KR20140016925A - Graphite particles for nonaqueous secondary battery and method for producing same, negative electrode and nonaqueous secondary battery - Google Patents
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Abstract
고용량이며, 또한 사이클 특성이 양호한 비수계 이차 전지용 부극재를 제공한다. 흑연 입자로서, 다음의 (A), (B), (C) 의 3 개의 요건을 만족하는 것을 특징으로 하는 비수계 이차 전지용 부극재. (A) DBP 흡유량이 0.42 ㎖/g 이상 0.85 ㎖/g 이하이다. (B) 비표면적이 0.5 ㎡/g 이상 6.5 ㎡/g 이하이다. (C) 라먼 R 값이 0.03 이상 0.19 이하이다. Provided is a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery having a high capacity and good cycle characteristics. The negative electrode material for non-aqueous secondary batteries as graphite particle which satisfy | fills three requirements of following (A), (B), (C). (A) The DBP oil absorption amount is 0.42 ml / g or more and 0.85 ml / g or less. (B) The specific surface area is 0.5 m <2> / g or more and 6.5 m <2> / g or less. (C) Raman R value is 0.03 or more and 0.19 or less.
Description
본 발명은 비수계 이차 전지에 사용하는 흑연 입자와, 그 흑연 입자를 사용하여 형성된 부극 (負極) 과, 그 부극을 갖는 비수계 이차 전지에 관한 것이다.The present invention relates to graphite particles used for a non-aqueous secondary battery, a negative electrode formed by using the graphite particles, and a non-aqueous secondary battery having the negative electrode.
최근, 전자기기의 소형화에 수반하여, 고용량의 이차 전지에 대한 수요가 높아지고 있다. 특히, 니켈·카드뮴 전지나, 니켈·수소 전지에 비해, 보다 에너지 밀도가 높고, 대전류 충방전 특성이 우수한 리튬 이온 이차 전지가 주목되고 있다. 종래, 리튬 이온 이차 전지의 고용량화는 널리 검토되고 있지만, 최근 리튬 이온 이차 전지에 대한 고성능화 요구가 고조됨에 따라, 추가적인 고용량화·대전류 충방전 특성·고온 보존 특성·고사이클 특성을 만족할 것이 요구되고 있다.In recent years, with the miniaturization of electronic devices, the demand for high capacity secondary batteries is increasing. In particular, attention has been paid to lithium-ion secondary batteries having higher energy density and excellent high-current charge / discharge characteristics than nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries. Conventionally, although high capacity | capacitance of a lithium ion secondary battery has been extensively examined, as the demand for high performance regarding a lithium ion secondary battery increases in recent years, it is required to satisfy | fill further high capacity | capacitance, large current charge-discharge characteristics, high temperature storage characteristics, and high cycle characteristics.
리튬 이온 이차 전지의 부극 재료로서는, 비용과 내구성면에서, 흑연 재료나 비정질 탄소가 사용되는 것이 많다. 그러나, 비정질 탄소 재료는, 실용화 가능한 재료 범위에서의 가역 용량이 작고, 활물질층의 고밀도화가 곤란한 점에서 고용량화에 이르지 않는 문제점이 있었다. 흑연 재료는 리튬 흡장의 이론 용량인 372 mAh/g 에 가까운 용량을 얻을 수 있어, 활물질로서 바람직한 것이 알려져 있다. 한편, 고용량화를 위해 부극 재료를 포함하는 활물질층을 고밀도화하면, 재료의 파괴·변형에 의해, 초기 사이클시의 충방전 불가역 용량의 증가, 대전류 충방전 특성의 저하, 사이클 특성의 저하와 같은 문제점이 있었다.As a negative electrode material of a lithium ion secondary battery, graphite material and amorphous carbon are used in many cases from cost and durability. However, the amorphous carbon material has a problem that the reversible capacity in the material range that can be put to practical use is small, and the capacity of the active material layer is difficult to be increased, leading to high capacity. Graphite materials can obtain a capacity close to 372 mAh / g, which is a theoretical capacity for lithium occlusion, and are known to be suitable as an active material. On the other hand, when the active material layer containing the negative electrode material is made high in order to increase the capacity, problems such as increase in charge / discharge irreversible capacity during initial cycle, decrease in large current charge / discharge characteristics, and deterioration in cycle characteristics are caused by material destruction and deformation. there was.
상기 문제점을 해결하기 위해, 예를 들어, 탄소 재료로서, 특허문헌 1 에 흡유량, 분체 부피 밀도, 입도 분포, 고유 저항이 특정한 범위에 있는 고밀도 등방성 흑연 분말을 사용함으로써, 도전성이 우수하고, 동박과의 밀착성이 우수하고, 방전 용량이 크고, 초기의 불가역 용량이 작고, 사이클 특성이 우수한 리튬 이차 전지 부극용 탄소 재료를 얻을 수 있는 것이 개시되어 있다.In order to solve the said problem, for example, as a carbon material, by using the high density isotropic graphite powder which has oil absorption amount, powder volume density, particle size distribution, and specific resistance in a specific range, it is excellent in electroconductivity, It is disclosed that the carbon material for lithium secondary battery negative electrode which is excellent in adhesiveness, has large discharge capacity, small initial irreversible capacity, and excellent cycle characteristics.
특허문헌 2 에 있어서는, 분쇄 용이함이 동일하고, 분체의 흡유량 및 원형도가 상이한 2 종류의 흑연 분말을 혼합함으로써, 고밀도에서도 침액성이 우수하고, 사이클 특성이 우수한 리튬 이차 전지 부극용 탄소 재료를 얻을 수 있는 것이 개시되어 있다.In patent document 2, the carbon material for lithium secondary battery negative electrodes which is excellent in immersion property and excellent in cycling characteristics is obtained by mixing two types of graphite powders with the same grinding | pulverization ease, and the oil absorption amount and circularity of a powder are different. It is disclosed that it can.
특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 코크스에 피치를 혼합하여, 냉간 정수압 성형법으로 성형하고, 얻어진 성형체를 열처리하여, 고밀도 등방성 흑연 블록으로 한 후, 분쇄, 분급함으로써 흑연 분말을 제조하고 있다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 성형체를 분쇄할 때에 재료가 단단하기 때문에, 비표면적이 커져, 전해액과의 반응성을 억제할 수 없어, 초기 효율의 저하나 사이클 특성의 저하를 초래한다는 문제가 확인되었다. In the technique described in Patent Document 1, graphite powder is produced by mixing pitch with coke, forming by cold hydrostatic molding, heat treating the obtained molded body to form a high density isotropic graphite block, and then pulverizing and classifying. However, according to the studies by the present inventors, since the material is hard when the molded body is pulverized, the specific surface area becomes large and the reactivity with the electrolyte solution cannot be suppressed, resulting in a problem of lowering initial efficiency and lowering cycle characteristics. It became.
특허문헌 2 에 기재된 기술에서는, 출발 원료로서 원형도가 낮은 인편상 (鱗片狀) 천연 흑연이나 코크스와 피치와, 원형도가 높은 구형화 천연 흑연을 따로따로 성형, 소성, 흑연화하여, DBP 흡유량이 50 ∼ 90 ㎖/100 g 과 30 ∼ 45 ㎖/100 g 인 흑연 분말을 얻고 있다. 이들 2 가지를 혼합함으로써 DBP 흡유량이 높고, 또한 비표면적이 낮은 재료를 얻고 있지만, 2 종류의 혼합물을 사용하고 있기 때문에, 전극 내에서의 미소 영역에서의 균일성에 문제가 있어, 예를 들어 인편상 천연 흑연 유래의 흑연이 많이 존재하는 부분에 있어서, 고밀도 전극에서는 Li 이온의 이동이 느려지고, 또한 라먼 R 값에 특별한 규정이 없기 때문에, Li 의 수용성 (반응성) 이 떨어져, 활물질층의 고밀도화, 전지의 고용량화가 곤란하고, 대전류 충방전 특성이 불충분하였다. 그리고 또한, 2 종류의 재료를 따로따로 제조하기 때문에, 제조법이 번잡하다는 과제가 있었다. In the technique described in Patent Literature 2, as a starting material, flaky natural graphite and coke having a low circularity and pitch and spherical natural graphite having a high circularity are molded, calcined, and graphitized separately to obtain DBP oil absorption. The graphite powder which is 50-90 ml / 100g and 30-45 ml / 100g is obtained. By mixing these two, a material having a high DBP oil absorption and a low specific surface area is obtained. However, since two kinds of mixtures are used, there is a problem in uniformity in the micro-regions in the electrode. In the part where a lot of graphite derived from natural graphite exists, the movement of Li ions is slowed in the high-density electrode, and since the Raman R value is not specified, the water solubility (reactivity) of Li falls and the density of the active material layer is increased. High capacity was difficult and the large current charge-discharge characteristics were insufficient. Moreover, since two types of materials are manufactured separately, there existed a problem that a manufacturing method was complicated.
본 발명은 이러한 배경 기술을 감안하여 이루어진 것으로, 그 과제는, 부극 활물질층을 고밀도화한 경우에도, 초기 효율이 높고, 대전류 충방전시에도 사이클 특성이 우수한 리튬 이온 이차 전지를 제조하기 위한 부극재를 제공하고, 그 결과, 고용량, 고입출력 특성, 고사이클 특성을 갖는 리튬 이온 이차 전지를 제공하는 것에 있다. This invention is made | formed in view of such a background art, The subject is a negative electrode material for manufacturing the lithium ion secondary battery which is high in initial stage efficiency and excellent cycling characteristics also at the time of high current charge / discharge even when the negative electrode active material layer is made high density. It is providing the lithium ion secondary battery which has a high capacity, a high input / output characteristic, and a high cycle characteristic as a result.
본 발명자들은 상기 과제를 해결하기 위해 예의 검토를 실시한 결과, 흑연을 복합화한 흑연 입자로서, DBP 흡유량, 비표면적, 라먼 R 값이 특정한 조건을 만족하는 부극재를 사용함으로써, 부극 활물질층을 고밀도화한 경우에도, 초기 효율이 높고, 대전류 충방전시에도 고사이클 특성을 만족할 수 있기 때문에, 그 결과, 고용량, 고사이클 특성을 갖는 리튬 이온 이차 전지를 얻을 수 있는 것을 알아내어, 본 발명에 이르렀다. MEANS TO SOLVE THE PROBLEM As a result of earnestly examining in order to solve the said subject, when the negative electrode material which DBP oil absorption amount, specific surface area, and Raman R value satisfy | fills specific conditions is used as graphite particle which compounded graphite, the negative electrode active material layer made high density Also in this case, since the initial efficiency is high and high cycle characteristics can be satisfied even at a large current charge / discharge, as a result, it was found that a lithium ion secondary battery having a high capacity and a high cycle characteristic was obtained, and the present invention was reached.
즉, 본 발명의 취지는, 흑연 입자로서, 다음의 (A), (B), (C) 의 3 개의 요건을 만족하는 것을 특징으로 하는 비수계 이차 전지용 부극재에 있다. That is, the gist of the present invention lies in the negative electrode material for a non-aqueous secondary battery characterized by satisfying the following three requirements as (A), (B) and (C) as graphite particles.
(A) DBP 흡유량이 0.42 ㎖/g 이상 0.85 ㎖/g 이하이다. (A) The DBP oil absorption amount is 0.42 ml / g or more and 0.85 ml / g or less.
(B) 비표면적이 0.5 ㎡/g 이상 6.5 ㎡/g 이하이다. (B) The specific surface area is 0.5 m <2> / g or more and 6.5 m <2> / g or less.
(C) 라먼 R 값이 0.03 이상 0.19 이하이다. (C) Raman R value is 0.03 or more and 0.19 or less.
본 발명의 부극재는, 그것을 비수계 이차 전지용 부극재로서 사용함으로써, 고용량, 고입출력 특성, 고온 보존 특성, 고사이클 특성을 갖는 비수계 이차 전지를 제공할 수 있다. 또, 본 발명의 비수계 이차 전지용 부극 재료의 제조 방법에 의하면, 상기 서술한 이점을 갖는 부극 재료를 제조할 수 있게 된다. The negative electrode material of the present invention can provide a non-aqueous secondary battery having high capacity, high input / output characteristics, high temperature storage characteristics, and high cycle characteristics by using it as a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery. Moreover, according to the manufacturing method of the negative electrode material for nonaqueous secondary batteries of this invention, it becomes possible to manufacture the negative electrode material which has the above-mentioned advantage.
도 1 은 수은 압입법으로 측정한 흑연 입자의 세공 용적 (Vi) 의 산출 방법 설명도
도 2 는 실시예 1 에서 얻어진 흑연 입자의 SEM 사진도 (도면 대용 사진)
도 3 은 비교예 1 에서 얻어진 흑연 입자의 SEM 사진도 (도면 대용 사진)BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Explanatory drawing of the calculation method of the pore volume Vi of the graphite particle measured by the mercury porosimetry.
2 is a SEM photograph of the graphite particles obtained in Example 1 (substitute drawing)
3 is a SEM photograph of the graphite particles obtained in Comparative Example 1 (drawing substitute photograph)
이하, 본 발명의 내용을 상세하게 서술한다. 또한, 이하에 기재하는 발명 구성 요건의 설명은, 본 발명의 실시양태의 일례 (대표예) 로서, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 한, 이들 형태에 특정되는 것은 아니다. EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the content of this invention is described in detail. In addition, description of the invention structural requirements described below is an example (representative example) of embodiment of this invention, This invention is not specific to these forms, unless the summary is deviated from the summary.
<흑연 입자의 물성><Physical Properties of Graphite Particles>
본 발명에 있어서의 흑연 입자의 물성은, 적어도 이하의 3 개의 조건을 만족하는 것이 특징이다. The physical properties of the graphite particles in the present invention are characterized by satisfying at least the following three conditions.
(A) DBP 흡유량이 0.42 ㎖/g 이상 0.85 ㎖/g 이하이다. (A) The DBP oil absorption amount is 0.42 ml / g or more and 0.85 ml / g or less.
(B) 비표면적이 0.5 ㎡/g 이상 6.5 ㎡/g 이하이다. (B) The specific surface area is 0.5 m <2> / g or more and 6.5 m <2> / g or less.
(C) 라먼 R 값이 0.03 이상 0.19 이하이다. (C) Raman R value is 0.03 or more and 0.19 or less.
이하에, 대표적인 물성값을 기재한다. Representative physical property values are described below.
(A : DBP 흡유량) (A: DBP oil absorption)
본 발명의 흑연 입자의 DBP 흡유량은, 0.42 ㎖/g 이상, 바람직하게는 0.45 ㎖/g 이상, 더욱 바람직하게는 0.50 ㎖/g 이상이다. 또, 0.85 ㎖/g 이하, 바람직하게는 0.80 ㎖/g 이하, 더욱 바람직하게는 0.76 ㎖/g 이하이다. The DBP oil absorption amount of the graphite particles of the present invention is at least 0.42 ml / g, preferably at least 0.45 ml / g, more preferably at least 0.50 ml / g. Moreover, it is 0.85 ml / g or less, Preferably it is 0.80 ml / g or less, More preferably, it is 0.76 ml / g or less.
DBP 흡유량이 이 범위보다 지나치게 작으면, 비수계 전해액이 침입 가능한 공극이 적어지기 때문에, 급속 충방전을 시켰을 때에 리튬 이온의 삽입 탈리가 늦어지고, 그에 따라 리튬 금속이 석출되어 사이클 특성이 악화되는 경향이 있다. 한편, 이 범위보다 지나치게 크면, 극판 제조시에 바인더가 공극에 흡수되기 쉬워지고, 그에 따라 극판 강도의 저하나 초기 효율의 저하를 초래하는 경향이 있다.If the DBP oil absorption is too small in this range, there are fewer pores into which the non-aqueous electrolyte can infiltrate. Therefore, when rapid charging and discharging is performed, the insertion and desorption of lithium ions is delayed, resulting in deposition of lithium metal and deterioration in cycle characteristics. There is this. On the other hand, when it is too large than this range, a binder becomes easy to be absorbed by a space | gap at the time of electrode plate manufacture, and it exists in the tendency which leads to the fall of pole plate strength and initial stage efficiency.
또한, DBP (프탈산디부틸) 흡유량의 측정은, 부극재를 사용하여 이하의 순서로 실시할 수 있다. In addition, the measurement of DBP (dibutyl phthalate) oil absorption amount can be performed in the following procedures using a negative electrode material.
DBP 흡유량의 측정은 JIS K 6217 에 준거하여, 측정 재료를 40 g 투입하고, 적하 속도 4 ㎖/min, 회전수 125 rpm 으로 하여, 토크의 최대값이 확인될 때까지 측정을 실시하여, 측정 개시부터 최대 토크를 나타낼 동안의 범위에서, 최대 토크의 70 % 의 토크를 나타내었을 때의 적하유량으로부터 산출된 값 (부극재 1 g 당의 DBP 적하유량) 에 의해 정의된다. The measurement of DBP oil absorption amount was carried out in 40 g of measurement materials based on JIS K 6217, and it measured until a maximum value of a torque was confirmed by making dropping speed 4 ml / min and rotation speed 125rpm, and start measurement. It is defined by the value (DBP dripping flow rate per 1g of negative electrode material) calculated from the dripping flow rate when the torque of 70% of the maximum torque is shown in the range during which the maximum torque is shown.
(B : 비표면적) (B: specific surface area)
본 발명의 흑연 입자의 비표면적은, BET 법을 이용하여 측정한 비표면적의 값으로, 0.5 ㎡·g-1 이상, 바람직하게는 1.0 ㎡·g-1 이상, 더욱 바람직하게는 1.3 ㎡·g-1 이상, 특히 바람직하게는 1.5 ㎡·g-1 이상이고, 또, 6.5 ㎡·g-1 이하, 바람직하게는 6.0 ㎡·g-1 이하, 더욱 바람직하게는 5.5 ㎡·g-1 이하, 특히 바람직하게는 5.0 ㎡·g-1 이하이다. The specific surface area of the graphite particles of the present invention is a value of the specific surface area measured using the BET method, and is 0.5 m 2 · g −1 or more, preferably 1.0 m 2 · g −1 or more, more preferably 1.3 m 2 · g -1 or more, Especially preferably, it is 1.5 m <2> * g <-1> or more, and 6.5 m <2> * g <-1> or less, Preferably it is 6.0 m <2> * g <-1> or less, More preferably, 5.5 m <2> * g <-1> or less, Especially preferably, it is 5.0 m <2> * g <-1> or less.
비표면적의 값이 이 범위를 하회하면, 부극 재료로서 사용한 경우의 충전시에 리튬의 수용성이 나빠지기 쉬워, 리튬 금속이 전극 표면에서 석출되기 쉬워져, 사이클 특성이 악화되는 경향이 있다. 한편, 이 범위를 상회하면, 부극 재료로서 사용했을 때에 비수계 전해액과의 반응성이 증가하여, 초기 효율이 저하되기 쉬워, 바람직한 전지를 얻기 어렵다. When the value of the specific surface area is less than this range, the water solubility of lithium tends to deteriorate during charging when used as the negative electrode material, and lithium metal tends to precipitate on the electrode surface, and the cycle characteristics tend to be deteriorated. On the other hand, when it exceeds this range, when used as a negative electrode material, the reactivity with a non-aqueous electrolyte solution increases and initial stage efficiency falls easily, and a preferable battery is hard to be obtained.
BET 법에 의한 비표면적의 측정은, 표면적계 (오오쿠라 리켄 제조 전자동 표면적 측정 장치) 를 이용하여, 시료에 대해 질소 유통하 350 ℃ 에서 15 분간, 예비 건조를 실시한 후, 대기압에 대한 질소의 상대압의 값이 0.3 이 되도록 정확하게 조정한 질소헬륨 혼합 가스를 사용하여, 가스 유동법에 의한 질소 흡착 BET1 점법에 의해 실시한다. 그 측정으로 구해지는 비표면적을 본 발명의 부극재의 비표면적이라고 정의한다. The measurement of the specific surface area by the BET method is performed by preliminary drying at 350 ° C. under nitrogen flow for 15 minutes using a surface area meter (automatic surface area measuring apparatus manufactured by Okura Riken), and then relative pressure of nitrogen to atmospheric pressure. The nitrogen adsorption BET1 point method by the gas flow method is performed using the nitrogen helium mixed gas correctly adjusted so that the value of may be 0.3. The specific surface area determined by the measurement is defined as the specific surface area of the negative electrode material of the present invention.
(C : 라먼 R 값) (C: Raman R value)
본 발명의 흑연 입자의 라먼 R 값은, 아르곤 이온 레이저 라먼 스펙트럼법을 이용하여 측정한 값으로, 0.03 이상, 바람직하게는 0.05 이상, 더욱 바람직하게는 0.07 이상이고, 또, 0.19 이하이며, 바람직하게는 0.18 이하, 더욱 바람직하게는 0.16 이하, 특히 바람직하게는 0.14 이하이다. The Raman R value of the graphite particles of the present invention is a value measured using argon ion laser Raman spectroscopy, and is 0.03 or more, preferably 0.05 or more, more preferably 0.07 or more, and 0.19 or less, preferably Is 0.18 or less, more preferably 0.16 or less, particularly preferably 0.14 or less.
라먼 R 값이 상기 범위를 하회하면, 입자 표면의 결정성이 지나치게 높아져, 충방전에 수반하여 리튬이 층간에 들어가는 사이트가 적어지는 경우가 있다. 즉, 충전 수용성이 저하되어 사이클 특성이 악화되는 경우가 있다. 또, 집전체에 도포한 후, 프레스함으로써 부극을 고밀도화한 경우에 전극판과 평행 방향으로 결정이 배향되기 쉬워져, 부하 특성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 한편, 상기 범위를 상회하면, 입자 표면의 결정성이 저하되어, 비수계 전해액과의 반응성이 증가하여, 초기 효율의 저하나 가스 발생의 증가를 초래하는 경우가 있다. When Raman R value is less than the said range, the crystallinity of a particle surface will become high too much, and there may be few sites which lithium enters between layers with charge and discharge. That is, charge water solubility may fall and cycling characteristics may deteriorate. In addition, when the negative electrode is densified by applying it to the current collector after pressing it, the crystal tends to be oriented in the direction parallel to the electrode plate, resulting in a decrease in load characteristics. On the other hand, when it exceeds the said range, the crystallinity of a particle surface will fall, the reactivity with a non-aqueous electrolyte solution may increase, and it may cause the fall of initial stage efficiency and the increase of gas generation.
여기서, 본 발명의 구성 요소인 (A) DBP 흡유량과 (B) 비표면적과 (C) 라먼 R 값의 관계에 대하여 기재한다. 일반적으로 DBP 흡유량은 카본 블랙 등의 큰 비표면적을 갖는 저결정성인 재료 등의 평가에 이용되고 있다. 이 수법으로 종래의 부극재를 측정하면, DBP 흡유량이 높은 재료는 비표면적이 높고, 또한, 라먼 R 값도 높은 재료가 되기 쉬워, 전술한 것이나 비교예에 나타내는 바와 같이, 사이클 특성과 초기 효율을 더욱 개선한 재료를 얻을 수 없었다. Here, the relationship between (A) DBP oil absorption amount, (B) specific surface area, and (C) Raman R value which are components of this invention is described. Generally, DBP oil absorption amount is used for evaluation of low crystalline material etc. which have big specific surface areas, such as carbon black. When the conventional negative electrode material is measured by this method, a material having a high DBP oil absorption is likely to be a material having a high specific surface area and a high Raman R value, and as shown in the foregoing and comparative examples, the cycle characteristics and initial efficiency are improved. Further improved materials could not be obtained.
급속 충방전시의 사이클 특성을 고려한 경우, 리튬의 수용성이 높고, 전해액과의 반응성이 낮은 재료는, 전극 표면에서 리튬 금속으로서 석출되는 로스나, 표면 피막 (SEI) 으로서 소비하는 로스가 작고, 따라서 사이클 특성이 우수하다고 생각된다. 또, 초기 효율도 동일하게 전해액과의 반응성이 낮은 재료가 유리하다고 생각된다. In consideration of the cycle characteristics at the time of rapid charging and discharging, materials having a high water solubility of lithium and low reactivity with an electrolyte solution have a low loss of lithium deposited on the surface of the electrode as lithium metal and a loss of loss as a surface coating (SEI). It is thought that cycle characteristics are excellent. In addition, similarly to the initial efficiency, it is considered that a material having low reactivity with the electrolyte solution is advantageous.
또, 리튬의 수용성이 높은 재료란, 전해액과의 접촉 면적이 넓은 재료로, 반응 면적이 크고, 또한, 부극 입자 표면의 결정성이 낮은 (흑연의 층간이 넓고, La·Lc 가 작은) 재료로 생각되며, 즉, DBP 흡유량이 높고, 비표면적이 크고, 라먼 R 값이 높은 재료가 리튬의 수용성이 높은 것으로 생각된다. In addition, a material having a high water solubility of lithium is a material having a large contact area with the electrolyte solution and having a large reaction area and low crystallinity on the surface of the negative electrode particles (large interlayer of graphite and small La · Lc). In other words, it is considered that a material having a high DBP oil absorption, a large specific surface area, and a high Raman R value has a high water solubility of lithium.
한편, 전해액과의 반응성이 낮은 재료란, 전해액과의 접촉 면적이 좁은 재료로, 반응 면적이 작고, 또한, 부극재 입자 표면의 결정성이 높은 (흑연의 층간이 좁고, La·Lc 가 큰) 재료로 생각되며, 즉, DBP 흡유량이 낮고, 비표면적이 작고, 라먼 R 값이 낮은 재료가 전해액과의 반응성이 낮다고 생각되어, 상기 리튬의 수용성과는 상반되는 경향이라고 생각된다. On the other hand, a material having low reactivity with an electrolyte solution is a material having a narrow contact area with the electrolyte solution, and has a small reaction area and high crystallinity on the surface of the negative electrode material particles (narrow interlayer of graphite and large La · Lc). It is considered to be a material, that is, a material having a low DBP oil absorption, a small specific surface area, and a low Raman R value is considered to have low reactivity with an electrolyte solution, which is considered to be in a tendency to be incompatible with the aqueous solubility of lithium.
요컨대, 전해액과의 접촉 면적은 어느 정도 넓고, 반응 면적은 어느 정도 작고, 또한, 부극재 입자 표면의 결정성을 어느 특정한 범위로 함으로써, 사이클 특성과 초기 효율을 양립시킬 수 있는 것으로 생각된다. In other words, it is considered that the contact area with the electrolyte is somewhat wide, the reaction area is somewhat small, and the crystallinity of the surface of the negative electrode material particles is in a certain range so that both the cycle characteristics and the initial efficiency can be achieved.
요컨대, 본 발명은 부극재의 DBP 흡유량을 높은 범위로 유지한 채, 비표면적을 낮은 범위로 억제하고, 또한, 라먼 R 값을 어느 특정한 범위로 함으로써, 리튬 이온의 삽입 탈리를 빠르게 함과 함께, 비수계 전해액과의 반응성을 억제하여, 사이클 특성이 우수하고, 초기 효율이 높은 부극재를 얻을 수 있는 것이다. In short, the present invention maintains the DBP oil absorption amount of the negative electrode material in a high range, suppresses the specific surface area in a low range, and further sets the Raman R value to a specific range, thereby speeding up the insertion and removal of lithium ions, It is possible to obtain a negative electrode material having excellent cycle characteristics and high initial efficiency by suppressing reactivity with an aqueous electrolyte solution.
라먼 스펙트럼의 측정은, 라먼 분광기 (니혼 분코우사 제조 라먼 분광기) 를 이용하여, 시료를 측정 셀 내에 자연 낙하시켜 충전하고, 셀 내의 샘플 표면에 아르곤 이온 레이저광을 조사하면서, 셀을 레이저광과 수직인 면 내에서 회전시킴으로써 실시한다. 얻어지는 라먼 스펙트럼에 대하여, 1580 ㎝-1 부근의 피크 PA 의 강도 IA 와 1360 ㎝-1 부근의 피크 PB 의 강도 IB 를 측정하여, 그 강도비 R (R=IB/IA) 을 산출한다. 그 측정으로 산출되는 라먼 R 값을 본 발명의 부극 활물질의 라먼 R 값이라고 정의한다. The measurement of the Raman spectrum is performed by using a Raman spectrometer (Raman spectrometer manufactured by Nippon Bunko Corporation) to naturally drop the sample into the measurement cell and to fill the sample, and to irradiate the sample surface in the cell with argon ion laser light, thereby perpendicularing the cell to the laser light. It carries out by rotating in phosphorus surface. With respect to the obtained Raman spectrum, the intensity I A of the peak P A near 1580 cm −1 and the intensity I B of the peak P B near 1360 cm −1 were measured, and the intensity ratio R (R = I B / I A ) To calculate. The Raman R value calculated by the measurement is defined as the Raman R value of the negative electrode active material of the present invention.
또, 상기의 라먼 측정 조건은, 다음과 같다. Moreover, said Raman measurement conditions are as follows.
·아르곤 이온 레이저 파장 : 514.5 ㎚· Argon ion laser wavelength: 514.5 nm
·시료 상의 레이저 파워 : 15 ∼ 25 mWLaser power on sample: 15 to 25 mW
·분해능 : 10 ∼ 20 ㎝-1 Resolution: 10-20 cm -1
·측정 범위 : 1100 ㎝-1 ∼ 1730 ㎝-1 Measuring range: 1100 cm -1 to 1730 cm -1
·라먼 R 값, 라먼 반치폭 해석 : 백그라운드 처리Raman R value, Raman half width analysis: background processing
·스무딩 처리 : 단순평균, 콘벌루션 5 포인트 Smoothing process: simple average, 5 convolution points
본 발명의 흑연 입자의 그 밖의 물성으로서는, 이하의 물성을 갖는 것인 것이 바람직하다. As other physical properties of the graphite particle of this invention, it is preferable to have the following physical properties.
(라먼 반치폭)(Raman half width)
본 발명의 흑연 입자의 1580 ㎝-1 부근의 라먼 반치폭은 특별히 제한되지 않지만, 통상 10 ㎝-1 이상, 바람직하게는 15 ㎝-1 이상이며, 또, 통상 100 ㎝-1 이하, 바람직하게는 80 ㎝-1 이하, 더욱 바람직하게는 60 ㎝-1 이하, 특히 바람직하게는 40 ㎝-1 이하이다. The Raman half width in the vicinity of 1580 cm −1 of the graphite particles of the present invention is not particularly limited, but is usually 10 cm −1 or more, preferably 15 cm −1 or more, and usually 100 cm −1 or less, preferably 80 It is cm- 1 or less, More preferably, it is 60 cm <-1> or less, Especially preferably, it is 40 cm <-1> or less.
라먼 반치폭이 상기 범위를 하회하면, 입자 표면의 결정성이 지나치게 높아 져, 충방전에 수반하여 Li 가 층간에 들어가는 사이트가 적어지는 경우가 있다. 즉, 충전 수용성이 저하되어 사이클 특성이 저하되는 경우가 있다. 또, 집전체에 도포한 후, 프레스함으로써 부극을 고밀도화했을 경우에 전극판과 평행 방향으로 결정이 배향되기 쉬워져, 부하 특성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 한편, 상기 범위를 상회하면, 입자 표면의 결정성이 저하되어, 비수계 전해액과의 반응성이 증가하여, 효율의 저하나 가스 발생의 증가를 초래하는 경우가 있다. If the Raman half width is less than the above range, the crystallinity of the particle surface may be too high, and there may be fewer sites at which Li enters between layers with charging and discharging. That is, charge water solubility may fall and cycling characteristics may fall. Moreover, after apply | coating to an electrical power collector, when densifying a negative electrode by pressing, it becomes easy to orient crystal in the direction parallel to an electrode plate, and may cause the fall of a load characteristic. On the other hand, if it exceeds the above-mentioned range, the crystallinity of the particle surface is lowered and the reactivity with the non-aqueous liquid electrolyte is increased, which may result in reduction of efficiency and increase of gas generation.
얻어진 라먼 스펙트럼의 1580 ㎝-1 부근의 피크 (PA) 의 반치폭을 측정하여, 이것을 본 발명의 부극 활물질의 라먼 반치폭이라고 정의한다. The half value width of the peak P A near 1580 cm <-1> of the obtained Raman spectrum is measured, and this is defined as the Raman half value width of the negative electrode active material of this invention.
(표면 관능기 (O/C))(Surface functional group (O / C))
본 발명의 흑연 입자의 표면 관능기 (O/C) 는, 하기 식 1 로 나타내는, O/C 가 통상 0.1 % 이상, 바람직하게는 0.2 % 이상, 더욱 바람직하게는 0.3 % 이상이고, 특히 바람직하게는 0.5 이상이며, 통상 2.0 % 이하, 바람직하게는 1.4 % 이하, 더욱 바람직하게는 1.0 % 이하이다. As for the surface functional group (O / C) of the graphite particle of this invention, O / C represented by following formula 1 is 0.1% or more normally, Preferably it is 0.2% or more, More preferably, it is 0.3% or more, Especially preferably, It is 0.5 or more, Usually 2.0% or less, Preferably it is 1.4% or less, More preferably, it is 1.0% or less.
표면 관능기 (O/C) 가 지나치게 작으면, 전해액과의 반응성이 부족하여, 안정된 SEI 형성을 할 수 없어 사이클 특성이 악화될 우려가 있다. 한편, 표면 관능기 (O/C) 가 지나치게 크면, 입자 표면의 결정이 흐트러져, 전해액과의 반응성이 증가하여, 불가역 용량의 증가나 가스 발생의 증가를 초래할 우려가 있다.If the surface functional group (O / C) is too small, the reactivity with the electrolyte solution may be insufficient, and stable SEI formation may not be possible and cycle characteristics may deteriorate. On the other hand, when the surface functional group (O / C) is too large, the crystals on the surface of the particles are disturbed and the reactivity with the electrolyte solution increases, which may cause an increase in irreversible capacity and increase in gas generation.
식 1Equation 1
O/C (%) = X 선 광전자 분광법 (XPS) 분석에 있어서의 O1s 의 스펙트럼의 피크 면적에 기초하여 구한 O 원자 농도 × 100/XPS 분석에 있어서의 C1s 의 스펙트럼의 피크 면적에 기초하여 구한 C 원자 농도 O / C (%) = C obtained based on the peak area of the spectrum of C1s in O atom concentration x 100 / XPS analysis determined based on the peak area of the spectrum of O1s in X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis Atomic concentration
본 발명의 흑연 입자의 표면 관능기 (O/C) 는, X 선 광전자 분광법 (XPS) 을 이용하여 측정할 수 있다. The surface functional group (O / C) of the graphite particle of this invention can be measured using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
표면 관능기 (O/C) 는, X 선 광전자 분광법 측정으로서 X 선 광전자 분광기를 이용하여, 측정 대상을 표면이 평탄해지도록 시료대에 올려놓고, 알루미늄의 Kα 선을 X 선원으로 하고, 멀티플렉스 측정에 의해, C1s (280 ∼ 300 eV) 와 O1s (525 ∼ 545 eV) 의 스펙트럼을 측정한다. 얻어진 C1s 의 피크탑을 284.3 eV 로 하여 대전 보정하고, C1s 와 O1s 의 스펙트럼의 피크 면적을 구하고, 또한 장치 감도 계수를 곱하여, C 와 O 의 표면 원자 농도를 각각 산출한다. 얻어진 그 O 와 C 의 원자 농도비 O/C (O 원자 농도/C 원자 농도) 를 본 발명의 흑연 입자의 표면 관능기 (O/C) 라고 정의한다. The surface functional group (O / C) uses an X-ray photoelectron spectrometer as an X-ray photoelectron spectroscopy measurement, and puts a measurement object on a sample stage so that the surface becomes flat, and sets the Kα ray of aluminum as an X-ray source and performs multiplex measurement. By this, the spectra of C1s (280 to 300 eV) and O1s (525 to 545 eV) are measured. The peak top of the obtained C1s is charged to 284.3 eV, charge correction is performed, the peak areas of the spectra of C1s and O1s are obtained, and the device sensitivity coefficients are further multiplied to calculate the surface atom concentrations of C and O, respectively. The obtained atomic concentration ratio O / C (O atomic concentration / C atomic concentration) of the O and C is defined as the surface functional group (O / C) of the graphite particles of the present invention.
(세공 용적 (Vi))(Working volume (Vi))
본 발명의 흑연 입자의 세공 용적 (Vi) 은, 수은 압입법 (수은 포로시메트리) 을 이용하여 측정한 값으로, 통상 0.10 ㎖/g 이상, 바람직하게는 0.12 ㎖/g 이상, 더욱 바람직하게는 0.14 ㎖/g 이상이며, 또, 통상 0.30 ㎖/g 이하이고, 바람직하게는 0.28 ㎖/g 이하, 더욱 바람직하게는 0.25 ㎖/g 이하이다. The pore volume Vi of the graphite particles of the present invention is a value measured using a mercury porosimetry (mercury porosimetry), and is usually 0.10 ml / g or more, preferably 0.12 ml / g or more, more preferably 0.14 It is ml / g or more, and is usually 0.30 ml / g or less, preferably 0.28 ml / g or less, and more preferably 0.25 ml / g or less.
세공 용적 (Vi) 이 상기 범위를 하회하면, 비수계 전해액이 침입 가능한 공극이 적어지기 때문에, 급속 충방전을 시켰을 때에 리튬 이온의 삽입 탈리가 늦어지고, 그에 따라 리튬 금속이 석출되어 사이클 특성이 악화되는 경향이 있다. 한편, 상기 범위를 상회하면, 극판 제조시에 바인더가 공극에 흡수되기 쉬워지고, 그에 따라 극판 강도의 저하나 초기 효율의 저하를 초래하는 경향이 있다.If the pore volume (Vi) is lower than the above range, there are fewer pores into which the non-aqueous electrolyte solution can penetrate. Therefore, when rapid charging and discharging is performed, the insertion and removal of lithium ions is delayed, resulting in deposition of lithium metal and deteriorating cycle characteristics. Tends to be. On the other hand, when it exceeds the said range, a binder becomes easy to be absorbed by a space | gap at the time of electrode plate manufacture, and there exists a tendency which leads to the fall of pole plate strength and initial stage efficiency.
수은 압입법의 측정으로서는, 수은 포로시미터 (마이크로 메리틱스사 제조의 오토포아 9520) 를 이용하여, 파우더용 셀에 시료 (부극재) 를 0.2 g 전후 칭량 봉입하고, 실온, 진공하 (50 ㎛Hg 이하) 에서 10 분간의 탈기 전처리를 실시한 후, 4 psia 까지 스텝상으로 감압하여 수은을 도입하고, 4 psia 로부터 40000 psia 까지 스텝상으로 승압시키고, 다시 25 psia 까지 강압시켰다. 얻어진 수은 압입 곡선으로부터 Washburn 의 식을 이용하여 세공 분포를 산출하였다. 또한, 수은의 표면 장력은 485 dyne/cm, 접촉각은 140 °로 산출하였다. As a measurement of the mercury porosimetry, 0.2 g of a sample (negative electrode material) was weighed and encapsulated in a powder cell using a mercury porosimeter (Autopora 9520 manufactured by Micromeritics Co., Ltd.), and at room temperature and under vacuum (50 µm). Hg or less), after 10 minutes of degassing pretreatment, mercury was introduced by depressurizing to 4 psia in a step phase, and stepped up from 4 psia to 40000 psia and stepped down to 25 psia. Pore distribution was computed using the formula of Washburn from the obtained mercury intrusion curve. In addition, the surface tension of mercury was calculated to be 485 dyne / cm, and the contact angle was 140 degrees.
여기서, 세공 용적 (Vi) 은, 얻어진 세공 분포 (적분 곡선) 를 기준으로, 후술하는 도 1 에 나타내는 바와 같이 접선을 긋고, 접선과 적분 곡선의 분기점을 구하여, 그 때의 세공 용적을 Vp 로 한다. 전체 세공 용적으로부터 세공 용적 (Vp) 을 뺀 값을 세공 용적 (Vi) 으로 정의한다. Here, pore volume Vi draws a tangent line as shown in FIG. 1 mentioned later on the basis of the obtained pore distribution (integration curve), calculates the branch point of a tangent line and an integration curve, and makes pore volume at that time Vp. . The value obtained by subtracting the pore volume Vp from the total pore volume is defined as the pore volume Vi.
세공 용적 (Vi) = 전체 세공 용적 - 세공 용적 (Vp)Pore volume (Vi) = total pore volume-pore volume (Vp)
세공 용적 (Vi) 은 흑연 입자의 내부 공극량을 주로 반영하고 있는 것으로 생각되며, 세공 용적 (Vi) 이 클수록 입자 내부에 공극이 많은 것으로 추정된다. 한편, 세공 용적 (Vp) 은 주로 입자간의 공극을 반영하고 있는 것으로 생각된다. The pore volume Vi is considered to mainly reflect the internal pore amount of the graphite particles, and it is assumed that the larger the pore volume Vi, the more voids therein. On the other hand, pore volume Vp is considered to mainly reflect the space | gap between particle | grains.
(전체 세공 용적)(Total pore volume)
본 발명의 흑연 입자의 전체 세공 용적 (ⅰ) 은, 상기 수은 압입법 (수은 포로시메트리) 을 이용하여 측정한 값으로, 통상 0.48 ㎖/g 이상, 바람직하게는 0.50 ㎖/g 이상, 더욱 바람직하게는 0.52 ㎖/g 이상이며, 또, 통상 0.95 ㎖/g 이하이고, 바람직하게는 0.93 ㎖/g 이하, 더욱 바람직하게는 0.90 ㎖/g 이하이다. The total pore volume of the graphite particles of the present invention is a value measured using the mercury porosimetry (mercury porosimetry), and is usually 0.48 ml / g or more, preferably 0.50 ml / g or more, more preferably Is 0.52 ml / g or more, and is usually 0.95 ml / g or less, preferably 0.93 ml / g or less, and more preferably 0.90 ml / g or less.
전체 세공 용적이 상기 범위를 하회하면, 비수계 전해액이 침입 가능한 공극이 적어지기 쉬워, 급속 충방전을 시켰을 때에 리튬 이온의 삽입 탈리가 늦어지고, 그에 따라 리튬 금속이 석출되어 사이클 특성이 악화되는 경향이 있다. 한편, 상기 범위를 상회하면, 극판 제조시에 바인더가 공극에 흡수되기 쉬워지고, 그에 따라 극판 강도의 저하나 초기 효율의 저하를 초래하는 경향이 있다. When the total pore volume is less than the above range, there are less pores into which the non-aqueous electrolyte can penetrate, and when the rapid charging and discharging is performed, the insertion and desorption of lithium ions is delayed, whereby lithium metal precipitates and the cycle characteristics deteriorate. There is this. On the other hand, when it exceeds the said range, a binder becomes easy to be absorbed by a space | gap at the time of electrode plate manufacture, and there exists a tendency which leads to the fall of pole plate strength and initial stage efficiency.
(탭 밀도)(Tap density)
본 발명의 흑연 입자의 탭 밀도는, 통상 0.70 g·cm-3 이상, 바람직하게는 0.80 g·cm-3 이상, 더욱 바람직하게는 0.90 g·cm-3 이상이며, 또, 통상 1.25 g·cm-3 이하, 바람직하게는 1.20 g·cm-3 이하, 더욱 바람직하게는 1.18 g·cm-3 이하, 특히 바람직하게는 1.15 g·cm-3 이하이다. 탭 밀도가 상기 범위를 하회하면, 부극으로서 사용한 경우에 충전 밀도가 오르기 어려워, 고용량의 전지를 얻을 수 없는 경우가 있다. 또, 상기 범위를 상회하면, 전극 중의 입자간의 공극이 지나치게 적어져, 입자간의 도전성이 확보되기 어려워져, 바람직한 전지 특성을 얻기 어려운 경우가 있다. The tap density of the graphite particles of the present invention is usually 0.70 g · cm −3 or more, preferably 0.80 g · cm −3 or more, more preferably 0.90 g · cm −3 or more, and usually 1.25 g · cm -3 or less, Preferably it is 1.20 g * cm <-3> or less, More preferably, it is 1.18 g * cm <-3> or less, Especially preferably, it is 1.15 g * cm <-3> or less. When the tap density is lower than the above range, the charge density is difficult to rise when used as the negative electrode, and a high capacity battery may not be obtained. Moreover, when it exceeds the said range, the space | gap between particle | grains in an electrode will become small too much, the electroconductivity between particle | grains will become difficult to be ensured, and preferable battery characteristic may be hard to be acquired.
탭 밀도의 측정은, 눈금 간격 300 ㎛ 의 체를 통과시켜, 20 ㎤ 의 탭핑 셀에 시료를 낙하시켜 셀의 상단면까지 시료를 채운 후, 분체 밀도 측정기 (예를 들어, 세이신 기업사 제조 탭덴서) 를 이용하여, 스트로크 길이 10 ㎜ 의 탭핑을 1000 회 실시하여, 그 때의 체적과 시료의 질량으로부터 탭 밀도를 산출한다. 그 측정으로 산출되는 탭 밀도를 본 발명의 부극 활물질의 탭 밀도로서 정의한다. The measurement of the tap density was carried out through a sieve with a 300 µm graduation interval, and the sample was dropped into a 20 cm 3 tapping cell to fill the sample up to the top surface of the cell, followed by a powder density measuring instrument (e.g., a tap manufactured by Seishin Corporation). Using a denser), tapping with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the tap density is calculated from the volume at that time and the mass of the sample. The tap density calculated by the measurement is defined as the tap density of the negative electrode active material of the present invention.
(체적 기준 평균 입경)(Average particle size by volume)
본 발명의 흑연 입자의 체적 기준 평균 입경은, 레이저 회절·산란법에 의해 구한 체적 기준의 평균 입경 (메디안 직경) 이 통상 1 ㎛ 이상, 바람직하게는 3 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 이상, 특히 바람직하게는 7 ㎛ 이상이며, 또, 통상 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 40 ㎛ 이하, 특히 바람직하게는 30 ㎛ 이하이다. The volume-based average particle diameter of the graphite particles of the present invention, the average particle diameter (median diameter) of the volume basis determined by the laser diffraction and scattering method is usually 1 µm or more, preferably 3 µm or more, more preferably 5 µm or more, Especially preferably, it is 7 micrometers or more, and is usually 100 micrometers or less, Preferably it is 50 micrometers or less, More preferably, it is 40 micrometers or less, Especially preferably, it is 30 micrometers or less.
체적 기준 평균 입경이 상기 범위를 하회하면, 불가역용량이 증대하여, 초기의 전지 용량의 손실을 초래하게 되는 경우가 있다. 또, 상기 범위를 상회하면, 도포에 의해 전극을 제조할 때에, 불균일한 도면 (塗面) 이 되기 쉬워, 전지 제조 공정 상 바람직하지 않은 경우가 있다.If the volume-based average particle diameter is less than the above range, the irreversible capacity may increase, resulting in a loss of initial battery capacity. Moreover, when it exceeds the said range, when manufacturing an electrode by application | coating, it will become a nonuniform figure easily, and may be undesirable in a battery manufacturing process.
체적 기준 평균 입경의 측정은, 계면활성제인 폴리옥시에틸렌 (20) 소르비탄 모노라우레이트의 0.2 질량% 수용액 (약 10 ㎖) 에 탄소 분말을 분산시켜, 레이저 회절·산란식 입도 분포계 (호리바 제작소사 제조 LA-700) 를 이용하여 실시한다. 그 측정으로 구해지는 메디안 직경을 본 발명의 부극재의 체적 기준 평균 입경이라고 정의한다. The volume-based average particle diameter was measured by dispersing the carbon powder in a 0.2 mass% aqueous solution (about 10 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate as a surfactant, and using a laser diffraction scattering particle size distribution system (produced by Horiba). And LA-700 manufactured by Sosa. The median diameter determined by the measurement is defined as the volume reference average particle diameter of the negative electrode material of the present invention.
(X 선 파라미터)(X-ray parameter)
본 발명의 흑연 입자의 학진법에 의한 X 선 회절에 의해 구한 탄소질 재료의 결정자 사이즈 (Lc), (La) 는, 각각 30 ㎚ 이상인 것이 바람직하고, 그 중에서도 100 ㎚ 이상인 것이 더욱 바람직하다. 결정자 사이즈가 이 범위이면, 부극재에 충전 가능한 리튬량이 많아져, 고용량을 얻기 쉽기 때문에 바람직하다. The crystallite sizes (Lc) and (La) of the carbonaceous material determined by X-ray diffraction by the method for studying graphite particles of the present invention are each preferably 30 nm or more, more preferably 100 nm or more. If the crystallite size is within this range, the amount of lithium that can be charged in the negative electrode material increases, which is preferable because high capacity is easily obtained.
(배향비)(Orientation ratio)
본 발명의 흑연 입자의 분체의 배향비는, 통상 0.005 이상, 바람직하게는 0.01 이상, 더욱 바람직하게는 0.015 이상이며, 또, 통상 0.67 이하, 바람직하게는 0.5 이하, 보다 바람직하게는 0.4 이하이다. 배향비가 지나치게 작아, 상기 범위를 하회하면, 고밀도 충방전 특성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 상기 범위의 통상적인 상한은, 탄소질 재료의 배향비의 이론 상한값이다. The orientation ratio of the powder of the graphite particles of the present invention is usually 0.005 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.015 or more, and usually 0.67 or less, preferably 0.5 or less, and more preferably 0.4 or less. When an orientation ratio is too small and it is less than the said range, there exists a tendency for a high density charge / discharge characteristic to fall. In addition, the normal upper limit of the said range is a theoretical upper limit of the orientation ratio of carbonaceous material.
배향비는, 시료를 가압 성형하고 나서 X 선 회절에 의해 측정한다. 시료 0.47 g 을 직경 17 ㎜ 의 성형기에 충전하여 58.8 MN·m- 2 로 압축하여 얻은 성형체를, 점토를 사용하여 측정용 시료 홀더의 면과 동일한 면이 되도록 세트하여 X 선 회절을 측정한다. 얻어진 탄소의 (110) 회절과 (004) 회절의 피크 강도로부터, (110) 회절 피크 강도/(004) 회절 피크 강도로 나타내는 비를 산출한다. 그 측정으로 산출되는 배향비를 본 발명의 부극재의 배향비라고 정의한다. The orientation ratio is measured by X-ray diffraction after pressure-molding the sample. 0.47 g of the sample filled in a molding machine having a diameter of 17 ㎜ to 58.8 MN · m - a molded body obtained by compressing to 2, and set by using the clay so that the same plane as the surface of the sample holder for measurement to measure the X-ray diffraction. From the peak intensity of (110) diffraction and (004) diffraction of the obtained carbon, a ratio represented by (110) diffraction peak intensity / (004) diffraction peak intensity is calculated. The orientation ratio computed by the measurement is defined as the orientation ratio of the negative electrode material of this invention.
X 선 회절 측정 조건은 다음과 같다. 또한, 「2θ」는 회절각을 나타낸다. The X-ray diffraction measurement conditions are as follows. Further, " 2 &thetas; " indicates a diffraction angle.
·타겟 : Cu (Kα선) 그라파이트 모노크로미터Target: Cu (Kα-ray) graphite monochromator
·슬릿 : Slit:
발산 슬릿 = 0.5 도 Divergence slit = 0.5 degree
수광 슬릿 = 0.15 ㎜ Light receiving slit = 0.15 mm
산란 슬릿 = 0.5 도 Scattering slit = 0.5 degree
·측정 범위 및 단계 각도/계측 시간 : Measurement range and step angle / measurement time:
(110) 면 : 75 도 ≤ 2θ ≤ 80 도 1 도/60 초 (110) plane: 75 degrees ≤ 2θ ≤ 80 degrees 1 degree / 60 seconds
(004) 면 : 52 도 ≤ 2θ ≤ 57 도 1 도/60 초 (004) plane: 52 degrees ≤ 2θ ≤ 57 degrees 1 degree / 60 seconds
<흑연 입자의 형태><Form of Graphite Particles>
본 발명의 흑연 입자의 형태는, 특별히 한정되지는 않지만, 구상, 타원상, 괴상, 판상, 다각형상 등을 들 수 있고, 그 중에서도 구상, 타원상, 괴상, 다각형상이 부극으로 했을 때에 입자의 충전성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. Although the form of the graphite particle of this invention is not specifically limited, A spherical form, an ellipse form, a block form, a plate form, a polygonal form etc. are mentioned, Especially, when a spherical form, an ellipse form, a block form, and a polygonal form make a negative electrode, the particle filling is carried out. It is preferable because the property can be improved.
또, 본 발명의 흑연 입자의 표면 형태는, 특별히 한정되지는 않지만, 후술하는 도 3 의 SEM 사진에 나타내는 바와 같이 요철 구조를 갖는 것이 바람직하다. 요철 구조로서는, 예를 들어, (1) 구상이나 타원상 등의 입자 표면에 구멍이 뚫린 오목부 구조나, (2) 구상이나 타원상 등의 입자 표면에 미립자가 결착된 볼록부 구조 등을 들 수 있다. 입자 표면에 요철 구조를 가지면, 고밀도의 부극으로 한 경우에도 비수계 전해액이 침입 가능한 공극을 확보할 수 있으므로, 사이클 특성의 향상을 기대할 수 있다. Moreover, although the surface form of the graphite particle of this invention is not specifically limited, It is preferable to have an uneven structure as shown to the SEM photograph of FIG. 3 mentioned later. Examples of the uneven structure include (1) a concave portion structure in which holes are formed in the surface of particles such as spherical shape and ellipse shape, and (2) convex portion structure in which fine particles are bound to the surface of particles such as spherical shape or ellipse shape. Can be. If the surface of the particles has an uneven structure, it is possible to secure voids into which the non-aqueous electrolyte can penetrate even when the negative electrode has a high density, so that the cycle characteristics can be improved.
또, 요철 구조의 크기는, 특별히 한정되지는 않지만, 원형의 면적으로 환산한 경우, 0.1 ㎛ ∼ 4 ㎛ 정도의 직경에 상당하는 것이 바람직하다. 요철 구조의 크기가 이 범위이면, 고밀도의 부극으로 한 경우에도 비수계 전해액이 침입 가능한 공극을 확보할 수 있으므로, 사이클 특성의 향상을 기대할 수 있다. Moreover, although the magnitude | size of an uneven structure is not specifically limited, When converted into the circular area, it is preferable that it corresponds to the diameter of about 0.1 micrometer-about 4 micrometers. If the size of the concave-convex structure is within this range, it is possible to secure voids into which the non-aqueous electrolytic solution can penetrate even when the negative electrode has a high density, so that the cycle characteristics can be improved.
<흑연 입자의 제조 방법><Method for Producing Graphite Particles>
본 발명의 흑연 입자의 제조 방법은, 특별히 한정되지는 않지만, 다음의 (Ⅰ), (Ⅱ) 에 나타내는 방법 등을 들 수 있다. Although the manufacturing method of the graphite particle of this invention is not specifically limited, The method etc. which are shown to following (I) and (II) are mentioned.
또한, 본 발명의 흑연 입자는 특별히 제한은 없지만, 탄소질물이 피복된 흑연 입자로, 그 중에서도 비정질 탄소가 피복된 흑연 입자, 흑연질물이 피복된 흑연 입자가 바람직하고, 보다 바람직하게는 원료 흑연과 탄소 전구체를 혼합하여 소성함으로써 얻어지는 비정질 탄소가 피복된 흑연 입자, 원료 흑연과 탄소 전구체를 혼합하여 소성함으로써 얻어지는 흑연질물이 피복된 흑연 입자가 바람직하다. In addition, the graphite particles of the present invention are not particularly limited, but are preferably graphite particles coated with carbonaceous material, and graphite particles coated with amorphous carbon, graphite particles coated with graphite material, and more preferably raw material graphite and Preferred are graphite particles coated with amorphous carbon obtained by mixing and firing a carbon precursor, and graphite particles coated with a graphite substance obtained by mixing and firing raw material graphite and a carbon precursor.
이하에, 바람직한 제조 방법의 일 양태로서, 흑연질물이 피복된 흑연 입자의 제조 방법을 기재하지만, 본 발명의 흑연 입자를 한정하는 것은 아니다. Although the manufacturing method of the graphite particle coated with the graphite substance is described below as one aspect of a preferable manufacturing method, it does not limit the graphite particle of this invention.
(제조 방법 (Ⅰ))(Manufacturing method (Ⅰ))
상기 흑연 입자의 형태 (1) 및/또는 (2) 를 형성하는 방법으로서는, 적어도 원료 흑연을 조면화시키는 공정과, 조면화된 원료 흑연과 원료 유기물을 혼합하는 공정과, 2300 ℃ 이상의 온도에서 소성하는 공정으로 이루어지는 제조 방법을 들 수 있다. As a method of forming the form (1) and / or (2) of the graphite particles, at least the step of roughening the raw graphite, the step of mixing the roughened raw graphite and the raw organic material, and firing at a temperature of 2300 ° C. or higher The manufacturing method which consists of a process is mentioned.
(제조 방법 (Ⅱ))(Production method (II))
상기 흑연 입자의 형태 (2) 를 주로 형성하는 방법으로서는, 구상이나 타원상 등의 핵이 되는 대입자와, 판상이나 인편상 등의 핵 입자 표면에 결착되어 볼록부 구조를 형성하는 미립자로 이루어지는 2 종류 이상의 복수의 원료 흑연 (혼합물) 을 사용하여, 적어도 원료 흑연과 원료 유기물을 혼합하는 공정과, 2300 ℃ 이상의 온도에서 소성하는 공정으로 이루어지는 제조 방법을 들 수 있다. As the method for mainly forming the form (2) of the graphite particles, the particles are composed of large particles serving as nuclei such as spheres or ellipses, and fine particles bound to the surface of nuclear particles such as plates and flakys to form convex structures. The manufacturing method which consists of a process of mixing a raw material graphite and a raw material organic substance at least using the some raw material graphite (mixture) more than a kind, and the process baked at the temperature of 2300 degreeC or more are mentioned.
상기 (Ⅰ), (Ⅱ) 의 제조 방법 중에서, 제조 방법 (Ⅰ) 이 요철 구조를 형성하기 쉬워 바람직하다. In the manufacturing method of said (I), (II), manufacturing method (I) is preferable because it is easy to form an uneven structure.
(원료 흑연)(Raw graphite)
상기 원료 흑연은, 흑연화되어 있는 (혹은 2300 ℃ 이상의 온도에서 소성함으로써 흑연화하는) 탄소 입자이면 특별히 한정되지는 않지만, 천연 흑연, 인조 흑연, 그리고 코크스 분말, 니들코크스 분말, 수지의 흑연화물 (혹은 흑연화할 수 있는 탄소물) 의 분체 등을 들 수 있다. 이들 중, 천연 흑연은 가공하기 쉽기 때문에 바람직하다. The raw graphite is not particularly limited as long as it is a graphitized carbon particle (or graphitized by firing at a temperature of 2300 ° C. or higher), but natural graphite, artificial graphite, and coke powder, needle coke powder, and graphitized material of resin ( Or powders of graphitizable carbon materials). Among these, natural graphite is preferable because it is easy to process.
원료 흑연의 입자의 형태로서는, 특별히 한정되지는 않지만, 구상, 타원상, 괴상, 판상, 인편상, 다각형상 등을 들 수 있고, 제조 방법 (Ⅰ) 이나 (Ⅱ) 에서 사용되는 구상, 타원상, 괴상, 다각형상이 흑연 입자로 했을 때에 입자의 충전성을 향상시킬 수 있기 때문에 바람직하다. 또한 제조 방법 (Ⅰ) 에 있어서, 구상 혹은 타원상으로 구형화한 천연 흑연을 사용하면 상기 효과를 얻기 쉬워 바람직하다. Although it does not specifically limit as a form of the particle | grains of raw material graphite, A spherical shape, an ellipse shape, a block shape, a plate shape, a flaky shape, a polygonal shape etc. are mentioned, The spherical shape and ellipse shape used by manufacturing method (I) or (II) are mentioned. Since the filling property of particle | grains can be improved when agglomerate and a polygonal shape are made into graphite particle | grains, it is preferable. In the manufacturing method (I), when the natural graphite spheroidized in spherical shape or ellipse shape is used, the said effect is easy to be obtained, and it is preferable.
제조 방법 (Ⅰ) 이나 (Ⅱ) 에서 사용되는 구상, 타원상의 흑연을 얻기 위한 장치로서는, 예를 들어, 충격력을 주체로 입자의 상호 작용도 포함한 압축, 마찰, 전단력 등의 기계적 작용을 반복하여 입자에 부여하는 장치를 사용할 수 있다. 구체적으로는, 케이싱 내부에 다수의 블레이드를 설치한 로터를 가지고, 그 로터가 고속 회전함으로써, 내부에 도입된 탄소 재료에 대해 충격 압축, 마찰, 전단력 등의 기계적 작용을 부여하여, 표면 처리를 실시하는 장치가 바람직하다. 또, 탄소 재료를 순환시킴으로써 기계적 작용을 반복하여 부여하는 기구를 갖는 것인 것이 바람직하다. 바람직한 장치로서 예를 들어, 하이브리다이제이션 시스템 (나라 기계 제작소사 제조), 크립트론 (어스테크니카사 제조), CF 밀 (우베코산사 제조), 메카노퓨젼 시스템 (호소카와 미크론사 제조), 시타컴포저 (토쿠쥬 공작소사 제조) 등을 들 수 있다. 이들 중에서, 나라 기계 제작소사 제조의 하이브리다이제이션 시스템이 바람직하다. As a device for obtaining spherical and elliptic graphite used in the production method (I) or (II), for example, the particles are formed by repeating mechanical actions such as compression, friction, and shear force, including impact interaction as the main component. The device attached to can be used. Specifically, the rotor has a rotor provided with a plurality of blades inside the casing, and the rotor rotates at a high speed to impart mechanical actions such as impact compression, friction, and shear force to the carbon material introduced therein, thereby performing surface treatment. The apparatus to make is preferable. Moreover, it is preferable to have a mechanism which repeatedly gives a mechanical effect by circulating a carbon material. Preferred apparatuses include, for example, hybridization systems (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), kryptron (manufactured by Earth Technica), CF mill (manufactured by Ubekosan Co., Ltd.), mechanofusion system (manufactured by Hosokawa Micron Co., Ltd.), citacomposer (Made by Tokuju Works Co., Ltd.), etc. are mentioned. Among these, a hybridization system manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. is preferable.
구상, 혹은 타원상 흑연은, 상기의 표면 처리에 의한 구형화 공정을 실시함으로써, 인편상의 천연 흑연이 접히거나, 혹은 주위 에지 부분이 구형 분쇄됨으로써 구상이 된 모체 입자에, 분쇄에 의해 발생한 주로 5 ㎛ 이하의 미분이 부착되어 이루어지고, 표면 처리 후의 흑연 입자의 표면 관능기 (O/C) 가 통상 0.5 % 이상 10 % 이하, 바람직하게는 1 % 이상 4 % 이하가 되는 조건에서, 구형화 처리를 실시함으로써 제조된다. 이 때에는, 기계 처리의 에너지에 의해 흑연 표면의 산화 반응을 진행시켜, 흑연 표면에 산성 관능기를 도입할 수 있도록, 활성 분위기하에서 실시하는 것이 바람직하다. 예를 들어 전술한 장치를 이용하여 처리하는 경우에는, 회전하는 로터의 주속도를 통상 30 ∼ 100 m/sec, 40 ∼ 100 m/sec 로 하는 것이 바람직하고, 50 ∼ 100 m/sec 로 하는 것이 보다 바람직하다. 또, 처리는, 단순히 탄소질물을 통과시키는 것만으로도 가능하지만, 30 초 이상 장치 내를 순환 또는 체류시켜 처리하는 것이 바람직하고, 1 분 이상 장치 내를 순환 또는 체류시켜 처리하는 것이 보다 바람직하다. 제조 방법 (Ⅱ) 에서 사용되는 판상, 혹은 인편상의 흑연을 얻기 위한 장치로서는, 예를 들어, 충격력을 주체로 입자의 상호작용도 포함한 압축, 마찰, 전단력 등의 기계적 작용을 입자에 부여하는 장치를 사용할 수 있다. 구체적으로는 제트 밀, 해머 밀, 핀 밀, 터보 밀, 펄버라이저 등을 들 수 있다. The spherical or ellipsoidal graphite is mainly formed by pulverization on the mother particles that are spherical due to the spherical natural graphite being folded or spherical grinding of the peripheral edge portion by performing the spheroidization step by the surface treatment. The spheroidization treatment is carried out under the condition that fine powders of mu m or less are attached and the surface functional groups (O / C) of the graphite particles after the surface treatment are usually 0.5% or more and 10% or less, preferably 1% or more and 4% or less. It is manufactured by carrying out. At this time, it is preferable to carry out in an active atmosphere so that the oxidation reaction of the graphite surface may be advanced by the energy of mechanical treatment, and an acidic functional group may be introduced into the graphite surface. For example, when processing using the apparatus mentioned above, it is preferable to set the main speed of the rotating rotor to 30-100 m / sec and 40-100 m / sec normally, and to set it as 50-100 m / sec. More preferred. In addition, although the process can be performed simply by passing a carbonaceous material, it is preferable to circulate or hold | maintain the apparatus in a device for 30 second or more, and it is more preferable to process by circulating or staying in an apparatus for 1 minute or more. As an apparatus for obtaining the plate-like or flaky graphite used in the manufacturing method (II), for example, an apparatus for imparting mechanical action such as compression, friction, shear force, including impact interaction as a main component, to particles, Can be used. Specifically, a jet mill, a hammer mill, a pin mill, a turbo mill, a pulverizer, etc. are mentioned.
(원료 흑연의 입경)(Particle diameter of raw graphite)
상기 원료 흑연의 체적 기준 평균 입경은, 특별히 한정되지는 않지만, 통상 1 ㎛ 이상, 바람직하게는 3 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 이상, 특히 바람직하게는 7 ㎛ 이상이며, 또, 통상 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 50 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 40 ㎛ 이하, 특히 바람직하게는 30 ㎛ 이하이다. The volume-based average particle diameter of the raw graphite is not particularly limited, but is usually 1 µm or more, preferably 3 µm or more, more preferably 5 µm or more, particularly preferably 7 µm or more, and usually 100 µm. Hereinafter, Preferably it is 50 micrometers or less, More preferably, it is 40 micrometers or less, Especially preferably, it is 30 micrometers or less.
흑연 입자의 제조 방법 (Ⅰ), (Ⅱ) 에서 사용되는 구상, 혹은 타원상 등의 입자의 경우, 체적 기준 평균 입경은 통상 5 ㎛ 이상, 바람직하게는 7 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이상이며, 또 통상 50 ㎛ 이하, 바람직하게는 40 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 30 ㎛ 이하이다. In the case of particles such as spherical or elliptic particles used in the production methods (I) and (II) of the graphite particles, the volume-based average particle diameter is usually 5 µm or more, preferably 7 µm or more, more preferably 10 µm or more. Moreover, it is 50 micrometers or less normally, Preferably it is 40 micrometers or less, More preferably, it is 30 micrometers or less.
또, 흑연 입자의 제조 방법 (Ⅱ) 에서 사용되는 판상, 인편상, 괴상 등의 미립자의 경우, 체적 기준 평균 입경은 통상 1 ㎛ 이상, 바람직하게는 3 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 5 ㎛ 이상, 또 통상 20 ㎛ 이하, 바람직하게는 15 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하이다. Moreover, in the case of fine particles, such as plate-like, flaky, and agglomerate used by the manufacturing method (II) of graphite particle, a volume average particle diameter is 1 micrometer or more normally, Preferably it is 3 micrometers or more, More preferably, it is 5 micrometers or more, Moreover, it is 20 micrometers or less normally, Preferably it is 15 micrometers or less, More preferably, it is 10 micrometers or less.
원료 흑연의 입경이 이 범위에 있으면, 흑연 입자로 했을 경우에, 입자 표면에 요철 구조를 형성하기 쉬워 바람직하다. When the particle size of the raw graphite is in this range, when the graphite particles are used, it is preferable to easily form the uneven structure on the particle surface.
(원료 흑연의 조면화)(Roughening of raw graphite)
상기 원료 흑연의 조면화 공정이란, 원료 흑연의 표면에 요철 구조를 부여하는 공정을 가리킨다. 조면화 공정에서 사용되는 방법은, 원료 흑연의 표면에 요철 구조가 부여되면, 특별히 한정되지는 않지만, 예를 들어, 원료 흑연에 압축, 마찰, 전단력 등의 기계적 에너지 (예를 들어 분쇄) 를 가함으로써, 표면에 요철 구조를 부여하는 방법 등이 있고, 건식 상태에서 실시해도 습식 상태에서 실시해도 상관없다. 하기에 의해 구체적인 예로서, 원료 흑연의 표면에 요철 구조를 부여하는 방법을 열거한다. The roughening process of the said raw graphite refers to the process of providing an uneven structure to the surface of raw graphite. The method used in the roughening step is not particularly limited as long as the concave-convex structure is provided on the surface of the raw graphite, but for example, mechanical energy such as compression, friction, shear force or the like is applied to the raw graphite. Thereby, there exists a method etc. which provide a concavo-convex structure to the surface, and you may carry out in a dry state or a wet state. As a specific example, the method of giving a concavo-convex structure to the surface of raw graphite is enumerated below.
(ⅰ) 건식 상태에서 조면화 공정을 실시하는 경우(Iii) When performing the roughening process in the dry state
건식 상태에서의 조면화를 실시하는 방법으로서는, 예를 들어, 핀 밀 (마키노 산업사 제조), 터보 밀 (터보 공업사 제조), 크립트론오브 (어스테크니카사 제조), 제트 밀 (니혼 뉴마틱사 제조) 등의 분쇄 장치를 사용할 수 있다. 그 중에서도 로터와 스테이터로 이루어지는 터보 밀 등의 분쇄 장치를 사용하는 것이 생산성을 향상시킬 수 있으므로 바람직하다. As a method of roughening in a dry state, for example, a pin mill (manufactured by Makino Industries), a turbo mill (manufactured by Turbo Industries, Ltd.), a cryptotron of (manufactured by Earth Technica), and a jet mill (manufactured by Nippon Pneumatics) Crushing apparatuses, such as these, can be used. Among them, it is preferable to use a grinding device such as a turbo mill made of a rotor and a stator because the productivity can be improved.
건식 상태에서의 분쇄 속도는, 사용하는 장치에 따라 상이하지만, 원료 흑연이 구상 혹은 타원상인 경우에는, 사용하는 분쇄 장치의 로터의 형상 및 회전수 등을 적절히 선택하여, 이하의 식에 의해 산출되는 로터의 주속도를 50 m/sec 이상으로 설정하는 것이 바람직하고, 80 m/sec 이상으로 설정하는 것이 보다 바람직하고, 100 m/sec 이상으로 설정하는 것이 더욱 바람직하다. 또한, 상한값으로서는, 통상 300 m/sec 이하이다. Although the grinding | pulverization speed in a dry state changes with apparatuses to be used, when raw graphite is spherical or elliptical, the shape and rotation speed of the rotor of the grinding apparatus used are suitably selected, and are computed by the following formula | equation. It is preferable to set the main speed of a rotor to 50 m / sec or more, It is more preferable to set to 80 m / sec or more, It is further more preferable to set to 100 m / sec or more. In addition, as an upper limit, it is 300 m / sec or less normally.
주속도 (m/sec) = 조면화 장치의 로터의 직경 × 3.14 ÷ 회전수Circumferential speed (m / sec) = diameter of the rotor of the roughening device × 3.14 ÷ revolutions
사용하는 분쇄 장치의 로터 및/또는 스테이터는, 상기 주속도를 설정할 수 있는 것이면 구체적인 형상은 특별히 한정되지 않지만, 로터로서는 블레이드를 갖는 것이, 스테이터로서는 홈이 있는 것이 바람직하다. As long as the rotor and / or stator of the grinding apparatus to be used can set the said main speed, the specific shape will not be specifically limited, but it is preferable that the rotor has a blade and the stator has a groove.
분쇄 속도가 지나치게 빠르면 미분이 많이 발생할 가능성이 있어, 조면화한 원료 흑연과 원료 유기물을 혼합하여, 2300 ℃ 이상의 온도에서 소성해도, 얻어진 흑연 입자의 비표면적이 커지기 쉬워, 전해액과의 반응성을 억제할 수 없어, 초기 효율이나 사이클 특성이 악화될 우려가 있다. 또, 이 분쇄 속도보다 지나치게 느리면 조면화의 효과가 나타나기 어려워, 초기 효율이나 사이클 특성을 향상시키기 어려운 경향이 있다. If the grinding speed is too high, a lot of fine powder may be generated, and even if the roughened raw graphite and raw organic materials are mixed and calcined at a temperature of 2300 ° C. or higher, the specific surface area of the obtained graphite particles tends to be large, thereby suppressing reactivity with the electrolyte solution. There is a possibility that initial efficiency and cycle characteristics may deteriorate. Moreover, when it is too slow than this grinding | pulverization speed, the effect of a roughening will hardly appear, and there exists a tendency which is difficult to improve initial stage efficiency and cycling characteristics.
분쇄시의 원료의 투입 속도는, 통상 10 ㎏/hr 이상, 바람직하게는 50 ㎏/hr 이상, 보다 바람직하게는 100 ㎏/hr 이상, 더욱 바람직하게는 200 ㎏/hr 이상이다. 또, 통상 1000 ㎏/hr 이하, 바람직하게는 700 ㎏/hr 이하, 보다 바람직하게는 500 ㎏/hr 이하이다. The feed rate of the raw material at the time of grinding | pulverization is 10 kg / hr or more normally, Preferably it is 50 kg / hr or more, More preferably, it is 100 kg / hr or more, More preferably, it is 200 kg / hr or more. Moreover, it is 1000 kg / hr or less normally, Preferably it is 700 kg / hr or less, More preferably, it is 500 kg / hr or less.
투입 속도가 지나치게 빠르면 기계적 에너지가 원료 흑연에 부여되기 어려워져, 조면화의 효과가 나타나기 어렵고, 초기 효율이나 사이클 특성을 향상시키기 어려운 경향이 있다. 또, 이 투입 속도보다 지나치게 느리면 생산성이 저하될 우려가 있다. If the feed rate is too fast, mechanical energy is hardly imparted to the raw graphite, the effect of roughening is less likely to appear, and it tends to be difficult to improve initial efficiency and cycle characteristics. Moreover, when it is too slow than this injection speed, there exists a possibility that productivity may fall.
(ⅱ) 습식 상태에서 조면화 공정을 실시하는 경우(Ii) When the roughening process is performed in the wet state
습식 상태에서의 조면화를 실시하는 방법으로서는, 구체적으로는, 초음파 호모게나이저, 초음파 세정기 등을 들 수 있다. As a method of roughening in a wet state, an ultrasonic homogenizer, an ultrasonic cleaner, etc. are mentioned specifically ,.
탄소재의 분산매로서는, 물, 알코올류가 양산면에서 바람직하고, 적절히 분쇄 보조제 입자 등을 혼합하는 것도 좋다. 또한, 교반 날개로 전단력을 부여하는 기계적 에너지와 조합하면 보다 유효하다. As the dispersion medium of the carbon material, water and alcohols are preferable in terms of mass production, and the grinding aid particles and the like may be mixed as appropriate. In addition, it is more effective in combination with mechanical energy imparting shear force to the stirring blades.
예를 들어, 초음파 세정기를 사용한 경우에 대해서는 이하와 같이 실시한다. 원료 흑연과 이온 교환수를 소정의 질량비로 혼합한 후, 혼합액을 교반하면서, 초음파 조사를 실시한 후에 건조시킨다. For example, the case where an ultrasonic cleaner is used is performed as follows. The raw graphite and the ion-exchanged water are mixed at a predetermined mass ratio, followed by ultrasonic irradiation with stirring the mixed liquid, followed by drying.
초음파 조사를 실시할 때에, 단시간에 기포의 발생과 소멸을 발생시키도록 실시하는 것이 바람직하다. When performing ultrasonic irradiation, it is preferable to perform so that foam | bubble generation and disappearance may generate | occur | produce in a short time.
주파수는, 통상 10 ㎐ ∼ 50000 ㎐, 바람직하게는 20 ㎐ ∼ 40000 ㎐, 보다 바람직하게는 30 ㎐ ∼ 30000 ㎐이다. The frequency is usually 10 Hz to 50000 Hz, preferably 20 Hz to 40000 Hz, and more preferably 30 Hz to 30000 Hz.
출력은, 통상 10 W ∼ 30000 W, 바람직하게는 20 W ∼ 20000 W, 보다 바람직하게는 30 W ∼ 16000 W이다. The output is usually 10 W to 30000 W, preferably 20 W to 20000 W, and more preferably 30 W to 16000 W.
초음파 조사 시간은, 통상 30 초 ∼ 20 시간, 바람직하게는 60 초 ∼ 10 시간, 보다 바람직하게는 120 초 ∼ 3 시간이며, 이 시간이 짧으면 당해 처리 효과가 충분히 얻어지지 않는 경향이 있고, 지나치게 길면 입자 파괴가 촉진되어, 전지 특성이 현저하게 저하될 뿐만 아니라, 양산성이 저하되는 경향이 있다. Ultrasonic irradiation time is 30 second-20 hours normally, Preferably it is 60 second-10 hours, More preferably, it is 120 second-3 hours, If this time is short, there exists a tendency for the said processing effect to not fully be obtained, Particle breakdown is promoted, battery characteristics not only remarkably deteriorate, but also mass productivity tends to decrease.
탄소재 (A) 와 이온 교환수의 혼합에 있어서, 질량비 1 : 1.1 내지 1 : 30 이 바람직하다. 바람직하게는 1 : 20, 더욱 바람직하게는 1 : 10 이다. 1 : 30 보다 희박해지면, 생산성이 저하되는 경향이 있다. 반대로 1 : 1.1 이하의 농후액이 되면, 교반하는 것이 곤란하다. In mixing a carbon material (A) and ion-exchange water, mass ratio 1: 1.1-1: 30 are preferable. Preferably it is 1:20, More preferably, it is 1:10. When it is thinner than 1:30, there exists a tendency for productivity to fall. On the contrary, when it becomes a thick liquid of 1: 1.1 or less, it is difficult to stir.
탄소재 (A) 와 이온 교환수의 혼합에 있어서, 계면활성제를 사용할 수도 있다. 계면활성제로서는, 일반적인 시판품을 선택할 수 있다. 또, 탄소를 알코올류, 예를 들어 에탄올이나 이소프로필알코올 등으로 습윤시킨 후에, 혼합하는 것도 분산성 향상에 유효하다. In mixing a carbon material (A) and ion-exchange water, surfactant can also be used. As a surfactant, a general commercial item can be selected. Moreover, it is also effective to improve dispersibility by mixing carbon after wetting with alcohol, for example, ethanol, isopropyl alcohol, etc.
건조는, 선반 건조가 간편하지만, 교반하면서 건조시킬 수 있는 기종이나, 소성로를 사용할 수도 있다. Although drying of a shelf is easy, drying is possible, and the model which can be dried while stirring, and a kiln can also be used.
건조 온도는, 110 ℃ 이상이면 되고, 필요에 따라 선택할 수 있다. The drying temperature should just be 110 degreeC or more, and can select as needed.
탄소재에 대해, 개질 처리를 실시해도 된다. 예를 들어, 콜타르 피치, 수지 등을 피복하여 열처리하거나, 단순히 열처리하는 것도 유효하다. 또, 추가 공정으로서, 재분쇄 처리를 실시하는 것도 유효하다. You may perform a modification process with respect to a carbon material. For example, it is also effective to coat heat treatment by coating coal tar pitch, resin, or the like, or simply heat treatment. Moreover, it is also effective to perform a regrinding process as an additional process.
(원료 유기물)(Raw organic matter)
상기 원료 유기물은, 소성에 의해 흑연화할 수 있는 탄소질이면 특별히 한정은 없고, 석탄계 중질유, 직류계 중질유, 분해계 석유 중질유, 방향족 탄화수소, N 고리 화합물, S 고리 화합물, 폴리페닐렌, 유기 합성 고분자, 천연 고분자, 열가소성 수지 및 열경화성 수지로 이루어지는 군에서 선택된 탄화 가능한 유기물 등을 들 수 있다. 또, 원료 유기물은 혼합시의 점도를 조정하기 위해, 저분자 유기 용매에 용해시켜 사용해도 된다. The raw material organic material is not particularly limited as long as it is carbonaceous which can be graphitized by firing, and is based on coal-based heavy oil, DC-based heavy oil, cracked petroleum heavy oil, aromatic hydrocarbon, N-ring compound, S-ring compound, polyphenylene, and organic synthetic polymer. And carbonizable organics selected from the group consisting of natural polymers, thermoplastic resins and thermosetting resins. Moreover, in order to adjust the viscosity at the time of mixing, you may melt and use a raw material organic substance.
석탄계 중질유로서는, 연피치로부터 경피치까지의 콜타르 피치, 건유액화유 등이 바람직하고, 직류계 중질유로서는, 상압 잔유, 감압 잔유 등이 바람직하고, 분해계 석유 중질유로서는, 원유, 나프타 등의 열분해시에 부생하는 에틸렌타르 등이 바람직하고, 방향족 탄화수소로서는, 아세나프틸렌, 데카시클렌, 안트라센, 페난트렌 등이 바람직하고, N 고리 화합물로서는, 페나진, 아크리딘 등이 바람직하고, S 고리 화합물로서는, 티오펜, 비티오펜 등이 바람직하고, 폴리페닐렌으로서는, 비페닐, 테르페닐 등이 바람직하고, 유기 합성 고분자로서는, 폴리염화비닐, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄, 이들의 불용화 처리품, 폴리아크릴로니트릴, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리스티렌 등이 바람직하고, 천연 고분자로서는, 셀룰로오스, 리그닌, 만난, 폴리갈락투론산, 키토산, 수크로오스 등의 다당류 등이 바람직하고, 열가소성 수지로서는, 폴리페닐렌설파이드, 폴리페닐렌옥사이드 등이 바람직하고, 열경화성 수지로서는, 푸르푸릴알코올 수지, 페놀-포름알데히드 수지, 이미드 수지 등이 바람직하다.As coal-based heavy oil, coal tar pitch from soft pitch to light pitch, dry liquefied oil, etc. are preferable. As DC-based heavy oil, normal-pressure residual oil, reduced-pressure residual oil, etc. are preferable. Ethylene tar and the like produced by-product are preferable, and as the aromatic hydrocarbon, acenaphthylene, decacyclene, anthracene, phenanthrene and the like are preferred. As the N-ring compound, phenazine, acridine and the like are preferable, and an S-ring compound As thiophene, bithiophene, etc. are preferable, As polyphenylene, biphenyl, terphenyl, etc. are preferable, As an organic synthetic polymer, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, these insolubilization processes Product, polyacrylonitrile, polypyrrole, polythiophene, polystyrene, and the like, and as the natural polymer, cellulose, lignin, met, polygalac Polysaccharides, such as lactic acid, chitosan, sucrose, etc. are preferable, As a thermoplastic resin, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, etc. are preferable, As a thermosetting resin, Furfuryl alcohol resin, a phenol- formaldehyde resin, an imide resin, etc. This is preferred.
또, 저분자 유기 용매로서는, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 퀴놀린, n-헥산 등이 바람직하다. Moreover, as a low molecular organic solvent, benzene, toluene, xylene, quinoline, n-hexane, etc. are preferable.
(혼합 공정)(Mixing process)
상기 제조 방법에 있어서의 원료 흑연과 원료 유기물을 혼합하는 방법은, 특별히 한정되지는 않지만, 일반적인 혼합 장치를 사용할 수 있다. 구체적으로는 믹서, 니더, 2 축 혼련기 등을 들 수 있다. 혼합 공정에서는, 전술한 바와 같이, 혼합시의 점도를 조정하기 위해 저분자 유기 용매로 용해, 혹은 희석한 원료 유기물을 사용해도 되고, 가열함으로써 원료 유기물의 점도를 조절해도 된다. 또, 원료 흑연과 원료 유기물의 혼합비 (질량비) 는, 사용하는 원료 흑연이나 원료 유기물의 종류에 따라 적절히 선택되는 것으로, 원료 흑연 100 질량부에 대한 원료 유기물의 양은 특별히 제한되지 않지만, 통상 5 질량부 이상, 바람직하게는 10 질량부 이상, 보다 바람직하게는 20 질량부 이상이고, 통상 50 질량부 이하, 바람직하게는 40 질량부 이하, 보다 바람직하게는 35 질량부 이하이다. Although the method of mixing the raw material graphite and raw material organic substance in the said manufacturing method is not specifically limited, A general mixing apparatus can be used. Specifically, a mixer, a kneader, a biaxial kneader, etc. are mentioned. In the mixing step, as described above, in order to adjust the viscosity at the time of mixing, the raw material organic substance dissolved or diluted with the low molecular organic solvent may be used, or the viscosity of the raw material organic substance may be adjusted by heating. The mixing ratio (mass ratio) of the raw graphite and the raw organic material is appropriately selected depending on the type of the raw graphite and the raw organic material to be used. The amount of the raw organic material relative to 100 parts by mass of the raw graphite is not particularly limited, but is usually 5 parts by mass. As mentioned above, Preferably it is 10 mass parts or more, More preferably, it is 20 mass parts or more, Usually 50 mass parts or less, Preferably it is 40 mass parts or less, More preferably, it is 35 mass parts or less.
(소성 공정)(Firing step)
상기 제조 방법에 있어서의 원료 흑연과 원료 유기물의 혼합물을 소성하는 방법은, 특별히 한정되지는 않지만, 휘발분을 제거하는 탄화 공정과 2300 ℃ 이상의 온도에서 흑연화하는 공정으로 이루어진다. The method for firing the mixture of the raw graphite and the raw organic material in the production method is not particularly limited, but includes a carbonization step of removing volatile matter and a step of graphitization at a temperature of 2300 ° C or higher.
휘발분을 제거하는 탄화 공정으로서는, 통상 600 ℃ 이상, 바람직하게는 650 ℃ 이상에서, 통상 1300 ℃ 이하, 바람직하게는 1100 ℃ 이하의 온도에서, 통상 0.1 시간 ∼ 10 시간 실시한다. 가열은, 산화를 방지하기 위해, 통상, 질소, 아르곤 등 불활성 가스의 유통하 또는 브리즈, 패킹 코크스 등의 입상 탄소 재료를 간극에 충전한 비산화성 분위기에서 실시한다. As a carbonization process which removes volatile matter, it is normally performed at 600 degreeC or more, Preferably it is 650 degreeC or more, and usually at 1300 degreeC or less, Preferably it is 1100 degreeC or less, 0.1 to 10 hours normally. In order to prevent oxidation, heating is usually performed in a non-oxidizing atmosphere in which a gap is filled with a particulate carbon material such as breeze or packing coke, or under an inert gas such as nitrogen or argon.
휘발분을 제거하는 탄화 공정에 사용하는 설비는, 예를 들어, 셔틀로, 터널로, 리드 해머로, 로터리 킬른, 오토클레이브 등의 반응조, 코커 (코크스 제조의 열처리조), 전기로나 가스로 등, 비산화성 분위기에서 소성할 수 있으면 특별히 한정되지 않는다. 가열시의 승온 속도는 휘발분의 제거를 위해 저속인 것이 바람직하고, 통상, 저비분의 휘발이 시작되는 200 ℃ 부근부터 수소만 발생되는 700 ℃ 근방까지를 3 ∼ 100 ℃/hr 로 승온시킨다. 처리시에는, 필요에 따라 교반을 실시해도 된다. The equipment used for the carbonization process of removing volatile matters includes, for example, a shuttle furnace, a tunnel furnace, a lead hammer, a rotary kiln, an autoclave, a reaction tank, a coker (heat treatment tank made of coke), an electric furnace, a gas furnace, etc. It will not specifically limit, if it can bake in a non-oxidizing atmosphere. It is preferable that the temperature increase rate at the time of heating is low for the removal of volatile matter, and usually, the temperature is raised from around 200 ° C. at which low-volume volatilization starts to near 700 ° C. where only hydrogen is generated at 3 to 100 ° C./hr. In the case of a process, you may perform stirring as needed.
탄화 공정에 의해 얻어진 탄화물은, 이어서 고온에서 가열하여 흑연화한다. 흑연화시의 가열 온도는, 2300 ℃ 이상, 바람직하게는 2600 ℃ 이상, 더욱 바람직하게는 2800 ℃ 이상에서 가열한다. 또, 가열 온도가 지나치게 높으면, 흑연의 승화가 현저해지므로, 3300 ℃ 이하가 바람직하다. 가열 시간은, 바인더 및 탄소질 입자가 흑연이 될 때까지 실시하면 되고, 통상 1 ∼ 24 시간이다. The carbide obtained by the carbonization step is then graphitized by heating at a high temperature. The heating temperature at the time of graphitization heats at 2300 degreeC or more, Preferably it is 2600 degreeC or more, More preferably, it is 2800 degreeC or more. Moreover, when heating temperature is too high, since sublimation of graphite will become remarkable, 3300 degreeC or less is preferable. The heating time may be performed until the binder and the carbonaceous particles become graphite, and are usually 1 to 24 hours.
흑연화시의 분위기는, 산화를 방지하기 위해, 질소, 아르곤 등의 불활성 가스의 유통하 또는 브리즈, 패킹 코크스 등의 입상 탄소 재료를 간극에 충전한 비산화성 분위기하에서 실시한다. 흑연화에 사용하는 설비는, 전기로나 가스로, 전극재용 애치슨로 등, 상기의 목적에 부합하는 것이면 특별히 한정되지 않고, 승온 속도, 냉각 속도, 열처리 시간 등은 사용하는 설비의 허용 범위에서 임의로 설정할 수 있다. At the time of graphitization, in order to prevent oxidation, in order to prevent oxidation, inert gas, such as nitrogen and argon, is carried out, or in non-oxidizing atmosphere in which granular carbon materials, such as a breeze and packing coke, were filled in the clearance gap. The equipment used for the graphitization is not particularly limited as long as it meets the above-mentioned purposes, such as an electric furnace, a gas furnace, an acheson furnace for electrode materials, and the like. The temperature raising rate, cooling rate, and heat treatment time may be arbitrarily set within the allowable range of the equipment to be used. Can be.
(그 밖의 공정)(Other processes)
상기 소성물을 필요에 따라 분쇄, 해쇄, 마쇄, 분급 처리 등의 분체 가공을 한다. 분쇄에 사용하는 장치에 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, 조분쇄기로서는 전단식 밀, 죠 크러셔, 충격식 크러셔, 콘 크러셔 등을 들 수 있고, 중간 분쇄기로서는 롤 크러셔, 해머 밀 등을 들 수 있고, 미분쇄기로서는 볼 밀, 진동 밀, 핀 밀, 교반 밀, 제트 밀 등을 들 수 있다. The fired product is subjected to powder processing such as pulverization, pulverization, grinding, classification, etc. as necessary. Although there is no restriction | limiting in particular in the apparatus used for grinding | pulverization, For example, a coarse grinding machine includes a shear mill, jaw crusher, impact crusher, cone crusher, etc., As an intermediate grinder, a roll crusher, a hammer mill, etc. are mentioned, As a mill, a ball mill, a vibration mill, a pin mill, a stirring mill, a jet mill, etc. are mentioned.
분급 처리에 사용하는 장치로서는 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, 건식 체 분별의 경우에는, 회전식체, 동요식체, 선동식체, 진동식체 등을 사용할 수 있고, 건식 기류식 분급의 경우에는, 중력식 분급기, 관성력식 분급기, 원심력식 분급기 (클래시파이어, 사이클론 등) 를 사용할 수 있고, 또, 습식 체분별, 기계적 습식 분급기, 수력 분급기, 침강 분급기, 원심식 습식 분급기 등을 사용할 수 있다. There is no restriction | limiting in particular as an apparatus used for classification processing, For example, in the case of dry sieve classification, a rotary sieve, a shake-up sieve, an agitated sieve, a vibrating sieve, etc. can be used, and in the case of a dry air-class classification, it is a gravity type sieve. Air supply, inertial force classifier, centrifugal classifier (classifier, cyclone, etc.) can be used, and wet body fractionation, mechanical wet classifier, hydraulic classifier, sediment classifier, centrifugal wet classifier, etc. Can be used.
<다른 탄소 재료와의 혼합><Mixed with other carbon materials>
상기 서술한 본 발명의 비수계 이차 전지용 흑연 입자는, 어느 1 종을 단독으로, 또는 2 종 이상을 임의의 조성 및 조합으로 병용하여, 리튬 이온 이차 전지의 부극재로서 바람직하게 사용할 수 있지만, 1 종 또는 2 종 이상을 다른 1 종 또는 2 종 이상의 그 밖의 탄소 재료와 혼합하여, 이것을 비수계 이차 전지, 바람직하게는 리튬 이온 이차 전지의 부극 재료로서 사용해도 된다. Although the graphite particle for nonaqueous secondary batteries of this invention mentioned above can be used suitably as a negative electrode material of a lithium ion secondary battery, using any 1 type individually or in combination of 2 or more types by arbitrary compositions and combinations, You may mix species or 2 or more types with another 1 type, or 2 or more types of other carbon materials, and use this as a negative electrode material of a non-aqueous secondary battery, Preferably a lithium ion secondary battery.
상기 서술한 비수계 이차 전지용 부극재에 그 밖의 탄소 재료를 혼합하는 경우, 비수계 이차 전지용 부극재와 그 밖의 탄소 재료의 총량에 대한 비수계 이차 전지용 부극재의 혼합 비율은, 통상 10 질량% 이상, 바람직하게는 20 질량% 이상, 또, 통상 90 질량% 이하, 바람직하게는 80 질량% 이하의 범위이다. 그 밖의 탄소 재료의 혼합 비율이, 상기 범위를 하회하면, 첨가한 효과가 잘 나타나지 않는 경향이 있다. 한편, 상기 범위를 상회하면, 비수계 이차 전지용 부극재의 특성이 잘 나타나지 않는 경향이 있다. When the other carbon material is mixed with the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries described above, the mixing ratio of the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries and the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries to the total amount of the other carbon material is usually 10% by mass or more, Preferably it is 20 mass% or more, Moreover, it is 90 mass% or less normally, Preferably it is the range of 80 mass% or less. If the mixing ratio of other carbon materials is less than the above range, the added effect tends to be less likely to be observed. On the other hand, when it exceeds the said range, there exists a tendency for the characteristic of the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries to not show easily.
그 밖의 탄소 재료로서는, 천연 흑연, 인조 흑연, 비정질 피복 흑연, 비정질 탄소 중에서 선택되는 재료를 사용한다. 이들 재료는, 어느 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 임의의 조합 및 조성으로 병용해도 된다. As other carbon materials, materials selected from natural graphite, artificial graphite, amorphous coated graphite, and amorphous carbon are used. These materials may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together by arbitrary combinations and a composition.
천연 흑연으로서는, 예를 들어, 고순도화한 인편상 흑연이나 구형화한 흑연을 사용할 수 있다. 천연 흑연의 체적 기준 평균 입경은, 통상 8 ㎛ 이상, 바람직하게는 12 ㎛ 이상, 또, 통상 60 ㎛ 이하, 바람직하게는 40 ㎛ 이하의 범위이다. 천연 흑연의 BET 비표면적은, 통상 3.5 ㎡/g 이상, 바람직하게는 4.5 ㎡/g 이상, 또, 통상 8 ㎡/g 이하, 바람직하게는 6 ㎡/g 이하의 범위이다. As natural graphite, high purity scaly graphite and spherical graphite can be used, for example. The volume-based average particle diameter of the natural graphite is usually 8 µm or more, preferably 12 µm or more, and usually 60 µm or less, preferably 40 µm or less. The BET specific surface area of natural graphite is usually 3.5 m 2 / g or more, preferably 4.5 m 2 / g or more, and usually 8 m 2 / g or less, preferably 6 m 2 / g or less.
인조 흑연으로서는, 탄소 재료를 흑연화한 입자 등을 들 수 있고, 예를 들어, 단일의 흑연 전구체 입자를 분상인 채로 소성, 흑연화한 입자 등을 사용할 수 있다. Examples of the artificial graphite include particles obtained by graphitizing a carbon material, and for example, particles obtained by calcining and graphitizing single graphite precursor particles in the form of powder can be used.
비정질 피복 흑연으로서는, 예를 들어, 천연 흑연이나 인조 흑연에 비정질 전구체를 피복, 소성한 입자나, 천연 흑연이나 인조 흑연에 비정질을 CVD 에 의해 피복한 입자를 사용할 수 있다. As amorphous coated graphite, for example, particles obtained by coating and firing an amorphous precursor on natural graphite or artificial graphite, or particles coated by amorphous CVD on natural graphite or artificial graphite can be used.
비정질 탄소로서는, 예를 들어, 벌크메소페이즈를 소성한 입자나, 탄소화할 수 있는 피치 등을 불융화 처리하여, 소성한 입자를 사용할 수 있다. As amorphous carbon, the particle which calcined the bulk mesophase, the pitch which can be carbonized, etc. can be used, and the particle which calcined can be used, for example.
비수계 이차 전지용 부극재와 그 밖의 탄소 재료의 혼합에 사용하는 장치로서는, 특별히 제한은 없지만, 예를 들어, 회전형 혼합기의 경우 : 원통형 혼합기, 쌍둥이 원통형 혼합기, 이중 원추형 혼합기, 정입방형 혼합기, 괭이형 혼합기, 고정형 혼합기의 경우 : 나선형 혼합기, 리본형 혼합기, Muller 형 혼합기, Helical Flight 형 혼합기, Pugmill 형 혼합기, 유동화형 혼합기 등을 사용할 수 있다. There is no restriction | limiting in particular as an apparatus used for mixing the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries, and other carbon materials, For example, in the case of a rotary mixer: a cylindrical mixer, a twin cylindrical mixer, a double cone mixer, a cubic mixer, For hoe mixers and fixed mixers: spiral mixers, ribbon mixers, muller mixers, helical flight mixers, pugmill mixers, fluidized mixers, and the like.
<비수계 이차 전지용 부극><Negative electrode for non-aqueous secondary battery>
본 발명의 비수계 이차 전지용 부극 (이하 적절히 「전극 시트」라고도 한다) 은, 집전체와, 집전체 위에 형성된 활물질층을 구비함과 함께, 활물질층은 적어도 본 발명의 비수계 이차 전지용 부극재를 함유하는 것을 특징으로 한다. 더욱 바람직하게는 바인더를 함유한다. The negative electrode for nonaqueous secondary batteries of the present invention (hereinafter also referred to as "electrode sheet" as appropriate) includes a current collector and an active material layer formed on the current collector, and the active material layer contains at least the negative electrode material for a non-aqueous secondary battery of the present invention. It is characterized by containing. More preferably, it contains a binder.
여기서 말하는 바인더란, 비수계 이차 전지용 부극을 제조할 때에, 활물질끼리의 결착, 및 활물질층을 집전체에 유지하는 것을 목적으로 하여 첨가하는 바인더를 의미하며, 흑연화할 수 있는 바인더와는 상이한 것이다. The binder here means a binder added for the purpose of binding the active materials and retaining the active material layer to the current collector when producing the negative electrode for a non-aqueous secondary battery, and is different from the binder that can be graphitized.
바인더로서는, 분자 내에 올레핀성 불포화 결합을 갖는 것을 사용한다. As a binder, what has an olefinic unsaturated bond in a molecule | numerator is used.
그 종류는 특별히 제한되지 않지만, 구체예로서는, 스티렌-부타디엔 고무, 스티렌·이소프렌·스티렌 고무, 아크릴로니트릴-부타디엔 고무, 부타디엔 고무, 에틸렌·프로필렌·디엔 공중합체 등을 들 수 있다. 이와 같은 올레핀성 불포화 결합을 갖는 바인더를 사용함으로써, 활물질층의 전해액에 대한 팽윤성을 저감시킬 수 있다. 그 중에서도 입수의 용이성으로부터, 스티렌-부타디엔 고무가 바람직하다. Although the kind in particular is not restrict | limited, A styrene butadiene rubber, a styrene isoprene styrene rubber, an acrylonitrile butadiene rubber, butadiene rubber, an ethylene propylene diene copolymer etc. are mentioned as a specific example. By using such a binder having an olefinically unsaturated bond, the swelling property of the active material layer with respect to the electrolytic solution can be reduced. Among them, styrene-butadiene rubber is preferable from the availability.
이와 같은 올레핀성 불포화 결합을 갖는 바인더와, 전술한 활물질을 조합하여 사용함으로써, 부극판의 강도를 높일 수 있다. 부극의 강도가 높으면, 충방전에 의한 부극의 열화가 억제되어, 사이클 수명을 길게 할 수 있다. 또, 본 발명에 관련된 부극에서는, 활물질층과 집전체의 접착 강도가 높기 때문에, 활물질층 중의 바인더의 함유량을 저감시켜도, 부극을 권회하여 전지를 제조할 때에, 집전체로부터 활물질층이 박리된다는 과제도 일어나지 않는 것으로 추찰된다. By using the binder which has such an olefinic unsaturated bond, and the above-mentioned active material in combination, the intensity | strength of a negative electrode plate can be raised. When the strength of the negative electrode is high, deterioration of the negative electrode due to charge and discharge can be suppressed, and the cycle life can be extended. Moreover, in the negative electrode which concerns on this invention, since the adhesive strength of an active material layer and an electrical power collector is high, even if content of the binder in an active material layer is reduced, the subject that an active material layer peels from an electrical power collector when winding a negative electrode to manufacture a battery It is inferred that neither happens.
분자 내에 올레핀성 불포화 결합을 갖는 바인더로서는, 그 분자량이 큰 것, 혹은 불포화 결합의 비율이 큰 것이 바람직하다. 구체적으로, 분자량이 큰 바인더의 경우에는, 그 중량 평균 분자량이 통상 1 만 이상, 바람직하게는 5 만 이상, 또, 통상 100 만 이하, 바람직하게는 30 만 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또, 불포화 결합의 비율이 큰 바인더의 경우에는, 전체 바인더의 1 g 당의 올레핀성 불포화 결합의 몰수가 통상 2.5×10-7 이상, 바람직하게는 8×10-7 이상, 또, 통상 1×10-6 이하, 바람직하게는 5×10-6 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 바인더로서는, 이들 분자량에 관한 규정과 불포화 결합의 비율에 관한 규정 중, 적어도 어느 일방을 만족하고 있으면 되는데, 양방의 규정을 동시에 만족하는 것이 보다 바람직하다. 올레핀성 불포화 결합을 갖는 바인더의 분자량이 지나치게 작으면 기계적 강도가 떨어지고, 지나치게 크면 가요성이 떨어진다. 또, 바인더 중의 올레핀성 불포화 결합의 비율이 지나치게 작으면 강도 향상 효과가 약하고, 지나치게 크면 가요성이 떨어진다. As a binder which has an olefinic unsaturated bond in a molecule, the thing with the large molecular weight or the ratio of an unsaturated bond is preferable. Specifically, in the case of a binder having a large molecular weight, the weight average molecular weight is preferably 10,000 or more, preferably 50,000 or more, and usually 1 million or less, preferably 300,000 or less. In the case of a binder having a large proportion of unsaturated bonds, the number of moles of olefinic unsaturated bonds per 1 g of the total binder is usually 2.5 × 10 −7 or more, preferably 8 × 10 −7 or more, and usually 1 × 10 It is -6 or less, Preferably it exists in the range of 5x10 <-6> or less. As a binder, what is necessary is just to satisfy | fill at least either one of the prescription | regulation concerning these molecular weights and the ratio of an unsaturated bond, but it is more preferable to satisfy both prescription | regulation simultaneously. When the molecular weight of the binder which has an olefinic unsaturated bond is too small, mechanical strength will fall, and when too large, flexibility will fall. Moreover, when the ratio of the olefinic unsaturated bond in a binder is too small, the strength improvement effect is weak, and when too large, flexibility will be inferior.
또, 올레핀성 불포화 결합을 갖는 바인더는, 그 불포화도가 통상 15 % 이상, 바람직하게는 20 % 이상, 보다 바람직하게는 40 % 이상, 또, 통상 90 % 이하, 바람직하게는 80 % 이하의 범위에 있는 것이 바람직하다. 또한, 불포화도란, 폴리머의 반복 단위에 대한 이중 결합의 비율 (%) 을 나타낸다. In addition, the binder having an olefinically unsaturated bond has an unsaturation of 15% or more, preferably 20% or more, more preferably 40% or more, and usually 90% or less, preferably 80% or less. It is desirable to have. In addition, an unsaturated degree shows the ratio (%) of a double bond with respect to the repeating unit of a polymer.
본 발명에 있어서는, 올레핀성 불포화 결합을 갖지 않는 바인더도, 본 발명의 효과가 없어지지 않는 범위에서, 상기 서술한 올레핀성 불포화 결합을 갖는 바인더와 병용할 수 있다. 올레핀성 불포화 결합을 갖는 바인더에 대한 올레핀성 불포화 결합을 갖지 않는 바인더의 혼합 비율은, 통상 150 질량% 이하, 바람직하게는 120 질량% 이하의 범위이다. In this invention, the binder which does not have an olefinic unsaturated bond can also be used together with the binder which has the above-mentioned olefinic unsaturated bond in the range which does not lose the effect of this invention. The mixing ratio of the binder which does not have an olefinic unsaturated bond with respect to the binder which has an olefinic unsaturated bond is 150 mass% or less normally, Preferably it is the range of 120 mass% or less.
올레핀성 불포화 결합을 갖지 않는 바인더를 병용함으로써, 도포성을 향상시킬 수 있지만, 병용량이 지나치게 많으면 활물질층의 강도가 저하된다. By using together the binder which does not have an olefinic unsaturated bond, applicability | paintability can be improved, but when there are too many bottle capacities, the intensity | strength of an active material layer will fall.
올레핀성 불포화 결합을 갖지 않는 바인더의 예로서는, 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 전분, 카라기난, 풀루란, 구아검, 잔탄검 (크산탄검) 등의 증점 다당류, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 등의 폴리에테르류, 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄 등의 비닐알코올류, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산 등의 폴리산, 혹은 이들 폴리머의 금속염, 폴리불화비닐리덴 등의 함불소 폴리머, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 알칸계 폴리머 및 이들의 공중합체 등을 들 수 있다.As an example of the binder which does not have an olefinic unsaturated bond, thickener polysaccharides, such as methylcellulose, carboxymethylcellulose, starch, carrageenan, pullulan, guar gum, xanthan gum (xanthan gum), a polyether, such as polyethylene oxide and polypropylene oxide Vinyl alcohols such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, polyacids such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid, metal salts of these polymers, fluorine-containing polymers such as polyvinylidene fluoride, polyethylene, polypropylene, and the like Alkanes type polymer, these copolymers, etc. are mentioned.
본 발명의 부극은, 상기 서술한 본 발명의 부극 재료와 바인더를 분산매에 분산시켜 슬러리로 하고, 이것을 집전체에 도포함으로써 형성된다. 분산매로서는, 알코올 등의 유기 용매나 물을 사용할 수 있다. 이 슬러리에는 추가로 원하는 바에 따라 도전제를 첨가해도 된다. 도전제로서는, 아세틸렌 블랙, 케첸 블랙, 퍼네스 블랙 등의 카본 블랙, 평균 입경 1 ㎛ 이하의 Cu, Ni 또는 이들 합금으로 이루어지는 미분말 등을 들 수 있다. 도전제의 첨가량은, 본 발명의 부극 재료에 대해 통상 10 질량% 이하 정도이다. The negative electrode of this invention is formed by disperse | distributing the negative electrode material and binder of this invention mentioned above to a dispersion medium to make a slurry, and apply | coating this to an electrical power collector. As a dispersion medium, organic solvents, such as alcohol, and water can be used. You may add a electrically conductive agent to this slurry further as needed. Examples of the conductive agent include carbon black such as acetylene black, Ketjen black and furnace black, Cu, Ni having an average particle diameter of 1 µm or less, or a fine powder composed of these alloys. The addition amount of a electrically conductive agent is about 10 mass% or less normally with respect to the negative electrode material of this invention.
슬러리를 도포하는 집전체로서는, 종래 공지된 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 압연 동박, 전해 동박, 스테인리스박 등의 금속 박막을 들 수 있다. 집전체의 두께는, 통상 4 ㎛ 이상, 바람직하게는 6 ㎛ 이상이며, 통상 30 ㎛ 이하, 바람직하게는 20 ㎛ 이하이다. As a collector which apply | coats a slurry, a conventionally well-known thing can be used. Specifically, metal thin films, such as a rolled copper foil, an electrolytic copper foil, and stainless steel foil, are mentioned. The thickness of the current collector is usually 4 µm or more, preferably 6 µm or more, and usually 30 µm or less, preferably 20 µm or less.
이 슬러리를, 집전체인 두께 18 ㎛ 의 동박 위에, 부극 재료가 14.5±0.3 ㎎/㎠ 부착되도록, 독터 블레이드를 이용하여 폭 5 ㎝ 로 도포하고, 실온에서 풍건을 실시하였다. 다시 110 ℃ 에서 30 분 건조 후, 직경 20 ㎝ 의 롤러를 이용하여 롤 프레스하여, 활물질층의 밀도가 1.70±0.03 g/㎤ 가 되도록 조제하여 전극 시트를 얻었다. This slurry was apply | coated to width 5cm using the doctor blade, and it air-dried at room temperature so that the negative electrode material might adhere to 14.5 +/- 0.3 mg / cm <2> on the copper foil of 18 micrometers thick which is an electrical power collector. After drying at 110 degreeC for 30 minutes again, it roll-pressed using the roller of diameter 20cm, was prepared so that the density of an active material layer might be 1.70 ± 0.03 g / cm <3>, and the electrode sheet was obtained.
슬러리를 집전체 위에 도포한 후, 통상 60 ℃ 이상, 바람직하게는 80 ℃ 이상, 또, 통상 200 ℃ 이하, 바람직하게는 195 ℃ 이하의 온도에서, 건조 공기 또는 불활성 분위기하에서 건조시켜 활물질층을 형성한다. After the slurry is applied onto the current collector, the active material layer is formed by drying in a dry air or an inert atmosphere at a temperature of usually 60 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and usually 200 ° C. or lower, preferably 195 ° C. or lower. do.
슬러리를 도포, 건조시켜 얻어지는 활물질층의 두께는, 통상 5 ㎛ 이상, 바람직하게는 20 ㎛ 이상, 더욱 바람직하게는 30 ㎛ 이상, 또, 통상 200 ㎛ 이하, 바람직하게는 100 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 75 ㎛ 이하이다. 활물질층이 지나치게 얇으면, 활물질의 입경과의 균형으로부터 부극으로서의 실용성이 부족하고, 지나치게 두꺼우면, 고밀도의 전류값에 대한 충분한 Li 의 흡장·방출 기능을 얻기 어렵다. The thickness of the active material layer obtained by applying and drying the slurry is usually 5 µm or more, preferably 20 µm or more, more preferably 30 µm or more, and usually 200 µm or less, preferably 100 µm or less, more preferably. Is 75 μm or less. If the active material layer is too thin, practicality as a negative electrode is insufficient from the balance with the particle size of the active material, and if too thick, sufficient Li occlusion and release function for a high density current value is difficult to obtain.
활물질층에 있어서의 비수계 이차 전지용 부극재의 밀도는, 용도에 따라 상이하지만, 용량을 중시하는 용도에서는, 바람직하게는 1.55 g/㎤ 이상, 특히 1.60 g/㎤ 이상, 나아가 1.65 g/㎤ 이상, 특히 1.70 g/㎤ 이상이 바람직하다. 밀도가 지나치게 낮으면, 단위 체적 당의 전지의 용량이 반드시 충분하지는 않다. 또, 밀도가 지나치게 높으면 레이트 특성이 저하되므로, 1.9 g/㎤ 이하가 바람직하다. The density of the negative electrode material for a non-aqueous secondary battery in the active material layer varies depending on the use, but in applications where capacity is important, it is preferably 1.55 g / cm 3 or more, especially 1.60 g / cm 3 or more, further 1.65 g / cm 3 or more, In particular, 1.70 g / cm <3> or more is preferable. If the density is too low, the capacity of the battery per unit volume is not necessarily sufficient. In addition, when the density is too high, the rate characteristic is lowered, so 1.9 g / cm 3 or less is preferable.
이상 설명한 본 발명의 비수계 이차 전지용 부극재를 사용하여 비수계 이차 전지용 부극을 제조하는 경우, 그 수법이나 그 밖의 재료의 선택에 대해서는, 특별히 제한되지 않는다. 또, 이 부극을 사용하여 리튬 이온 이차 전지를 제조하는 경우에도, 리튬 이온 이차 전지를 구성하는 정극 (正極), 전해액 등의 전지 구성 상 필요한 부재의 선택에 대해서는 특별히 제한되지 않는다. 이하, 본 발명의 부극 재료를 사용한 리튬 이온 이차 전지용 부극 및 리튬 이온 이차 전지의 상세를 예시하지만, 사용할 수 있는 재료나 제조 방법 등은 이하의 구체예에 한정되는 것은 아니다. When manufacturing the negative electrode for non-aqueous secondary batteries using the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries of this invention demonstrated above, the method and selection of another material are not specifically limited. Moreover, also when manufacturing a lithium ion secondary battery using this negative electrode, there is no restriction | limiting in particular about selection of the member required in the battery structure, such as a positive electrode and electrolyte solution which comprise a lithium ion secondary battery. Hereinafter, although the detail of the negative electrode for lithium ion secondary batteries and the lithium ion secondary battery using the negative electrode material of this invention is illustrated, the material, manufacturing method, etc. which can be used are not limited to the following specific example.
<비수계 이차 전지><Non-aqueous secondary battery>
본 발명의 비수계 이차 전지, 특히 리튬 이온 이차 전지의 기본적 구성은, 종래 공지된 리튬 이온 이차 전지와 동일하고, 통상, 리튬 이온을 흡장·방출할 수 있는 정극 및 부극, 그리고 전해질을 구비한다. 부극으로서는, 상기 서술한 본 발명의 부극을 사용한다. The basic configuration of the non-aqueous secondary battery, in particular, a lithium ion secondary battery of the present invention is the same as that of a conventionally known lithium ion secondary battery, and usually includes a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte capable of occluding and releasing lithium ions. As a negative electrode, the negative electrode of this invention mentioned above is used.
정극은, 정극 활물질 및 바인더를 함유하는 정극 활물질층을 집전체 위에 형성한 것이다. A positive electrode forms the positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a binder on an electrical power collector.
정극 활물질로서는, 리튬 이온 등의 알칼리 금속 카티온을 충방전시에 흡장, 방출할 수 있는 금속 카르코겐 화합물 등을 들 수 있다. 금속 카르코겐 화합물로서는, 바나듐의 산화물, 몰리브덴의 산화물, 망간의 산화물, 크롬의 산화물, 티탄의 산화물, 텅스텐의 산화물 등의 천이 금속 산화물, 바나듐의 황화물, 몰리브덴의 황화물, 티탄의 황화물, CuS 등의 천이 금속 황화물, NiPS3, FePS3 등의 천이 금속의 인-황 화합물, VSe2, NbSe3 등의 천이 금속의 셀렌 화합물, Fe0 .25V0 .75S2, Na0.1CrS2 등의 천이 금속의 복합 산화물, LiCoS2, LiNiS2 등의 천이 금속의 복합 황화물 등을 들 수 있다.Examples of the positive electrode active material include metal chalcogen compounds that can occlude and release alkali metal cations such as lithium ions during charging and discharging. Examples of the metal chalcogen compounds include transition metal oxides such as oxides of vanadium, oxides of molybdenum, oxides of manganese, oxides of chromium, oxides of titanium, and oxides of tungsten, sulfides of vanadium, sulfides of molybdenum, sulfides of titanium, and CuS. transition metal sulfides, NiPS 3, FePS the transition metal, such as 3-1002 of sulfur compounds, VSe 2, NbSe transition metal selenide compound such as 3, Fe 0 .25 V 0 .75 S 2, Na 0.1 CrS 2 etc. Complex sulfides of transition metals such as metal complex oxides, LiCoS 2 , LiNiS 2, and the like.
이들 중에서도, V2O5, V5O13, VO2, Cr2O5, MnO2, TiO, MoV2O8, LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4, TiS2, V2S5, Cr0 .25V0 .75S2, Cr0 .5V0 .5S2 등이 바람직하고, 특히 바람직한 것은 LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 나, 이들 천이 금속의 일부를 다른 금속으로 치환한 리튬 천이 금속 복합 산화물이다. 이들 정극 활물질은, 단독으로 사용해도 되고 복수를 혼합하여 사용해도 된다. Among these, V 2 O 5 , V 5 O 13 , VO 2 , Cr 2 O 5 , MnO 2 , TiO, MoV 2 O 8 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , TiS 2 , V 2 S 5 , Cr 0 .25 V 0 .75 S 2 , Cr 0 .5 V 0 .5 S 2 such as the preferred, and particularly preferred are LiCoO 2, LiNiO 2, LiMn 2 O 4 , or these other transition metal for a portion of the metal It is the substituted lithium transition metal composite oxide. These positive electrode active materials may be used alone or in combination of a plurality thereof.
정극 활물질을 결착하는 바인더로서는, 공지된 것을 임의로 선택하여 사용할 수 있다. 예로서는, 실리케이트, 물 유리 등의 무기 화합물이나, 테플론 (등록상표), 폴리불화비닐리덴 등의 불포화 결합을 갖지 않는 수지 등을 들 수 있다. 이들 중에서도 바람직한 것은, 불포화 결합을 갖지 않는 수지이다. 정극 활물질을 결착하는 수지로서 불포화 결합을 갖는 수지를 사용하면 산화 반응시에 분해될 우려가 있다. 이들 수지의 중량 평균 분자량은 통상 1 만 이상, 바람직하게는 10 만 이상, 또, 통상 300 만 이하, 바람직하게는 100 만 이하의 범위이다. As a binder which binds a positive electrode active material, a well-known thing can be arbitrarily selected and used. As an example, inorganic compounds, such as a silicate and water glass, resin which does not have unsaturated bonds, such as Teflon (trademark) and polyvinylidene fluoride, etc. are mentioned. Among these, preferable is resin which does not have an unsaturated bond. When resin which has an unsaturated bond is used as resin which binds a positive electrode active material, there exists a possibility that it may decompose | disassemble at the time of an oxidation reaction. The weight average molecular weight of these resins is usually 10,000 or more, preferably 100,000 or more, and usually 3 million or less, preferably 1 million or less.
정극 활물질층 중에는, 전극의 도전성을 향상시키기 위해, 도전재를 함유시켜도 된다. 도전제로서는, 활물질에 적당량 혼합하여 도전성을 부여할 수 있는 것이면 특별히 제한은 없지만, 통상, 아세틸렌 블랙, 카본 블랙, 흑연 등의 탄소 분말, 각종 금속 섬유, 분말, 박 등을 들 수 있다. The positive electrode active material layer may contain a conductive material in order to improve the conductivity of the electrode. The conductive agent is not particularly limited as long as it can be appropriately mixed with the active material to impart conductivity, but usually includes carbon powder such as acetylene black, carbon black, graphite, various metal fibers, powder, foil, and the like.
정극판은, 상기한 바와 같은 부극의 제조와 동일한 수법으로, 정극 활물질이나 바인더를 용제로 슬러리화하여, 집전체 위에 도포, 건조시킴으로써 형성한다. 정극의 집전체로서는, 알루미늄, 니켈, SUS 등이 사용되지만, 전혀 한정되지 않는다. A positive electrode plate is formed by slurrying a positive electrode active material and a binder with a solvent by the method similar to manufacture of a negative electrode as mentioned above, apply | coating and drying on an electrical power collector. As a current collector of a positive electrode, although aluminum, nickel, SUS, etc. are used, it is not limited at all.
전해질로서는, 비수계 용매에 리튬염을 용해시킨 비수계 전해액이나, 이 비수계 전해액을 유기 고분자 화합물 등에 의해 겔상, 고무상, 고체 시트상으로 한 것 등이 사용된다. As an electrolyte, the non-aqueous electrolyte which melt | dissolved lithium salt in the non-aqueous solvent, the thing which made this non-aqueous electrolyte into gel form, rubber | gum, a solid sheet form with organic polymer compounds, etc. are used.
비수계 전해액에 사용되는 비수계 용매는 특별히 제한되지 않고, 종래부터 비수계 전해액의 용매로서 제안되어 있는 공지된 비수계 용매 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 디에틸카보네이트, 디메틸카보네이트, 에틸메틸카보네이트 등의 사슬형 카보네이트류 ; 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이트, 부틸렌카보네이트 등의 고리형 카보네이트류 ; 1,2-디메톡시에탄 등의 사슬형 에테르류 ; 테트라하이드로푸란, 2-메틸테트라하이드로푸란, 술포란, 1,3-디옥소란 등의 고리형 에테르류 ; 포름산메틸, 아세트산메틸, 프로피온산메틸 등의 사슬형 에스테르류 ; γ-부티로락톤, γ-발레롤락톤 등의 고리형 에스테르류 등을 들 수 있다. The non-aqueous solvent used for the non-aqueous electrolyte is not particularly limited and can be appropriately selected from known nonaqueous solvents that have conventionally been proposed as solvents for the non-aqueous electrolyte. Chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; Cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate, and butylene carbonate; Chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane; Cyclic ethers such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, sulfolane, and 1,3-dioxolane; Chain esters such as methyl formate, methyl acetate and methyl propionate; Cyclic ester, such as (gamma) -butyrolactone and (gamma) -valerolactone, etc. are mentioned.
이들 비수계 용매는, 어느 1 종을 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 혼합 용매의 경우에는, 고리형 카보네이트와 사슬형 카보네이트를 포함하는 혼합 용매의 조합이 바람직하고, 고리형 카보네이트가, 에틸렌카보네이트와 프로필렌카보네이트의 혼합 용매인 것이, 저온에서도 높은 이온 전도도를 발현할 수 있어, 저온 충전 부하 특성이 향상된다는 점에서 특히 바람직하다. 그 중에서도 프로필렌카보네이트가 비수계 용매 전체에 대해, 2 wt% 이상 80 wt% 이하의 범위가 바람직하고, 5 wt% 이상 70 wt% 이하의 범위가 보다 바람직하고, 10 wt% 이상 60 wt% 이하의 범위가 더욱 바람직하다. 프로필렌카보네이트의 비율이 상기보다 낮으면 저온에서의 이온 전도도가 저하되고, 프로필렌카보네이트의 비율이 상기보다 높으면, 흑연계 전극을 사용한 경우에는 Li 이온에 용매화한 PC 가 흑연상 (黑鉛相) 간에 공삽입됨으로써 흑연계 부극 활물질의 층간 박리 열화가 일어나, 충분한 용량을 얻을 수 없게 되는 문제가 있다. These non-aqueous solvents may be used individually by 1 type, or may mix and use 2 or more types. In the case of a mixed solvent, a combination of a mixed solvent containing a cyclic carbonate and a linear carbonate is preferable, and the cyclic carbonate being a mixed solvent of ethylene carbonate and propylene carbonate can express high ionic conductivity even at low temperatures. In particular, the low temperature charging load characteristics are particularly preferable. Especially, the range of 2 wt% or more and 80 wt% or less is preferable with respect to the whole non-aqueous solvent, The range of 5 wt% or more and 70 wt% or less is more preferable, 10 wt% or more and 60 wt% or less The range is more preferred. When the ratio of propylene carbonate is lower than the above, the ionic conductivity at low temperature is lowered. When the ratio of propylene carbonate is higher than the above, when the graphite electrode is used, the PC solvated in Li ions is separated between the graphite phases. Co-insertion causes a problem that the interlayer peeling deterioration of the graphite negative electrode active material occurs, and a sufficient capacity cannot be obtained.
비수계 전해액에 사용되는 리튬염도 특별히 제한되지 않고, 이 용도로 사용할 수 있는 것이 알려져 있는 공지된 리튬염 중에서 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들어, LiCl, LiBr 등의 할로겐화물, LiClO4, LiBrO4, LiClO4 등의 과할로겐산염, LiPF6, LiBF4, LiAsF6 등의 무기 불화물염 등의 무기 리튬염, LiCF3SO3, LiC4F9SO3 등의 퍼플루오로알칸술폰산염, Li 트리플루오로술폰이미드 ((CF3SO2)2NLi) 등의 퍼플루오로알칸술폰산이미드염 등의 함불소 유기 리튬염 등을 들 수 있고, 이 중에서도 LiClO4, LiPF6, LiBF4 가 바람직하다. The lithium salt used for the non-aqueous electrolytic solution is not particularly limited, and may be appropriately selected from known lithium salts known to be usable for this use. For example, inorganic lithium salts such as halides such as LiCl, LiBr, perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 , LiClO 4 , and inorganic fluoride salts such as LiPF 6 , LiBF 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , Fluorine-containing organic lithium salts such as perfluoroalkanesulfonic acid salts such as LiC 4 F 9 SO 3 , and perfluoroalkanesulfonic acid imide salts such as Li trifluorosulfonimide ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi) Among these, LiClO 4 , LiPF 6 and LiBF 4 are preferable.
리튬염은, 단독으로 사용해도 되고, 2 종 이상을 혼합하여 사용해도 된다. 비수계 전해액 중에 있어서의 리튬염의 농도는, 통상 0.5 M 이상 2.0 M 이하의 범위이다. The lithium salt may be used alone or in combination of two or more thereof. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is usually in the range of 0.5 M or more and 2.0 M or less.
또, 상기 서술한 비수계 전해액에 유기 고분자 화합물을 포함시켜, 겔상, 고무상, 혹은 고체 시트상으로 하여 사용하는 경우, 유기 고분자 화합물의 구체예로서는, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드 등의 폴리에테르계 고분자 화합물 ; 폴리에테르계 고분자 화합물의 가교체 고분자 ; 폴리비닐알코올, 폴리비닐부티랄 등의 비닐알코올계 고분자 화합물 ; 비닐알코올계 고분자 화합물의 불용화물 ; 폴리에피클로르하이드린 ; 폴리포스파젠 ; 폴리실록산 ; 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐리덴카보네이트, 폴리아크릴로니트릴 등의 비닐계 고분자 화합물 ; 폴리(ω-메톡시올리고옥시에틸렌메타크릴레이트), 폴리(ω-메톡시올리고옥시에틸렌메타크릴레이트-co-메틸메타크릴레이트), 폴리(헥사플루오로프로필렌-불화비닐리덴) 등의 폴리머 공중합체 등을 들 수 있다. Moreover, when using the organic polymer compound in the non-aqueous electrolyte solution mentioned above and using it as a gel form, a rubber form, or a solid sheet form, As a specific example of an organic polymer compound, Polyether type polymers, such as polyethylene oxide and a polypropylene oxide, are used. Compound; A cross-linked polymer of a polyether-based polymer compound; Vinyl alcohol-based polymer compounds such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral; An insoluble product of a vinyl alcohol-based polymer compound; Polyepichlorohydrin; Polyphosphazene; Polysiloxanes; Vinyl-based polymer compounds such as polyvinyl pyrrolidone, polyvinylidene carbonate, and polyacrylonitrile; Polymeric aerosols such as poly (omega -methoxy oligooxyethylene methacrylate), poly (omega-methoxy oligooxyethylene methacrylate-co-methyl methacrylate) and poly (hexafluoropropylene-vinylidene fluoride) And the like.
상기 서술한 비수계 전해액은, 추가로 피막 형성제를 함유하고 있어도 된다. 피막 형성제의 구체예로서는, 비닐렌카보네이트, 비닐에틸카보네이트, 메틸페닐카보네이트 등의 카보네이트 화합물, 에틸렌설파이드, 프로필렌설파이드 등의 알켄 설파이드 ; 1,3-프로판술톤, 1,4-부탄술톤 등의 술톤 화합물 ; 말레산 무수물, 숙신산 무수물 등의 산 무수물 등을 들 수 있다. 또한, 디페닐에테르, 시클로헥실벤젠 등의 과충전 방지제가 첨가되어 있어도 된다. 상기 첨가제를 사용하는 경우, 그 함유량은 통상 10 질량% 이하, 그 중에서도 8 질량% 이하, 나아가서는 5 질량% 이하, 특히 2 질량% 이하의 범위가 바람직하다. 상기 첨가제의 함유량이 지나치게 많으면, 초기 불가역 용량의 증가나 저온 특성, 레이트 특성의 저하 등, 다른 전지 특성에 악영향을 미칠 우려가 있다. The above-mentioned non-aqueous liquid electrolyte may further contain a film-forming agent. As a specific example of a film forming agent, Alkene sulfide, such as carbonate compounds, such as vinylene carbonate, vinyl ethyl carbonate, and methylphenyl carbonate, ethylene sulfide, propylene sulfide; Sultone compounds such as 1,3-propane sultone and 1,4-butane sultone; Acid anhydrides, such as maleic anhydride and succinic anhydride, etc. are mentioned. Moreover, overcharge inhibitors, such as diphenyl ether and cyclohexylbenzene, may be added. When using the said additive, the content is 10 mass% or less normally, Especially 8 mass% or less, Furthermore, 5 mass% or less, Especially the range of 2 mass% or less is preferable. When there is too much content of the said additive, there exists a possibility that it may adversely affect other battery characteristics, such as an increase of an initial irreversible capacity | capacitance, low temperature characteristic, and a fall of a rate characteristic.
또, 전해질로서, 리튬 이온 등의 알칼리 금속 카티온의 도전체인 고분자 고체 전해질을 사용할 수도 있다. 고분자 고체 전해질로서는, 전술한 폴리에테르계 고분자 화합물에 Li 의 염을 용해시킨 것이나, 폴리에테르의 말단 수산기가 알콕시드로 치환되어 있는 폴리머 등을 들 수 있다. As the electrolyte, a polymer solid electrolyte which is a conductive material of an alkali metal cation such as lithium ion may be used. As a polymer solid electrolyte, what melt | dissolved the salt of Li in the polyether polymer compound mentioned above, the polymer etc. which the terminal hydroxyl group of the polyether is substituted by the alkoxide are mentioned.
정극과 부극 사이에는 통상, 전극간의 단락을 방지하기 위해, 다공막이나 부직포 등의 다공성의 세퍼레이터를 개재시킨다. 이 경우, 비수계 전해액은, 다공성의 세퍼레이터에 함침시켜 사용한다. 세퍼레이터의 재료로서는, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀, 폴리에테르술폰 등이 사용되며, 바람직하게는 폴리올레핀이다. In order to prevent a short circuit between electrodes, porous separators, such as a porous membrane and a nonwoven fabric, are interposed between a positive electrode and a negative electrode normally. In this case, the non-aqueous electrolyte solution is used by impregnating the porous separator. As a material of a separator, polyolefin, such as polyethylene and a polypropylene, polyether sulfone, etc. are used, Preferably it is polyolefin.
본 발명의 리튬 이온 이차 전지의 형태는 특별히 제한되지 않는다. 예로서는, 시트 전극 및 세퍼레이터를 스파이럴상으로 한 실린더 타입, 펠릿 전극 및 세퍼레이터를 조합한 인사이드 아웃 구조의 실린더 타입, 펠릿 전극 및 세퍼레이터를 적층한 코인 타입 등을 들 수 있다. 또, 이들 형태의 전지를 임의의 외장 케이스에 수납함으로써, 코인형, 원통형, 각형 등의 임의의 형상으로 하여 사용할 수 있다. The form of the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited. As an example, the cylinder type which made the sheet electrode and the separator spiral, the cylinder type of the inside out structure which combined the pellet electrode, and the separator, the coin type which laminated | stacked the pellet electrode, and separator etc. are mentioned. Moreover, by storing these types of batteries in arbitrary exterior cases, it can be used as arbitrary shapes, such as a coin shape, a cylindrical shape, and a square shape.
본 발명의 리튬 이온 이차 전지를 조립하는 순서도 특별히 제한되지 않고, 전지의 구조에 따라 적절한 순서로 조립하면 되지만, 예를 들면, 외장 케이스 위에 부극을 올리고, 그 위에 전해액과 세퍼레이터를 형성하고, 그리고 부극과 대향하도록 정극을 올려, 개스킷, 봉구판과 함께 고정시켜 전지로 할 수 있다. The order of assembling the lithium ion secondary battery of the present invention is not particularly limited, but may be assembled in an appropriate order according to the structure of the battery. For example, the negative electrode is placed on an outer case, an electrolyte and a separator are formed thereon, and the negative electrode is formed. The positive electrode is raised so as to face the battery and fixed together with the gasket and the sealing plate to form a battery.
실시예Example
다음으로 실시예에 의해 본 발명의 구체적 양태를 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 예에 의해 한정되는 것은 아니다. Next, although the specific aspect of this invention is demonstrated in detail by an Example, this invention is not limited by these examples.
또한, 각 물성 측정 방법은, 상기 서술한 측정 방법에 준하는 것으로 한다. In addition, each physical property measuring method shall be based on the measuring method mentioned above.
<초기 효율의 측정 방법><Measurement method of initial stage efficiency>
비수계 이차 전지를 사용하여, 하기의 측정 방법으로 전지 충방전시의 초기 효율을 측정하였다. Using the non-aqueous secondary battery, the initial efficiency at the time of battery charge / discharge was measured by the following measuring method.
0.16 ㎃/㎠ 의 전류 밀도로 리튬 대극에 대해 5 ㎷ 까지 충전하고, 다시 5 ㎷ 의 일정 전압으로 충전 용량값이 350 mAh/g 가 될 때까지 충전하고, 부극 중에 리튬을 도프한 후, 0.33 ㎃/㎠ 의 전류 밀도로 리튬 대극에 대해 1.5 V 까지 방전을 실시하였다. 계속해서 2, 3 회째는, 동 전류 밀도로 cc-cv 충전으로 10 ㎷, 0.005 Ccut 로 충전하고, 방전은, 모든 회에서 0.04 C 로 1.5 V 까지 방전하였다. 이 합계 3 사이클의 충전 용량과 방전 용량의 차의 합계를 불가역 용량으로서 산출하였다. 또, 3 사이클째의 방전 용량을 본 재료의 방전 용량, 3 사이클째의 방전 용량/(3 사이클째의 방전 용량+3 사이클의 충전 용량과 방전 용량의 차의 합계) 을 초기 효율로 하였다. Charge up to 5 kW against the lithium counter electrode at a current density of 0.16 mA / cm 2, charge again at a constant voltage of 5 mA until the charge capacity value reaches 350 mAh / g, and doping lithium in the negative electrode, followed by 0.33 mA The lithium electrode was discharged to 1.5 V at a current density of / cm 2. Subsequently, the second and third times were charged at 10 mA and 0.005 Ccut by cc-cv charging at the same current density, and the discharges were discharged to 0.04 C at 1.5 times at all times. The sum total of the difference of the charge capacity and discharge capacity of 3 cycles in total was computed as irreversible capacity. In addition, the discharge capacity of this material was made into the discharge capacity of the 3rd cycle, discharge capacity of the 3rd cycle / (the sum of the difference of the discharge capacity of the 3rd cycle + the charge capacity of the 3rd cycle, and discharge capacity) was made into initial stage efficiency.
<사이클 유지율의 측정 방법><Measurement method of cycle retention rate>
후술하는 방법으로 제조한 라미네이트형 전지를 0.8 C 로 4.2 V 까지 충전, 0.5 C 로 3.0 V 까지의 방전을 반복하여, 1 사이클째의 방전 용량에 대한 100 사이클째의 방전 용량의 비×100 을 사이클 유지율 (%) 로 하였다. The laminate battery produced by the method described below was repeatedly charged at 0.8 C to 4.2 V and discharged at 0.5 C to 3.0 V to cycle the ratio x100 of the discharge capacity at the 100th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle. It was set as retention rate (%).
<전극 시트의 제조><Manufacture of an electrode sheet>
본 발명의 부극재를 사용하여, 활물질층 밀도 1.70±0.03 g/㎤ 의 활물질층을 갖는 극판을 제조하였다. 구체적으로는, 부극재 20.00±0.02 g 에, 1 질량% 카르복시메틸셀룰로오스나트륨염 수용액을 20.00±0.02 g (고형분 환산으로 0.200 g), 및 중량 평균 분자량 27 만의 스티렌·부타디엔 고무 수성 디스퍼전 0.50±0.05 g (고형분 환산으로 0.2 g) 을, 키엔스 제조 하이브리드 믹서로 5 분간 교반하고, 30 초 탈포하여 슬러리를 얻었다. Using the negative electrode material of the present invention, an electrode plate having an active material layer having an active material layer density of 1.70 ± 0.03 g / cm 3 was produced. Specifically, 20.00 ± 0.02 g (0.200 g in terms of solid content) of 1 mass% carboxymethylcellulose sodium salt aqueous solution and 20.00 ± 0.02 g of negative electrode material, and the weight average molecular weight 270,000 styrene butadiene rubber aqueous dispersion 0.50 ± 0.05 g (0.2 g in terms of solid content) was stirred for 5 minutes with a Keyense hybrid mixer, and degassed for 30 seconds to obtain a slurry.
이 슬러리를, 집전체인 두께 18 ㎛ 의 동박 위에, 부극 재료가 14.5±0.3 ㎎/㎠ 부착되도록, 독터 블레이드를 이용하여 폭 5 ㎝ 로 도포하고, 실온에서 풍건을 실시하였다. 다시 110 ℃ 에서 30 분 건조시킨 후, 직경 20 ㎝ 의 롤러를 이용하여 롤 프레스하여, 활물질층의 밀도가 1.70±0.03 g/㎤ 가 되도록 조제하여 전극 시트를 얻었다. This slurry was apply | coated to width 5cm using the doctor blade, and it air-dried at room temperature so that the negative electrode material might adhere to 14.5 +/- 0.3 mg / cm <2> on the copper foil of 18 micrometers thick which is an electrical power collector. After drying at 110 degreeC again for 30 minutes, it roll-pressed using the roller of diameter 20cm, and prepared so that the density of an active material layer might be 1.70 ± 0.03g / cm <3>, and obtained the electrode sheet.
<비수계 이차 전지 (2016 코인형 전지) 의 제조><Production of Non-Aqueous Secondary Battery (2016 Coin Type Battery)>
상기 방법으로 제조한 전극 시트를 직경 12.5 ㎜의 원반상으로 타발하고, 리튬 금속박을 직경 14 ㎜ 의 원판상으로 타발하여 대극으로 하였다. 양극 사이에는, A : 에틸렌카보네이트와 에틸메틸카보네이트의 혼합 용매 (용적비 = 3 : 7) 에, LiPF6 을 1 ㏖/ℓ 가 되도록 용해시킨 전해액, B : 에틸렌카보네이트와 프로필렌카보네이트와 디에틸카보네이트의 혼합 용매 (용적비 = 2 : 4 : 4) 에, LiPF6 을 1 ㏖/ℓ 가 되도록 용해시킨 전해액, C : 에틸렌카보네이트와 프로필렌카보네이트와 디에틸카보네이트의 혼합 용매 (용적비 = 1 : 5 : 4) 에, LiPF6 을 1 ㏖/ℓ 가 되도록 용해시킨 전해액 (표 중에서는 각각 전해액 A, B, C 로 나타낸다) 을 함침시킨 세퍼레이터 (다공성 폴리에틸렌 필름 제조) 를 놓고, A ∼ C 의 전해액을 사용한 2016 코인형 전지를 각각 제조하였다. The electrode sheet produced by the above method was punched into a disk shape having a diameter of 12.5 mm, and the lithium metal foil was punched out into a disk shape having a diameter of 14 mm to obtain a counter electrode. Between the positive electrodes, an electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved to 1 mol / l in a mixed solvent of A: ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (volume ratio = 3: 7), B: mixing of ethylene carbonate, propylene carbonate, and diethyl carbonate In an electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved to 1 mol / l in a solvent (volume ratio = 2: 4: 4), and a mixed solvent (volume ratio = 1: 5: 4) of C: ethylene carbonate, propylene carbonate, and diethyl carbonate, A 2016 coin-type battery in which a separator (made of porous polyethylene film) impregnated with an electrolyte solution (indicated by electrolyte solutions A, B, and C, respectively) in which LiPF 6 was dissolved to 1 mol / L was used, and the electrolyte solution of A to C was used. Were prepared respectively.
<비수계 이차 전지 (라미네이트형 전지) 의 제조 방법><Manufacturing method of a nonaqueous secondary battery (laminate type battery)>
상기 방법으로 제조한 부극 시트를 4 ㎝ × 3 ㎝ 의 정방형으로 잘라내어 부극으로 하고, LiCoO2 로 이루어지는 정극을 동 면적으로 잘라내어 조합하였다. 부극과 정극 사이에는, 에틸렌카보네이트, 에틸메틸카보네이트, 디메틸카보네이트의 혼합 용매 (용적비 = 20 : 20 : 60) 에, LiPF6 를 1 ㏖/ℓ 가 되도록 용해시키고, 또한 첨가제로서 비닐렌카보네이트를 2 용적% 첨가한 전해액을 함침시킨 세퍼레이터 (다공성 폴리에틸렌 필름제) 를 놓고, 라미네이트형 전지를 제조하였다. The negative electrode sheet produced by the above method was cut into a square of 4 cm × 3 cm to form a negative electrode, and the positive electrode made of LiCoO 2 was cut out and combined. Between the negative electrode and the positive electrode, LiPF 6 is dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate and dimethyl carbonate (volume ratio = 20:20:60) to 1 mol / l, and 2 volumes of vinylene carbonate as an additive. A separator (made of a porous polyethylene film) impregnated with the added electrolyte solution was placed to prepare a laminate battery.
실시예 1Example 1
원료 흑연으로서 체적 기준 평균 입경이 17 ㎛ 인 구상 천연 흑연을 사용하고, 조면화 공정으로서 로터와 스테이터로 이루어지는 분쇄 장치를 이용하여, 로터의 주속도 145 m/sec, 투입 속도 200 ㎏/hr 로 분쇄하여, 표면에 요철 구조를 가진 흑연을 얻었다. 그 얻어진 흑연 100 질량부에 대해 원료 유기물의 피치를 30 질량부의 비율로 니더를 이용하여 혼합하였다. 얻어진 혼합물을 성형한 후, 불활성 분위기 1000 ℃ 에서 소성, 탄소화하고, 그리고 3000 ℃ 에서 흑연화하였다. 얻어진 흑연질 성형체를 조쇄, 미분쇄처리하여, 흑연 입자로 이루어지는 분말 샘플을 얻었다. 이 샘플에 대하여, 상기 측정법으로 DBP 흡유량, 비표면적, 라먼 R 값, 세공 용적 (Vi), 전체 세공 용적, O/C, 탭 밀도, 평균 입경을 측정하였다. 또, 입자 표면의 SEM 관찰로부터 요철 구조의 유무를 판단하였다. As raw material graphite, the spherical natural graphite having a volume-based average particle diameter of 17 μm was used, and as a roughening process, a pulverization device consisting of a rotor and a stator was used to grind the rotor at a main speed of 145 m / sec and an injection speed of 200 kg / hr. Thus, graphite having a concave-convex structure on the surface was obtained. The pitch of raw material organic substance was mixed using the kneader in the ratio of 30 mass parts with respect to 100 mass parts of the obtained graphite. After the obtained mixture was molded, it was calcined and carbonized in an inert atmosphere at 1000 ° C, and graphitized at 3000 ° C. The obtained graphite molded object was pulverized and finely pulverized to obtain a powder sample composed of graphite particles. About this sample, DBP oil absorption amount, specific surface area, Raman R value, pore volume (Vi), total pore volume, O / C, tap density, and average particle diameter were measured with the said measuring method. Moreover, the presence or absence of the uneven structure was judged from the SEM observation of the particle surface.
그 결과, 및 상기 측정법에 따라, 사이클 유지율, 초기 효율을 측정한 결과를 표 1 에 나타낸다. 또, 도 2 에 SEM 관찰 사진예를 나타낸다. SEM 관찰의 결과, 입자 표면에 요철 구조가 형성되어 있는 것이 관찰되었다. As a result, and the result of having measured cycling retention rate and initial stage efficiency by the said measuring method is shown in Table 1. Moreover, the example of SEM observation photograph is shown in FIG. As a result of SEM observation, it was observed that the uneven structure was formed on the particle surface.
실시예 2Example 2
조면화 공정으로서 로터의 주속도를 145 m/sec 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 실시하여 흑연 입자로 이루어지는 분말 샘플을 얻었다. 이에 대하여, 실시예 1 과 동일한 방법으로 물성, 전지 특성의 평가, SEM 관찰을 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. As a roughening process, it carried out similarly to Example 1 except having set the rotor's main speed to 145 m / sec, and obtained the powder sample which consists of graphite particles. On the other hand, physical properties, battery characteristics were evaluated, and SEM observation was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
실시예 3Example 3
조면화 공정으로서 로터의 주속도를 130 m/sec 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 실시하여 흑연 입자로 이루어지는 분말 샘플을 얻었다. 이에 대하여, 실시예 1 과 동일한 방법으로 물성, 전지 특성의 평가, SEM 관찰을 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. As a roughening process, it carried out similarly to Example 1 except having set the rotor main speed to 130 m / sec, and obtained the powder sample which consists of graphite particles. On the other hand, physical properties, battery characteristics were evaluated, and SEM observation was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
비교예 1Comparative Example 1
조면화 공정을 실시하지 않는 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 실시하여 흑연 입자로 이루어지는 분말 샘플을 얻었다. 이에 대하여, 실시예 1 과 동일한 방법으로 물성, 및 전지 특성의 평가를 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. A powder sample consisting of graphite particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that the roughening step was not performed. On the other hand, physical properties and battery characteristics were evaluated in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
또, 도 3 에 SEM 관찰 사진예를 나타낸다. SEM 관찰의 결과, 입자 표면에 요철 구조는 관찰되지 않았다. Moreover, the example of SEM observation photograph is shown in FIG. As a result of SEM observation, no uneven structure was observed on the particle surface.
비교예 2Comparative Example 2
로터의 주속도는 48 m/sec 로 한 것 이외에는 실시예 1 과 동일하게 실시하여 흑연 입자로 이루어지는 분말 샘플을 얻었다. 이에 대하여, 실시예 1 과 동일한 방법으로 물성, 전지 특성의 평가, SEM 관찰을 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. The powder sample which consists of graphite particles was obtained like Example 1 except having set the rotor's main speed to 48 m / sec. On the other hand, physical properties, battery characteristics were evaluated, and SEM observation was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
비교예 3Comparative Example 3
실시예 1 에서 사용한 조면화 흑연을 그대로 샘플로서 사용하였다. 이에 대하여, 실시예 1 과 동일한 방법으로 물성, 전지 특성의 평가, SEM 관찰을 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. The roughened graphite used in Example 1 was used as a sample as it is. On the other hand, physical properties, battery characteristics were evaluated, and SEM observation was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
비교예 4Comparative Example 4
실시예 3 에서 사용한 조면화 흑연을 그대로 샘플로서 사용하였다. 이에 대하여, 실시예 1과 같은 방법으로 물성, 전지 특성의 평가, SEM 관찰을 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. The roughened graphite used in Example 3 was used as a sample as it is. In the same manner as in Example 1, physical properties, battery characteristics were evaluated, and SEM observation was performed. The results are shown in Table 1.
비교예 5Comparative Example 5
체적 기준 평균 입경이 21 ㎛ 인 구형화 천연 흑연을 그대로 샘플로서 사용하였다. 이에 대하여, 실시예 1 과 동일한 방법으로 물성, 전지 특성의 평가, SEM 관찰을 실시하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다. Spherical natural graphite having a volume-based average particle diameter of 21 µm was used as a sample as it is. On the other hand, physical properties, battery characteristics were evaluated, and SEM observation was carried out in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
이상의 결과로부터 다음의 것을 알 수 있다. From the above result, the following is understood.
비교예 1 은, 원료 흑연을 조면화하는 공정을 실시하고 있지 않고, (B) 비표면적과 (C) 라먼 R 값이 본 발명의 범위 내이지만, (A) DBP 흡유량이 0.37 ㎖/g 으로 본 발명의 규정 범위 밖이 되고, 그 결과, 높은 사이클 유지율을 얻을 수 없었다. Although the comparative example 1 does not perform the process of roughening a raw material graphite, (B) specific surface area and (C) Raman R value are in the range of this invention, (A) DBP oil absorption amount is 0.37 ml / g. It became out of the specification range of this invention, and as a result, high cycle retention was not acquired.
비교예 2 는, 원료 흑연을 조면화하는 공정을 실시하고 있지만, 주속도가 50 m/sec 보다 작은 조건에서 실시하고 있어, (B) 비표면적과 (C) 라먼 R 값이 본 발명의 범위 내이지만, (A) DBP 흡유량이 0.40 ㎖/g 으로 본 발명의 규정 범위 밖이 되었다. 그 결과, 높은 사이클 유지율을 얻을 수 없었다. Although the comparative example 2 performs the process of roughening raw material graphite, it carries out on the conditions whose main velocity is less than 50 m / sec, and (B) specific surface area and (C) Raman R value are in the range of this invention. However, (A) DBP oil absorption amount was 0.40 ml / g, it was out of the specification range of this invention. As a result, high cycle retention could not be obtained.
또, 비교예 3 은, 조면화한 원료 흑연과 유기물을 혼합하는 공정, 및 혼합물을 소성하는 공정을 실시하고 있지 않고, (A) DBP 흡유량이 본 발명의 범위 내이지만, (B) 비표면적과 (C) 라먼 R 값이 본 발명의 규정 범위 밖이 되고, 그 결과, 높은 초기 효율을 얻을 수 없었다. Moreover, the comparative example 3 does not perform the process of mixing the roughened raw graphite and organic substance, and the process of baking the mixture, (A) DBP oil absorption amount is in the scope of the present invention, but (B) specific surface area and (C) The Raman R value fell outside the prescribed range of the present invention, and as a result, high initial efficiency could not be obtained.
또, 비교예 4 는, 조면화한 원료 흑연과 유기물을 혼합하는 공정, 및 혼합물을 소성하는 공정을 실시하고 있지 않고, (A) DBP 흡유량과 (B) 비표면적과 (C) 라먼 R 값의 모든 요건이 본 발명의 규정 범위 밖이 되고, 그 결과, 높은 초기 효율을 얻을 수 없었다. Moreover, the comparative example 4 does not perform the process of mixing the roughened raw material graphite and an organic substance, and the process of baking a mixture, and it is a thing of (A) DBP oil absorption amount, (B) specific surface area, and (C) Raman R value. All the requirements fall outside the scope of the present invention, and as a result, high initial efficiency could not be obtained.
또, 비교예 5 는, 원료 흑연을 조면화하는 공정, 조면화한 원료 흑연과 유기물을 혼합하는 공정, 및 혼합물을 소성하는 공정 중 어느 것도 실시하고 있지 않고, (A) DBP 흡유량과 (B) 비표면적은 본 발명의 범위 내이지만, (C) 라먼 R 값이 본 발명의 규정 범위 밖이고, 그 결과, 높은 사이클 유지율을 얻을 수 없었다. Moreover, the comparative example 5 does not perform any of the process of roughening raw material graphite, the process of mixing the roughened raw material graphite and an organic substance, and the process of baking a mixture, (A) DBP oil absorption amount and (B) Although the specific surface area is in the scope of the present invention, the (C) Raman R value is outside the prescribed range of the present invention, and as a result, high cycle retention was not obtained.
이에 반해, 실시예 1 ∼ 3 의 본 발명의 부극재는, (A) DBP 흡유량과 (B) 비표면적과 (C) 라먼 R 값의 모든 요건을 만족하고 있다. 그리고, 이와 같은 부극재를 사용하면, 사이클 특성이 우수하고, 초기 효율이 높은 고성능인 전지를 얻을 수 있다.On the other hand, the negative electrode material of this invention of Examples 1-3 is satisfy | filled all the requirements of (A) DBP oil absorption amount, (B) specific surface area, and (C) Raman R value. By using such a negative electrode material, a high performance battery having excellent cycle characteristics and high initial efficiency can be obtained.
산업상의 이용가능성Industrial availability
본 발명의 부극재는, 비수계 이차 전지용의 부극재로서 사용함으로써, 초기 효율이 높고, 또한 사이클 특성이 양호한 비수계 이차 전지용 부극재를 제공할 수 있다. 또, 당해 재료의 제조 방법에 의하면, 그 공정 수가 적기 때문에, 안정적이고 효율적이며 또한 저렴하게 제조할 수 있다.By using the negative electrode material of the present invention as a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, it is possible to provide a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery having high initial efficiency and good cycle characteristics. Moreover, according to the manufacturing method of the said material, since the number of processes is few, it can manufacture efficiently, efficiently, and inexpensively.
Claims (11)
(A) DBP 흡유량이 0.42 ㎖/g 이상 0.85 ㎖/g 이하이다.
(B) 비표면적이 0.5 ㎡/g 이상 6.5 ㎡/g 이하이다.
(C) 라먼 R 값이 0.03 이상 0.19 이하이다. Graphite particles for non-aqueous secondary batteries, which satisfy the following requirements (A), (B) and (C).
(A) The DBP oil absorption amount is 0.42 ml / g or more and 0.85 ml / g or less.
(B) The specific surface area is 0.5 m <2> / g or more and 6.5 m <2> / g or less.
(C) Raman R value is 0.03 or more and 0.19 or less.
흑연 입자의 표면 관능기 (O/C) 가 0.1 % 이상 2.0 % 이하인 것을 특징으로 하는 비수계 이차 전지용 흑연 입자. The method of claim 1,
The surface functional group (O / C) of graphite particle is 0.1% or more and 2.0% or less, The graphite particle for non-aqueous secondary batteries characterized by the above-mentioned.
흑연 입자의 표면에 요철 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 비수계 이차 전지용 흑연 입자. 3. The method according to claim 1 or 2,
Graphite particles for non-aqueous secondary batteries, characterized by having a concave-convex structure on the surface of the graphite particles.
흑연 입자의 세공 용적 (Vi) 이 0.10 ㎖/g 이상 0.30 ㎖/g 이하인 것을 특징으로 하는 비수계 이차 전지용 흑연 입자. The method according to any one of claims 1 to 3,
The pore volume Vi of the graphite particles is 0.10 ml / g or more and 0.30 ml / g or less, the graphite particles for non-aqueous secondary batteries.
흑연 입자의 탭 밀도가 0.7 g/㎤ 이상 1.25 g/㎤ 이하인 것을 특징으로 하는 비수계 이차 전지용 흑연 입자. 5. The method according to any one of claims 1 to 4,
The tap density of graphite particles is 0.7 g / cm 3 or more and 1.25 g / cm 3 or less, graphite particles for non-aqueous secondary batteries.
원료 흑연이 천연 흑연인 것을 특징으로 하는 비수계 이차 전지용 흑연 입자의 제조 방법. The method according to claim 6,
The raw material graphite is natural graphite, The manufacturing method of the graphite particle for nonaqueous secondary batteries.
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