재의 엣지면에 전해액이 직접 접촉하는 것이 방지되기 때문에, 고온 보존이나 충방전 사이클에 수반하는 전해액의 분해 반응이 감소하고, 전지 특성이 향상한다고 생각된다. 또한, 피막층의 두께가 100nm 이하이면, 충방전 반응에 수반하는 리튬 이온의 피복층 부분의 이동 저항이 작아 바람직하다.The thickness of the coating layer cut out the cross section for the negative electrode active material with the focused ion beam processing apparatus (FlB), and measured it with the transmission electron microscope (TEM). Although there exists a gap in the thickness of a coating layer according to a measurement place, it is inferred that an electrolyte solution passes through the minute space | interval (gap) of a coating layer if the thickness of a coating layer is 10 nm or more at least. This prevents direct contact of the electrolyte solution with the edge surface of the highly active graphite nucleus material. Therefore, decomposition reaction of the electrolyte solution with high temperature storage and charge / discharge cycles is reduced, and battery characteristics are considered to be improved. Moreover, when the thickness of a coating layer is 100 nm or less, the transfer resistance of the coating layer part of lithium ion accompanying charge / discharge reaction is small, and preferable.

(실시예 3)(Example 3)

본 실시예는, 이하에 특기된 사항 이외는 실시예 1과 동일하다.This embodiment is the same as that of Example 1 except the matter mentioned below.

<흑연핵재의 조제><Preparation of graphite nucleus material>

실시예 3에서는, 흑연화 가능한 주원료로서 코크스 분말, 코크스 분말을 결착하기 위한 흑연화 가능한 유기계 재료로서의 석유 피치, 철계의 흑연화 촉매를 첨가하여, 인조 흑연을 제조했다. 흑연화 촉매는 1질량%~50질량% 첨가한 것을 혼합하고, 소성 및 흑연화한 후, 분쇄하여 흑연이 제조된다.In Example 3, artificial graphite was manufactured by adding coke powder, petroleum pitch as a graphitizable organic material for binding coke powder, and iron-based graphitization catalyst as graphitizable main raw materials. Graphitization catalyst mixes what added 1 mass%-50 mass%, calcinates, and graphitizes, and it grind | pulverizes and graphite is manufactured.

또한, 본 발명은 상기 재료로 한정되지 않는다. 흑연화 가능한 주원료로서는, 플루이드 코크스(fluid cokes), 니들 코크스 등의 각종 코크스류가 사용가능하다. 흑연화 가능한 주원료로서는, 충방전 용량 및 급속 충방전 특성의 점에서, 코크스 분말을 포함해서 이루어지는 것이 바람직하고, 특히 니들 코크스 가루를 포함하면 보다 바람직하다. 또한, 주원료의 일부에, 천연 흑연이나 인조 흑연 등의 이미 흑연화되어 있는 탄소 재료를 가하여 사용해도 된다. 상술에서 주원료를 결착하여 흑연 성형체로 하기 위한 흑연화 가능한 유기계 재료로서는, 석탄계, 석유계, 인조 등의 각종 피치, 타르가 사용가능하다. 흑연화 촉매로서는, 철, 니켈, 티탄, 붕소, 규소 등, 이들의 산화물, 탄화물, 질화물 등이 사용 가능하다.In addition, this invention is not limited to the said material. As the main raw material that can be graphitized, various cokes such as fluid cokes and needle cokes can be used. As a main raw material which can be graphitized, it is preferable that coke powder is included from the point of charge / discharge capacity and rapid charge / discharge characteristic, and it is more preferable especially if needle coke powder is included. Moreover, you may add and use already graphitized carbon material, such as natural graphite and artificial graphite, to a part of main raw material. As the graphitizable organic material for binding the main raw material to form a graphite molded body, various pitches and tars such as coal-based, petroleum-based and artificial can be used. As the graphitization catalyst, oxides, carbides, nitrides, and the like, such as iron, nickel, titanium, boron, and silicon, can be used.

상술에서 흑연화 가능한 주원료에 흑연화 가능한 유기계 재료를 혼합함으로써, 얻어지는 흑연 입자(흑연핵재)의 어스펙트비를 작게 할 수 있고, 또한 편평상의 입자를 복수 집합 또는 결합시킨 흑연 입자를 제작하는 것이 가능하게 된다. 그 결과, 제작하는 리튬 이온전지의 급속 충방전 특성 및 사이클 특성을 향상시킬 수 있다. By mixing the graphitizable organic material with the graphitizable main raw material as described above, the aspect ratio of the obtained graphite particles (graphite nucleus material) can be reduced, and it is possible to produce graphite particles in which a plurality of flat particles are combined or bonded. Done. As a result, the rapid charge and discharge characteristics and cycle characteristics of the produced lithium ion battery can be improved.

또한, 상기 흑연화 가능한 유기계 재료로서는, 피치, 타르 이외에, 열경화성 수지, 열가소성 수지 등의 유기계 재료도 사용할 수 있다. 흑연화 가능한 유기계 재료의 첨가량으로서는, 사용하는 유기계 재료의 잔탄율 및 결착력에 따라 다르지만, 예를 들면, 피치를 사용한 경우, 흑연화 가능한 주원료 100질량부에 대하여, 10질량부~100질량부가 바람직하고, 10질량부~70질량부이면 보다 바람직하고, 10질량부~50질량부이면 더욱 바람직하다. Moreover, as said graphitizable organic type material, organic materials, such as a thermosetting resin and a thermoplastic resin, can also be used besides pitch and tar. As the addition amount of the graphitizable organic material, depending on the residual carbon ratio and the binding force of the organic material to be used, for example, when a pitch is used, 10 parts by mass to 100 parts by mass is preferable with respect to 100 parts by mass of the main raw material that can be graphitized. It is more preferable in it being 10 mass parts-70 mass parts, and still more preferable in it being 10 mass parts-50 mass parts.

흑연화 촉매의 배합 비율은, 목적으로 하는 흑연 입자(흑연핵재)의 특히 입자 특성에 맞추어 선택할 수 있고, 코크스 등의 주원료, 피치 등의 유기계 재료 및 흑연화 촉매를 합한 원료 혼합물의 전체 질량에 대해서, 흑연화 촉매를 1질량%~50질량% 첨가하는 것이 바람직하다. 흑연화 촉매의 배합 비율은, 목적으로 하는 흑연 입자(흑연핵재)의 특히 입자 특성에 맞추어 선택된다. 흑연화 촉매에 관해서는, 그 첨가량이 1질량% 이상이면, 흑연질 입자의 결정의 발달이 양호하게 되고, 충방전 용량이 향상하고, 얻어지는 리튬 이온전지의 방전 용량을 증가시킬 수 있다. 한편, 흑연화 촉매의 양이 50질량% 이하이면, 균일하게 혼합하기 쉬워져, 작업성의 악화 및 얻어지는 흑연질 입자의 특성의 격차의 확대를 회피할 수 있다. 특히 흑연화 촉매의 첨가량은 10질량% 이하가 보다 바람직하고, 5질량% 이하이면 더욱 바람직하고, 1질량%~5질량%인 것이 보다 더욱 바람직하다. 흑연화 촉매의 첨가량을, 상기 범위 내에서 증가시키면, 방전 용량이 증가하는 경향이 있고, 상기 범위 내로 감소시키면, 비표면적이 작아지고 또한 부피 밀도가 상승하는 경향이 있다.The blending ratio of the graphitization catalyst can be selected according to the particle characteristics, in particular, of the target graphite particles (graphite nucleus material), and the total mass of the raw material mixture of the main raw materials such as coke, organic materials such as pitch, and the graphitization catalyst are combined. It is preferable to add 1 mass%-50 mass% of graphitization catalyst. The blending ratio of the graphitization catalyst is selected in accordance with the particle characteristics in particular of the target graphite particles (graphite nucleus material). Regarding the graphitization catalyst, when the addition amount is 1% by mass or more, the development of crystals of the graphite particles is improved, the charge and discharge capacity is improved, and the discharge capacity of the obtained lithium ion battery can be increased. On the other hand, when the amount of the graphitization catalyst is 50% by mass or less, it is easy to mix uniformly, and it is possible to avoid deterioration of workability and expansion of the gap of the characteristics of the obtained graphite particles. In particular, the addition amount of the graphitization catalyst is more preferably 10% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and even more preferably 1% by mass to 5% by mass. When the addition amount of the graphitization catalyst is increased within the above range, the discharge capacity tends to increase, while when it decreases within the above range, the specific surface area tends to decrease and the bulk density tends to increase.

또한, 흑연화 촉매로서는, Ti, Si, Fe, Ni, B 등의 금속, 또는 그 산화물 혹은 탄화물이 바람직하고, 주원료와 유기계 재료를 혼합할 때에 첨가하고, 동시에 혼합하는 것이 바람직하다.Moreover, as a graphitization catalyst, metals, such as Ti, Si, Fe, Ni, and B, its oxide, or carbide are preferable, are added when mixing a main raw material and an organic type material, and it is preferable to mix simultaneously.

상기에 있어서 흑연화 촉매를 혼합할 때의 온도는, 흑연화 가능한 상기 유기계 재료가 연화 용융하는 온도인 것이 바람직하다. 그 온도는 사용하는 재료에 따라서 다르지만, 50℃~350℃의 범위가 바람직하다. 또한 흑연화 가능한 유기계 재료를 용제 등에 의해, 용액으로 하는 경우에는 상온에서 혼합해도 된다.In the above, it is preferable that the temperature at the time of mixing a graphitization catalyst is the temperature which the said organic type material which can be graphitized soft-melts. Although the temperature changes with the material to be used, the range of 50 degreeC-350 degreeC is preferable. Moreover, when making a graphitizable organic type material into a solution with a solvent etc., you may mix at normal temperature.

다음에 흑연화 가능한 주원료, 흑연화 가능한 유기계 재료, 흑연화 촉매를 혼합한 원료 혼합물은, 500℃~2000℃에서 예비 소성하고, 또한 그 소성물을 분쇄하고, 평균 입경을 10㎛~100㎛로 조정하고, 또한 그 분쇄물을 2500℃ 이상의 온도에서 흑연화하는 것이 바람직하다.Next, the raw material mixture which mixed the graphitizable main raw material, the graphitizable organic material, and the graphitization catalyst was pre-baked at 500 ° C to 2000 ° C, and further, the fired product was pulverized, and the average particle diameter was 10 µm to 100 µm. It is preferable to adjust and to graphitize the pulverized product at the temperature of 2500 degreeC or more.

분쇄 전의 예비 소성온도는 500℃~1500℃이 바람직하고, 700℃~1500℃이면 보다 바람직하다. 분쇄 전의 예비 소성온도가 2000℃ 이하이면, 얻어지는 흑연 입자(흑연핵재)의 부피 밀도가 높고, 또한 비표면적이 작고, 또한 어스펙트비가 작아지는 경향에 있다. 또한 분쇄 전의 예비 소성온도가 500℃ 이상이면, 첨가한 흑연화 가능한 유기계 재료의 탄소화가 충분하게 되어, 그 결과, 분쇄·흑연화 후에 입자끼리의 결합을 억제할 수 있는 경향이 있다. 또한, 예비 소성의 전에, 필요에 따라 상기 원료 혼합물을 적당한 형태에 성형해도 된다. 예비 소성은 상기 원료 혼합물이 산화하기 어려운 분위기에서 실시하는 것이 바람직하고, 예를 들면 질소 분위기 중, 아르곤 가스 중, 진공 중에서 소성하는 방법을 들 수 있다.500 to 1500 degreeC is preferable and, as for the preliminary baking temperature before grinding | pulverization, it is more preferable if it is 700 to 1500 degreeC. If the preliminary baking temperature before grinding | pulverization is 2000 degrees C or less, the bulk density of the graphite particle (graphite nucleus material) obtained will be high, the specific surface area will be small, and there will be a tendency for an aspect ratio to become small. Moreover, when the preliminary baking temperature before grinding | pulverization is 500 degreeC or more, the carbonization of the graphitizable organic type material added becomes sufficient, As a result, there exists a tendency which can suppress the bonding of particle | grains after grinding | pulverization and graphitization. In addition, you may shape | mold the said raw material mixture to a suitable form before preliminary baking. It is preferable to perform preliminary baking in the atmosphere which is hard to oxidize the said raw material mixture, For example, the method of baking in a nitrogen atmosphere, argon gas, and a vacuum is mentioned.

이어서, 흑연화 처리를 실시한다. 흑연화의 방법은 특별히 제한은 없지만, 예를 들면, 자기 휘발성 가스 분위기, 질소 분위기, 아르곤 분위기, 진공중 등에서 2500℃ 이상의 온도로 실시하는 것이 얻어지는 흑연질 입자의 결정성 및 방전 용량의 점에서 바람직하다. 흑연화 온도는, 2700℃ 이상이면 보다 바람직하고, 2900℃ 이상이면 더욱 바람직하고, 3000℃ 이상이면 특히 바람직하다. 흑연화 온도의 상한으로서는 3200℃ 이하인 것이 바람직하다. 흑연화의 온도가 높을수록, 흑연의 결정의 발달이 양호해짐과 동시에, 흑연화 촉매가 제작한 흑연입자에 잔존하기 어려워지고, 어느 경우에도 충방전 용량이 향상하는 경향에 있다.Next, graphitization treatment is performed. The method of graphitization is not particularly limited. For example, the graphitization is preferably performed at a temperature of 2500 ° C. or higher in a self-volatile gas atmosphere, a nitrogen atmosphere, an argon atmosphere, or a vacuum, in view of crystallinity and discharge capacity of the obtained graphite particles. Do. Graphitization temperature is more preferable if it is 2700 degreeC or more, It is further more preferable if it is 2900 degreeC or more, It is especially preferable if it is 3000 degreeC or more. As an upper limit of graphitization temperature, it is preferable that it is 3200 degrees C or less. The higher the graphitization temperature, the better the development of the crystals of the graphite, the more difficult it is to remain in the graphite particles produced by the graphitization catalyst, and in all cases, the charge and discharge capacity tends to improve.

흑연화 처리 후, 분쇄 처리를 실시한다. 분쇄의 방법으로서는 특별히 제한은 없고, 예를 들면, 제트 밀, 해머 밀, 핀 밀 등의 충격 분쇄 방식을 택할 수 있다.After the graphitization treatment, a pulverization treatment is performed. There is no restriction | limiting in particular as a grinding | pulverization method, For example, the impact grinding system, such as a jet mill, a hammer mill, a pin mill, can be chosen.

<피복층의 형성><Formation of coating layer>

상기와 같이 하여 얻어진 흑연 입자(흑연핵재)에, 저결정성 탄소를 이하와 같이 피복한다. 흑연핵재를 피복하는 저결정성 탄소의 출발 재료가 되는 유기 고분자 화합물의 종류 및 이것을 탄화하여 얻어지는 저결정성 탄소의 피복량에 대하여는 특별히 제한은 없다. 유기 고분자 화합물로서는, 각종 피치류(원유 피치, 나프타 피치, 아스팔트 피치, 콜타르 피치, 분해 피치 등)등과 같은, 액상으로 탄소화하는 유기 고분자 화합물을 들 수 있다. 혹은, 페놀 수지, 푸르푸릴 알코올 수지, 셀룰로오스 수지, 폴리아크릴로니트릴, 또한, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 염소화 폴리염화비닐 등의 할로겐화 비닐 수지를 들 수 있다. 흑연핵재 표면을 피복하는 저결정성 탄소의 양으로서는, 최종적으로 얻어지는 복합 탄소 입자의 질량에 관하여 0.1질량% 이상인 것이 바람직하고, 그 피복에 의한 효과와 충방전 용량의 밸런스로부터, 0.1질량%~20질량%인 것이 보다 보다 바람직하고, 1질량%~15질량%인 것이 더욱 바람직하다. 이것에 의해서, 저결정성 탄소로 이루어지는 피복층의 두께를 10nm~100nm로 제어하는 것이 가능해진다.The low crystalline carbon is coated on the graphite particles (graphite nucleus material) obtained as described above as follows. There is no restriction | limiting in particular about the kind of organic high molecular compound used as the starting material of the low crystalline carbon which coat | covers a graphite nucleus material, and the coating amount of the low crystalline carbon obtained by carbonizing this. Examples of the organic polymer compound include organic polymer compounds that carbonize in liquid form, such as various pitches (crude oil pitch, naphtha pitch, asphalt pitch, coal tar pitch, decomposition pitch, and the like). Or halogenated vinyl resins, such as a phenol resin, furfuryl alcohol resin, a cellulose resin, polyacrylonitrile, and polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, chlorinated polyvinyl chloride, are mentioned. As an amount of low crystalline carbon which coat | covers the graphite nucleus material surface, it is preferable that it is 0.1 mass% or more with respect to the mass of the composite carbon particle finally obtained, and it is 0.1 mass%-20 from the balance of the effect by the coating | cover and charge / discharge capacity. It is more preferable that it is mass%, and it is still more preferable that it is 1 mass%-15 mass%. Thereby, it becomes possible to control the thickness of the coating layer which consists of low crystalline carbon to 10 nm-100 nm.

실시예 3에서는, 카르복시메틸셀룰로오스 수지를 이용하여 피복층의 두께를 10nm~100nm로 하고, 피복층을 형성할 때의 열처리 온도는 750℃로 했다. 가스 분위기는 질소 가스로 했다.In Example 3, the thickness of the coating layer was 10 nm-100 nm using the carboxymethylcellulose resin, and the heat processing temperature at the time of forming a coating layer was 750 degreeC. The gas atmosphere was made into nitrogen gas.

피복층의 두께는, 음극 활물질을 FIB로 단면을 잘라내고, TEM에 의해 측정했다. 측정 장소에 따라 피복층의 두께에 격차가 있지만, 적어도 피막층의 두께가 10nm 이상이면, 피복층의 미소한 간격(틈)으로부터 전해액이 통과하는 것이 억제된다고 추측된다. 이것에 의해서, 고활성인 흑연핵재의 엣지면에 전해액이 직접 접촉하는 것이 방지되기 때문에, 고온 보존이나 충방전 사이클에 수반하는 전해액의 분해 반응이 감소하고, 전지 특성이 향상한다고 생각된다. The thickness of the coating layer cut out the cross section for the negative electrode active material by FIB, and measured it by TEM. Although there exists a gap in the thickness of a coating layer according to a measurement place, it is inferred that an electrolyte solution passes through the minute space | interval (gap) of a coating layer if the thickness of a coating layer is 10 nm or more at least. This prevents direct contact of the electrolyte solution with the edge surface of the highly active graphite nucleus material. Therefore, decomposition reaction of the electrolyte solution with high temperature storage and charge / discharge cycles is reduced, and battery characteristics are considered to be improved.

또한, 피막층의 두께가 100nm 이하이면, 충방전 반응에 수반하는 리튬이온의 피복층 부분의 이동 저항이 작아 바람직하다. Moreover, when the thickness of a coating layer is 100 nm or less, the transfer resistance of the coating layer part of lithium ion accompanying charge / discharge reaction is small, and preferable.

(실시예 4)(Example 4)

본 실시예는, 이하에 특기 된 사항 이외는 실시예 1과 동일하다.This embodiment is the same as that of Example 1 except the matter mentioned below.

<흑연핵재의 조제><Preparation of graphite nucleus material>

실시예 4에서 이용한 흑연핵재는, 그라펜(graphene) 구조를 가지는 탄소 재료이다. 즉, 리튬 이온을 전기 화학적으로 흡장 또한 방출 가능한 천연 흑연, 인조흑연, 메소페즈 탄소, 팽창 흑연, 탄소섬유, 기상성장법 탄소섬유, 피치계 탄소질재료, 니들 코크스, 석유 코크스, 폴리아크릴로니트릴계 탄소섬유, 카본블랙 등의 탄소질 재료, 혹은 5원환 또는 6원환의 환식 탄화수소 또는 환식함산소 유기 화합물을 열분해에 의해서 합성한 비정질 탄소 재료 등이 이용 가능하다.The graphite nucleus material used in Example 4 is a carbon material which has a graphene structure. That is, natural graphite, artificial graphite, mesopez carbon, expanded graphite, carbon fiber, vapor-grown carbon fiber, pitch carbonaceous material, needle coke, petroleum coke, polyacrylonitrile, which can electrochemically occlude and release lithium ions. Carbonaceous materials, such as a system carbon fiber and carbon black, or the amorphous carbon material which synthesize | combined 5- or 6-membered cyclic hydrocarbon or cyclic oxygen-containing organic compound by thermal decomposition, etc. can be used.

흑연핵재는, 이하와 같이 하여 제작했다. 평균 입경 5㎛의 코크스 분말 50질량부, 타르 핏치 20질량부, 평균 입경이 48㎛의 탄화 규소 7질량부 및 콜타르 10질량부를 혼합하고, 200℃에서 1시간 혼합했다. 얻어진 혼합물을 분쇄하고, 펠릿 상으로 가압 성형하고, 이어서 질소 분위기 중, 3000℃에서 소성했다. 얻어진 소성물을 해머 밀에 의해서 분쇄하고, 평균 입경이 20㎛의 흑연 입자(흑연핵재)를 제작했다.The graphite nucleus material was produced as follows. 50 mass parts of coke powder with an average particle diameter of 5 micrometers, 20 mass parts of tar pitches, 7 mass parts of silicon carbide of 48 micrometers, and 10 mass parts of coal tar were mixed, and it mixed at 200 degreeC for 1 hour. The obtained mixture was pulverized, pressure molded into pellets, and then calcined at 3000 ° C. in a nitrogen atmosphere. The obtained fired material was ground by a hammer mill to produce graphite particles (graphite nucleus material) having an average particle diameter of 20 µm.

여기서 이용한 코크스 분말은, 상기의 조건으로 한정되지 않고, 1㎛~수십㎛의 재료를 선택할 수 있다. 또한 코크스 분말, 타르 피치의 조성도 적절히 변경하는 것이 가능하다. 열처리 온도 등의 다른 조건도, 상술한 내용으로 한정되지 않는다. The coke powder used here is not limited to said conditions, A material of 1 micrometer-several tens of micrometers can be selected. Moreover, it is possible to change the composition of coke powder and a tar pitch suitably. Other conditions, such as heat processing temperature, are not limited to the above-mentioned content, either.

<피복층의 형성><Formation of coating layer>

실시예 4에서 제작한 흑연핵재에 저결정성 탄소의 피복층을 이하의 순서로 형성할 수 있다. 우선, 상술에서 얻어진 흑연 입자(흑연핵재) 100질량부를 노볼락형 페놀 수지 메탄올 용액(히다치가세고교가부시키가이샤 제) 160질량부에 침지, 분산하여 흑연 입자·페놀 수지 혼합물 용액을 제작했다. 이 용액을 여과, 건조, 800℃~1000℃의 범위에서 열처리를 실시함으로써, 흑연핵재의 표면에 저결정성 탄소의 피복층을 형성한 복합 탄소 입자를 얻었다. 가스 분위기는 질소 가스에 0.5%~1%의 산소를 첨가한 혼합 가스 분위기(비산화성 분위기)로 했다. 또한, 페놀 수지 외에, 나프탈렌, 안트라센, 크레오소트(creosote)유 등의 다환방향족으로 치환하는 것도 가능하다.The coating layer of low crystalline carbon can be formed in the graphite nucleus material produced in Example 4 in the following order. First, 100 mass parts of graphite particles (graphite nucleus material) obtained above were immersed and dispersed in 160 mass parts of novolak-type phenol resin methanol solutions (made by Hitachi Chemical Co., Ltd.), and the graphite particle phenol resin mixture solution was produced. By filtering, drying and heat-processing in 800 degreeC-1000 degreeC this solution, the composite carbon particle which formed the coating layer of low crystalline carbon on the surface of the graphite nucleus material was obtained. The gas atmosphere was made into the mixed gas atmosphere (non-oxidizing atmosphere) which added 0.5%-1% of oxygen to nitrogen gas. Moreover, in addition to a phenol resin, it is also possible to substitute by polycyclic aromatics, such as naphthalene, anthracene, and creosote oil.

상술한 복합 탄소 입자의 BET법에 의한 비표면적은 3.6㎡/g였다. 또한, X선 광각 회절법에 의한 흑연 결정의 층간 거리 d002는 O.3354nm~0.3370nm, 결정자 사이즈 Lc는 20nm~90nm의 범위에 있었다. 1580㎝-1과 1360㎝-1의 위치에 있는 라먼 피크의 강도비(I1360/I1580)는, O.1~0.7의 범위에 있었다.The specific surface area by the BET method of the composite carbon particle mentioned above was 3.6 m <2> / g. Moreover, the interlayer distance d002 of the graphite crystal by X-ray wide-angle diffraction method was 0.335 nm-0.3370 nm, and crystallite size Lc existed in the range of 20 nm-90 nm. The intensity ratio (I 1360 / I 1580 ) of the Raman peak at the position of 1580 cm -1 and 1360 cm -1 was in the range of 0.1 to 0.7.

또한, 다른 방법의 저결정성 탄소의 피복 방법을 적용하는 것이 가능하다. 예를 들면, 폴리비닐 알코올을 흑연 입자(흑연핵재)에 피복하고, 열분해시키는 방법도 있다. 이 경우, 열처리 온도는 500℃~800℃의 범위로 하는 것이 바람직하다. It is also possible to apply another method of coating low crystalline carbon. For example, there is also a method of coating polyvinyl alcohol on graphite particles (graphite nucleus material) and thermally decomposing it. In this case, it is preferable to make heat processing temperature into the range of 500 to 800 degreeC.

또한, 대체 방법으로서, 폴리염화비닐, 폴리비닐피롤리돈 등의 입자를 직접 첨가하고, 열처리하는 것도 가능하다. 이들의 화합물을 흑연입자(흑연핵재)와 혼합한 후, 열분해되는 온도까지 가열하여, 피복층을 형성한다.As an alternative method, particles such as polyvinyl chloride and polyvinylpyrrolidone may be added directly and heat treated. These compounds are mixed with graphite particles (graphite nucleus material), and then heated to a temperature at which thermal decomposition occurs to form a coating layer.

또한, 본 발명이 필요로 하는 산소 농도까지 저결정성 탄소의 피복층에 산소를 부여하기 위해서, 오존 등을 이용한 산화 처리, 플라스마 처리, 자외선(UV) 처리 등의 표면 개질을 실시하는 것도 가능하다. 피복 재료를 열분해시킬 때에, 10% 이하의 미량의 산소를 불활성 가스에 첨가하여, 그 혼합 가스를 사용하여 표면 개질을 실시할 수 있다.In addition, in order to impart oxygen to the coating layer of low crystalline carbon up to the oxygen concentration required by the present invention, it is also possible to perform surface modification such as oxidation treatment using ozone or the like, plasma treatment or ultraviolet (UV) treatment. When thermally decomposing the coating material, 10% or less of a small amount of oxygen can be added to the inert gas, and surface modification can be performed using the mixed gas.

이상과 같이 하여 흑연핵재 표면에 저결정성 탄소의 피복층을 형성하고, 그 분말을 FlB로 단면을 잘라내어, TEM에 의해 탄소층의 두께를 측정했다. 그 결과, 격차는 있지만, 저결정성 탄소의 피복층의 두께는 10nm~100nm의 범위에 있었다. 피막층의 두께가 10nm 이상이면, 피복층의 미소한 간격(틈)으로부터 전해액이 통과하는 것이 억제된다고 추측된다. 이것에 의해, 고활성인 흑연핵재의 엣지면에 전해액이 직접 접촉하는 것이 방지되기 때문에, 고온 보존이나 충방전 사이클에 수반하는 전해액의 분해 반응이 감소하고, 전지 특성이 향상한다고 생각된다. 또한, 피막층의 두께가 100nm 이하이면, 충방전 반응에 수반하는 리튬 이온의 피복층 부분의 이동 저항이 작아 바람직하다.The coating layer of low crystalline carbon was formed in the graphite nucleus material surface as mentioned above, the powder was cut out in the cross section by FlB, and the thickness of the carbon layer was measured by TEM. As a result, although there were gaps, the thickness of the coating layer of low crystalline carbon was in the range of 10 nm-100 nm. If the thickness of the coating layer is 10 nm or more, it is estimated that the passage of the electrolyte solution from the minute gaps of the coating layer is suppressed. This prevents direct contact of the electrolyte solution with the edge surface of the highly active graphite nucleus material. Therefore, decomposition reaction of the electrolyte solution with high temperature storage and charge / discharge cycles is reduced, and battery characteristics are considered to be improved. Moreover, when the thickness of a coating layer is 100 nm or less, the transfer resistance of the coating layer part of lithium ion accompanying charge / discharge reaction is small, and preferable.

(실시예 5)(Example 5)

상기한 실시예 3의 음극 활물질(복합 탄소 입자)의 표면을 오존으로 처리하고, 산소 함유량을 증가시킨 음극 활물질을 제작했다. 그 이외는, 실시예 3과 동일하다.The surface of the negative electrode active material (composite carbon particles) of Example 3 was treated with ozone to prepare a negative electrode active material having an increased oxygen content. Other than that is the same as that of Example 3.

(실시예 6)(Example 6)

상술한 실시예 3의 피복층의 형성에 있어서, 흑연핵재를 피복하는 저결정성 탄소의 출발 재료를 카르복시메틸셀룰로오스 수지로부터 원유 피치로 변경하여, 음극 활물질을 제작했다. 그 이외는, 실시예 3과 동일하다. In formation of the coating layer of Example 3 mentioned above, the starting material of the low crystalline carbon which coat | covers a graphite nucleus material was changed from carboxymethylcellulose resin to crude oil pitch, and the negative electrode active material was produced. Other than that is the same as that of Example 3.

(비교예 1)(Comparative Example 1)

실시예 4에 있어서 제작한 흑연핵재를 음극 활물질에 이용했다.The graphite nucleus material produced in Example 4 was used for the negative electrode active material.

<실시예 2~6의 음극 활물질의 평가><Evaluation of the negative electrode active material of Examples 2-6>

(1) 실시예 4의 평가(1) Evaluation of Example 4

실시예 4에서 제작한 음극 활물질(복합 탄소 입자)을, 공기 중에서 시차열 열질량 동시 측정(TG-DTA)을 실시했다. 탄소 재료의 연소 거동은 결정성, 비표면적을 반영하는 것이 알려져 있고, 이 연소 거동의 차이를 이용하여, 피복층 유래의 탄소와 흑연핵재 유래의 탄소의 산화 피크를 분리할 수 있다. 일반적으로 고결정성의 흑연 유래의 피크는 900℃부근에 출현하고(예를 들면, 일본국 특허공개공보 제2001-229914호의 도 1), 저결정, 고비표면적일수록, 보다 저온에서 산화하는 것이 알려져 있다. 측정에는 시차열 열질량 동시 측정 장치를 이용하고, 측정 온도 범위는 실온~1100℃, 승온속도는 5℃/min, 분위기는 공기 중, 80mL/min로 했다. 측정 용기에는 70㎕의 알루미나 셀을 이용하고, 시료질량은 10mg로 했다.Differential thermal mass simultaneous measurement (TG-DTA) was performed in air for the negative electrode active material (composite carbon particle) produced in Example 4. It is known that the combustion behavior of a carbon material reflects crystallinity and specific surface area, and the oxidation peak of carbon derived from a coating layer and carbon derived from a graphite nucleus material can be separated using this difference in combustion behavior. Generally, peaks derived from high crystalline graphite appear around 900 ° C (for example, in FIG. 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 2001-229914), and it is known that the lower the crystallite and the higher specific surface area, the lower the oxidation temperature is. . For measurement, a differential thermal mass simultaneous measurement device was used, and the measurement temperature range was from room temperature to 1100 ° C, the temperature increase rate was 5 ° C / min, and the atmosphere was 80 mL / min in air. A 70 microliter alumina cell was used for the measurement container, and sample mass was 10 mg.

결과를 도 2에 나타냈다. 도 2의 TG-DTA 데이터는, 표 1의 실시예 4에 대응하는 복합 탄소 입자의 측정 결과이다. 처리 질량 변화(왼쪽 세로축)는, 350℃까지 거의 일정하지만, 350℃ 이상의 온도로 되면 서서히 질량의 감소가 시작하고, 약 700℃에서 질량이 제로로 되었다(즉 완전하게 산화하여 연소되었다.). 이 때의 질량 변화의 온도 미분치(오른쪽 세로축)는, 411℃ 부근의 저온역(低溫域)과 678℃의 고온역(高溫域)의 두 개의 산화 피크를 나타냈다. 전자는 피복층의 산화반응을 시사하고, 그 때의 질량 감소량은 10질량%였다. 실시예 4의 피복층은 표면에 산소 관능기를 가지고 있기 때문에, 일반적인 흑연에 비해 보다 저온에서 산화되기 쉽게 되어 있다고 추정된다. 또한, 후자는, 흑연핵재의 산화 반응이다. 이 산화 반응에 귀속되는 질량 변화의 온도 미분치 피크(오른쪽 축)가 678℃로, 일반의 고결정성의 흑연 재료의 피크 위치보다도 낮게 되어 있다. 이것은 실시예 4의 피복층이 산소에 대해서 반응성이 높고, 저결정성 탄소의 피복층으로 덮힌 내부의 흑연핵재의 산화 반응에도 영향을 주고 있다고 생각할 수 있다.The results are shown in FIG. The TG-DTA data of FIG. 2 is a measurement result of the composite carbon particles corresponding to Example 4 of Table 1. FIG. The treatment mass change (left vertical axis) was almost constant up to 350 ° C., but when the temperature reached 350 ° C. or more, the mass began to decrease gradually, and the mass became zero at about 700 ° C. (ie, it was completely oxidized and burned). The temperature differential value (right vertical axis) of the mass change at this time showed two oxidation peaks of the low temperature range of 411 degreeC vicinity, and the high temperature range of 678 degreeC. The former suggested oxidation reaction of the coating layer, and the amount of mass reduction at that time was 10 mass%. Since the coating layer of Example 4 has an oxygen functional group on the surface, it is estimated that it is easy to oxidize at low temperature compared with general graphite. The latter is an oxidation reaction of the graphite nucleus material. The temperature differential peak (right axis) of the mass change attributable to this oxidation reaction is 678 ° C, which is lower than the peak position of the general high crystalline graphite material. This may be considered that the coating layer of Example 4 has high reactivity with oxygen and also affects the oxidation reaction of the internal graphite nucleus material covered with the coating layer of low crystalline carbon.

즉, 피복층의 산화 피크 온도(411℃)에 대하여, 흑연핵재의 산화 피크 온도(678℃)가 300℃이내에 있는 것이, 본 실시예의 특징의 하나이다. 또한, 복합 탄소 입자 중의 피복층의 함유율은, 그 산화 반응에 따라 질량 감소량(10질량%)에 상당하고, 본 실시예에 있어서 복합 탄소 입자에 있어서의 저결정성 탄소의 함유율이 0.1질량%~20질량%인 것도 다른 특징이다. That is, one of the features of this embodiment is that the oxidation peak temperature (678 ° C.) of the graphite nucleus material is within 300 ° C. with respect to the oxidation peak temperature (411 ° C.) of the coating layer. In addition, the content rate of the coating layer in a composite carbon particle is corresponded in mass reduction amount (10 mass%) according to the oxidation reaction, and in this Example, the content rate of the low crystalline carbon in a composite carbon particle is 0.1 mass%-20 Mass% is another feature.

(2) 실시예 3의 평가(2) Evaluation of Example 3

다음에, 도 3에, 피복층의 생성 조건을 변경한 실시예 3의 음극 활물질(복합 탄소 입자)의 시차열 열질량 동시 측정(TG-DTA) 결과를 나타냈다. 질량 변화(왼쪽 세로축)는, 450℃까지 거의 일정하지만, 450℃ 이상의 온도가 되면 서서히 질량의 감소가 시작되어, 약 900℃에서 질량이 제로가 되었다(즉, 완전하게 산화하여 연소되었다.). 이 때의 질량 변화의 온도 미분치(오른쪽 세로축)는, 599℃의 저온역과 801℃의 고온역의 두 개의 산화 피크를 나타냈다. 전자는 피복층의 산화 반응을 시사하고, 그 때의 질량 감소량은 15질량%였다. 실시예 3의 피복층은 표면에 산소 관능기를 가지고 있기 때문에, 실시예 4보다도, 보다 산화되기 쉬워지는 것이라고 추정된다.Next, the result of differential thermal mass measurement (TG-DTA) of the negative electrode active material (composite carbon particle) of Example 3 which changed the production | generation conditions of a coating layer was shown. The mass change (left vertical axis) was almost constant up to 450 ° C., but when the temperature reached 450 ° C. or more, the mass began to decrease gradually, and the mass became zero at about 900 ° C. (ie, it was completely oxidized and burned). The temperature differential value (right vertical axis) of the mass change at this time showed two oxidation peaks, a low temperature region of 599 ° C and a high temperature region of 801 ° C. The former suggested oxidation reaction of the coating layer, and the amount of mass reduction at that time was 15 mass%. Since the coating layer of Example 3 has an oxygen functional group on the surface, it is estimated that it becomes easier to oxidize than Example 4.

또한, 후자의 산화 반응에 귀속되는 질량 변화의 온도 미분치 피크(오른쪽 축)의 온도(801℃)가 일반의 고결정성의 흑연 재료의 산화 피크 온도보다도 낮게 되어 있는 것은, 도 2와 동일하다. 이것은 실시예 3의 피복층이 산소에 대하여 반응성이 높고, 피복층 내부의 흑연핵재의 산화 반응에 영향을 주고 있다는 것이라고 생각된다. 즉, 피복층의 산화 피크 온도(599℃)에 대해, 흑연핵재의 산화 피크 온도(801℃)가 300℃ 이내에 있는 것이, 본 실시예의 특징의 하나이다.In addition, the temperature (801 degreeC) of the temperature differential peak (right axis) of the mass change which belongs to the latter oxidation reaction becomes lower than the oxidation peak temperature of general high crystalline graphite material is the same as FIG. This is considered that the coating layer of Example 3 has high reactivity with oxygen and influences the oxidation reaction of the graphite nucleus material in a coating layer. That is, one of the features of this embodiment is that the oxidation peak temperature (801 ° C) of the graphite nucleus material is within 300 ° C with respect to the oxidation peak temperature (599 ° C) of the coating layer.

동시에, TG-DTA 측정 데이터에 있어서, 적어도 400℃~600℃와 650℃~850℃의 각각의 온도 범위에 1개 이상의 산화 피크를 가지고, 각각의 산화 피크는, 일반적인 고결정성의 흑연 재료로 보여지는 산화 피크의 출현 온도에 대하여 모두 저온 측에 출현하는 것도, 본 실시예의 다른 특징이다. 또한, 복합 탄소 입자 중의 피복층의 함유율은, 그 산화 반응에 따른 질량 감소량(15질량%)에 상당하고, 복합 탄소 입자에 있어서의 저결정성 탄소의 함유율이 0.1질량%~20질량%인 것도 특징의 하나이다.At the same time, in the TG-DTA measurement data, it has at least one oxidation peak in each temperature range of at least 400 ° C to 600 ° C and 650 ° C to 850 ° C, and each oxidation peak is seen as a general high crystalline graphite material. It is another feature of this embodiment that all appear on the low temperature side with respect to the appearance temperature of the losing oxidation peak. Moreover, the content rate of the coating layer in a composite carbon particle is corresponded to the mass reduction amount (15 mass%) according to the oxidation reaction, and it is also characterized by the content rate of the low crystalline carbon in a composite carbon particle being 0.1 mass%-20 mass%. Is one of.

(3) 실시예 2의 평가(3) Evaluation of Example 2

실시예 2에 있어서의 음극 활물질(복합 탄소 입자)의 시차열 열질량 동시 측정(TG-DTA) 결과에서는, 540℃~560℃의 저온 측에 피복층 유래의 산화 피크, 810℃~830℃의 고온 측에 흑연핵재 유래의 산화 피크가 얻어졌다. 피복층의 산화 반응에 따른 질량 감소량은 1질량%였다. 이것으로부터, 실시예 2에 있어서의 음극 활물질의 2개의 산화 피크의 경향 및 복합 탄소 재료에 있어서의 저결정성 탄소의 함유율 모두, 상기의 특징을 만족하는 것을 알 수 있다.In the differential thermal thermomass simultaneous measurement (TG-DTA) result of the negative electrode active material (composite carbon particle) in Example 2, the oxidation peak derived from a coating layer and the high temperature of 810 degreeC-830 degreeC on the low temperature side of 540 degreeC-560 degreeC The oxidation peak derived from graphite nucleus material was obtained by the side. The mass reduction amount according to the oxidation reaction of the coating layer was 1 mass%. From this, it turns out that both the tendency of the two oxidation peaks of the negative electrode active material in Example 2, and the content rate of the low crystalline carbon in a composite carbon material satisfy | fill the said characteristic.

(4) 실시예 5의 평가(4) Evaluation of Example 5

실시예 5에 있어서의 음극 활물질(복합 탄소 입자)은, 상술한 바와 같이, 실시예 3에서의 음극 활물질의 표면을 오존으로 처리하여, 산소 함유량을 증가시킨 재료이다. 실시예 5에 있어서의 음극 활물질의 시차열 열질량 동시 측정(TG-DTA) 결과에서는, 530℃~550℃에 피복층 유래의 산화 피크가, 750℃~770℃에 흑연핵재 유래의 산화 피크가, 각각 출현하고, 피복층의 산화반응에 따른 질량 감소량은 0.1질량%였다. 실시예 3에서의 음극 활물질에 대하여 얻어진 측정 결과에 비교하여, 모두 저온 측으로 피크 온도가 시프트한 것을 알 수 있다. 이것은, 실시예 5에 있어서의 피복층의 산소 함유량이 실시예 3보다 증가한 것에 의해, 보다 산화되기 쉽게 되었기 때문이라고 추정된다. 산소에 대해서 보다 반응성이 높고, 피복층 내부의 탄소의 산화 반응이 보다 일어나기 쉽게 된 것이라고 생각할 수 있다. 또한, 오존 처리에 의해 피막층이 감소했지만, 복합 탄소 입자에 있어서의 저결정성 탄소의 함유율이 0.1질량%~20질량%인 것이 나타났다.As described above, the negative electrode active material (composite carbon particles) in Example 5 is a material obtained by treating the surface of the negative electrode active material in Example 3 with ozone to increase the oxygen content. In the differential thermal thermogravimetry (TG-DTA) result of the negative electrode active material in Example 5, the oxidation peak derived from a coating layer from 530 degreeC-550 degreeC, and the oxidation peak derived from a graphite nucleus material from 750 degreeC-770 degreeC, Each appeared, and the mass reduction amount by the oxidation reaction of the coating layer was 0.1 mass%. Compared with the measurement result obtained with respect to the negative electrode active material in Example 3, it turns out that the peak temperature shifted all to the low temperature side. This is presumably because oxygen content of the coating layer in Example 5 increased more easily than Example 3, and became easier to oxidize. It is thought that it is more reactive with oxygen and the oxidation reaction of carbon inside a coating layer is more likely to occur. Moreover, although the coating layer decreased by ozone treatment, it was shown that the content rate of the low crystalline carbon in a composite carbon particle is 0.1 mass%-20 mass%.

(5) 실시예 6의 평가(5) Evaluation of Example 6

실시예 6에 있어서의 음극 활물질(복합 탄소 입자)의 시차열 열질량 동시 측정(TG-DTA) 결과에서는, 500℃~520℃의 저온 측에 피복층 유래의 산화 피크, 760℃~780℃의 고온 측에 흑연핵재 유래의 산화 피크가 얻어졌다. 피복층의 산화 반응에 따른 질량 감소량은 20질량%이며, 본 발명의 특징을 만족한다.In the differential thermal thermomass simultaneous measurement (TG-DTA) result of the negative electrode active material (composite carbon particle) in Example 6, the oxidation peak derived from a coating layer and the high temperature of 760 degreeC-780 degreeC on the low temperature side of 500 degreeC-520 degreeC The oxidation peak derived from graphite nucleus material was obtained by the side. The mass reduction amount according to the oxidation reaction of the coating layer is 20 mass%, satisfying the characteristics of the present invention.

(5) 실시예 2~6에서 이용한 음극 활물질의 표면 분석(5) Surface analysis of the negative electrode active material used in Examples 2-6

다음에, 실시예 2, 3, 4, 5, 6에서 이용한 음극 활물질(복합 탄소 입자)의 표면 분석을 X선 광전자 분광법(XPS)에 의해 실시했다. 그 결과를 표 1에 나타냈다. 이 측정에서는, 대기 중으로부터의 미량의 오염물질을 제거하기 위해서, 측정 전에 미리 아르곤 에칭을 실시했다. X선 광전자 분광(XPS) 장치에 음극 활물질을 세트한 후, 충분히 진공 배기하고, 고진공하에서 아르곤 이온의 에칭을 실시했다. 에칭량(깊이)은, 이산화 규소 환산으로 2nm가 되도록, 이온 전류와 에칭 시간을 설정했다. 그 후, C1s, 및 01s의 XPS 스펙트럼 측정을 실시했다.Next, the surface analysis of the negative electrode active material (composite carbon particle) used in Example 2, 3, 4, 5, 6 was performed by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). The results are shown in Table 1. In this measurement, in order to remove traces of contaminants from the atmosphere, argon etching was performed before measurement. After setting a negative electrode active material in an X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) apparatus, it vacuum-exhausted fully and etched argon ion under high vacuum. The etching amount (depth) set ion current and etching time so that it might become 2 nm in conversion of silicon dioxide. Then, XPS spectrum measurement of C1s and 01s was performed.

C1s의 XPS 스펙트럼으로부터의 화학 결합 상태의 귀속은 이하와 같이 실시하였다. C-O 또는 C-OH결합은 286.3±0.3eV의 범위의 피크 위치에 있어서, C-H결합은 285.1±0.3eV의 범위의 피크 위치에 있어서, C-C결합은 284.3±0.3eV의 범위의 피크 위치에 있어서 각각의 스펙트럼의 커브 피팅(fitting)을 실시하고, 각각의 결합 비율(atom%)을 계산했다. 마찬가지로, 01s의 XPS로부터의 화학 결합 상태의 귀속은 이하와 같이 실시하였다. 즉, C-0 결합은 533.6±0.3eV의 범위의 피크 위치에 있어서, C-OH결합은 532.3±0.3eV의 범위의 피크 위치에 있어서, C=O결합은 531.2±0.3eV의 범위의 피크 위치에 있어서 각각의 스펙트럼의 커브 피팅을 실시하고, 각각의 결합 비율(atom%)을 계산했다.The attribution of the chemical bond state from the XPS spectrum of C1s was performed as follows. CO or C-OH bonds are at peak positions in the range of 286.3 ± 0.3 eV, CH bonds are at peak positions in the range of 285.1 ± 0.3 eV, and CC bonds are at peak positions in the range of 284.3 ± 0.3 eV. Spectral curve fitting was performed and the respective bonding ratios (atom%) were calculated. Similarly, attribution to the chemical bonding state from the XPS of 01s was performed as follows. That is, C-0 bonds are at peak positions in the range of 533.6 ± 0.3 eV, C-OH bonds are at peak positions in the range of 532.3 ± 0.3 eV, and C═O bonds are at peak positions in the range of 531.2 ± 0.3 eV. Curve fitting of each spectrum was performed, and each coupling ratio (atom%) was computed.

우선, 실시예 2의 음극 활물질표면(피복층)의 탄소 농도(원자 백분율)는 97.9atom%, 산소 농도는 2.1atom%이다. C1s의 XPS 분석에 의해, C-0, 또는 C-OH 상태의 탄소는, 전체 탄소량에 대해 4atom%포함되고, 대부분의 탄소는 C-C 또는 C-H의 결합 상태에 있고, 그 중 C-C의 결합 상태는 전체 탄소량의 70atom%~80atom%이다. 실시예 3, 4, 5의 경우에 있어서도, 탄소 상태에 관해서는 동일하며, 유의차는 확인되지 않았다.First, the carbon concentration (atomic percentage) on the surface of the negative electrode active material (coating layer) of Example 2 was 97.9 atom%, and the oxygen concentration was 2.1 atom%. By XPS analysis of C1s, carbon in the C-0, or C-OH state is included in 4 atom% of the total carbon amount, and most of the carbon is in a bonded state of CC or CH, wherein the bonded state of CC is It is 70 atom%-80 atom% of total carbon amount. Also in the case of Example 3, 4, 5, it is the same about carbon state, and the significant difference was not confirmed.

다음에, 01s의 XPS 분석 결과에서, 산소를 포함하는 화학종은 C=O, C-OH, 및 C-O이라고 귀속되었다. 실시예 2의 음극 활물질의 표면에서는, 이 중 C-OH, 및 C-0이 주성분이며, 또한 C=0에 귀속되는 고산화수(高酸化數) 상태의 화학종이 포함되어 있는 것을 알 수 있었다. 각각의 존재 비율은, C=0가 12atom%, C-OH가 40atom%, 및 C-0가 48atom%였다. 또한, 본 해석에 의한 측정 오차는 약 ±3atom%를 가지므로, C=O량은 전체 산소량의 9atom%~15atom%의 범위에 있다고 해석된다.Next, in the XPS analysis of 01s, the species containing oxygen were attributed to C═O, C—OH, and C—O. On the surface of the negative electrode active material of Example 2, it turned out that C-OH and C-0 are the main components, and the chemical species of the high oxidation water state which belongs to C = 0 is contained. Each abundance ratio was 12 atom% for C = 0, 40 atom% for C-OH, and 48 atom% for C-0. In addition, since the measurement error by this analysis has about +/- 3 atom%, it is interpreted that the amount of C = O exists in the range of 9 atom%-15 atom% of the total amount of oxygen.

실시예 3의 음극 활물질표면(피복층)의 탄소 농도(원자 백분율)는 97.8atom%, 산소 농도는 2.2atom%이다. 또한, 실시예 3의 음극 활물질 표면에는, 01s의 XPS 분석 결과에서, C-OH, 및 C-0가 주성분이며, 또한 고산화수 상태의 C=0가 존재하는 것을 알았다.The carbon concentration (atomic percentage) of the negative electrode active material surface (coating layer) of Example 3 is 97.8 atom%, and the oxygen concentration is 2.2 atom%. In addition, it was found from the XPS analysis results of 01s that C-OH and C-0 were the main components and C = 0 in a high oxidation water state on the surface of the negative electrode active material of Example 3.

실시예 4의 음극 활물질표면(피복층)의 탄소 농도(원자 백분율)는 97.1atom%, 산소 농도는 2.9atom%이다. 또한, 실시예 4의 음극 활물질표면에는, 01s의 XPS 분석 결과에서, C-OH, 및 C-0가 주성분이며, 또한 고산화수 상태의 C=O가 존재하는 것을 알았다.The carbon concentration (atomic percentage) of the negative electrode active material surface (coating layer) of Example 4 is 97.1 atom%, and the oxygen concentration is 2.9 atom%. In the XPS analysis results of 01 s, it was found that C-OH and C-0 were the main components and C = O in the high oxidation water state was present on the surface of the negative electrode active material of Example 4.

실시예 5의 음극 활물질표면(피복층)의 탄소 농도(원자 백분율)는 95.7atom%, 산소 농도는 4.3atom%이다. 실시예 5의 음극 활물질의 표면에서는, 01s의 XPS 분석 결과에서, C=0, C-OH, 및 C-O가 거의 등량 존재하고 있는 것을 알았다. 특히, 실시예 5의 음극 활물질의 표면에서는, 고산화수 상태의 C=O가 전체 산소량의 36atom%포함되어 있었다. 본 해석에 의한 측정 오차는 ±3%를 가지고 있는 것을 고려하면, 실시예 5의 음극 활물질의 표면에서는, C=O량은 전체 산소량의 33atom%~39atom%의 범위에 있다고 해석된다.The carbon concentration (atomic percentage) of the negative electrode active material surface (coating layer) of Example 5 is 95.7 atom%, and the oxygen concentration is 4.3 atom%. On the surface of the negative electrode active material of Example 5, in the XPS analysis result of 01s, it was found that almost equal amounts of C = 0, C-OH, and C-O existed. In particular, on the surface of the negative electrode active material of Example 5, 36 atom% of the total amount of oxygen contained C = O in a high oxidation water state. Considering that the measurement error by this analysis has ± 3%, the amount of C═O is interpreted to be in the range of 33 atom% to 39 atom% of the total amount of oxygen on the surface of the negative electrode active material of Example 5.

마지막으로, 실시예 6의 음극 활물질표면(피복층)의 탄소 농도(원자 백분율)은 97.5atom%, 산소 농도는 2.5atom%이다. 또한, 실시예 6의 음극 활물질표면에는, 01s의 XPS 분석 결과에서, C-OH, 및 C-O가 주성분이며, 또한 고산화수 상태의 C=0가 존재하는 것을 알았다.Finally, the carbon concentration (atomic percentage) of the surface of the negative electrode active material (coating layer) of Example 6 was 97.5 atom%, and the oxygen concentration was 2.5 atom%. In the XPS analysis results of 01 s, it was found that C-OH and C-O were the main components and C = 0 in a high oxidation water state on the surface of the negative electrode active material of Example 6.

비교예 1의 흑연핵재의 XPS 분석을 실시했다. 흑연핵재의 표면의 산소 농도는, 실시예 2~4의 음극 활물질의 표면과 거의 같았지만, 실시예 2~6의 음극 활물질의 표면과의 현저한 차이점은, 고산화수 상태의 C=O는 확인되지 않았던 점이다.XPS analysis of the graphite nucleus material of Comparative Example 1 was conducted. The oxygen concentration of the surface of the graphite nucleus material was almost the same as that of the negative electrode active material of Examples 2 to 4, but the remarkable difference with the surface of the negative electrode active material of Examples 2 to 6 was that C = O in the state of high oxidation water was not confirmed. I did not.

실시예 2, 3, 4, 5, 6의 음극 활물질에서는, 표 1에 나타낸 함산소 탄소층이 피복층으로서 흑연핵재의 표면에 형성되어 있는 것을 알 수 있었다. 이 피복층은 내부의 흑연핵재에 밀착하고, 도 2와 도 3의 산화 반응의 특성에 어떠한 영향을 주고 있다고 추정된다. 그 영향과 효과는 이하와 같다.In the negative electrode active materials of Examples 2, 3, 4, 5 and 6, it turned out that the oxygen-containing carbon layer shown in Table 1 is formed in the surface of the graphite nucleus material as a coating layer. It is estimated that this coating layer is in close contact with the internal graphite nucleus material and has some influence on the characteristics of the oxidation reaction of FIGS. 2 and 3. The effects and effects are as follows.

도 2와 도 3에 나타낸 고온측의 산화 피크는, 본 발명의 음극 활물질(복합 탄소 입자)의 흑연핵재의 산화 반응에 의한 것이다. 이 산화 반응의 온도는, 종래의 흑연 단체의 산화 피크(예를 들면, 일본국 특허공개공보 제2001-229914호에 기재된 도 1의 약 900℃ 부근의 산화 피크)보다도 저온 측으로 시프트하여 있다. 도 2와 도 3의 시험에 있어서, 피복층의 저결정성 탄소가 산화 분해하면, 이의 반응이 흑연핵재의 산화 반응의 기점이 되어, 흑연핵재 자신의 산화 분해를 촉진하고 있다고 추정된다. 따라서, 본 발명에 관한 음극 활물질의 고온측 피크가 저온 측으로 시프트하고 있는 것은, 흑연핵재 표면에의 저결정성 탄소로 이루어지는 피복층의 밀착성과 부착 회전성이 뛰어나고, 즉, 피복층이 흑연핵재 표면을 균일하고 치밀하게 피복하고 있는 것을 시사하고 있다. 다만, 본 발명은, 이의 이론에 구속되지 않는다.The oxidation peak on the high temperature side shown in FIGS. 2 and 3 is due to the oxidation reaction of the graphite nucleus material of the negative electrode active material (composite carbon particles) of the present invention. The temperature of this oxidation reaction is shifted to the lower temperature side than the oxidation peak of the conventional graphite single-piece (for example, the oxidation peak of about 900 degreeC of FIG. 1 described in Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-229914). In the test of FIG. 2 and FIG. 3, when the low crystalline carbon of a coating layer oxidizes and decomposes, it is estimated that the reaction becomes a starting point of the oxidation reaction of a graphite nucleus material, and promotes the oxidative decomposition of graphite nucleus material itself. Therefore, the shift of the high temperature side peak of the negative electrode active material according to the present invention to the low temperature side is excellent in the adhesion and adhesion rotation of the coating layer made of low crystalline carbon on the surface of the graphite nucleus material, that is, the coating layer makes the surface of the graphite nucleus material uniform. It is suggested to cover closely and closely. However, this invention is not restrained by the theory.

실시예 2~실시예 6의 음극 활물질의 상기 성상이 나타낸 바와 같이, 본 발명에서는, 흑연핵재에 피복층을 형성할 때의 열처리 조건을 변경함으로써, 피복층의 표면에 C=O, C-OH 및 C-O의 관능기를 가지며, 피복층 중의 상기 관능기의 산소 원자의 함유율을, 피복층의 탄소 원자 및 산소 원자의 총량 중, 2atom%~5atom%의 산소에 상당하는 양으로 할 수 있다. 특히, 피복층의 표면에 고산화수 상태로 되는 경우, 즉 01s의 XPS의 스펙트럼에서 귀속되는 C=O의 산소량이, 피복층의 전체 산소량에 대해서 7atom%~39atom%에 있는 것이 바람직하다. 이러한 음극 활물질은, 대기 중의 시차열 열질량 동시 측정법에 있어서, 적어도 350℃ 이상 600℃ 미만과 600℃ 이상 850℃ 이하의 각각의 온도 범위에 적어도 1개의 산화 피크를 가지고, 350℃ 이상 850℃이하의 범위 내에 있어서 가장 높은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와, 가장 낮은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와의 피크 온도차가 300℃ 이하인 것을 특징으로 한 재료이다. 이와 같은 요건을 만족시킨 음극 활물질을 리튬 이온전지에 이용하면, 전지의 보존 특성이나 사이클 수명의 향상에 유효하다고 하는 것을 알았다. 상세한 시험결과에 관해서는, 후술한다. As shown in the above properties of the negative electrode active materials of Examples 2 to 6, in the present invention, C = O, C-OH, and CO are applied to the surface of the coating layer by changing the heat treatment conditions when forming the coating layer on the graphite nucleus material. It has a functional group of, and the content rate of the oxygen atom of the said functional group in a coating layer can be made into the quantity equivalent to 2 atom%-5 atom% of oxygen in the total amount of the carbon atom and oxygen atom of a coating layer. In particular, when the surface of the coating layer is in a high oxidation water state, that is, the oxygen amount of C = O attributed to the XPS spectrum of 01 s is preferably in the range of 7 atom% to 39 atom% with respect to the total oxygen amount of the coating layer. Such a negative electrode active material has at least 1 oxidation peak in each temperature range of at least 350 degreeC or more and less than 600 degreeC and 600 degreeC or more and 850 degrees C or less in the differential thermal thermogravimetry simultaneous measurement in air | atmosphere, and 350 degreeC or more and 850 degrees C or less The peak temperature difference between an oxidation peak having a peak at the highest temperature and an oxidation peak having a peak at the lowest temperature is 300 ° C. or less within the range of. When the negative electrode active material which satisfy | filled these requirements was used for a lithium ion battery, it turned out that it is effective for the improvement of the storage characteristic of a battery, and a cycle life. Detailed test results will be described later.

여기서, 피복층과 흑연핵재 표면과의 밀착성이 증가하고, 피복층이 흑연핵재표면을 균일하고, 또한 치밀하게 피복하고 있으므로써, 전해액이 흑연핵재 표면에 직접 접촉하는 것을 방지한다고 추정된다. 그 결과, 전해액이 고활성의 흑연핵재의 엣지부(그라펜 구조의 단부)에 도달하기 어렵게 되기 때문에, 전해액의 환원분해가 억제되어 전지 특성의 향상에 기여한다고 추정된다.Here, it is assumed that the adhesion between the coating layer and the surface of the graphite nucleus material increases, and that the coating layer uniformly and densely covers the surface of the graphite nucleus material, thereby preventing the electrolyte solution from directly contacting the surface of the graphite nucleus material. As a result, since the electrolyte solution hardly reaches the edge portion (the end of the graphene structure) of the highly active graphite nucleus material, it is estimated that the reduction decomposition of the electrolyte solution is suppressed and contributes to the improvement of battery characteristics.

이상, 실시예 2~6의 음극 활물질(복합 탄소 입자)에 관해서, 저결정성 탄소의 피복층의 표면의 관능기의 탄소 및 산소의 원자비, C1s 해석 결과, 및 01s해석 결과를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1의 C1s 해석 결과 및 01s 해석 결과의 란에 나타낸 수치는 각각의 결합 비율(atom%)을 나타낸다. 실시예 2~6의 음극 활물질(복합 탄소 입자)의 피복층에는, C=0 결합을 포함한 관능기가 포함되는 점이 큰 특징이며, C-OH 및 C=0의 비율은, 각각의 관능기에 있어서의 산소의 원자 조성비로서 1:1~4:1이다.As mentioned above, about the negative electrode active material (composite carbon particle) of Examples 2-6, the atomic ratio of carbon and oxygen of the functional group of the surface of the coating layer of low crystalline carbon, C1s analysis result, and 01s analysis result are shown in Table 1. In addition, the numerical value shown in the column of the C1s analysis result and 01s analysis result of Table 1 represents each bonding ratio (atom%). The coating layer of the negative electrode active material (composite carbon particles) of Examples 2 to 6 is characterized in that a functional group including a C = 0 bond is contained, and the ratio of C-OH and C = 0 is oxygen in each functional group. It is 1: 1 to 4: 1 as an atomic composition ratio of.

Figure 112013027802579-pct00003
Figure 112013027802579-pct00003

이상에서 서술한 음극 활물질(복합 탄소 입자)을 이용하여, 음극을 제조하는 경우, 또한 고(高)레이트(rate) 충방전 특성이 필요한 경우가 있다. 그러한 경우에, 도전조제를 음극에 첨가해도 된다. 도전조제는 리튬 이온의 흡장 및 방출에 관여하지 않고, 전자의 매체로서 작용하므로, 상기 음극 활물질에 있어서의 리튬 이온의 흡장 및 방출 반응에 영향을 주지 않는다.When producing a negative electrode using the negative electrode active material (composite carbon particle) mentioned above, high rate charge / discharge characteristic may be needed. In such a case, the conductive aid may be added to the negative electrode. Since the conductive aid does not participate in the occlusion and release of lithium ions and acts as a medium for electrons, it does not affect the occlusion and release reaction of lithium ions in the negative electrode active material.

또한, 폴리아센, 폴리파라페닐렌, 폴리아닐린, 폴리아세틸렌으로 이루어지는 도전성 고분자 재료도, 상기 음극에 첨가하여 이용할 수 있다.Moreover, the conductive polymer material which consists of polyacene, polyparaphenylene, polyaniline, and polyacetylene can also be added and used for the said negative electrode.

실시예 2~6에서는, 상기 음극 활물질은 분말이기 때문에, 거기에 음극 바인더를 혼합하여, 분말끼리를 결합시킴과 동시에 집전체에 접착시키고 있다. 본 발명에 있어서, 상기 음극에서는, 음극 활물질의 입경을, 음극 활물질 및 음극 바인더를 포함하는 합제층의 두께 이하로 하는 것이 바람직하다. 음극 활물질 중에, 상기 합제층의 두께 이상의 사이즈를 가지는 조립이 있는 경우, 미리 체(篩) 분급, 풍류 분급 등에 의해 조립을 제거하고, 상기 합제층의 두께 이하의 입자를 사용하는 것이 바람직하다.In Examples 2-6, since the said negative electrode active material is powder, the negative electrode binder is mixed with it, the powders are bonded together, and they are adhere | attached on an electrical power collector. In this invention, in the said negative electrode, it is preferable to make the particle diameter of a negative electrode active material below the thickness of the mixture layer containing a negative electrode active material and a negative electrode binder. In the negative electrode active material, when there is granulation having a size greater than or equal to the thickness of the mixture layer, it is preferable to remove the granulation by sifting, airflow classification, or the like, and to use particles having a thickness of the mixture layer or less.

집전체에는, 두께가 10㎛~100㎛의 동박, 두께가 10㎛~100㎛, 공경 0.1mm~10mm의 구리제 천공박, 확장 금속, 발포 금속판 등이 이용되고, 재질도 구리 외에, 스텐레스, 티탄, 니켈 등도 적용 가능하다. 본 발명에서는, 재질, 형상, 제조 방법 등에 제한되는 일 없이, 임의의 집전체를 사용할 수 있다. A copper foil having a thickness of 10 µm to 100 µm, a copper perforated foil having a thickness of 10 µm to 100 µm, a hole diameter of 0.1 mm to 10 mm, an expanded metal, a foamed metal sheet, or the like is used for the current collector. Titanium, nickel, etc. are also applicable. In the present invention, any current collector can be used without being limited to materials, shapes, manufacturing methods, and the like.

상기 음극 활물질, 상기 음극 바인더, 및 적절한 용매를 혼합한 음극슬러리를, 닥터 블레이드법, 디핑법, 스프레이법 등에 의해서 집전체에 부착시킨 후, 용매를 건조하고, 롤 프레스에 의해서 음극을 가압 성형함으로써, 상기 음극을 제작했다.After attaching the negative electrode slurry containing the negative electrode active material, the negative electrode binder, and a suitable solvent to a current collector by a doctor blade method, a dipping method, a spray method, or the like, the solvent is dried, and the negative electrode is press-molded by a roll press. And the negative electrode was produced.

<전기 화학적 평가 1><Electrochemical Evaluation 1>

표 1에 나타낸 음극 활물질(복합 탄소 입자)을 이용하고, Li금속을 대극(對極)으로 하고, Li금속을 참조극으로 한 전기 화학 셀을 조립했다. 실시예 2의 음극 활물질을 이용한 셀을 C1, 실시예 3의 음극 활물질을 이용한 셀을 C2, 실시예 4의 음극 활물질을 이용한 셀을 C3, 실시예 5의 음극 활물질을 이용한 셀을 C4, 실시예 6의 음극 활물질을 이용한 셀을 C5, 비교예 1의 음극 활물질을 이용한 셀을 C6로 한다. 각 음극 활물질 95질량부에, 음극 바인더로서 PVDF 5질량부를 혼합하여, 음극 슬러리 중의 음극 활물질 및 PVDF를 합한 고형분의 농도가 55질량%가 되도록, 용제로서 N-메틸-2-피롤리돈을 가했다. 플래너터리(planetary) 믹서를 이용하여 충분히 혼련하고, 얻어진 음극 슬러리를, 두께가 10㎛의 동박집전체의 표면에 닥터 블레이드법에 따라 도포했다. 120℃, 공기 분위기의 건조 오븐을 이용하여 N-메틸-2-피롤리돈을 건조한 후, 롤 프레스기를 이용하여 가압 성형을 실시하고, 각각의 음극을 제작했다. 음극 합제 밀도는, 1.5g/㎤로 했다. 세퍼레이터에는, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 적층한 미다공 시트(두께 25㎛)를 이용했다. 전해액에는, 1M LiPF6를 용해시킨 에틸렌카보네이트와 디메틸카보네이트와 에틸메틸카보네이트로 이루어지는 전해액을 이용했다. 또한, 각 용매의 체적 비율은 1:1:1로 했다.Using the negative electrode active material (composite carbon particles) shown in Table 1, an electrochemical cell was fabricated using Li metal as a counter electrode and Li metal as a reference electrode. C1 the cell using the negative electrode active material of Example 2, C2 the cell using the negative electrode active material of Example 3, C3 the cell using the negative electrode active material of Example 4, C4 the cell using the negative electrode active material of Example 5, Example The cell using the negative electrode active material of 6 is C5, and the cell using the negative electrode active material of Comparative Example 1 is C6. 5 mass parts of PVDF was mixed with 95 mass parts of each negative electrode active material as a negative electrode binder, and N-methyl- 2-pyrrolidone was added as a solvent so that the density | concentration of the solid content which combined the negative electrode active material and PVDF in a negative electrode slurry might be 55 mass%. . The negative electrode slurry obtained by kneading sufficiently using a planetary mixer was applied to the surface of a copper foil current collector having a thickness of 10 µm according to the doctor blade method. N-methyl-2-pyrrolidone was dried using the drying oven of 120 degreeC, and air atmosphere, and it press-molded using the roll press machine, and each negative electrode was produced. The negative electrode mixture density was 1.5 g / cm 3. The microporous sheet (25 micrometers in thickness) which laminated | stacked polyethylene and polypropylene was used for the separator. In the electrolytic solution it was used an electrolytic solution which comprises ethylene carbonate and dimethyl carbonate and ethylmethyl carbonate was dissolved LiPF 6 1M. In addition, the volume ratio of each solvent was 1: 1.

상기의 6종류의 셀에, 전류 밀도 0.1mA/㎠(약 8시간율에 상당하는 전류 밀도)로, 하한 전압 10mV, 최대 충전 시간 8시간의 조건으로 충전하고, 그 후 30 분의 휴지 시간을 경과한 후에, 상한 전압 1V까지의 정전류 밀도(O.1mA/㎠)의 방전을 실시했다. 또한, 30분의 휴지 시간을 경과한 후에, 상술한 충전-방전 사이클을 반복했다.The six kinds of cells described above were charged at a current density of 0.1 mA / cm 2 (current density corresponding to about 8 hours rate) under the condition of a lower limit voltage of 10 mV and a maximum charging time of 8 hours, and then a 30 minute rest time. After elapsed, discharge of a constant current density (0.1 mA / cm 2) up to an upper limit voltage of 1 V was performed. In addition, after 30 minutes of rest time, the above-described charge-discharge cycle was repeated.

표 2에 「초회 방전 용량」과, 초회의 충전 용량과 방전 용량의 차이로부터 구한 「불가역 용량」결과를 나타냈다. 또한, 각 용량은, 이용한 음극 활물질의 단위 질량당으로 계산했다. 본 발명의 실시예에 관련된 음극 활물질을 이용한 셀(C1~C5)은, 비교예 1에 관련된 음극 활물질을 이용한 셀 C6에 대해서 불가역 용량이 작고, 초기의 방전 용량도 큰 것을 알 수 있었다.In Table 2, the "reversible capacity" result calculated | required from the "first discharge capacity" and the difference of initial charge capacity and discharge capacity was shown. In addition, each capacity was computed per unit mass of the used negative electrode active material. It was found that the cells C1 to C5 using the negative electrode active material according to the examples of the present invention had a small irreversible capacity and a large initial discharge capacity to the cell C6 using the negative electrode active material according to Comparative Example 1.

<전기 화학적 평가 2>Electrochemical Evaluation 2

표 1에 나타낸 실시예 2~6의 음극 활물질(복합 탄소 입자)을 이용하여, 도 1의 원통형 전지를 제작하고, 전지 특성 평가 시험을 실시했다. 표 1에 나타낸 실시예 2의 음극 활물질을 이용한 전지를 B1, 실시예 3의 음극 활물질을 이용한 전지를 B2, 실시예 4의 음극 활물질을 이용한 전지를 B3, 실시예 5의 음극 활물질을 이용한 전지를 B4, 실시예 6의 음극 활물질을 이용한 전지를 B5, 비교예 1의 음극 활물질을 이용한 전지를 B6로 한다. 각 음극 활물질 95질량부에, 음극 바인더로서 PVDF 5질량부를 혼합하여, 음극 슬러리 중의 음극 활물질 및 PVDF를 합친 고형분의 농도가 55질량%가 되도록, 용제로서 N-메틸-2-피롤리돈을 가했다. 플래너터리-믹서를 이용하여 충분히 혼련하고, 얻어진 음극 슬러리를 두께가 10㎛의 동박 집전체의 표면에 닥터블레이드법에 따라 도포했다. 120℃, 공기 분위기의 건조 오븐을 이용하여 N-메틸-2-피롤리돈을 건조한 후, 롤 프레스기를 이용하여 가압 성형을 실시하고, 각각의 음극을 제작했다.The cylindrical battery of FIG. 1 was produced using the negative electrode active material (composite carbon particle) of Examples 2-6 shown in Table 1, and the battery characteristic evaluation test was done. The battery using the negative electrode active material of Example 2 shown in Table 1 B1, the battery using the negative electrode active material of Example 3 B2, the battery using the negative electrode active material of Example 4 The battery using the negative electrode active material of Example 3 B3 The battery using B4 and the negative electrode active material of Example 6 is B5 and the battery using the negative electrode active material of Comparative Example 1 is B6. 5 parts by mass of PVDF was mixed with 95 parts by mass of each negative electrode active material as a negative electrode binder, and N-methyl-2-pyrrolidone was added as a solvent so that the concentration of the solid content obtained by combining the negative electrode active material and PVDF in the negative electrode slurry was 55% by mass. . The mixture was sufficiently kneaded using a planetary mixer, and the obtained negative electrode slurry was applied onto the surface of a copper foil current collector having a thickness of 10 µm according to the doctor blade method. N-methyl-2-pyrrolidone was dried using the drying oven of 120 degreeC, and air atmosphere, and it press-molded using the roll press machine, and each negative electrode was produced.

각 전지(B1~B6)에 이용한 양극 활물질은, LiNi1 /3Mn1 /3Co1 /3O2로 했다. 이 양극 활물질을 89질량부, 아세틸렌 블랙을 4질량부, 양극 바인더로서 PVDF를 7질량부가 되도록 혼합하고, N-메틸-2-피롤리돈을 첨가한 양극 슬러리를 조제했다. 재료의 분산 처리에는, 공지의 혼련기, 분산기를 이용했다. 양극 활물질의 단위면적 당의 질량, 양극의 두께와 밀도는, 각 전지 모두 동일한 조건이 되도록 했다.Using the positive electrode active material in each cell (B1 ~ B6) is made by LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2. 89 mass parts of this positive electrode active material, 4 mass parts of acetylene black, and 7 mass parts of PVDF as a positive electrode binder were mixed, and the positive electrode slurry which added N-methyl- 2-pyrrolidone was prepared. A well-known kneader and a disperser were used for the dispersion process of a material. The mass per unit area of the positive electrode active material, the thickness and the density of the positive electrode were to be the same conditions for each battery.

세퍼레이터로서, 폴리에틸렌과 폴리프로필렌을 적층한 미다공 시트(두께 25㎛)를 이용했다. As a separator, the microporous sheet (25 micrometers in thickness) which laminated | stacked polyethylene and polypropylene was used.

전해액으로서 1M LiPF6를 용해시킨 에틸렌카보네이트와 디메틸카보네이트와 에틸메틸카보네이트로 이루어지는 전해액을 이용했다. 또한, 각 용매의 체적 비율은 1:1:1로 했다.As electrolyte solution, the electrolyte solution which consists of ethylene carbonate, dimethyl carbonate, and ethyl methyl carbonate which melt | dissolved 1M LiPF 6 was used. In addition, the volume ratio of each solvent was 1: 1.

각 전지를 1시간율 상당의 전류치(15 A)의 충전 전류를 흘려, 4.2V의 정전압으로 1시간의 충전을 실시했다. 다음에, 15A의 방전 전류를 흘려, 전지 전압이 3.OV로 도달할 때까지 방전시켰다. 또한, 같은 조건으로 충방전 사이클을 100회 계속하고, 초회의 방전 용량에 대해서 100사이클째의 방전 용량의 비로부터, 100사이클 경과시의 용량 유지율을 구했다. 그 결과를, 표 2의 「100사이클 경과시의 용량 유지율(%)」의 란에 나타냈다.Each battery was supplied with a charging current having a current value of 15 A corresponding to a rate of 1 hour, and charged at a constant voltage of 4.2 V for 1 hour. Next, a discharge current of 15 A was flowed and discharged until the battery voltage reached 3.OV. In addition, the charge / discharge cycle was continued 100 times under the same conditions, and the capacity retention rate at the time of 100 cycles was determined from the ratio of the discharge capacity at the 100th cycle to the initial discharge capacity. The result was shown in the column of "Capacity retention rate (%) at the time of 100 cycle elapse" of Table 2.

이상의 측정 결과를 표 2에 정리했다. 본 발명의 실시예에 관련된 전지(B1~B5)는 비교예의 전지(B6)에 비해, 100 사이클 경과시의 용량 유지율의 점에서도 우수한 것을 알았다.The above measurement results are summarized in Table 2. It was found that the batteries B1 to B5 according to the examples of the present invention were also superior in terms of capacity retention rate after 100 cycles, compared to the batteries B6 of the comparative example.

Figure 112013027802579-pct00004
Figure 112013027802579-pct00004

<전기 화학적 평가 3>Electrochemical Evaluation 3

도 1의 원통형 리튬 이온전지를 8직렬로 접속하고, 도 4의 조(組)전지(전지 모듈)(401)을 조립하여, 이것을 도 4의 전원 시스템에 조립했다. 리튬 이온전지는, 상술한 전기 화학적 평가 2로 제작한 것이다. 이 축전 시스템은, 이동체 또는 정치용 축전 시스템으로서 유용하다. The cylindrical lithium ion battery of FIG. 1 was connected in 8 series, the assembled battery (battery module) 401 of FIG. 4 was assembled, and it was assembled to the power supply system of FIG. The lithium ion battery is produced by the electrochemical evaluation 2 described above. This power storage system is useful as a mobile body or a stationary power storage system.

또한, 도 4에 있어서, 401은 조전지, 4O2는 리튬 이온전지(단전지), 403은 양극 단자, 404는 버스바(bus bar), 405는 전지캔, 406은 지지 부품, 407은 양극 외부 단자, 408은 음극 외부 단자, 409는 연산 처리부, 410은 충방전 회로, 411은 외부 기기, 412는 전력선, 413은 신호선, 414는 외부 전력 케이블을 각각 나타낸다.In Fig. 4, reference numeral 401 denotes an assembled battery, 4O2 denotes a lithium ion battery (single cell), 403 denotes a positive electrode terminal, 404 denotes a bus bar, 405 denotes a battery can, 406 denotes a support component, and 407 denotes an external positive electrode. The terminal, 408 denotes a negative external terminal, 409 denotes an arithmetic processing unit, 410 denotes a charge and discharge circuit, 411 denotes an external device, 412 denotes a power line, 413 denotes a signal line, and 414 denotes an external power cable.

원통형 리튬 이온전지(이하, 단지 「전지」라고 한다) 4O2는, 지지 부품(406)에 의해 고정되고 있다. 각각의 전지는, 양극 단자(403)와 전지캔(405)의 방향을 교대로 바꿔 넣고, 버스바(404)를 개입시켜 직렬로 접속되어 있다. 또한 도 4에 있어서, 양극 단자(403)는 도 1의 전지 마개(120)에, 전지캔(405)은 도 1의 전지캔(113)에 각각 상당한다. 직렬로 접속된 8개의 전지(4O2)의 말단은, 양극 외부 단자(407)와 음극 외부 단자(408)에 접속되어 있다. 또한, 조전지(401)에서는, 8개의 전지(4O2)를 직렬로 접속했지만, 접속하는 전지(4O2)의 수는 8개로 한정되지 않고, 2개 이상이면, 조전지(401)의 크기에 따라 적절히 설정된다. 또한, 조전지(401)에 있어서의 전지(4O2)의 접속 양식은 이것으로 한정되지 않고, 병렬이어도 되고, 직병렬이어도 된다.The cylindrical lithium ion battery (hereinafter only referred to as "battery") 40 is fixed by the support component 406. Each battery is alternately changed in the directions of the positive electrode terminal 403 and the battery can 405, and is connected in series via the bus bar 404. In FIG. 4, the positive electrode terminal 403 corresponds to the battery plug 120 of FIG. 1, and the battery can 405 corresponds to the battery can 113 of FIG. 1, respectively. The terminals of the eight batteries 40 connected in series are connected to the positive external terminal 407 and the negative external terminal 408. In addition, in the assembled battery 401, eight batteries 40 are connected in series, but the number of connected batteries 40 is not limited to eight, and if it is two or more, it depends on the size of the assembled battery 401. It is set appropriately. In addition, the connection mode of the battery 40 in the assembled battery 401 is not limited to this, and may be in parallel or in parallel.

양극 외부 단자(407)와 음극 외부 단자(408)는, 전력선(412)을 개입시켜, 조전지(401)의 충전과 방전을 실행하는 충방전 회로(410)에 연결되어 있다. 충방전 회로(410)의 동작은, 신호선(413)을 개입하여, 연산 처리부(409)에 의해 제어되고 있다. 연산 처리부(409)는, 충방전 회로(410)의 전류와 전압을 제어하는 것 외에, 조전지(401)의 외부 단자(양극 외부 단자(407), 음극 외부 단자 (408))로부터 외부 기기(411)의 사이로 흐르는 방전 전류와 방전시의 전압을 제어하고 있다. 조전지(401)의 방전시에는, 전력이 외부 전력 케이블(414)을 개입하여 외부 기기(411)에 공급된다.The positive external terminal 407 and the negative external terminal 408 are connected to a charge / discharge circuit 410 which performs charging and discharging of the assembled battery 401 via the power line 412. The operation of the charge / discharge circuit 410 is controlled by the calculation processing unit 409 via the signal line 413. In addition to controlling the current and voltage of the charge / discharge circuit 410, the arithmetic processing unit 409 receives an external device from the external terminals (the positive external terminal 407 and the negative external terminal 408) of the battery pack 401. The discharge current flowing through 411 and the voltage at the time of discharge are controlled. At the time of discharge of the assembled battery 401, electric power is supplied to the external device 411 through the external power cable 414.

본 평가에 있어서의 음극 활물질의 조성은, 실시예 4의 음극 활물질(복합 탄소 입자) 95질량부에 5질량부의 음극 바인더인 PVDF를 첨가한 조성이다. 양극 활물질은, LiNi1 /3Mn1 /3Co1 /3O2이다. 그 외의 조성에 관해서는, 상술한 전기 화학적 평가 2에서 기재한 것과 동일하다.The composition of the negative electrode active material in this evaluation is a composition which added PVDF which is 5 mass parts of negative electrode binders to 95 mass parts of negative electrode active materials (composite carbon particle) of Example 4. The positive electrode active material is a LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2. About other composition, it is the same as that described in the electrochemical evaluation 2 mentioned above.

또한, 본 평가는, 본 발명의 유효성을 확인하기 위한 시험이었으므로, 전력을 소비하기 위한 외부 기기(예를 들면 전자 부하 장치나 모터)를 설치한 곳을, 전력의 공급과 소비의 양쪽 모두의 기능을 겸비한 외부 기기(411)로서의 급전부하(給電負荷) 전원을 이용했다. 이것을 이용하는 것은, 전기 자동차 등의 전기 차량이나 공작기계, 혹은 분산형 전력 저장 시스템이나 백업 전원 시스템 등의 실 사용시와 비교하여, 본 발명의 효과에 상위(相遠)를 초래하는 것은 아니다.In addition, since this evaluation was a test for confirming the validity of this invention, the function of both supply and consumption of an electric power is provided in the place which installed the external apparatus (for example, an electronic load device or a motor) for consuming electric power. A power supply load power source as an external device 411 having a configuration was used. Use of this does not cause a difference in the effects of the present invention as compared with the actual use of an electric vehicle such as an electric vehicle, a machine tool, or a distributed power storage system or a backup power supply system.

본 시스템 조립 직후의 충전 시험은, 충방전 회로(410)로부터 양극 외부단자( 407)와 음극 외부 단자(408)에 1시간율 상당의 전류치(15A)의 충전 전류를 흘려, 33.6V의 정전압으로 1시간의 충전을 실시했다. 여기서 설정한 정전압치는, 앞서 기술한 단전지의 정전압치 4.2V의 8배의 값이다. 조전지의 충방전에 필요한 전력은 급전부하 장치(외부 기기(411))에서 공급했다.In the charging test immediately after the assembly of the system, a charging current having a current value of 15 A corresponding to a one hour rate flows from the charge / discharge circuit 410 to the positive electrode external terminal 407 and the negative electrode external terminal 408 at a constant voltage of 33.6 V. Charge for 1 hour was performed. The constant voltage value set here is 8 times the constant voltage value of 4.2V of the unit cell mentioned above. Power required for charging and discharging of the assembled battery was supplied by a power supply load device (external device 411).

방전 시험은, 양극 외부 단자(407)와 음극 외부 단자(408)로부터 역방향의 전류를 충방전 회로(410)에 흘리고, 외부 기기(411)로서의 급전부하 장치에서 전력을 소비시켰다. 방전 전류는, 0.5시간율의 조건(방전 전류로서 7.5A)으로 하고, 양극 외부 단자(407)와 음극 외부 단자(408)의 단자간 전압이 24V에 달할 때까지 방전시켰다.In the discharge test, a reverse current flows from the positive electrode external terminal 407 and the negative electrode external terminal 408 to the charge / discharge circuit 410, and consumes electric power in the power supply device as the external device 411. The discharge current was a condition of 0.5 hour rate (7.5 A as the discharge current), and was discharged until the voltage between the terminals of the positive electrode external terminal 407 and the negative electrode external terminal 408 reached 24V.

이러한 충방전 시험 조건에서, 충전 용량 15.OAh, 방전 용량 14.95Ah의 초기 성능을 얻었다. 또한 1000사이클의 충방전 사이클 시험을 실시한 바, 용량 유지율 92%를 얻었다. 또한, 실시예 4의 음극 활물질을 이용한 본 시스템을 S1로 한다.Under these charge and discharge test conditions, initial performance of charge capacity 15.OAh and discharge capacity 14.95Ah was obtained. Furthermore, when 1000 cycles of charge / discharge cycle tests were conducted, 92% of capacity retention was obtained. In addition, this system using the negative electrode active material of Example 4 is set to S1.

도 4의 구성에서, 음극 활물질을 각각, 표 1의 실시예 5의 음극 활물질로 변경한 시스템 S2, 및 비교예 1의 음극 활물질로 변경한 시스템 S3를 제작했다. 각각의 시스템에 대해서, 상술과 같은 조건으로 1000사이클의 충방전 사이클 시험을 실시했다. 그 결과, S2의 용량 유지율은 89%, S3의 용량 유지율은 73%가 되었다.In the structure of FIG. 4, the system S2 which changed the negative electrode active material into the negative electrode active material of Example 5 of Table 1, and the system S3 which changed the negative electrode active material of Comparative Example 1 were produced, respectively. For each system, 1000 cycles of charge and discharge cycle tests were conducted under the same conditions as described above. As a result, the capacity retention rate of S2 was 89% and the capacity retention rate of S3 was 73%.

이러한 것으로부터, 본 발명의 실시예 4와 실시예 5의 음극 활물질이, 리튬 이온 전지의 사이클 특성의 향상에 유효하다고 하는 것을 알았다.From this, it turned out that the negative electrode active materials of Example 4 and Example 5 of this invention are effective for the improvement of the cycling characteristics of a lithium ion battery.

다음에, 상기의 3 종류의 시스템에 관해서, 동일 조건으로 충전 상태로 하고, 50℃의 환경 온도하에, 30일간 방치했다. 그 후, 방전으로부터 충방전 사이클 시험을 재개하고, 10사이클째의 방전 용량을 측정하고, 50℃ 방치 후의 용량유지율로 했다. 또한, 용량 유지율은, 50℃ 방치 전의 초기 용량을 100%로 하고, 그 값에 대한 비율로서 구한 값이다. 이 시험의 결과, S1에서 93%, S2에서 92%, S3에서 75%이며, 본 발명의 실시예 4와 실시예 5의 음극 활물질이, 50℃ 보존 특성에 관해서도 유효하다는 것을 알았다.Next, the three types of systems described above were charged under the same conditions and allowed to stand for 30 days under an environment temperature of 50 ° C. Then, the charge / discharge cycle test was restarted from discharge, the discharge capacity of the 10th cycle was measured, and it was set as the capacity retention ratio after 50 degreeC standing. In addition, a capacity | capacitance retention rate is the value calculated | required as the ratio with respect to the initial capacity before 50 degreeC standing to 100%. As a result of this test, it was found that the anode active materials of Examples 4 and 5 of the present invention were 93% in S1, 92% in S2, and 75% in S3, and were also effective in terms of storage properties at 50 ° C.

이상에서 설명한 내용을 근거로 하여, 본 시스템의 구체적인 응용예를 나타내고, 본 발명의 효과를 명확하게 한다. 또한, 본 발명의 요지를 변경하지 않는 범위에서, 구체적인 구성 재료, 부품 등을 변경해도 된다. 또한, 본 발명의 구성요소를 포함하고 있으면, 공지의 기술을 추가하고, 혹은 공지의 기술로 치환하는 것도 가능하다.Based on the content described above, the specific application example of this system is shown and the effect of this invention is made clear. In addition, you may change a concrete structural material, a component, etc. in the range which does not change the summary of this invention. In addition, if it contains the component of this invention, it is also possible to add a well-known technique, or to substitute by a well-known technique.

본 발명의 리튬 이온전지 및 전지 모듈은, 휴대용 전자기기, 휴대 전화, 전동 공구 등의 민생 용품 외, 전기 자동차, 재생 가능 에너지의 저장용 축전지, 무인 이동차, 개호(介護) 기기 등의 전원에 이용하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 리튬 이온전지는, 달이나 화성 등의 탐색을 위한 우주 탐색선의 전원에 적용 가능하다. 또한, 우주 스테이션, 지구상 또는 그 외의 천체 상의 건조물 혹은 생활 공간(밀폐, 개방 상태를 묻지 않는다.), 혹성 간 이동용의 우주선, 혹성 로버(land rover), 수중 또는 바다 속의 밀폐 공간, 잠수함, 어류 관측용 설비 등의 각종 공간의 공조, 온조, 오수나 공기의 정화, 동력 등의 각종 전원에 사용하는 것이 가능하다.The lithium ion battery and the battery module of the present invention can be used for power supplies such as electric vehicles, storage batteries for storage of renewable energy, unmanned mobile vehicles, and nursing equipment, as well as consumer electronic products such as portable electronic devices, mobile phones, and power tools. It is possible to use. Moreover, the lithium ion battery of this invention is applicable to the power supply of the space search ship for the search of the moon, Mars, etc. In addition, observation of buildings or living spaces (enclosed, not open) on space stations, on Earth or other celestial bodies, spacecraft for interplanetary transport, planetary rovers, confined spaces underwater or in the sea, submarines, fish It can be used for various power sources such as air conditioning of various spaces such as industrial facilities, warm water, purification of sewage and air, and power.

본 발명에 의하면, 사이클 수명과 고온 보존 특성이 향상한 리튬 이온 전지를 제공할 수 있다.According to the present invention, a lithium ion battery having improved cycle life and high temperature storage characteristics can be provided.

산업상의 이용 가능성Industrial availability

본 발명은, 리튬이온 이차전지 등의 리튬 이온전지, 그것을 이용한 이동체 또는 정치용 축전 시스템 등에 적용할 수 있다.Industrial Applicability The present invention can be applied to lithium ion batteries such as lithium ion secondary batteries, mobile bodies or stationary power storage systems using the same.

2010년 9월 24일에 출원된 일본국 특허출원특원 제2010-213866호의 개시는, 그 전체가 참조에 의해 본 명세서에 편입된다.As for the indication of the Japan patent application 2010-213866 for which it applied on September 24, 2010, the whole is integrated in this specification by reference.

본 명세서에 기재된 모든 문헌, 특허 출원, 및 기술 규격은, 개개의 문헌, 특허 출원, 및 기술 규격이 참조에 의해 편입되는 것이 구체적이고, 또한 개개로 기재된 경우와 동일한 정도로, 본 명세서 중에 원용되어 편입된다.
All documents, patent applications, and technical specifications described in this specification are specifically incorporated by reference in the individual documents, patent applications, and technical specifications, and are incorporated into and incorporated into this specification to the same extent as if individually described. do.

Claims (19)

리튬을 흡장 또한 방출 가능한 음극 활물질로서, 상기 음극 활물질은 저결정성 탄소의 피복층을 흑연핵재의 표면에 가지는 복합 탄소 입자이고, 상기 피복층에 C=0, C-OH 및 C-0의 관능기를 가지고, 상기 피복층의 탄소 원자 및 산소 원자의 총량 중의 산소 원자의 함유율이, 2.5atom%~5atom%이며, 공기 중의 열질량 측정법에 있어서, 350℃ 이상 600℃ 미만과 600℃ 이상 850℃ 이하의 각각의 온도 범위에 적어도 1개의 산화 피크를 가지고, 350℃ 이상 850℃ 이하의 범위 내에 있어서 가장 높은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와, 가장 낮은 온도에 피크를 가지는 산화 피크와의 피크 온도차가 300℃ 이하인 당해 음극 활물질을 포함하는 음극과,
양극과,
비수 전해질 및 비수 용매,
를 포함하는 리튬 이온전지.
A negative electrode active material capable of occluding and releasing lithium, wherein the negative electrode active material is a composite carbon particle having a coating layer of low crystalline carbon on the surface of the graphite nucleus material, and has a functional group of C = 0, C-OH, and C-0 in the coating layer. The content rate of the oxygen atom in the total amount of carbon atoms and oxygen atoms of the coating layer is 2.5 atom% to 5 atom%, and in the thermogravimetric method in the air, each of 350 ° C or more and less than 600 ° C and 600 ° C or more and 850 ° C or less The peak temperature difference between an oxidation peak having a peak at the highest temperature and an oxidation peak having a peak at the lowest temperature in the range of 350 ° C. or more and 850 ° C. or less in the temperature range is 300 ° C. or less. A negative electrode including a negative electrode active material,
With the anode,
Nonaqueous electrolyte and nonaqueous solvent,
Lithium ion battery comprising a.
제 1항에 있어서,
상기 피복층에 있어서의 C=O의 산소의 함유율이, 상기 피복층의 전체 산소량 중, 7atom%~39atom%인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
The lithium ion battery whose C content of C = O oxygen in the said coating layer is 7 atom%-39 atom% in the total amount of oxygen of the said coating layer.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 피복층의 저결정성 탄소는 비정질 탄소인 리튬 이온전지.
The method according to claim 1 or 2,
The low crystalline carbon of the coating layer is an amorphous carbon lithium ion battery.
제 1항에 있어서,
상기 피복층에 있어서의 C-OH 및 C=0의 비율이, 각각의 관능기에 있어서의 산소의 원자 조성비로서 1:1~4:1인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
The lithium ion battery whose ratio of C-OH and C = 0 in the said coating layer is 1: 1 to 4: 1 as an atomic composition ratio of oxygen in each functional group.
제 1항에 있어서,
상기 음극 활물질의 X선 회절법에 의해 구한 (002) 면간격 d002가 0.3354nm~0.3370nm, 결정자 사이즈 Lc가 20nm~90nm인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
A lithium ion battery having a (002) plane spacing d002 of 0.3354 nm to 0.3370 nm and a crystalline size Lc of 20 nm to 90 nm determined by the X-ray diffraction method of the negative electrode active material.
제 1항에 있어서,
상기 피복층의 두께가 10nm~100nm인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
A lithium ion battery, wherein the coating layer has a thickness of 10 nm to 100 nm.
제 1항에 있어서,
상기 음극 활물질의 라먼 피크의 강도비(I1360/I1580)가 0.1~O.7인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
A lithium ion battery having an intensity ratio (I 1360 / I 1580 ) of a Raman peak of the negative electrode active material of 0.1 to 0.7.
제 1항에 있어서,
상기 음극 활물질의 단위질량당의 불가역 용량이 20mAh/g~31mAh/g이고, 또한, 상기 음극 활물질의 방전 용량 밀도가 350mA/g~365mA/g인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
The irreversible capacity | capacitance per unit mass of the said negative electrode active material is 20 mAh / g-31 mAh / g, and the discharge capacity density of the said negative electrode active material is 350 mA / g-365 mA / g.
제 1항에 있어서,
상기 흑연핵재는 등방성 가압 처리가 이루어진 흑연 입자인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
The graphite nucleus material is a lithium ion battery is a graphite particle isotropic pressure treatment.
제 1항에 있어서,
상기 피복층은, 비산화성 분위기 중에서의 유기 화합물 또는 그 혼합물의 열분해에 의해 상기 저결정성 탄소에 의해 상기 흑연핵재의 표면에 형성된 탄소 피막인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
The coating layer is a lithium ion battery that is a carbon film formed on the surface of the graphite nucleus material by the low crystalline carbon by thermal decomposition of an organic compound or a mixture thereof in a non-oxidizing atmosphere.
제 10항에 있어서,
상기 피복층이, 상기 유기 화합물 또는 그 혼합물과 상기 흑연핵재를 접촉 조건하에서 열분해함으로써 얻어진 탄소 피막인 리튬 이온전지.
The method of claim 10,
The lithium ion battery, wherein the coating layer is a carbon film obtained by pyrolyzing the organic compound or a mixture thereof and the graphite nucleus material under contact conditions.
제 10항에 있어서,
상기 유기 화합물은, 액상으로 탄소화하는 유기 고분자 화합물인 리튬 이온전지.
The method of claim 10,
The organic compound is a lithium ion battery which is an organic polymer compound carbonized in the liquid phase.
제 10항에 있어서,
상기 유기 화합물은, 고상으로 탄소화하는 유기 수지인 리튬 이온전지.
The method of claim 10,
The said organic compound is a lithium ion battery which is an organic resin which carbonizes in a solid phase.
제 1항에 있어서,
상기 저결정성 탄소의 상기 복합 탄소 입자에 있어서 함유율은, 상기 흑연핵재와 상기 저결정성 탄소의 합계 질량의 0.1질량%~20질량%인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
The content rate of the said composite carbon particle | grains of the said low crystalline carbon is a lithium ion battery whose 0.1 mass%-20 mass% of the total mass of the said graphite nucleus material and the said low crystalline carbon.
제 1항에 있어서,
상기 양극이, 양극 활물질, 도전조제, 양극 바인더 및 집전체를 포함하는 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
The positive electrode comprises a positive electrode active material, a conductive aid, a positive electrode binder and a current collector.
제 1항에 있어서,
상기 양극이, 양극 활물질, 도전조제, 양극 바인더 및 집전체를 포함하고, 그 양극 활물질이,
Figure 112018114839256-pct00005

로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 1종인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
The positive electrode comprises a positive electrode active material, a conductive aid, a positive electrode binder and a current collector, the positive electrode active material,
Figure 112018114839256-pct00005

At least one lithium ion battery selected from the group consisting of.
제 1항에 있어서,
상기 양극이, 양극 활물질, 도전조제, 양극 바인더 및 집전체를 포함하고, 그 양극 활물질이, LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2인 리튬 이온전지.
The method of claim 1,
The positive electrode includes a positive electrode active material, a conductive aid, a positive electrode binder, and a current collector, and the positive electrode active material is LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 .
제 1항에 기재된 리튬 이온전지를 2개 이상, 직렬, 병렬 또는 직병렬로 접속한 전지 모듈.A battery module in which two or more lithium ion batteries according to claim 1 are connected in series, in parallel, or in parallel. 제 18항에 기재된 전지 모듈을, 외부 단자를 개입하여 외부 기기에 접속가능한 충방전 회로에 접속한 이동체 또는 정치용 축전 시스템.

A moving body or stationary power storage system, wherein the battery module according to claim 18 is connected to a charge / discharge circuit connectable to an external device via an external terminal.

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