WO2023189342A1 - 炭素材組成物及びその製造方法、並びに負極及び二次電池 - Google Patents

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WO2023189342A1
WO2023189342A1 PCT/JP2023/008993 JP2023008993W WO2023189342A1 WO 2023189342 A1 WO2023189342 A1 WO 2023189342A1 JP 2023008993 W JP2023008993 W JP 2023008993W WO 2023189342 A1 WO2023189342 A1 WO 2023189342A1
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carbon material
less
mass
organic compound
negative electrode
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PCT/JP2023/008993
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Inventor
敬一 関
辰弥 長谷川
慶治 志藤
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三菱ケミカル株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01BNON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/20Graphite
    • C01B32/205Preparation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to a carbon material composition, a method for producing the same, a negative electrode, and a secondary battery.
  • lithium-ion secondary batteries are attracting attention because they have higher energy density and superior high-current charging and discharging characteristics than nickel-cadmium batteries and nickel-hydrogen batteries.
  • increasing the capacity of lithium-ion secondary batteries has been widely considered, but in recent years, the demand for even higher performance for lithium-ion secondary batteries has increased, and further increases in capacity and high input/output are required. , longer life, and other improvements in properties are required.
  • Patent Document 1 describes a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery that has high capacity and excellent cycle characteristics, and contains carbonaceous particles (A) and silicon oxide particles (B), and the carbonaceous particles (A) , the cumulative pore volume of the pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less is 0.08 mL/g or more, and the ratio of the pore diameter to the volume-based average particle diameter (PD/d50 (%)) expressed by the following formula is 1.
  • a negative electrode material for non-aqueous secondary batteries has been proposed in which the particle size (d10) of the 10% integrated portion from the small particle side of the silicon oxide particles (B) is 0.001 ⁇ m or more and 6 ⁇ m or less. .
  • PD/d50 (%) ([Mode pore diameter (PD) in the pore size range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less in the pore distribution determined by mercury intrusion method]/[Volume-based average particle diameter (d50)]) ⁇ 100
  • Patent Document 2 describes a carbon material (A) having a surface functional group content O/C value of 1% or more and 4% or less, as a negative electrode material for non-aqueous secondary batteries with high capacity and good charge/discharge load characteristics.
  • a carbon material (C) for non-aqueous secondary batteries has been proposed in which a water-soluble polymer (B) is attached to a carbon material (C).
  • the negative electrode material disclosed in Patent Document 1 has high hardness because it does not contain a carbon material equivalent to the carbon material (B) used in the present invention, and the negative electrode plate using this carbon material has a high density by press processing. When pressed under excessive pressure, the negative electrode material particles are destroyed and new active surfaces are generated, resulting in poor initial efficiency, rate characteristics, and residual capacity retention after high-temperature storage.
  • the carbon material disclosed in Patent Document 2 does not contain a carbon material equivalent to the carbon material (A) used in the present invention, it is easily deformed by press treatment, and a negative electrode plate using this carbon material has a high During press treatment for densification, the negative electrode material particles deform and block the electrolyte flow path within the electrode plate, resulting in poor initial efficiency, rate characteristics, and residual capacity retention after high-temperature storage.
  • An object of the present invention is to provide a carbon material composition that allows the negative electrode plate to be easily densified and to provide a secondary battery that is excellent in initial efficiency, rate characteristics, and residual capacity retention after high-temperature storage. As a result, the objective is to provide a high-performance secondary battery.
  • the present inventors have determined that the cumulative pore volume of pore diameters in the range of 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m is 0.02 mL/g or more, and the ratio of the predetermined pore diameter to the volume-based average particle diameter (PD/d50 (%) ) has been found to be 1.8 or less, and a carbon material composition containing a carbon material (A) that is 1.8 or less and a carbon material (B) that is an organic compound-coated carbon material can solve the above problems.
  • the reason why the carbon material composition of the present invention exhibits the above effects is considered to be as follows.
  • the carbon material (A) with a pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, an integrated pore volume of 0.02 mL/g or more, and a PD/d50 (%) of 1.8 or less has moderately dense particles. Since it forms a void structure and the interparticle voids are appropriately secured, it has good electrolyte immersion properties and is inherently excellent in initial efficiency and rate characteristics.
  • This carbon material (A) also becomes capable of deforming following the expansion of the active material particles in the electrode due to charging, and is considered to have the effect of suppressing irreversible expansion associated with charging and discharging.
  • the negative electrode plate using only carbon material (A) has high hardness, and when pressed under excessive pressure, the negative electrode material particles are destroyed and a new active surface is generated, resulting in a decrease in initial efficiency and rate. properties are impaired.
  • the carbon material (B) which is an organic compound-coated carbon material, maintains its flexibility by being coated with an organic compound, and by blending it with the carbon material (A), it is flexibly deformed by press treatment and becomes the carbon material (A). ) can suppress crushing.
  • the organic compound coating suppresses side reactions of the electrolyte by preventing direct contact between the electrolyte and the carbon material, and can improve initial efficiency, rate characteristics, and residual capacity retention rate after high-temperature storage. .
  • the carbon material composition of the present invention containing such a carbon material (A) and a carbon material (B) can be used as a negative electrode material for a secondary battery, and the density of the negative electrode plate can be easily increased, and the initial efficiency can be increased. It is possible to realize a secondary battery that is excellent in both rate characteristics and residual capacity retention rate after high-temperature storage.
  • the gist of the present invention is as follows.
  • the carbon material (A) has a cumulative pore volume of 0.02 mL/g or more with a pore diameter of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, and has a pore diameter and a volume-based average particle diameter expressed by the following formula (1).
  • the ratio (PD/d50 (%)) is 1.8 or less
  • a carbon material composition, wherein the carbon material (B) is an organic compound-coated carbon material.
  • PD/d50 (%) ([Mode pore diameter (PD) in the range of pore size from 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m in the pore distribution determined by mercury intrusion method]/[Volume-based average particle size ( d50)]) ⁇ 100
  • a method for producing a carbon material composition including a step of mixing a carbon material (A) and a carbon material (B),
  • the carbon material (A) has a cumulative pore volume of 0.02 mL/g or more with a pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, and the pore diameter and volume-based average particle diameter expressed by the following formula (1).
  • the ratio (PD/d50 (%)) is 1.8 or less
  • a method for producing a carbon material composition wherein the carbon material (B) is an organic compound-coated carbon material.
  • PD/d50 (%) ([Mode pore diameter (PD) in the range of pore size from 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m in the pore distribution determined by mercury intrusion method]/[Volume-based average particle size ( d50)]) ⁇ 100
  • [11] Includes a current collector and an active material layer formed on the current collector, A negative electrode, wherein the active material layer contains the carbon material composition according to any one of [1] to [9].
  • a secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the negative electrode is the negative electrode according to [11].
  • the carbon material composition of the present invention comprises a specific carbon material (A) (hereinafter sometimes referred to as “the carbon material (A) of the present invention") and a carbon material (B) (hereinafter referred to as “the carbon material of the present invention”). “Material (B)”).
  • the carbon material composition of the present invention may contain only one type of carbon material (A) of the present invention, or may contain two or more types of carbon materials having different physical properties, raw material carbon materials, etc. . Further, the carbon material (B) of the present invention may contain only one type, or may contain two or more types of organic compounds having different types and physical properties.
  • the carbon material (A) of the present invention has a cumulative pore volume of 0.02 mL/g or more with a pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, and a pore diameter and volume-based average expressed by the following formula (1).
  • the particle size ratio (PD/d50(%)) is 1.8 or less.
  • Formula (1); PD/d50 (%) ([Mode pore diameter (PD) in the range of pore size from 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m in the pore distribution determined by mercury intrusion method]/[Volume-based average particle size ( d50)]) ⁇ 100
  • the carbon material (A) of the present invention is particularly limited if it has a cumulative pore volume of 0.02 mL/g or more with a pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, and a PD/d50 (%) of 1.8 or less.
  • examples include graphite, amorphous carbon, and carbonaceous substances with a low degree of graphitization.
  • graphite is easily available commercially, has a high theoretical charge/discharge capacity of 372 mAh/g, and has a higher current density than other negative electrode active materials. This is preferable because it has a large effect of improving the charge/discharge characteristics.
  • graphite examples include natural graphite, artificial graphite, and the like, and natural graphite is more preferable because it has high capacity and good charge/discharge characteristics at high current density. Further, these may be coated with a carbonaceous material such as amorphous carbon or graphitized material. In the present invention, these can be used alone or in combination of two or more.
  • Examples of the amorphous carbon used in the carbon material (A) of the present invention include particles obtained by firing a bulk mesophase and particles obtained by treating a carbon precursor to be infusible and firing it.
  • Examples of the carbonaceous material with a low degree of graphitization used in the carbon material (A) of the present invention include particles obtained by firing an organic material at a temperature usually below 2500°C.
  • Organic substances include coal-based heavy oils such as coal tar pitch and dry-distilled liquefied oil; straight-run heavy oils such as atmospheric residual oil and vacuum residual oil; ethylene tar, which is a by-product during thermal decomposition of crude oil, naphtha, etc.
  • Petroleum-based heavy oils such as heavy oils based on the cracking of Compounds include polyphenylenes such as biphenyl and terphenyl, polyvinyl esters such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, and polyvinyl butyral, and thermoplastic polymers such as polyvinyl alcohol.
  • artificial graphite examples include coal tar pitch, coal-based heavy oil, atmospheric residual oil, petroleum-based heavy oil, aromatic hydrocarbons, nitrogen-containing cyclic compounds, sulfur-containing cyclic compounds, polyphenylene, polyvinyl chloride, polyvinyl Examples include those obtained by heating organic substances such as alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymers, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, and imide resin to 2500° C. or higher to graphitize them.
  • organic substances such as alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymers, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, and imide resin to 2500° C. or higher to graphitize them.
  • Examples of natural graphite include earthy graphite, scaly graphite, and scaly graphite.
  • scaly graphite and scaly graphite are preferable, and scaly graphite is more preferable because they have a high degree of graphitization and contain few impurities.
  • spherical natural graphite is most preferred from the viewpoint of being able to form suitable dense pores inside the carbon material and exhibiting excellent particle filling properties and charge/discharge load characteristics.
  • the carbon material (A) of the present invention particles obtained by coating the above-mentioned artificial graphite or natural graphite with amorphous carbon and/or a carbonaceous material with a low degree of graphitization can also be used.
  • the carbon material (A) may contain an oxide or other metal. Examples of other metals include metals that can be alloyed with Li, such as Sn, Si, Al, and Bi.
  • the method for producing the carbon material (A) of the present invention is such that the cumulative pore volume in the range of pore diameters from 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m is 0.02 mL/g or more, and the PD/d50 (%) is 1.8 or less.
  • One of the means to achieve this is to convert the fine powder produced when spheroidizing (granulating) flaky natural graphite whose particle size has been adjusted so that d50 is 80 ⁇ m or less into spheroidized graphite (hereinafter referred to as spheroidized graphite). Examples include a method of attaching it to a base material (sometimes referred to as graphite) and/or spheroidizing it while encapsulating it in particles of spheroidized graphite.
  • the granulation step includes a granulation step of granulating the raw carbon material by applying at least one of mechanical energy such as impact, compression, friction, and shear force, and the granulation step is performed by the following 1) and It may also be carried out in the presence of a granulating agent that satisfies the conditions of 2).
  • the raw carbon material is liquid during the step of granulating it.
  • the granulating agent does not contain an organic solvent, or if it contains an organic solvent, at least one of the organic solvents does not have a flash point, or if it has a flash point, the flash point is 5°C or higher. .
  • another step may be further included as necessary.
  • the other steps may be performed alone or multiple steps may be performed simultaneously.
  • One embodiment includes the following first to sixth steps.
  • the raw carbon material used for manufacturing the carbon material (A) of the present invention is not particularly limited, and the aforementioned artificial graphite or natural graphite can be used. Among these, it is preferable to use natural graphite because it has high crystallinity and high capacity. Examples of the natural graphite include scale-like, scale-like, lump-like, and plate-like natural graphite, and among them, flake-like graphite is preferable.
  • the volume-based average particle diameter d50 (hereinafter sometimes simply referred to as "d50") of the raw carbon material obtained in the first step is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 2 ⁇ m or more, still more preferably 3 ⁇ m or more, and preferably is 80 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, even more preferably 35 ⁇ m or less, particularly preferably 20 ⁇ m or less, particularly preferably 10 ⁇ m or less, and most preferably 8 ⁇ m or less.
  • the intraparticle void structure of the spheroidized graphite can be precisely controlled, making it easy to control PD/d50 (%) to 1.8 or less. Therefore, the electrolyte can efficiently spread to the voids within the particles, and the Li ion insertion/desorption sites within the particles can be used efficiently, improving low-temperature output characteristics and cycle characteristics. There is a tendency to Furthermore, since the circularity of the spheroidized graphite can be highly adjusted, smooth movement of the electrolyte in the interparticle spaces is possible without increasing the degree of curvature of Li ion diffusion, and rapid charge/discharge characteristics are improved.
  • the fine powder generated during the granulation process is adhered to or wrapped inside the base material to become granulated graphite (hereinafter referred to as granulated carbon material). This makes it possible to obtain a granulated carbon material with a high degree of sphericity and less fine powder.
  • the volume-based average particle diameter d50 is the value of the volume-based median diameter measured with a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer. Specifically, 0.01 g of a sample was suspended in 10 mL of a 0.2% by mass aqueous solution of polyoxyethylene sorbitan monolaurate, which is a surfactant, and introduced into a laser diffraction/scattering particle size distribution analyzer. After irradiating the specimen with ultrasonic waves with an output of 60 W for 1 minute, the volume-based median diameter in the measuring device is measured.
  • a method for adjusting the d50 of the raw carbon material to the above range for example, a method of pulverizing and/or classifying (natural) graphite particles can be mentioned.
  • the aspect ratio of the raw carbon material is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, even more preferably 10 or more, particularly preferably 15 or more, preferably 1000 or less, more preferably 500 or less, still more preferably 100 or less, especially Preferably it is 50 or less.
  • the aspect ratio is at least the lower limit, it is easy to form a strong granule.
  • the aspect ratio is less than or equal to the upper limit, particles with an appropriate particle size can be easily formed.
  • the aspect ratio is defined as A/B, which is defined by the longest diameter A of a particle when observed three-dimensionally using a scanning electron microscope, and the shortest diameter B of the diameters perpendicular to the longest diameter A. This is the average value of the aspect ratios of any 50 particles.
  • the d002 value of the raw carbon material is preferably 3.357 ⁇ or less, more preferably 3.356 ⁇ or less, and even more preferably 3.354 ⁇ or less. Since graphite is highly crystalline and has sufficient charge/discharge capacity, Lc of the raw carbon material is preferably 900 ⁇ or more, and more preferably 1000 ⁇ or more.
  • the d002 value is the value of the interplanar spacing of the lattice plane (002 plane) measured by the X-ray diffraction method according to the Gakushin method
  • Lc is the value of the interplanar spacing of the lattice plane (002 plane) measured by the X-ray diffraction method according to the Gakushin method.
  • the measurement conditions for X-ray diffraction are as follows.
  • Sample A mixture of X-ray standard high-purity silicon powder of about 15% by mass of the total amount added to the measurement target X-ray: CuK ⁇ ray Measurement range: 20° ⁇ 2 ⁇ 30° Step angle: 0.013° Sample preparation: Fill the sample plate recess with a depth of 0.2 mm with powder sample to create a flat sample surface.
  • the packing structure of raw carbon material depends on the particle size, shape, degree of interparticle interaction force, etc., but in this specification, tap density is used as one of the indicators to quantitatively discuss the packing structure. It is also possible to do so.
  • tap density is used as one of the indicators to quantitatively discuss the packing structure. It is also possible to do so.
  • Studies conducted by the present inventors have confirmed that for graphite particles whose true density and volume-based average particle diameter are approximately equal, the more spherical the shape and the smoother the particle surface, the higher the tap density. That is, in order to increase the tap density, it is important to make the shape of the particles round to approximate a spherical shape, and to remove hangnails and defects on the particle surface to maintain smoothness.
  • the filling properties of the powder are greatly improved.
  • the tap density of the raw carbon material is preferably 0.1 g/cm 3 or more, more preferably 0.15 g/cm 3 or more, still more preferably 0.2 g/cm 3 or more, particularly preferably 0. .3g/cm3 or more .
  • tap density is measured by dropping a sample into a cylindrical tap cell with a diameter of 1.6 cm and a volumetric capacity of 20 cm 3 through a sieve with an opening of 300 ⁇ m, using a powder density measuring device, and filling the cell to the full. After that, tapping with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the density value is calculated from the volume at that time and the mass of the sample.
  • the Raman R value of the raw carbon material is usually 0.1 or more, preferably 0.15 or more, more preferably 0.2 or more, usually 0.6 or less, and preferably 0.5 or less. Yes, and more preferably 0.4 or less.
  • the Raman R value is above the lower limit, the crystallinity of the particle surface is difficult to increase, and when the density is increased, it becomes difficult to orient the crystals in a direction parallel to the negative electrode plate, which tends to avoid deterioration of load characteristics.
  • the Raman R value is below the upper limit, the crystallinity of the particle surface is less likely to be disturbed, the reactivity with the electrolytic solution is suppressed, and there is a tendency to avoid a decrease in charge/discharge efficiency and an increase in gas generation.
  • the Raman R value is determined by measuring 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 in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy, The value is calculated as the intensity ratio (I B /I A ).
  • “near 1580 cm -1 " refers to the range of 1580 to 1620 cm -1
  • “near 1360 cm -1 " refers to the range of 1350 to 1370 cm -1 .
  • Raman spectra are measured with a Raman spectrometer.
  • the carbon material is filled by letting it fall naturally into the measurement cell, and the measurement is performed while irradiating the measurement cell with argon ion laser light and rotating the measurement cell in a plane perpendicular to the laser light. conduct.
  • the measurement conditions are as follows. Argon ion laser light wavelength: 514.5nm Laser power on sample: 25mW Resolution: 4cm -1 Measurement range: 1100cm -1 ⁇ 1730cm -1 Peak intensity measurement, peak half-width measurement: background processing, smoothing processing (5 points of convolution using simple average)
  • the specific surface area (SA) of the raw carbon material is preferably 0.3 m 2 /g or more, more preferably 0.5 m 2 /g or more, even more preferably 1 m 2 /g or more, particularly preferably 2 m 2 /g or more, Most preferably it is 5 m 2 /g or more, preferably 30 m 2 /g or less, more preferably 20 m 2 /g or less, even more preferably 15 m 2 /g or less.
  • SA specific surface area
  • the specific surface area is a value measured by the BET method. Specifically, using a specific surface area measuring device, the sample was preliminarily dried under reduced pressure at 100°C for 30 minutes under nitrogen flow, then cooled to liquid nitrogen temperature, and measured using nitrogen gas using the BET one-point method. Measure.
  • the surface functional group content O/C value of the raw carbon material is preferably 0.01% or more, more preferably 0.1% or more, still more preferably 0.3% or more, particularly preferably 0.5% or more. , preferably 5% or less, more preferably 3% or less, even more preferably 2.5% or less, particularly preferably 2% or less, and most preferably 1.5% or less.
  • the surface functional group amount O/C value is within the above range, hygroscopicity is suppressed and particles can easily be kept dry, and the electrostatic attraction between particles becomes large during spheronization treatment, so interparticle adhesion force is reduced. This is preferable because the fine powder tends to adhere to the base material and become encapsulated in the spherical particles.
  • the surface functional group content O/C value is a value measured using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS). Specifically, using an X-ray photoelectron spectrometer, the object to be measured is placed on a sample stage with a flat surface, the K ⁇ rays of aluminum are used as the X-ray source, and C1s (280 to 300 eV) is measured by multiplex measurement. The spectrum of O1s (525 to 545 eV) is measured.
  • XPS X-ray photoelectron spectroscopy
  • the peak top of the obtained C1s is set to 284.3 eV, charge correction is performed, the peak areas of the spectra of C1s and O1s are determined, and the surface atomic concentrations of C and O are calculated, respectively, by multiplying by the device sensitivity coefficient.
  • the 100th fraction of the obtained atomic concentration ratio O/C (O atomic concentration/C atomic concentration) of O and C is defined as the surface functional group amount O/C value (%).
  • the granulating agent used in the embodiment of the present invention satisfies the following conditions 1) and 2).
  • the raw carbon material is liquid during the step of granulating it.
  • the granulating agent does not contain an organic solvent, or if it contains an organic solvent, at least one of the organic solvents does not have a flash point, or if it has a flash point, the flash point is 5°C or higher. .
  • the granulating agent creates a liquid bridge between the raw carbon materials during the subsequent third step of granulating the raw carbon materials.
  • the attractive force generated by the capillary negative pressure within the bridge and the surface tension of the liquid acts as a liquid bridge adhesive force between particles, so the liquid bridge adhesive force between the raw carbon materials increases and the raw carbon materials can adhere more firmly. It becomes possible.
  • the mass decreases by usually 50% or more, preferably 80% or more, more preferably 95% or more, still more preferably 99% or more, particularly preferably 99.9% or more. You can choose what you want to do.
  • Examples of methods for mixing raw carbon materials and granulating agents include mixing raw carbon materials and granulating agents using a mixer or kneader, and dissolving organic compounds in low-viscosity diluting solvents (organic solvents). Examples include a method of removing the diluent solvent (organic solvent) after mixing the granulating agent and the raw carbon material.
  • the granulating agent and the raw carbon material are put into the granulation device, and the step of mixing the raw carbon material and the granulating agent and the granulation are performed. There is also a method in which the steps are performed simultaneously.
  • the amount of the granulating agent added is preferably 0.1 parts by mass or more, more preferably 1 part by mass or more, even more preferably 5 parts by mass or more, particularly preferably 10 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the raw carbon material.
  • the amount is preferably 1000 parts by mass or less, more preferably 100 parts by mass or less, still more preferably 80 parts by mass or less, particularly preferably 50 parts by mass or less.
  • the carbon material is preferably one that has been subjected to spheroidization treatment (hereinafter also referred to as granulation) by applying mechanical effects such as impact compression, friction, and shear force to the raw carbon material.
  • spheroidized graphite is preferably composed of a plurality of flakes or scaly graphites and ground graphite fine powder, and particularly preferably composed of a plurality of scaly graphites.
  • the embodiment of the present invention includes a granulation step of granulating the raw carbon material by applying at least one of mechanical energy such as impact, compression, friction, and shear force.
  • a device used in this step for example, a device that repeatedly applies mechanical effects such as compression, friction, shearing force, etc., which mainly uses impact force but also includes interaction with the raw carbon material, can be used.
  • the casing has a rotor with many blades installed inside it, and as the rotor rotates at high speed, mechanical forces such as impact, compression, friction, and shearing forces are applied to the raw carbon material introduced inside.
  • a device that provides a positive effect is preferred.
  • the carbon material has a mechanism for repeatedly applying mechanical action by circulating the raw carbon material.
  • the raw carbon material may be granulated in the presence of other substances.
  • other substances include metals that can be alloyed with lithium or their oxides, flaky graphite, scaly graphite, ground graphite fine powder, amorphous carbon, and raw coke.
  • the spheronization treatment When spheronizing the carbon material, it is more preferable to carry out the spheronization treatment while adhering the fine powder generated during the spheronization treatment to the base material and/or encapsulating it in the spheronization particles.
  • By performing the spheronization treatment while adhering the fine powder generated during the spheronization treatment to the base material and/or encapsulating it in the spheronization particles it becomes possible to make the intraparticle void structure more dense. Therefore, the electrolytic solution effectively and efficiently spreads to the interparticle voids, and the Li ion insertion/desorption sites within the particles can be efficiently utilized. Therefore, they tend to exhibit good low-temperature output characteristics and cycle characteristics.
  • the fine powder that adheres to the base material is not limited to the one generated during the spheroidization process, but it may be adjusted to include fine powder at the same time as the flaky graphite particle size adjustment, or it may be added and mixed separately at an appropriate timing. good.
  • the adhesion force between the scaly graphite particles, between the scaly graphite particles and the fine powder particles, and between the fine powder particles is strengthened. It is preferable. Specific examples of the adhesion force between particles include van der Waals force and electrostatic attraction that are not mediated by interparticle inclusions, and physical and/or chemical crosslinking force mediated by interparticle inclusions.
  • the van der Waals force becomes "self-weight ⁇ adhesion force".
  • the smaller the volume-based average particle diameter (d50) of the scale-like graphite (raw carbon material) that is the raw material for spheroidized graphite the greater the interparticle adhesion force, and the fine powder adheres to the base material and is encapsulated in the spheroidized particles. This is preferable because it tends to be in a state where
  • Step of removing the granulating agent may include a step of removing the granulating agent.
  • methods for removing the granulating agent include a method of washing with a solvent and a method of volatilizing and decomposing the granulating agent by heat treatment.
  • the granulated carbon material from which the granulating agent has been removed may be subjected to isotropic pressure treatment.
  • isotropically pressurizing the granulated carbon material By isotropically pressurizing the granulated carbon material, the internal voids of the granulated carbon material are compressed. As a result, the density of the granulated carbon material crushed after the pressure treatment increases, and the high-speed charging characteristics can be improved. Furthermore, by applying pressure isotropically, the particles are less likely to become flattened and can maintain a spherical shape, and a decrease in fluidity when formed into a slurry can also be prevented.
  • the pressurizing means a roll compactor, roll press, ricketting machine, cold isostatic press (CIP), uniaxial molding machine, tablet machine, etc. can be used. Among these pressurizing means, a cold isostatic pressurizing device is preferable because internal pores can be reduced while maintaining the particle shape.
  • the present invention may include a step of highly purifying the granulated carbon material.
  • methods for highly purifying the granulated carbon material include a method of performing acid treatment containing nitric acid or hydrochloric acid. Acid treatment containing nitric acid or hydrochloric acid is preferable because impurities such as metals, metal compounds, and inorganic compounds in graphite can be removed without introducing sulfate, which can become a highly active sulfur source, into the system.
  • the granulated carbon material is further impregnated with a carbonaceous material having lower crystallinity than the raw material carbon material. It may also include a step of attaching. That is, the carbonaceous material can be composited with the carbon material. According to this step, a carbon material (A) that can suppress side reactions with the electrolytic solution and improve rapid charging and discharging properties can be obtained.
  • a granulated carbon material to which a carbonaceous material having lower crystallinity than the raw carbon material is added is sometimes referred to as a "carbonaceous material composite carbon material" or "composite carbon material.”
  • Carbonaceous material impregnation (composite) treatment on granulated carbon material involves mixing the organic compound that will become the carbonaceous material with the granulated carbon material, and placing it under a non-oxidizing atmosphere, preferably under a flow of nitrogen, argon, carbon dioxide, etc. This is a treatment in which organic compounds are carbonized or graphitized by heating.
  • Specific organic compounds that become carbonaceous substances include carbon-based heavy oils such as various soft or hard coal tar pitches and coal liquefied oils, petroleum-based heavy oils such as ordinary pressure or vacuum distillation residue oil of crude oil, Various materials can be used, such as cracked heavy oil, which is a by-product of ethylene production by naphtha cracking.
  • the heating temperature (calcination temperature) varies depending on the organic compound used to prepare the mixture, but is usually heated to 800°C or higher, preferably 900°C or higher, more preferably 950°C or higher to sufficiently carbonize or graphitize.
  • the upper limit of the heating temperature is the temperature at which the carbide of the organic compound does not reach a crystal structure equivalent to the crystal structure of the flaky graphite in the mixture, and is usually 3500° C. or lower.
  • the upper limit of the heating temperature is preferably 3000°C, preferably 2000°C, more preferably 1500°C or less.
  • a carbonaceous material composite carbon material can be obtained by subsequently performing a crushing and/or pulverizing treatment.
  • the content of carbonaceous substances in the carbonaceous substance composite carbon material is usually 0.01% by mass or more, preferably 0.1% by mass or more, more preferably 0.3% or more, based on the granulated carbon material used as the raw material. , more preferably 0.7% by mass or more, particularly preferably 1% by mass or more, most preferably 1.5% by mass or more. Further, the content is usually 30% by mass or less, preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, particularly preferably 10% by mass or less.
  • the effects of coating such as improved initial efficiency and increased residual capacity during high-temperature storage, tend to be more likely to be obtained.
  • the content of carbonaceous substances in the carbonaceous substance composite carbon material is below the upper limit, a decrease in capacity can be suppressed, and when press treatment is performed at sufficient pressure to achieve high capacity in a non-aqueous secondary battery.
  • material destruction of the carbon material can be suppressed, and an increase in irreversible charge/discharge capacity during the initial cycle and a decrease in initial efficiency can be suppressed.
  • the content of carbonaceous substances in the carbonaceous substance composite carbon material can be calculated from the mass of the sample before and after firing the material using the following formula (2). At this time, calculations are made assuming that there is no change in mass of the granulated carbon material before and after firing.
  • Formula (2); Content of carbonaceous material (mass%) [(w2-w1)/w1] x 100 (w1 is the mass (kg) of the granulated carbon material, w2 is the mass (kg) of the carbonaceous material composite carbon material)
  • a carbon material different from the granulated carbon material may be mixed with the granulated carbon material for the purpose of improving the orientation of the electrode plate, the permeability of the electrolyte, the conductivity, etc., and improving the cycle characteristics, the swelling of the electrode plate, etc. .
  • the carbon material (A) of the present invention is a composite carbon material of spheroidized graphite, especially spheroidized graphite derived from natural graphite, and carbonaceous material (amorphous carbon), which can suppress side reactions with the electrolyte. This is preferable from the viewpoint of improving rapid charging and discharging properties.
  • the mass ratio of amorphous carbon to spheroidized graphite is at least the lower limit of the above range, side reactions with the electrolyte will be reduced. If this mass ratio is below the upper limit, crushing can be suppressed during press processing, and a decrease in initial efficiency and residual capacity retention rate during high-temperature storage can be suppressed.
  • the mode pore diameter (PD) of the carbon material (A) of the present invention is preferably 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, more preferably 0.01 ⁇ m or more, more preferably 0.03 ⁇ m or more, and still more preferably 0.05 ⁇ m or more. , particularly preferably 0.06 ⁇ m or more, most preferably 0.07 ⁇ m or more, preferably 1 ⁇ m or less, more preferably 0.65 ⁇ m or less, still more preferably 0.5 ⁇ m or less, even more preferably 0.4 ⁇ m or less , particularly preferably 0.3 ⁇ m or less, most preferably 0.2 ⁇ m or less.
  • the electrolyte When the mode pore diameter (PD) in the pore diameter range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less is within the above range, the electrolyte will efficiently spread to the intraparticle voids, and the Li ion insertion and desorption sites within the particles will be efficiently activated. It can be used for many applications, and tends to improve low-temperature output characteristics and cycle characteristics.
  • the cumulative pore volume of the carbon material (A) of the present invention with a pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less is preferably 0.02 mL/g or more, more preferably 0.03 mL/g or more, and preferably It is 0.30 mL/g or less, more preferably 0.25 mL/g or less, further preferably 0.20 mL/g or less, particularly preferably 0.18 mL/g or less.
  • the cumulative pore volume in the range of pore diameters from 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m is within the above range, the electrolytic solution can spread smoothly and efficiently into the inside of the particles. For this reason, during charging and discharging, it becomes possible to effectively and efficiently utilize not only the outer periphery of the particles but also the Li ion insertion and desorption sites present inside the particles, and they tend to exhibit good low-temperature output characteristics.
  • the total pore volume of the carbon material (A) of the present invention is preferably 0.1 mL/g or more, more preferably 0.3 mL/g or more, still more preferably 0.5 mL/g or more, and preferably is 10 mL/g or less, more preferably 5 mL/g or less, even more preferably 2 mL/g or less, particularly preferably 1 mL/g or less.
  • the total pore volume is within the above range, there is no need to use an excessive amount of binder when forming an electrode plate, that is, when producing a negative electrode plate, and the dispersion effect of the thickener and binder can also be obtained.
  • Cheap is preferably 0.1 mL/g or more, more preferably 0.3 mL/g or more, still more preferably 0.5 mL/g or more, and preferably is 10 mL/g or less, more preferably 5 mL/g or less, even more preferably 2 mL/g or less, particularly preferably 1
  • the average pore diameter of the carbon material (A) of the present invention is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, even more preferably 1.0 ⁇ m or more, particularly preferably 2.0 ⁇ m or more.
  • the thickness is preferably 80 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and still more preferably 20 ⁇ m or less.
  • mode pore diameter (PD) with a pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, cumulative pore volume with a pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, total pore volume, and average pore diameter are mercury Values measured using a mercury porosimeter using the indentation method. Specifically, using a mercury porosimeter, the carbon material was weighed to a value of around 0.2 g, sealed in a powder cell, and degassed for 10 minutes at 25°C and 50 ⁇ mHg or less to perform pretreatment. do.
  • the pressure is reduced to 4 psia and mercury is introduced into the cell, the pressure is increased stepwise from 4 psia to 40,000 psia, and then reduced to 25 psia.
  • the number of steps during pressurization is set to 80 or more, and the amount of mercury intrusion is measured after an equilibration time of 10 seconds at each step. From the mercury intrusion curve thus obtained, the pore distribution is calculated using the Washburn equation.
  • the surface tension ( ⁇ ) of mercury is calculated as 485 dyne/cm, and the contact angle ( ⁇ ) is calculated as 140°.
  • the volume-based average particle diameter d50 of the carbon material (A) of the present invention is preferably 3 ⁇ m or more, more preferably 4 ⁇ m or more, even more preferably 5 ⁇ m or more, particularly preferably 8 ⁇ m or more, particularly preferably 10 ⁇ m or more, and most preferably 12 ⁇ m.
  • the thickness is preferably 30 ⁇ m or less, more preferably 25 ⁇ m or less, even more preferably 23 ⁇ m or less, particularly preferably 20 ⁇ m or less, particularly preferably 17 ⁇ m or less.
  • d50 When d50 is at least the lower limit value, there is a tendency to increase the irreversible capacity of the non-aqueous secondary battery obtained using the carbon material (A) and suppress the loss of initial battery capacity, and when d50 is at most the upper limit value, There is a tendency to be able to suppress the occurrence of process inconveniences such as streaking in slurry application, deterioration of high current density charge/discharge characteristics, and deterioration of low temperature output characteristics.
  • the d10 of the carbon material (A) of the present invention is preferably 20 ⁇ m or less, more preferably 17 ⁇ m or less, even more preferably 15 ⁇ m or less, particularly preferably 13 m or less, preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more, and even more preferably It is 5 ⁇ m or more.
  • d10 is within the above range, the tendency of particles to agglomerate does not become too strong, and it is possible to avoid process inconveniences such as increased slurry viscosity, decreases in electrode strength and initial charge/discharge efficiency in non-aqueous secondary batteries. Furthermore, there is a tendency to avoid a decrease in low-temperature output characteristics due to a decrease in high current density charge/discharge characteristics.
  • d10 is a value where the frequency % of particles is cumulatively 10% from the smallest particle size in the particle size distribution obtained when measuring the volume-based average particle diameter d50.
  • the d90 of the carbon material (A) of the present invention is preferably 100 ⁇ m or less, more preferably 70 ⁇ m or less, even more preferably 60 ⁇ m or less, even more preferably 50 ⁇ m or less, particularly preferably 45 ⁇ m or less, most preferably 42 ⁇ m or less, and preferably is 10 ⁇ m or more, more preferably 15 ⁇ m or more, even more preferably 17 ⁇ m or more, particularly preferably 20 ⁇ m or more.
  • d90 is within the above range, a decrease in electrode strength and initial charge/discharge efficiency in non-aqueous secondary batteries can be avoided, process inconveniences such as streaking during slurry application, and high current density charge/discharge characteristics can be avoided. There is also a tendency to avoid a decrease in energy consumption and a decrease in low-temperature output characteristics.
  • d90 is a value where the frequency % of particles is cumulatively 90% from the small particle size in the particle size distribution obtained when measuring the volume-based average particle diameter d50.
  • the dmax of the carbon material (A) of the present invention is preferably 200 ⁇ m or less, more preferably 150 ⁇ m or less, even more preferably 120 ⁇ m or less, particularly preferably 100 ⁇ m or less, and most preferably 80 ⁇ m or less.
  • dmax is within the above range, it tends to be possible to suppress the occurrence of process inconveniences such as streaking.
  • dmax is the value of the largest measured particle size in the particle size distribution obtained when measuring the volume-based average particle size d50.
  • PD/d50 (%) of the carbon material (A) of the present invention is expressed by the following formula (1), and is 1.8 or less, preferably 1.7 or less, and more preferably 1.5 or less. , more preferably 1.4 or less, particularly preferably 1.3 or less, most preferably 1.2 or less, preferably 0.01 or more, more preferably 0.1 or more, More preferably, it is 0.2 or more.
  • PD/d50 (%) ([Mode pore diameter (PD) in the range of pore size from 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m in the pore distribution determined by mercury intrusion method]/[Volume-based average particle size ( d50)]) ⁇ 100
  • PD/d50 (%) is within the above range, the electrolytic solution efficiently spreads to the interparticle voids, and the Li ion insertion/desorption sites within the particles can be efficiently utilized. Therefore, low-temperature output characteristics and cycle characteristics tend to improve.
  • the frequency of particles having a particle size of 3 ⁇ m or less in the carbon material (A) of the present invention is preferably 1% or more, more preferably 10% or more, preferably 60% or less, more preferably 55% or less, and even more preferably 50% or more. % or less, particularly preferably 40% or less, most preferably 30% or less.
  • particle number frequency is within the above range, particle disintegration and fine powder peeling are less likely to occur during slurry kneading, electrode rolling, charging and discharging, etc., and low-temperature output characteristics and cycle characteristics tend to be good.
  • the number frequency of particles with a particle size of 3 ⁇ m or less is a value measured with a flow type particle image analyzer. Specifically, 0.2 g of a sample was suspended in 50 mL of a 0.2% by mass aqueous solution of polyoxyethylene sorbitan monolaurate, a surfactant, and introduced into a flow-type particle image analyzer, and subjected to 28 kHz ultrasonic waves. After irradiating for 5 minutes at an output of 60 W, the number of particles is measured with the detection range specified as 0.6 to 400 ⁇ m, and the frequency of particles with a particle size of 3 ⁇ m or less is determined.
  • the circularity of the carbon material (A) of the present invention is usually 0.88 or more, preferably 0.90 or more, more preferably 0.91 or more, preferably 1 or less, more preferably 0.98 or less, and even more preferably is 0.97 or less.
  • the circularity is 1, it becomes a theoretical perfect sphere.
  • the degree of curvature of Li ion diffusion decreases, the movement of the electrolyte in the interparticle spaces becomes smooth, and the carbon materials can appropriately contact each other, resulting in a good rapid It tends to exhibit charge/discharge characteristics and cycle characteristics.
  • circularity is calculated by the following formula (3) by measuring the particle size distribution of equivalent circular diameters by flow particle image analysis. Specifically, ion-exchanged water is used as a dispersion medium, polyoxyethylene sorbitan monolaurate is used as a surfactant, and the mixture is dispersed using ultrasonic waves to obtain a dispersion liquid. After that, the shape of the particles is photographed using a flow-type image analysis device. From images taken of at least 1,000 particles, the circularity of particles with equivalent circle diameters in the range of 1.5 ⁇ m to 40 ⁇ m is averaged and determined as circularity.
  • [Circularity] [Perimeter of an equivalent circle with the same area as the particle projection shape] / [Actual perimeter of the particle projection shape]
  • the tap density of the carbon material (A) of the present invention is usually 0.7 g/cm 3 or more, preferably 0.75 g/cm 3 or more, more preferably 0.8 g/cm 3 or more, even more preferably 0.83 g/cm 3 or more.
  • cm 3 or more particularly preferably 0.85 g/cm 3 or more, particularly preferably 0.88 g/cm 3 or more, even more preferably 0.9 g/cm 3 or more, most preferably 0.95 g/cm 3 or more It is preferably 1.3 g/cm 3 or less, more preferably 1.25 g/cm 3 or less, still more preferably 1.2 g/cm 3 or less.
  • the tap density is within the above range, defects such as streaking during electrode plate production are reduced, and high-speed charging and discharging characteristics are excellent.
  • the carbon density in the electrode plate is difficult to increase, rollability is also good, and it tends to be easier to form a high-density negative electrode sheet.
  • the d002 value of the carbon material (A) of the present invention is preferably 3.357 ⁇ or less, more preferably 3.356 ⁇ or less, and even more preferably 3.354 ⁇ , since graphite is highly crystalline and has sufficient charge/discharge capacity. . Since graphite is highly crystalline and has sufficient charge/discharge capacity, Lc of the carbon material (A) of the present invention is preferably 900 ⁇ or more, more preferably 1000 ⁇ or more.
  • the ash content contained in the carbon material (A) of the present invention is preferably 0.0001% by mass or more, preferably 1% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass based on 100% by mass of the carbon material (A).
  • the content is preferably 0.1% by mass or less. If the ash content is within the above range, when used as a secondary battery, battery performance will deteriorate due to the reaction between the carbon material composition of the present invention containing the carbon material (A) as a negative electrode material and the electrolyte during charging and discharging. can be suppressed to a negligible level. Furthermore, because manufacturing the negative electrode material does not require a large amount of time, energy, and equipment for preventing pollution, increases in costs can also be suppressed.
  • the specific surface area (SA) of the carbon material (A) of the present invention is preferably 0.5 m 2 /g or more, more preferably 0.8 m 2 /g or more, still more preferably 1 m 2 /g or more, and preferably 30 m 2 /g or more. 2 /g or less, more preferably 25m 2 /g or less, even more preferably 20m 2 /g or less, especially preferably 18m 2 /g or less, particularly preferably 17m 2 /g or less, most preferably 15m 2 /g or less It is.
  • the surface functional group content O/C value of the carbon material (A) of the present invention is preferably 0.01% or more, more preferably 0.1% or more, even more preferably 0.2% or more, particularly preferably 1 % or more, particularly preferably 1.5% or more, most preferably 2% or more, preferably 8% or less, more preferably 4% or less, even more preferably 3.5% or less, particularly preferably 3% or less, Most preferably it is 2.5% or less.
  • the surface functional group content O/C value is within the above range, the desolvation reactivity between Li ions and electrolyte solvent on the surface of the negative electrode active material is promoted, and rapid charge/discharge characteristics are improved. As a result, reactivity with the electrolytic solution is suppressed and charge/discharge efficiency tends to be improved.
  • the true density of the carbon material (A) of the present invention is preferably 1.9 g/cm 3 or more, more preferably 2 g/cm 3 or more, still more preferably 2.1 g/cm 3 or more, and especially Preferably it is 2.2 g/cm 3 or more.
  • the upper limit of true density is 2.26 g/cm 3 which is the theoretical value of graphite.
  • true density is a value measured by a liquid phase displacement method (pycnometer method) using butanol. The true density was measured five times, and the average value was used.
  • the aspect ratio of the carbon material (A) of the present invention is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, and preferably 10 or less, more preferably 8 or less, still more preferably 5 or less.
  • the aspect ratio is within the above range, streaking of the slurry containing the carbon material composition of the present invention containing the carbon material (A) is unlikely to occur when the electrode plate is formed, and a uniform coated surface can be obtained. As a result, there is a tendency to avoid deterioration in the high current density charge/discharge characteristics of the secondary battery.
  • the Raman R value of the carbon material (A) of the present invention is preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, still more preferably 0.1 or more, particularly preferably 0.2 or more. and is preferably 1 or less, more preferably 0.8 or less, still more preferably 0.6 or less, particularly preferably 0.5 or less.
  • the Raman R value is within the above range, the crystallinity of the surface of the carbon material (A) is difficult to increase, and when the density is increased, it is difficult for crystals to be oriented in the direction parallel to the negative electrode plate, thereby avoiding a decrease in load characteristics. There is a tendency to In addition, the crystals on the particle surface are less likely to be disturbed, suppressing reactivity with the electrolytic solution, and tending to avoid a decrease in charge/discharge efficiency and an increase in gas generation.
  • the DBP (dibutyl phthalate) oil absorption amount of the carbon material (A) of the present invention is preferably 85 mL/100 g or less, more preferably 70 mL/100 g or less, still more preferably 65 mL/100 g or less, and particularly preferably is 60 mL/100 g or less, preferably 30 mL/100 g or more, and more preferably 40 mL/100 g or more.
  • the DBP oil absorption is within the above range, it means that the carbon material has progressed to a sufficient degree of spheroidization, and there is a tendency for streaks to occur when applying a slurry containing the carbon material. Furthermore, since a pore structure exists within the particles, there is a tendency to avoid a decrease in the reaction surface.
  • DBP oil absorption is a value measured in accordance with ISO 4546. Specifically, the value is the value obtained when measuring 40 g of the sample at a dropping rate of 4 mL/min, a rotation speed of 125 rpm, and a set torque of 500 N ⁇ m.
  • the measuring device for example, Absorbtometer Model E manufactured by Brabender Corporation can be mentioned.
  • the carbon material (B) of the present invention is an organic compound-coated carbon material.
  • the basal surface of the carbon material is coated with an organic compound from the viewpoint of suppressing an increase in resistance.
  • An organic compound-coated carbon material in which the basal surface of the carbon material is coated with an organic compound is preferable because it can improve initial efficiency while suppressing an increase in resistance.
  • the basal plane refers to a benzene condensation plane of a carbon material, and as defined below, is a surface of a carbon material that has a high affinity for toluene.
  • An organic compound-coated carbon material in which the basal surface of the carbon material is coated with an organic compound can be produced by the method for producing the carbon material (B) of the present invention shown below.
  • the basal surface of the carbon material is coated with an organic compound by simultaneously measuring the adsorption isotherm and heat of adsorption using toluene gas.
  • the carbon material surface with a high affinity for toluene with an adsorption heat of 67 kJ/mol or more is defined as the basal surface, and the amount of toluene adsorbed in this region is reduced compared to the carbon material before coating. , it can be confirmed that the basal surface is coated with an organic compound.
  • the raw carbon material is preferably natural graphite, and the organic compound coating the raw carbon material is preferably a crosslinked polyvinyl alcohol resin.
  • Such a carbon material (B) of the present invention can be produced by mixing a raw carbon material and an organic compound raw material and preferentially adsorbing the organic compound raw material onto the basal surface of the raw carbon material.
  • the raw carbon material for the carbon material (B) is not particularly limited, and examples thereof include the following.
  • Type of raw carbon material examples include carbon materials with various degrees of graphitization, from graphite to amorphous materials.
  • Graphite or a carbon (amorphous carbon) material with a low degree of graphitization is particularly preferred from the viewpoint of being easily available commercially. It is preferable to use such graphite or graphite (amorphous carbon) with a low degree of graphitization as the raw carbon material because the charge-discharge characteristics at high current density are significantly greater than when other negative electrode active materials are used. .
  • graphite either natural graphite or artificial graphite may be used, but natural graphite is preferable because it has a large specific surface area and has a large effect of improving the initial efficiency by coating with an organic compound.
  • graphite one with few impurities is preferable, and it is used after being subjected to various purification treatments as necessary.
  • natural graphite examples include earthy graphite, scaly graphite, and scaly graphite.
  • scaly graphite and scaly graphite are preferable, and scaly graphite is more preferable because they have a high degree of graphitization and contain few impurities.
  • spheroidized natural graphite is most preferred from the viewpoint of being able to form suitable dense pores inside the carbon material and exhibiting excellent particle filling properties and charge/discharge load characteristics.
  • artificial graphite examples include coal tar pitch, coal-based heavy oil, atmospheric residual oil, petroleum-based heavy oil, aromatic hydrocarbons, nitrogen-containing cyclic compounds, sulfur-containing cyclic compounds, polyphenylene, polyvinyl chloride, polyvinyl Examples include those obtained by heating organic substances such as alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymers, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, and imide resin to 2500° C. or higher to graphitize them.
  • organic substances such as alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymers, polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, and imide resin to 2500° C. or higher to graphitize them.
  • the raw carbon material may be used by appropriately mixing particles such as metal particles and metal oxide particles with the carbon material in any combination.
  • the raw carbon material may also be one in which a plurality of materials are mixed in each particle.
  • the raw carbon material may be carbonaceous particles having a structure in which the surface of graphite is coated with a carbon material having a low degree of graphitization, or particles in which the carbon material is aggregated with an appropriate organic substance and re-graphitized.
  • the raw carbon material may contain a metal that can be alloyed with Li, such as Sn, Si, Al, and Bi, in the composite particles.
  • the d002 value of the raw carbon material is preferably 3.357 ⁇ or less, more preferably 3.356 ⁇ or less, and even more preferably 3.354 ⁇ or less.
  • Lc of the raw carbon material is preferably 900 ⁇ or more, and more preferably 1000 ⁇ or more.
  • the surface functional group content O/C value of the raw carbon material is preferably 0.01% or more, more preferably 0.1% or more, even more preferably 0.3% or more, particularly preferably 0.5% or more. It is preferably 4% or less, more preferably 3.6% or less, even more preferably 3% or less.
  • the surface functional group amount O/C value is equal to or higher than the lower limit value, the interaction between the surface of the raw carbon material and the organic compound becomes strong, and the organic compound tends to be difficult to peel off.
  • the surface functional group content O/C value is below the upper limit value, it is easy to adjust the O/C value by oxidation treatment, etc., the manufacturing process can be shortened, there is no need to increase the number of steps, and productivity can be improved. This leads to improvement and cost reduction.
  • the volume-based average particle diameter d50 of the raw carbon material is usually 1 ⁇ m or more, preferably 4 ⁇ m or more, more preferably 6 ⁇ m or more, and usually 50 ⁇ m or less, preferably 30 ⁇ m or less, and even more preferably 25 ⁇ m or less. It is.
  • d50 is equal to or greater than the lower limit, the surface area does not become too large and there is a tendency to suppress activity toward the electrolyte.
  • d50 is below the upper limit value, there is a tendency to suppress inconveniences in the process such as streaking when forming a plate.
  • the specific surface area (SA) of the raw carbon material is usually 0.3 m 2 /g or more, preferably 0.5 m 2 /g or more, more preferably 1 m 2 /g or more, even more preferably 2 m 2 /g or more, particularly preferably 5 m 2 /g or more, usually 30 m 2 /g or less, preferably 20 m 2 /g or less, more preferably 15 m 2 /g or less.
  • the specific surface area is equal to or greater than the lower limit, a sufficient area for Li to enter and exit can be ensured, resulting in excellent high-speed charging/discharging characteristics and output characteristics.
  • the specific surface area is less than or equal to the upper limit, the activity of the active material toward the electrolytic solution can be appropriately suppressed, an increase in initial irreversible capacity can be suppressed, and a battery with a high capacity can be manufactured.
  • the tap density of the raw carbon material is usually 0.1 g/cm 3 or more, preferably 0.15 g/cm 3 or more, more preferably 0.2 g/cm 3 or more, and even more preferably 0.3 g /cm 3 or more, and usually 1.3 g/cm 3 or less, preferably 1.2 g/cm 3 or less, and more preferably 1.1 g/cm 3 or less.
  • the tap density is at least the lower limit value, high-speed charging and discharging characteristics are excellent.
  • the tap density is less than or equal to the upper limit, an increase in carbon density within the electrode plate is suppressed, a decrease in rollability is suppressed, and a high-density negative electrode sheet tends to be easily formed.
  • the Raman R value of the raw carbon material is usually 0.1 or more, preferably 0.15 or more, more preferably 0.2 or more, usually 0.6 or less, and preferably 0.5 or less. Yes, and more preferably 0.4 or less.
  • the Raman R value is above the lower limit, the crystallinity of the particle surface is difficult to increase, and when the density is increased, it becomes difficult to orient the crystals in a direction parallel to the negative electrode plate, which tends to avoid deterioration of load characteristics. .
  • the Raman R value is greater than or equal to the upper limit, the crystallinity of the particle surface is less likely to be disturbed, the reactivity with the electrolytic solution is suppressed, and there is a tendency to avoid a decrease in charge/discharge efficiency and an increase in gas generation.
  • the raw carbon material is not particularly limited as long as it is a graphitized carbon particle, but as mentioned above, natural graphite, artificial graphite, and graphitized materials such as coke powder, needle coke powder, and resin can be used. Powder or the like can be used. Among these, natural graphite is preferable, and spherical natural graphite subjected to spheroidization treatment is particularly preferable from the viewpoint that the effect of organic compound coating treatment is more likely to appear. Below, a method for producing spherical natural graphite will be described as an example.
  • an apparatus can be used that repeatedly applies mechanical effects such as compression, friction, and shear force, mainly impact force but also particle interaction, to the carbon particles to spheroidize them.
  • the casing has a rotor with many blades installed inside it, and when the rotor rotates at high speed, it applies mechanical forces such as impact compression, friction, and shearing force to the raw carbon material introduced inside. Preference is given to devices that provide an effect.
  • the flaky natural graphite is folded into a spherical shape, or the peripheral edge portion of the raw carbon material is crushed into a spherical shape. Then, fine powder mainly of 5 ⁇ m or less, which is produced by pulverization, is attached to the base particles.
  • the raw carbon material may be subjected to isotropic pressure treatment before mixing the raw carbon material and the organic compound raw material.
  • isotropically pressurizing the raw carbon material By isotropically pressurizing the raw carbon material, the internal voids of the raw carbon material are compressed.
  • the density of the raw carbon material crushed after pressure treatment increases, and the high-speed charging characteristics can be improved, and the organic compound raw material is not excessively absorbed into the internal pores of the raw carbon material.
  • the raw carbon material can be efficiently coated.
  • the particles are less likely to become flattened and can maintain a spherical shape, and a decrease in fluidity when formed into a slurry can also be prevented.
  • a roll compactor a roll press, a ricketting machine, a cold isostatic press (CIP), a uniaxial molding machine, a tablet machine, etc.
  • CIP cold isostatic press
  • a uniaxial molding machine a tablet machine, etc.
  • a cold isostatic pressurizing device is preferable because internal pores can be reduced while maintaining the particle shape.
  • Organic compound raw material to be mixed with the raw carbon material is preferably one having a plurality of hydroxyl groups or a group capable of self-crosslinking by heat or light in the molecule from the viewpoint of forming a strong film.
  • organic compound raw materials include polyol resins such as polyvinyl alcohol resins, acrylic polyol resins, polyester polyol resins, and polyether polyol resins, silicone resins, epoxy resins, and acrylic resins and polyester resins having hydrolyzable silyl groups. These are listed as preferred.
  • polyvinyl alcohol resins acrylic polyol resins, polyester polyol resins, acrylic resins and polyester resins having a hydrolyzable silyl group are more preferable. More preferred are polyvinyl alcohol resins, acrylic polyol resins, and polyester polyol resins. From the viewpoint of excellent solvent resistance of the active material layer formed using the organic compound-coated carbon material, polyvinyl alcohol-based resins are particularly preferred.
  • polyvinyl alcohol resin is not particularly limited as long as it has a vinyl alcohol structural unit.
  • Polyvinyl alcohol-based resins are typically obtained by saponifying polycarboxylic acid vinyl esters obtained by polymerizing carboxylic acid vinyl ester monomers such as vinyl acetate, but are not limited thereto.
  • the solvent is not particularly limited as long as it dissolves the organic compound raw material.
  • the solvent is preferably water, ethyl methyl ketone, toluene, acetone, methyl isobutyl ketone, ethanol, or methanol, more preferably water, ethyl methyl ketone, acetone, methyl isobutyl ketone, ethanol, or methanol, and even more preferably water. It is.
  • additives may be added to the solution.
  • crosslinking agents that contribute to crosslinking of organic compound raw materials
  • surfactants and silane coupling agents that contribute to wettability and adhesion with negative electrode active materials and binder resin
  • inorganic oxidation that contributes to reducing film resistance Lithium compound particles
  • conductive polymers such as polyaniline sulfonic acid
  • compounds that form complex ions with lithium ions such as polyethylene oxide and complex hydrides.
  • the method of mixing the raw carbon material and the organic compound raw material is that the organic compound raw material can be uniformly coated on the basal surface of the raw carbon material so as to suppress the initial gas amount and the amount of stored gas.
  • a method of mixing with a solution is preferred.
  • Mixing methods include stirring using a stirring blade in a fixed container, mixing by rotating the container itself and rolling the contents, and mixing by fluidizing with air current. .
  • a method of stirring using a stirring blade in a fixed container is preferred.
  • heating may be performed in order to efficiently impregnate the internal pores of the raw carbon material with the organic compound raw material.
  • the heating temperature is preferably 80°C to 180°C, more preferably 100°C to 150°C.
  • an isotropic pressure treatment may be performed because the organic compound raw material can be efficiently impregnated into the internal pores of the raw carbon material.
  • the organic compound raw material is efficiently impregnated into the internal pores of the raw carbon material using methods such as mixing the raw carbon material and the organic compound raw material under reduced pressure, or using a method in which the raw carbon material is treated with ozone. You may let them.
  • the concentration of the organic compound raw material in the organic compound raw material solution is preferably 0.01 mass% or more, more preferably 0.03 mass%, and even more preferably 0.01 mass% or more, based on 100 mass% of the organic compound raw material solution.
  • the content is .05% by mass or more, preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, and even more preferably 10% by mass or less.
  • the mixing amount of the organic compound raw material is usually 0.05 parts by mass or more, preferably 0.1 parts by mass or more, and more preferably 0.15 parts by mass or more, based on 100 parts by mass of the raw carbon material. It is usually 2 parts by mass or less, preferably 1.5 parts by mass or less, and more preferably 0.8 parts by mass or less.
  • the mixing amount is at least the lower limit, the organic compound coated on the carbon material is uniformly coated, and the initial efficiency of the battery can be improved.
  • the mixing amount is below the upper limit, the amount of organic compound coated on the carbon material is not too large, and the reversible capacity of the battery tends not to decrease.
  • the mixing amount of the solution of the organic compound raw material may be appropriately set based on the concentration of the solution of the organic compound raw material mentioned above and the mixing amount of the organic compound raw material mentioned above, and is preferably 1 part by mass based on 100 parts by mass of the raw carbon material.
  • the content is more preferably 5 parts by mass or more, preferably 300 parts by mass or less, and more preferably 250 parts by mass or less.
  • the organic compound raw material After mixing the raw carbon material and the organic compound raw material, drying is preferably performed. From the viewpoint of forming a strong film, the organic compound raw material may be crosslinked simultaneously with drying.
  • the heating temperature for drying is usually above the boiling point of the solvent and below the decomposition temperature of the organic compound raw material, preferably 50 to 300°C, more preferably 100 to 250°C.
  • the drying efficiency is sufficient, it is possible to avoid deterioration of battery performance due to residual solvent, and the decomposition of the organic compound raw material is prevented and the interaction between the raw carbon material and the organic compound is weakened. Therefore, it is possible to easily prevent the effect from decreasing due to the above.
  • the pressure is expressed in gauge pressure (difference from atmospheric pressure) and is usually -0.1 MPa or more, preferably -0.08 MPa or more, and usually 0 MPa or less, preferably -0 It is .03 MPa or less.
  • gauge pressure difference from atmospheric pressure
  • 0 MPa or less preferably -0 It is .03 MPa or less.
  • the method of drying the mixture of raw material carbon material and organic compound raw material is used to suppress the initial amount of gas generated when manufacturing non-aqueous secondary batteries and to suppress the amount of storage gas generated during storage of non-aqueous secondary batteries. From this point of view, it is preferable that a uniform coating be formed. Uniform coating allows organic compounds to be efficiently adsorbed onto specific mesopore surfaces. Therefore, by suppressing the side reactions of the electrolyte that occur in the mesopores, it is easy to obtain the effect of suppressing gas generation.
  • the method may include a step of filtering the mixture of the raw carbon material and the organic compound raw material, and a step of washing the obtained residue with water. Through this process, it is possible to remove excess organic compound raw material that is not directly attached to the raw carbon material, and it is possible to suppress the decrease in battery capacity and increase in battery resistance due to the attachment of excess organic compound raw material. .
  • the carbon material (B) of the present invention contains other components, similarly to the organic compound raw material, a solution in which the other components are dissolved in a solvent is prepared, and the solution is mixed with the raw carbon material. , heating and/or reduced pressure.
  • a solution of the other components may be prepared separately from the solution of the organic compound raw material, or a solution may be prepared in addition to the same solvent as the solution of the organic compound raw material. good.
  • the organic compound-coated carbon material obtained through the above steps may be subjected to powder processing such as pulverization, crushing, and classification treatment, if necessary.
  • powder processing such as pulverization, crushing, and classification treatment
  • the equipment used for crushing or crushing include a shear mill, jaw crusher, impact crusher, and cone crusher.
  • the intermediate crusher include a roll crusher, a hammer mill, and the like.
  • the pulverizer include a ball mill, a vibration mill, a pin mill, a stirring mill, and a jet mill.
  • the equipment used for the classification process examples include a rotary sieve, a oscillating sieve, a rotating sieve, a vibrating sieve, and the like.
  • examples include a gravity classifier, an inertial force classifier, a centrifugal force classifier (classifier, cyclone, etc.).
  • a gravity classifier In the case of dry airflow classification, examples include a gravity classifier, an inertial force classifier, a centrifugal force classifier (classifier, cyclone, etc.).
  • Wet sieving, mechanical wet classifier, hydraulic classifier, sedimentation classifier, centrifugal wet classifier, etc. can also be used.
  • the cumulative pore volume of the carbon material (B) of the present invention with a pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less is preferably 0.01 mL/g or more, more preferably 0.02 mL/g or more, and Preferably it is 0.03 mL/g or more, preferably 0.30 mL/g or less, more preferably 0.20 mL/g or less, and still more preferably 0.15 mL/g.
  • the electrolyte can smoothly and efficiently spread inside the particles, so that the outer periphery of the particles during charging and discharging.
  • the DBP (dibutyl phthalate) oil absorption amount of the carbon material (B) of the present invention is preferably 85 mL/100 g or less, more preferably 70 mL/100 g or less, still more preferably 65 mL/100 g or less, and particularly preferably is 60 mL/100 g or less, preferably 30 mL/100 g or more, and more preferably 40 mL/100 g or more.
  • the DBP oil absorption amount is below the upper limit value, it means that the internal pores can be reduced while maintaining the particle shape, and the high-speed charging characteristics are excellent.
  • the DBP oil absorption amount is equal to or higher than the lower limit value, a pore structure is also present in the particles, so there is a tendency to avoid a decrease in the likelihood of Li ion insertion/desorption reaction.
  • the carbon material (B) of the present invention is coated with an organic compound.
  • the coating amount of the carbon material (B) of the present invention is preferably 0.05% by mass or more, more preferably 0.10% by mass or more, and even more preferably 0.05% by mass or more, based on 100% by mass of the carbon material (B).
  • the content is .15% by mass or more, preferably 2.00% by mass or less, preferably 1.50% by mass or less, and more preferably 0.80% by mass or less.
  • the coating amount is at least the lower limit, the organic compound coated on the carbon material (B) tends to be uniformly coated, and the initial efficiency of the battery tends to improve.
  • the coating amount is below the upper limit, the amount of organic compound coated on the carbon material (B) is not too large, and there is a tendency that a decrease in reversible capacity and an increase in resistance of the battery can be suppressed.
  • the coating amount of the organic compound of the carbon material (B) of the present invention is 200° C. to 700° C. when the carbon material (B) of the present invention is heated in nitrogen using a TG-DTA device. It is the value of the mass loss rate at °C.
  • the volume-based average particle diameter d50 of the carbon material (B) of the present invention is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 3 ⁇ m or more, even more preferably 5 ⁇ m or more, particularly preferably 10 ⁇ m or more, and most preferably is 15 ⁇ m or more, preferably 50 ⁇ m or less, more preferably 45 ⁇ m or less, even more preferably 40 ⁇ m or less, particularly preferably 35 ⁇ m or less, and most preferably 30 ⁇ m or less.
  • d50 is within the above range, there is a tendency to increase irreversible capacity of a secondary battery obtained by using this organic compound-coated carbon material as a negative electrode material and to suppress loss of initial battery capacity. Further, it is also possible to suppress the occurrence of process inconveniences such as streaking during slurry application, deterioration of high current density charge/discharge characteristics, and deterioration of low temperature input/output characteristics.
  • the circularity of the carbon material (B) of the present invention is preferably 0.88 or more, more preferably 0.90 or more, still more preferably 0.91 or more, preferably 1 or less, and more preferably is 0.98 or less, more preferably 0.97 or less.
  • the circularity is within the above range, there is a tendency that deterioration in high current density charge/discharge characteristics of a secondary battery obtained by using the carbon material (B) of the present invention as a negative electrode material can be suppressed.
  • a method of making the carbon material (B) into a spherical shape by performing a spheroidization treatment is preferable from the viewpoint of making the shape of the interparticle voids uniform when used as a negative electrode.
  • spherical processing include a method of mechanically making the material closer to a spherical shape by applying shearing force or compressive force, a mechanical/physical processing method of granulating multiple carbon materials using a binder or the adhesive force of the particles themselves, etc. can be mentioned.
  • the tap density of the carbon material (B) of the present invention is preferably 0.7 g/cm 3 or more, more preferably 0.8 g/cm 3 or more, and still more preferably 0.85 g/cm 3 or more. , particularly preferably 0.9 g/cm 3 or more, most preferably 0.95 g/cm 3 or more, preferably 1.3 g/cm 3 or less, and more preferably 1.2 g/cm 3 or less. , more preferably 1.1 g/cm 3 or less.
  • the tap density is within the above range, inconveniences in the process such as streaking are suppressed when the electrode plate is formed, and high-speed charging and discharging characteristics are excellent. Further, it tends to suppress an increase in carbon density within the electrode plate, suppress a decrease in rollability, and facilitate formation of a high-density negative electrode sheet.
  • the d002 value of the carbon material (B) of the present invention is preferably 3.357 ⁇ or less, more preferably 3.356 ⁇ or less, and still more preferably 3.354 ⁇ or less. preferable.
  • Lc of the carbon material (B) of the present invention is preferably 900 ⁇ or more, more preferably 1000 ⁇ or more.
  • the ash content contained in the carbon material (B) of the present invention is preferably 0.0001% by mass or more, preferably 1% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass based on 100% by mass of the carbon material (B). % or less, more preferably 0.1% by mass or less. If the ash content is within the above range, when used as a secondary battery, battery performance will deteriorate due to the reaction between the carbon material composition of the present invention containing the carbon material (B) as a negative electrode material and the electrolyte during charging and discharging. can be suppressed to a negligible level. Furthermore, because manufacturing the negative electrode material does not require a large amount of time, energy, and equipment for preventing pollution, increases in costs can also be suppressed.
  • the specific surface area (SA) of the carbon material (B) of the present invention is preferably 1 m 2 /g or more, more preferably 2 m 2 /g or more, still more preferably 2.5 m 2 /g or more, and preferably is 11 m 2 /g or less, more preferably 9 m 2 /g or less, even more preferably 8 m 2 /g or less, particularly preferably 7 m 2 /g or less, and most preferably 6 m 2 /g or less. It is.
  • the specific surface area is within the above range, a sufficient area for insertion and desorption of Li during charging and discharging can be ensured.
  • the total pore volume of the carbon material (B) of the present invention is preferably 0.1 mL/g or more, more preferably 0.2 mL/g or more, still more preferably 0.25 mL/g or more, It is particularly preferably at least 0.5 mL/g, preferably at most 10 mL/g, more preferably at most 5 mL/g, even more preferably at most 2 mL/g, particularly preferably at most 1 mL/g.
  • the total pore volume is within the above range, there is no need to use an excessive amount of binder when forming an electrode plate, and the dispersion effect of the thickener and binder can be easily obtained.
  • the average pore diameter of the carbon material (B) of the present invention is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, even more preferably 1.0 ⁇ m or more, particularly preferably 2.0 ⁇ m or more.
  • the thickness is preferably 80 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, and still more preferably 20 ⁇ m or less.
  • the true density of the carbon material (B) of the present invention is preferably 1.9 g/cm 3 or more, more preferably 2 g/cm 3 or more, still more preferably 2.1 g/cm 3 or more, and especially Preferably it is 2.2 g/cm 3 or more.
  • the upper limit of true density is 2.26 g/cm 3 which is the theoretical value of graphite.
  • the aspect ratio of the carbon material (B) of the present invention is preferably 1.1 or more, more preferably 1.2 or more, preferably 10 or less, more preferably 8 or less, still more preferably 5 or less, particularly preferably 3 or less.
  • the aspect ratio is within the above range, streaking of the slurry containing the carbon material composition of the present invention containing the carbon material (B) is unlikely to occur when the electrode plate is formed, and a uniform coating surface can be obtained. As a result, there is a tendency to avoid deterioration in the high current density charge/discharge characteristics of the secondary battery.
  • the Raman R value of the carbon material (B) of the present invention is preferably 0.1 or more, more preferably 0.15 or more, still more preferably 0.2 or more, and preferably 0.6 or less. , more preferably 0.5 or less, still more preferably 0.4 or less.
  • the crystallinity of the carbon material (B) surface is difficult to increase, and when the density is increased, it is difficult for crystals to be oriented in the direction parallel to the negative electrode plate, thereby avoiding a decrease in load characteristics. There is a tendency to In addition, the crystallinity of the particle surface is less likely to be disturbed, suppressing reactivity with the electrolytic solution, and tending to avoid a decrease in charge/discharge efficiency and an increase in gas generation.
  • the dmax of the carbon material (B) of the present invention is preferably 200 ⁇ m or less, more preferably 150 ⁇ m or less, still more preferably 120 ⁇ m or less, particularly preferably 100 ⁇ m or less.
  • dmax is within the above range, there is a tendency to suppress inconveniences in the process such as streaking when forming an electrode plate.
  • the d10 of the carbon material (B) of the present invention is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 2 ⁇ m or more, even more preferably 3 ⁇ m or more, particularly preferably 5 ⁇ m or more, most preferably 7 ⁇ m or more, preferably 30 ⁇ m or less, and more Preferably it is 20 ⁇ m or less, more preferably 17 ⁇ m or less.
  • d10 is within the above range, the tendency of particles to agglomerate is not too strong, and it is possible to avoid inconveniences in the process such as increase in slurry viscosity, decrease in electrode strength in the secondary battery, and decrease in initial charge/discharge efficiency. Furthermore, there is a tendency to avoid deterioration in high current density charge/discharge characteristics and deterioration in low temperature input/output characteristics.
  • the d90 of the carbon material (B) of the present invention is preferably 15 ⁇ m or more, more preferably 18 ⁇ m or more, even more preferably 20 ⁇ m or more, particularly preferably 25 ⁇ m or more, preferably 100 ⁇ m or less, and more It is preferably 70 ⁇ m or less, more preferably 60 ⁇ m or less, particularly preferably 50 ⁇ m or less, and most preferably 45 ⁇ m or less.
  • d90 is within the above range, a decrease in electrode strength and initial charge/discharge efficiency in the secondary battery can be avoided, process problems such as streaking during slurry application, and high current density charge/discharge characteristics can be avoided. There is also a tendency to avoid deterioration in low-temperature input/output characteristics.
  • the frequency of particles having a particle size of 3 ⁇ m or less in the carbon material (B) of the present invention is preferably 1% or more, more preferably 10% or more, preferably 60% or less, more preferably 55% or less, and even more preferably 50% or more. % or less, particularly preferably 40% or less, most preferably 30% or less.
  • particle number frequency is within the above range, particle disintegration and fine powder peeling are less likely to occur during slurry kneading, electrode rolling, charging and discharging, etc., and low-temperature output characteristics and cycle characteristics tend to be good.
  • the elution amount of the organic compound of the carbon material (B) of the present invention is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less based on 100% by mass of the organic compound contained in the carbon material (B). , more preferably 10% by mass or less, particularly preferably 5% by mass or less.
  • the organic compound becomes difficult to peel off during high temperature storage or charge/discharge cycles, and deterioration of storage characteristics and charge/discharge cycle characteristics can be effectively suppressed.
  • the carbon material composition of the present invention contains the carbon material (A) of the present invention and the carbon material (B) of the present invention in a total of 100% by mass, and 20 to 80% by mass of the carbon material (A). It is preferable that the carbon material (B) is contained in an amount of 20 to 80% by mass. If the content rate of the carbon material (A) in the carbon material composition of the present invention is at least the above lower limit, and the content rate of the carbon material (B) is at most the above upper limit, when press treatment is performed for densification, , blocking of the flow path of the electrolytic solution in the electrode plate is suppressed, and the negative electrode plate has excellent liquid immersion properties and excellent rate characteristics.
  • the negative electrode plate can be heated with relatively low pressing pressure. It can be densified, improve the capacity of secondary batteries, and is less likely to produce new surfaces that are prone to crushing the carbon material and cause side reactions with the electrolyte, and has excellent initial efficiency and residual capacity retention rate after high-temperature storage.
  • the content ratio of carbon material (A) and carbon material (B) in 100 mass % of the carbon material composition of the present invention is more preferably 40 to 75 mass % of carbon material (A) and 25 mass % of carbon material (B). 60% by mass, more preferably 50 to 70% by mass of carbon material (A) and 30 to 50% by mass of carbon material (B).
  • the volume-based average particle diameter (d50) is preferably 0.1 to 2.5, more preferably 0.2 to 2.
  • the carbon material (B) can be present in the gap between the carbon materials (A), or the carbon material (A) can be present in the gap between the carbon materials (B), and the negative electrode High density electrode plates can be achieved.
  • the volume change between carbon material (A) and carbon material (B) due to occlusion and release of alkali ions such as Li ions due to charging and discharging is caused by the change in volume between carbon material (A) and carbon material (B). Since the gap absorbs the carbon material, it is possible to suppress the disconnection of the conductive path due to the volume change between the carbon material (A) and the carbon material (B), and as a result, it is possible to achieve improved cycle characteristics, rapid charge/discharge characteristics, and high capacity. .
  • the ratio Rd10 of the carbon material (B) of the present invention to d10 of the carbon material (A) of the present invention [d10 of carbon material (B)]/[d10 of carbon material (A)] is preferably 0 .1 to 2.5, more preferably 0.2 to 2.
  • the carbon material (B) can be present in the gap between the carbon materials (A), or the carbon material (A) can be present in the gap between the carbon materials (B), and the negative electrode High density electrode plates can be achieved.
  • the volume change between carbon material (A) and carbon material (B) due to occlusion and release of alkali ions such as Li ions due to charging and discharging is caused by the change in volume between carbon material (A) and carbon material (B). Since the gap absorbs the carbon material, it is possible to suppress the disconnection of the conductive path due to the volume change between the carbon material (A) and the carbon material (B), and as a result, it is possible to achieve improved cycle characteristics, rapid charge/discharge characteristics, and high capacity. .
  • the ratio Rd90 of the d90 of the carbon material (B) of the present invention to the d90 of the carbon material (A) of the present invention [d90 of carbon material (B)]/[d90 of carbon material (A)] is preferably 0. .1 to 2.5, more preferably 0.2 to 2.
  • the carbon material (B) can be present in the gap between the carbon materials (A), or the carbon material (A) can be present in the gap between the carbon materials (B), and the negative electrode High density electrode plates can be achieved.
  • the volume change between carbon material (A) and carbon material (B) due to occlusion and release of alkali ions such as Li ions due to charging and discharging is caused by the change in volume between carbon material (A) and carbon material (B). Since the gap absorbs the carbon material, it is possible to suppress the disconnection of the conductive path due to the volume change between the carbon material (A) and the carbon material (B), and as a result, it is possible to achieve improved cycle characteristics, rapid charge/discharge characteristics, and high capacity. .
  • Ratio of the specific surface area (SA) of the carbon material (B) of the present invention to the specific surface area (SA) of the carbon material (A) of the present invention RSA [Specific surface area (SA) of carbon material (B)]/[Charcoal
  • the specific surface area (SA) of the material (A) is preferably 0.1 to 10, more preferably 0.2 to 5.
  • the ratio RSA is within the above range, a sufficient area for insertion and desorption of Li during charging and discharging can be ensured, resulting in excellent high-speed charging and discharging characteristics and output characteristics.
  • the activity of the active material toward the electrolyte can be appropriately suppressed, an increase in initial irreversible capacity can be suppressed, and there is a tendency that a high-capacity battery can be manufactured.
  • Ratio RCPV [Cumulative pore volume of carbon material (B) with pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less] / [Cumulative pore volume of carbon material (A) with pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less] ] is preferably 0.1 to 10, more preferably 0.2 to 5.
  • the ratio RCPV is within the above range, a sufficient area for Li insertion and desorption during charging and discharging can be ensured, resulting in excellent high-speed charging and discharging characteristics and output characteristics. Furthermore, since the activity of the active material toward the electrolyte can be appropriately suppressed, an increase in initial irreversible capacity can be suppressed, and a high-capacity battery tends to be manufactured.
  • Ratio of the total pore volume of the carbon material (B) of the present invention to the total pore volume of the carbon material (A) of the present invention is preferably 0.1 to 10, more preferably 0.2 to 5.
  • RTPV [total pore volume of carbon material (B)] / [carbon material (A) ) is preferably 0.1 to 10, more preferably 0.2 to 5.
  • Ratio of the average pore diameter of the carbon material (B) of the present invention to the average pore diameter of the carbon material (A) of the present invention RAPV [average pore diameter of carbon material (B)] / [average of carbon material (A) Pore diameter] is preferably 0.1 to 10, more preferably 0.2 to 5.
  • RAPV is within the above range, there is no need to use an excessive amount of binder when forming an electrode plate, and the dispersion effect of the thickener and binder can be easily obtained.
  • the carbon material composition of the present invention can be produced by mixing the carbon material (A) of the present invention and the carbon material (B) of the present invention, preferably at the above-mentioned preferred content ratio. There is no particular restriction on the mixing method, and any method may be used as long as the carbon material (A) and the carbon material (B) are mixed sufficiently uniformly.
  • the carbon material composition of the present invention may contain other components other than the carbon material (A) of the present invention and the carbon material (B) of the present invention within a range that does not impair the object of the present invention.
  • Other components that may be contained in the carbon material composition of the present invention include one or more conductive additives such as silicon, carbon black, and artificial graphite powder.
  • the content thereof is preferably 20% by mass or less, particularly 10% by mass or less in 100% by mass of the carbon material composition of the present invention. .
  • the carbon material composition of the present invention containing such other components is prepared by adding other components together with the carbon material (A) of the present invention and the carbon material (B) of the present invention in the production of the carbon material composition of the present invention. It can be manufactured by mixing.
  • the mass reduction rate of the carbon material composition of the present invention is preferably 0.04% by mass or more, more preferably 0.06% by mass or more, and even more preferably 0.04% by mass or more based on 100% by mass of the carbon material composition.
  • the content is at least 0.08% by mass, preferably at most 0.48% by mass, more preferably at most 0.40% by mass, even more preferably at most 0.30% by mass.
  • the mass reduction rate is below the upper limit, the amount of organic compound coating of the carbon material (B) will not become excessive, resulting in a decrease in the electronic conductivity of the negative electrode plate, powder falling from the current collector, and an increase in resistance during charging and discharging. Problems such as this can be suppressed.
  • the mass reduction rate of the carbon material composition of the present invention refers to the mass decrease rate at 200°C to 700°C when the carbon material composition of the invention is heated in nitrogen using a TG-DTA device. Let be the value of the rate.
  • the amount of organic compound coating of the carbon material (B) and the blending ratio of the carbon material (A) and the carbon material (B) may be adjusted.
  • the volume-based average particle diameter d50 of the carbon material composition of the present invention is preferably 3 ⁇ m or more, more preferably 8 ⁇ m or more, even more preferably 10 ⁇ m or more, particularly preferably 12 ⁇ m or more, and preferably 30 ⁇ m or less, more preferably 27 ⁇ m or less. , more preferably 25 ⁇ m or less, particularly preferably 23 ⁇ m or less.
  • d50 is at least the lower limit, an increase in irreversible capacity due to an increase in specific surface area can be prevented.
  • d50 is below the upper limit value, it is possible to prevent a decrease in rapid charge/discharge performance due to a decrease in the contact area between the electrolytic solution and the particles of the carbon material composition.
  • the d10 of the carbon material composition of the present invention is preferably 1 ⁇ m or more, more preferably 2 ⁇ m or more, even more preferably 3 ⁇ m or more, particularly preferably 5 ⁇ m or more, most preferably 7 ⁇ m or more, preferably 30 ⁇ m or less, and more preferably is 20 ⁇ m or less, more preferably 17 ⁇ m or less.
  • d10 is within the above range, the tendency of particles to agglomerate is not too strong, and it is possible to avoid inconveniences in the process such as increase in slurry viscosity, decrease in electrode strength in the secondary battery, and decrease in initial charge/discharge efficiency. Furthermore, there is a tendency to avoid deterioration in high current density charge/discharge characteristics and deterioration in low temperature input/output characteristics.
  • the d90 of the carbon material composition of the present invention is preferably 15 ⁇ m or more, more preferably 18 ⁇ m or more, even more preferably 20 ⁇ m or more, particularly preferably 25 ⁇ m or more, preferably 100 ⁇ m or less, and more preferably is 70 ⁇ m or less, more preferably 60 ⁇ m or less, particularly preferably 50 ⁇ m or less, and most preferably 45 ⁇ m or less.
  • d90 is within the above range, a decrease in electrode strength and initial charge/discharge efficiency in the secondary battery can be avoided, process problems such as streaking during slurry application, and high current density charge/discharge characteristics can be avoided. There is also a tendency to avoid deterioration in low-temperature input/output characteristics.
  • the dmax of the carbon material composition of the present invention is preferably 200 ⁇ m or less, more preferably 150 ⁇ m or less, still more preferably 120 ⁇ m or less, particularly preferably 100 ⁇ m or less.
  • dmax is within the above range, there is a tendency to suppress inconveniences in the process such as streaking when forming an electrode plate.
  • the frequency of particles having a particle size of 3 ⁇ m or less in the carbon material composition of the present invention is preferably 1% or more, more preferably 10% or more, and preferably 60% or less, more preferably 55% or less, and even more preferably 50%. It is particularly preferably 40% or less, most preferably 30% or less.
  • particle number frequency is within the above range, particle disintegration and fine powder peeling are less likely to occur during slurry kneading, electrode rolling, charging and discharging, etc., and low-temperature output characteristics and cycle characteristics tend to be good.
  • the ash content contained in the carbon material composition of the present invention is preferably 0.0001% by mass or more, preferably 1% by mass or less, and more preferably 0.5% by mass or less based on 100% by mass of the carbon material composition. and more preferably 0.1% by mass or less.
  • the ash content is within the above range, when used as a secondary battery, deterioration in battery performance due to the reaction between the carbon material composition and the electrolyte can be suppressed to a negligible extent.
  • manufacturing the negative electrode material does not require a large amount of time, energy, and equipment for preventing pollution, increases in costs can also be suppressed.
  • the tap density of the carbon material composition of the present invention is preferably 0.8 to 1.8 g/cm 3 , more preferably 0.9 to 1.7 g/cm 3 , and even more preferably 1.0 to 1.6 g/cm 3 . cm3 .
  • the tap density is within the above range, when used as a negative electrode, the electrolytic solution and the carbon material (B) can be present in the gap formed by the carbon material (A), resulting in high capacity and high rate characteristics. can be realized.
  • the specific surface area of the carbon material composition of the present invention measured by the BET method is usually 0.5 m 2 /g or more, preferably 2 m 2 /g or more, more preferably 2.5 m 2 /g or more, and usually 30 m 2 /g or less. , preferably 20 m 2 /g or less, more preferably 10 m 2 /g or less, even more preferably 8 m 2 /g or less, particularly preferably 6.5 m 2 /g or less.
  • the specific surface area is at least the lower limit, there are sufficient sites for Li to enter and exit, and the lithium ion secondary battery has excellent high-speed charging/discharging characteristics and output characteristics and low-temperature input/output characteristics.
  • the specific surface area is below the upper limit, the activity of the active material toward the electrolyte can be suppressed, and side reactions with the electrolyte can be suppressed, thereby suppressing a decrease in the initial charging and discharging efficiency of the battery and an increase in the amount of gas generated, thereby increasing the battery capacity.
  • the true density of the carbon material composition of the present invention is preferably 1.9 g/cm 3 or more, more preferably 2 g/cm 3 or more, still more preferably 2.1 g/cm 3 or more, and particularly preferably is 2.2 g/cm 3 or more.
  • the upper limit of true density is 2.26 g/cm 3 which is the theoretical value of graphite.
  • the DBP (dibutyl phthalate) oil absorption amount of the carbon material composition of the present invention is preferably 85 mL/100 g or less, more preferably 70 mL/100 g or less, still more preferably 65 mL/100 g or less, and particularly preferably The amount is 60 mL/100 g or less, preferably 30 mL/100 g or more, and more preferably 40 mL/100 g or more.
  • the DBP oil absorption amount is below the upper limit value, it means that the internal pores can be reduced while maintaining the particle shape, and the high-speed charging characteristics are excellent.
  • the DBP oil absorption amount is equal to or higher than the lower limit value, a pore structure also exists within the particles, so there is a tendency to avoid a decrease in the reaction surface.
  • the cumulative pore volume of the carbon material composition of the present invention with a pore diameter in the range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less is preferably 0.01 mL/g or more, more preferably 0.02 mL/g or more, and even more preferably is 0.03 mL/g or more, preferably 0.30 mL/g or less, more preferably 0.20 mL/g or less, and still more preferably 0.15 mL/g.
  • the cumulative pore volume in the range of pore diameters from 0.01 ⁇ m to 1 ⁇ m is within the above range, the electrolytic solution can spread smoothly and efficiently into the inside of the particles. For this reason, during charging and discharging, it becomes possible to effectively and efficiently utilize not only the outer periphery of the particles but also the Li ion insertion and desorption sites present inside the particles, and they tend to exhibit good low-temperature output characteristics.
  • the total pore volume of the carbon material composition of the present invention is preferably 0.1 mL/g or more, more preferably 0.2 mL/g or more, still more preferably 0.25 mL/g or more, and especially Preferably it is 0.5 mL/g or more, preferably 10 mL/g or less, more preferably 5 mL/g or less, still more preferably 2 mL/g or less, particularly preferably 1 mL/g or less.
  • the total pore volume is within the above range, there is no need to use an excessive amount of binder when forming an electrode plate, and the dispersion effect of the thickener and binder can be easily obtained.
  • the average pore diameter of the carbon material composition of the present invention is preferably 0.1 ⁇ m or more, more preferably 0.5 ⁇ m or more, still more preferably 1.0 ⁇ m or more, and particularly preferably 2.0 ⁇ m or more. , preferably 80 ⁇ m or less, more preferably 50 ⁇ m or less, still more preferably 20 ⁇ m or less.
  • the average pore diameter is within the above range, there is no need to use an excessive amount of binder when forming the electrode plate, and there is a tendency that deterioration of the high current density charging and discharging characteristics of the battery can be avoided.
  • the elution amount of the organic compound in the carbon material composition of the present invention is preferably 20% by mass or less, more preferably 15% by mass or less, based on 100% by mass of the organic compound contained in the carbon material composition. It is preferably 10% by mass or less, particularly preferably 5% by mass or less.
  • the organic compound becomes difficult to peel off during high temperature storage or charge/discharge cycles, and deterioration of storage characteristics and charge/discharge cycle characteristics can be effectively suppressed.
  • the negative electrode of the present invention (hereinafter appropriately referred to as "negative electrode sheet”) includes a current collector and an active material layer formed on the current collector, and the active material layer includes at least the carbon material of the present invention. Contains a composition.
  • the active material layer preferably further includes a binder.
  • the negative electrode of the present invention is formed by dispersing the carbon material composition of the present invention and a binder in a dispersion medium to form a slurry, and applying the slurry to a current collector.
  • a dispersion medium an organic solvent such as alcohol or water can be used.
  • This slurry may further contain a conductive additive such as carbon black or artificial graphite powder.
  • Examples of the current collector to which the slurry is applied include thin metal films such as rolled copper foil, electrolytic copper foil, and stainless steel foil.
  • the density of the active material layer varies depending on the application, but in applications where capacity is important, it is preferably 1.45 g/cm 3 or more, more preferably 1.5 g/cm 3 or more, and even more preferably 1.55 g. /cm 3 or more, particularly preferably 1.6 g/cm 3 or more, and preferably 1.9 g/cm 3 or less.
  • the density is within the above range, a sufficient capacity of the battery per unit volume can be ensured, and the rate characteristics are less likely to deteriorate.
  • the basic structure of the 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 that can insert and release lithium ions.
  • the negative electrode the negative electrode of the present invention described above is used.
  • the positive electrode is one in which a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a binder is formed on a current collector.
  • a non-aqueous electrolytic solution in which a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent, a gel-like, rubber-like, or solid sheet-like material made of this non-aqueous electrolytic solution with an organic polymer compound, etc. are used.
  • a porous separator such as a porous membrane or nonwoven fabric is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode to prevent short circuits between the electrodes.
  • the non-aqueous electrolyte is used by impregnating a porous separator.
  • the carbon material composition of the present invention can be used as an active material for negative electrodes of secondary batteries because it is easy to increase the density of negative electrode plates and has excellent initial efficiency, rate characteristics, and residual capacity retention rate after high-temperature storage. It can be suitably used, more suitably used as an active material for a negative electrode of a non-aqueous secondary battery, and particularly suitably used as an active material for a negative electrode of a lithium ion secondary battery.
  • a mercury porosimeter model name "Autopore 9520", manufactured by Micromeritex
  • the pressure was reduced to 4 psia (approximately 28 kPa), mercury was introduced into the cell, and the pressure was increased stepwise from 4 psia (approximately 28 kPa) to 40,000 psia (approximately 280 MPa), and then decreased to 25 psia (approximately 170 kPa).
  • the number of steps during pressure increase was 80 or more, and at each step, the amount of mercury intrusion was measured after an equilibration time of 10 seconds. The pore distribution was calculated from the mercury intrusion curve thus obtained using the Washburn equation.
  • the surface tension ( ⁇ ) of mercury was calculated as 485 dyne/cm, and the contact angle ( ⁇ ) was calculated as 140°. From the obtained pore distribution, the mode pore diameter (PD) in the pore diameter range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, the integrated pore volume in the pore diameter range of 0.01 ⁇ m or more and 1 ⁇ m or less, and the total pore volume were calculated.
  • ⁇ Tap density> Using a powder density measuring device (model name "Tap Denser KYT-3000", manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.), the carbon material was passed through a sieve with an opening of 300 ⁇ m through a cylindrical tap cell with a diameter of 1.6 cm and a volume capacity of 20 cm 3 . After dropping and filling the cell to the full, tapping with a stroke length of 10 mm was performed 1000 times, and the density value calculated from the volume at that time and the mass of the sample was taken as the tapped density.
  • a powder density measuring device model name "Tap Denser KYT-3000", manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.
  • SA Specific surface area
  • Spheroidized graphite was obtained by mechanically spheroidizing it for 10 minutes at a rotor circumferential speed of 85 m/sec while enclosing it, and then heat-treating it at 400° C. in an inert gas.
  • the obtained spheroidized graphite was filled into a rubber container, sealed and subjected to isotropic pressure treatment, and then the obtained molded product was crushed and classified.
  • the obtained molded product was mixed with coal tar pitch as an amorphous carbon precursor, heat-treated at 1300°C in an inert gas, and then the fired product was crushed and classified to form graphite particles and amorphous carbon.
  • a carbon material (A-1) having a multi-layered carbon material in which carbon material was composited with carbon was obtained. From the firing yield, in the obtained multilayer carbon material (A-1), the mass ratio of spheroidized graphite particles to amorphous carbon (spheroidized graphite particles: amorphous carbon) was 1:0.08. It was confirmed that The measurement results of the physical properties of this carbon material (A-1) were as follows. d50: 15.3 ⁇ m PD: 0.17 ⁇ m PD/d50: 1.11% Cumulative pore volume of 0.01-1 ⁇ m: 0.03mL/g Total pore volume: 0.51mL/g Circularity: 0.93
  • a powdered carbon material (B-2) was obtained in the same manner as in the production of carbon material (B-1) except that the concentration of the polyvinyl alcohol resin aqueous solution was changed to 0.2% by mass.
  • a powdery carbon material (B-3) was obtained in the same manner as in the production of carbon material (B-1) except that the concentration of the polyvinyl alcohol resin aqueous solution was changed to 0.25% by mass.
  • carbon materials (B-1) to (B-3) the adsorption isotherm and heat of adsorption using toluene gas showed that the basal surface of the granulated spherical natural graphite was coated with a compound derived from polyvinyl alcohol resin. This was confirmed by simultaneously measuring.
  • a carbon material (b-4) was a raw material spherical natural graphite not coated with polyvinyl alcohol resin.
  • Example 1 The carbon material composition of Example 1 was prepared by mixing the carbon material (A-1) and the carbon material (B-1) produced by the above method at a mass ratio of 60:40.
  • Example 2 The carbon material composition of Example 2 was prepared by mixing the carbon material (A-1) and the carbon material (B-2) produced by the above method at a mass ratio of 60:40.
  • Example 3 The carbon material composition of Example 3 was prepared by mixing the carbon material (A-1) and the carbon material (B-3) produced by the above method at a mass ratio of 60:40.
  • Comparative example 1 A carbon material of Comparative Example 1 was prepared by using only the carbon material (A-1) produced by the above method and not containing the carbon material (B).
  • Comparative example 2 A carbon material composition of Comparative Example 2 was prepared by mixing the carbon material (A-1) produced by the above method and the carbon material (b-4) not coated with an organic compound at a mass ratio of 60:40. .
  • Comparative example 3 A carbon material of Comparative Example 3 was prepared by using only the carbon material (B-1) produced by the above method and not containing the carbon material (A).
  • Comparative example 4 A carbon material of Comparative Example 4 was prepared by using only the carbon material (B-3) produced by the above method and not containing the carbon material (A).
  • An electrode plate having an active material layer with an active material layer density of 1.60 ⁇ 0.03 g/cm 3 was produced using the carbon material composition or carbon material of the above-mentioned Examples or Comparative Examples as a negative electrode material.
  • This slurry was applied to a width of 10 cm on a copper foil with a thickness of 10 ⁇ m as a current collector so that 10.00 ⁇ 0.3 mg/cm 2 of the negative electrode material was deposited using a die coating device, and a diameter of 20 cm was applied.
  • a negative electrode sheet was obtained by roll press compaction using a roller to adjust the density of the active material layer to 1.60 ⁇ 0.03 g/cm 3 .
  • liquid immersion properties of the negative electrode sheets of Examples and Comparative Examples were evaluated as follows. Approximately 1 ⁇ L of propylene carbonate was dropped onto the negative electrode sheet, and the time required for 0.6 ⁇ L of the droplet to be absorbed by the negative electrode sheet was defined as liquid immersion (seconds).
  • the negative electrode sheet produced by the above method was cut into a 32 mm x 42 mm square, and dried under reduced pressure at 190° C. to obtain a negative electrode.
  • To 85 parts by mass of lithium nickel manganese cobalt composite oxide powder 10 parts by mass of carbon black, 41.7 parts by mass of an N-methylpyrrolidone solution containing 12% by mass of polyvinylidene fluoride, and an appropriate amount of N-methylpyrrolidone were added. The mixture was kneaded to form a slurry. This slurry was applied to an aluminum foil using a doctor blade method to a basis weight of 22.8 mg/cm 2 .
  • the positive electrode was compacted using a roll press so that its density was 2.45 g/cm 3 .
  • This positive electrode sheet was cut into a 30 mm x 40 mm square and dried at 140° C. to obtain a positive electrode.
  • the above negative electrode and positive electrode were stacked with a separator impregnated with an electrolytic solution interposed therebetween and sealed in an aluminum laminate bag to produce a battery for charge/discharge tests.
  • Comparative Example 1 containing only the carbon material (A) had high hardness, was difficult to press compact the negative electrode plate, and was inferior in initial efficiency, rate characteristics, and residual capacity retention rate after high-temperature storage.
  • Comparative Example 2 in which the carbon material (A) and the carbon material (b) not coated with an organic compound were blended, had lower liquid immersion properties and was inferior in initial efficiency, rate characteristics, and residual capacity retention rate after high-temperature storage.
  • Comparative Examples 3 and 4 using only the carbon material (B) had poor liquid immersion properties, and were inferior in initial efficiency and residual capacity retention rate after high-temperature storage.

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Abstract

本発明の課題は、負極極板の高密度化が容易で、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率のいずれも優れる二次電池を得ることが可能な炭素材組成物を提供し、その結果として、高性能な二次電池を提供することにある。 本発明は、炭素材(A)及び炭素材(B)を含む炭素材組成物であって、該炭素材(A)が、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.02mL/g以上、かつ、下記式(1)で表される細孔径と体積基準平均粒径の比(PD/d50(%))が1.8以下であり、該炭素材(B)が、有機化合物被覆炭素材である、炭素材組成物に関する。 式(1);PD/d50(%)=([水銀圧入法により求められる細孔分布における細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)]/[体積基準平均粒径(d50)])×100

Description

炭素材組成物及びその製造方法、並びに負極及び二次電池
 本発明は、炭素材組成物及びその製造方法、並びに負極及び二次電池に関するものである。
 近年、電子機器の小型化に伴い、高容量の二次電池に対する需要が高まってきている。特に、ニッケル・カドミウム電池や、ニッケル・水素電池に比べ、よりエネルギー密度が高く、大電流充放電特性に優れたリチウムイオン二次電池が注目されてきている。
 従来、リチウムイオン二次電池の高容量化は広く検討されているが、近年、リチウムイオン二次電池に対する更なる高性能化の要求が高まってきており、更なる高容量化、高入出力化、高寿命化、その他の特性向上が求められている。
 特許文献1には、高容量であり、サイクル特性等に優れた非水系二次電池用負極材として、炭素質粒子(A)と酸化珪素粒子(B)を含み、炭素質粒子(A)は、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.08mL/g以上、下記式で表される細孔径と体積基準平均粒径の比(PD/d50(%))が1.8以下であり、かつ酸化珪素粒子(B)の小粒子側から10%積算部の粒径(d10)が0.001μm以上6μm以下である非水系二次電池用負極材が提案されている。
 PD/d50(%)=([水銀圧入法により求められる細孔分布における細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)]/[体積基準平均粒径(d50)])×100
 特許文献2には、高容量、且つ充放電負荷特性の良好な非水系二次電池用負極材として、表面官能基量O/C値が1%以上、4%以下である炭素材料(A)に水溶性高分子(B)を添着した非水系二次電池用炭素材料(C)が提案されている。
特開2018-88406号公報 特開2011-198710号公報
 特許文献1で開示されている負極材は、本発明で用いる炭素材(B)に相当する炭素材を含まないため硬度が高く、この炭素材を用いた負極極板は、プレス処理で高密度化することが難しく、過重な圧力でプレス処理を行うと負極材粒子が破壊されて活性な新生面が生じるため、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率に劣る。
 特許文献2で開示されている炭素材は、本発明で用いる炭素材(A)に相当する炭素材を含まないため、プレス処理で変形しやすく、この炭素材を用いた負極極板は、高密度化のためにプレス処理する際に、負極材粒子が変形して極板内で電解液の流路を塞ぐため、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率に劣る。
 本発明の課題は、負極極板の高密度化が容易で、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率のいずれも優れる二次電池を得ることが可能な炭素材組成物を提供し、その結果として、高性能な二次電池を提供することにある。
 本発明者らは、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.02mL/g以上、かつ、所定の細孔径と体積基準平均粒径の比(PD/d50(%))が1.8以下である炭素材(A)と、有機化合物被覆炭素材である炭素材(B)とを含む炭素材組成物が、上記課題を解決できることを見出した。
 本発明の炭素材組成物が前記効果を奏する理由は、次のように考えられる。
 細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.02mL/g以上で、PD/d50(%)が1.8以下である炭素材(A)は、適度に緻密な粒子内空隙構造を形成しており、粒子間空隙が適度に確保されていることから、電解液の浸液性が良好であり、本来初期効率とレート特性に優れるものである。この炭素材(A)はまた、電極内における活物質粒子の充電に伴う膨張に追随して変形することが可能になり、充放電に伴う不可逆的な膨脹を抑制する効果があると考えられる。その一方、炭素材(A)のみを用いた負極極板は、硬度が高く、過重な圧力でプレス処理を行うと負極材粒子が破壊されて活性な新生面が生じるため、結果として初期効率やレート特性が損なわれる。
 有機化合物被覆炭素材である炭素材(B)は、有機化合物の被覆により柔軟性を維持していて、炭素材(A)とブレンドすることにより、プレス処理で柔軟に変形し、炭素材(A)の圧壊を抑制できる。また、有機化合物の被覆は、電解液と炭素材との直接接触を妨げることにより電解液の副反応を抑制し、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率を向上することができる。
 このため、このような炭素材(A)と炭素材(B)とを含む本発明の炭素材組成物は、二次電池の負極材として、負極極板の高密度化が容易で、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率のいずれも優れた二次電池を実現することができる。
 本発明の要旨は以下のとおりである。
[1] 炭素材(A)及び炭素材(B)を含む炭素材組成物であって、
 該炭素材(A)が、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.02mL/g以上、かつ、下記式(1)で表される細孔径と体積基準平均粒径の比(PD/d50(%))が1.8以下であり、
 該炭素材(B)が、有機化合物被覆炭素材である、炭素材組成物。
式(1);PD/d50(%)=([水銀圧入法により求められる細孔分布における細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)]/[体積基準平均粒径(d50)])×100
[2] 前記炭素材(A)のフロー式粒子像分析より求められる円形度が0.88以上である、[1]に記載の炭素材組成物。
[3] 前記炭素材(A)が、天然黒鉛由来である、[1]又は[2]に記載の炭素材組成物。
[4] 前記炭素材(A)が、球形化黒鉛と炭素質物との複合炭素材である、[1]~[3]のいずれかに記載の炭素材組成物。
[5] 前記炭素材(B)が、天然黒鉛由来である、[1]~[4]のいずれかに記載の炭素材組成物。
[6] 前記有機化合物が、前記炭素材(B)のベーサル面を被覆している、[1]~[5]のいずれかに記載の炭素材組成物。
[7] 前記有機化合物が、ポリビニルアルコール樹脂由来の化合物である、[1]~[6]のいずれかに記載の炭素材組成物。
[8] 前記炭素材(A)と炭素材(B)との合計100質量%中に、前記炭素材(A)を20質量%~80質量%、前記炭素材(B)を20質量%~80質量%含む、[1]~[7]のいずれかに記載の炭素材組成物。
[9] TG-DTAにより測定した200℃から700℃までの質量減少率が、0.04質量%~0.48質量%である、[1]~[8]のいずれかに記載の炭素材組成物。
[10] 炭素材(A)及び炭素材(B)を混合する工程を含む炭素材組成物の製造方法であって、
 炭素材(A)が、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.02mL/g以上、かつ、下記式(1)で表される細孔径と体積基準平均粒径の比(PD/d50(%))が1.8以下であり、
 炭素材(B)が、有機化合物被覆炭素材である、炭素材組成物の製造方法。
式(1);PD/d50(%)=([水銀圧入法により求められる細孔分布における細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)]/[体積基準平均粒径(d50)])×100
[11] 集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを含み、
 該活物質層が、[1]~[9]のいずれかに記載の炭素材組成物を含む、負極。
[12] 正極、負極及び電解質を含む二次電池であって、該負極が、[11]に記載の負極である、二次電池。
 本発明によれば、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率のいずれも優れる二次電池を提供することができる。
 以下、本発明の内容を詳細に述べる。以下に記載する発明構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例(代表例)であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの形態に特定されるものではない。
〔炭素材組成物〕
 本発明の炭素材組成物は、特定の炭素材(A)(以下、「本発明の炭素材(A)」と称す場合がある。)と炭素材(B)(以下、「本発明の炭素材(B)」と称す場合がある。)とを含むものである。
 本発明の炭素材組成物は、本発明の炭素材(A)の1種のみを含むものであってもよく、物性や原料炭素材等の異なるものの2種以上を含むものであってもよい。また、本発明の炭素材(B)についても、1種のみを含むものであってもよく、有機化合物の種類や物性等の異なるものの2種以上を含むものであってもよい。
[炭素材(A)]
 本発明の炭素材(A)は、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.02mL/g以上、かつ、下記式(1)で表される細孔径と体積基準平均粒径の比(PD/d50(%))が1.8以下であるものである。
式(1);PD/d50(%)=([水銀圧入法により求められる細孔分布における細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)]/[体積基準平均粒径(d50)])×100
 本発明の炭素材(A)は、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.02mL/g以上で、PD/d50(%)が1.8以下であれば特に限定されないが、例えば、黒鉛、非晶質炭素、黒鉛化度の小さい炭素質物が挙げられる。
 中でも、黒鉛が、商業的に容易に入手可能であり、理論上372mAh/gの高い充放電容量を有し、さらには他の負極用活物質を用いた場合と比較して、高電流密度での充放電特性の改善効果が大きいため好ましい。黒鉛としては、天然黒鉛、人造黒鉛等が挙げられ、高容量且つ高電流密度での充放電特性が良好な点から天然黒鉛がより好ましい。
 また、これらを炭素質物、例えば非晶質炭素や黒鉛化物で被覆したものを用いてもよい。
 本発明ではこれらを単独で、又は2種以上を組み合わせて使用することができる。
 本発明の炭素材(A)に用いられる非晶質炭素としては、例えば、バルクメソフェーズを焼成した粒子や、炭素前駆体を不融化処理し、焼成した粒子が挙げられる。
 本発明の炭素材(A)に用いられる黒鉛化度の小さい炭素質物としては、有機物を通常2500℃未満の温度で焼成した粒子が挙げられる。有機物としては、コールタールピッチ、乾留液化油などの石炭系重質油;常圧残油、減圧残油などの直留系重質油;原油、ナフサなどの熱分解時に副生するエチレンタール等の分解系重質油などの石油系重質油;アセナフチレン、デカシクレン、アントラセンなどの芳香族炭化水素;フェナジンやアクリジンなどの窒素含有環状化合物;チオフェンなどの硫黄含有環状化合物;アダマンタンなどの脂肪族環状化合物;ビフェニル、テルフェニルなどのポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラールなどのポリビニルエステル類、ポリビニルアルコールなどの熱可塑性高分子などが挙げられる。
 人造黒鉛としては、例えば、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などの有機物を2500℃以上に加熱して黒鉛化したものが挙げられる。
 天然黒鉛としては、例えば、土状黒鉛、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛等が挙げられる。これらの天然黒鉛の中でも、黒鉛化度が高く、不純物が少ないことから、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛が好ましく、鱗片状黒鉛がより好ましい。
 天然黒鉛の中でも、炭素材の内部に好適な緻密な細孔を形成させることができ、優れた粒子の充填性や充放電負荷特性を発揮するという観点から、球形化天然黒鉛が最も好ましい。
 本発明の炭素材(A)としては、上記人造黒鉛や天然黒鉛に、非晶質炭素及び/又は黒鉛化度の小さい炭素質物を被覆した粒子を用いることもできる。炭素材(A)は、酸化物やその他金属を含んでいてもよい。その他金属としては、Sn、Si、Al、BiなどのLiと合金化可能な金属が挙げられる。
<炭素材(A)の製造方法>
 本発明の炭素材(A)の製造方法は、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.02mL/g以上であり、PD/d50(%)が1.8以下となるとなるように製造できる方法であれば特に制限はない。達成手段の一つとしては、d50が80μm以下となるように粒度を調整した鱗片状天然黒鉛を球形化(造粒)処理する際に生成する微粉を、球形化処理した黒鉛(以降、球形化黒鉛と称すことがある。)となる母材に付着、及び/又は球形化黒鉛の粒子に内包しながら球形化処理する方法が挙げられる。
 具体的には、少なくとも衝撃、圧縮、摩擦、及びせん断力のいずれかの力学的エネルギーを付与して原料炭素材を造粒する造粒工程を有し、前記造粒工程を、下記1)及び2)の条件を満足する造粒剤の存在下で行うことでもよい。
1)前記原料炭素材を造粒する工程時に液体である。
2)造粒剤が有機溶剤を含まないか、有機溶剤を含む場合、有機溶剤の内、少なくとも1種は引火点を有さない、又は引火点を有するときには該引火点が5℃以上である。
 上記造粒工程を有すれば、必要に応じて別の工程を更に有していてもよい。別の工程は単独で実施してもよいし、複数工程を同時に実施してもよい。一実施形態としては、以下の第1工程乃至第6工程を含むものが挙げられる。
(第1工程)原料炭素材の粒度を調整する工程
(第2工程)原料炭素材と造粒剤とを混合する工程
(第3工程)原料炭素材を造粒する工程
(第4工程)造粒剤を除去する工程
(第5工程)造粒炭素材を高純度化する工程
(第6工程)造粒炭素材に、さらに原料炭素材より結晶性が低い炭素質物を添着する工程
(第1工程)原料炭素材の粒度を調整する工程
 本発明の炭素材(A)の製造に用いる原料炭素材は特に限定されず、前述した人造黒鉛や天然黒鉛を使用することが出来る。中でも、結晶性が高く高容量であることから天然黒鉛を使用することが好ましい。天然黒鉛としては、例えば、鱗状、鱗片状、塊状又は板状の天然黒鉛が挙げられ、中でも、鱗片状黒鉛が好ましい。
 第1工程で得られる原料炭素材の体積基準平均粒径d50(以下、単に「d50」と称す場合がある)は、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm以上、更に好ましくは3μm以上で、好ましくは80μm以下、より好ましくは50μm以下、更に好ましくは35μm以下、特に好ましくは20μm以下、とりわけ好ましくは10μm以下、最も好ましくは8μm以下である。
 d50が上記範囲にある場合、不可逆容量の増加やサイクル特性の低下を防ぐことができる。また、球形化黒鉛の粒子内空隙構造を緻密に制御することができ、PD/d50(%)を1.8以下とすることが容易となる。このため、電解液が粒子内空隙へと効率的に行き渡ることが出来るようになり、粒子内のLiイオン挿入脱離サイトを効率的に利用できようになるため、低温出力特性やサイクル特性が向上する傾向にある。さらに、球形化黒鉛の円形度を高く調整することができるため、Liイオン拡散の屈曲度が上がることなく粒子間空隙中のスムーズな電解液移動が可能となり、急速充放電特性が向上する。
 d50が上記範囲にある場合、造粒工程中に生成する微粉を、造粒された黒鉛(以降、造粒炭素材と称す。)となる母材に付着或いは母材の内部に包む込みながら造粒することが可能になり、球形化度が高く微粉が少ない造粒炭素材を得ることが出来る。
 本明細書において、体積基準平均粒径d50は、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置で測定した体積基準のメジアン径の値とする。
 具体的には、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液10mLに、試料0.01gを懸濁させ、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置に導入し、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、前記測定装置における体積基準のメジアン径を測定する。
 原料炭素材のd50を上記範囲に調整する方法として、例えば(天然)黒鉛粒子を粉砕、及び/または分級する方法が挙げられる。
 原料炭素材のアスペクト比は、好ましくは3以上、より好ましくは5以上、更に好ましくは10以上、特に好ましくは15以上で、好ましくは1000以下、より好ましくは500以下、更に好ましくは100以下、特に好ましくは50以下である。
 アスペクト比が下限値以上であると、強固な造粒体を形成しやすい。アスペクト比が上限値以下であると、適度の粒径の粒子を形成しやすい。
 本明細書において、アスペクト比は、走査型電子顕微鏡を用いて3次元的に観察したときの粒子の最長となる径Aと、それと直交する径のうち最短となる径Bとにより、A/Bで算出したもので、任意の50個の粒子のアスペクト比の平均値とする。
 原料炭素材のd002値は、黒鉛が高結晶で、十分な充放電容量を有することから、3.357Å以下が好ましく、3.356Å以下がより好ましく、3.354Å以下が更に好ましい。
 原料炭素材のLcは、黒鉛が高結晶で、十分な充放電容量を有することから、900Å以上が好ましく、1000Å以上がより好ましい。
 本明細書において、d002値は、学振法によるX線回折法により測定した格子面(002面)の面間隔の値とし、Lcは、学振法によるX線回折法により測定した結晶子の大きさの値とする。X線回折の測定条件は、以下とする。
  試料:測定対象に総量の約15質量%のX線標準高純度シリコン粉末を加えて混合したもの
  X線:CuKα線
  測定範囲:20°≦2θ≦30°
  ステップ角度:0.013°
  試料調整:0.2mmの深さの試料板凹部に粉末試料を充填し平坦な試料面を作製
 原料炭素材の充填構造は、粒子の大きさ、形状、粒子間相互作用力の程度等によって左右されるが、本明細書では充填構造を定量的に議論する指標の一つとしてタップ密度を適用することも可能である。本発明者らの検討では、真密度と体積基準平均粒径がほぼ等しい黒鉛質粒子では、形状が球状で粒子表面が平滑であるほど、タップ密度が高い値を示すことが確認されている。すなわち、タップ密度を上げるためには、粒子の形状に丸みを帯びさせて球状に近づけ、粒子表面のささくれや欠損を除き平滑さを保つことが重要である。粒子形状が球状に近づき粒子表面が平滑であると、粉体の充填性も大きく向上する。
 原料炭素材のタップ密度は、好ましくは0.1g/cm以上であり、より好ましくは0.15g/cm以上であり、更に好ましくは0.2g/cm以上であり、特に好ましくは0.3g/cm以上である。
 本明細書において、タップ密度は、粉体密度測定器を用い、直径1.6cm、体積容量20cmの円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して、試料を落下させて、セルに満杯に充填した後、ストローク長10mmのタップを1000回行って、そのときの体積と試料の質量から算出した密度の値とする。
 原料炭素材のラマンR値は、通常0.1以上であり、好ましくは0.15以上であり、より好ましくは0.2以上で、通常0.6以下であり、好ましくは0.5以下であり、より好ましくは0.4以下である。
 ラマンR値が下限値以上であると、粒子表面の結晶性が高くなりにくく、高密度化した場合に負極板と平行方向に結晶が配向しづらくなり、負荷特性の低下を回避する傾向がある。ラマンR値が上限値以下であると、粒子表面の結晶性が乱れづらく、電解液との反応性を抑制し、充放電効率の低下やガス発生の増加を回避できる傾向がある。
 本明細書において、ラマンR値は、ラマン分光法で求めたラマンスペクトルにおける1580cm-1付近のピークPの強度Iと、1360cm-1付近のピークPの強度Iとを測定し、その強度比(I/I)として算出した値とする。
 本明細書において、「1580cm-1付近」とは1580~1620cm-1の範囲を指し、「1360cm-1付近」とは1350~1370cm-1の範囲を指す。
 ラマンスペクトルは、ラマン分光器で測定する。具体的には、炭素材を測定セル内へ自然落下させることで充填し、測定セル内にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、測定セルをこのレーザー光と垂直な面内で回転させながら測定を行う。測定条件は、以下の通りである。
 アルゴンイオンレーザー光の波長 :514.5nm
 試料上のレーザーパワー     :25mW
 分解能             :4cm-1
 測定範囲            :1100cm-1~1730cm-1
 ピーク強度測定、ピーク半値幅測定:バックグラウンド処理、スムージング処理(単純平均によるコンボリューション5ポイント)
 原料炭素材の比表面積(SA)は、好ましくは0.3m/g以上、より好ましくは0.5m/g以上、更に好ましくは1m/g以上、特に好ましくは2m/g以上、最も好ましくは5m/g以上であり、好ましくは30m/g以下、より好ましくは20m/g以下、更に好ましくは15m/g以下である。
 比表面積が上記範囲内にあると、Liイオンの受け入れ性が良好となり、不可逆容量の増加による電池容量の減少を防ぐことができる。
 本明細書において、比表面積(SA)は、BET法により測定した値とする。
 具体的には、比表面積測定装置を用いて、試料に対して窒素流通下100℃、30分の予備減圧乾燥を行った後、液体窒素温度まで冷却し、窒素ガスを用い、BET1点法により測定する。
 原料炭素材の表面官能基量O/C値は、好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.1%以上、更に好ましくは0.3%以上、特に好ましくは0.5%以上であり、好ましくは5%以下、より好ましくは3%以下、更に好ましくは2.5%以下、特に好ましくは2%以下、最も好ましくは1.5%以下である。
 表面官能基量O/C値が上記範囲内であると、吸湿性が抑えられて粒子が乾燥状態を保ちやすく、球形化処理の際に粒子間の静電引力が大きくなるため粒子間付着力が増し、微粉が母材に付着及び球形化粒子に内包された状態となりやすく好ましい。
 本明細書において、表面官能基量O/C値は、X線光電子分光法(XPS)を用いて測定した値とする。
 具体的には、X線光電子分光器を用い、測定対象を表面が平坦になるように試料台に載せ、アルミニウムのKα線をX線源とし、マルチプレックス測定により、C1s(280~300eV)とO1s(525~545eV)のスペクトルを測定する。得られたC1sのピークトップを284.3eVとして帯電補正し、C1sとO1sのスペクトルのピーク面積を求め、更に装置感度係数を掛けて、CとOの表面原子濃度をそれぞれ算出する。得られたそのOとCの原子濃度比O/C(O原子濃度/C原子濃度)の100分率を表面官能基量O/C値(%)とする。
(第2工程)原料炭素材と造粒剤とを混合する工程
 本発明の実施形態で用いる造粒剤は、下記1)及び2)の条件を満足するものである。
 1)前記原料炭素材を造粒する工程時に液体である。
 2)造粒剤が有機溶剤を含まないか、有機溶剤を含む場合、有機溶剤の内、少なくとも1種は引火点を有さない、又は引火点を有するときには該引火点が5℃以上である。
 上記要件を満たす造粒剤を有することで、続く第3工程における原料炭素材を造粒する工程の際に、原料炭素材間を造粒剤が液架橋することにより、原料炭素材間に液架橋内の毛管負圧と液の表面張力によって生じる引力が粒子間に液架橋付着力として働くため、原料炭素材間の液架橋付着力が増大し、原料炭素材がより強固に付着することが可能となる。
 造粒剤としては、後述する造粒剤を除去する工程(第4工程)において、効率よく除去が可能であり、容量や出力特性や保存・サイクル特性などの電池特性への悪影響を与えることが無い性状のものが好ましい。具体的には、不活性雰囲気下700℃に加熱した時に通常50%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは95%以上、更に好ましくは99%以上、特に好ましくは99.9%以上質量減少するものを適宜選択することが出来る。
 原料炭素材と造粒剤を混合する方法として、例えば、原料炭素材と造粒剤とをミキサーやニーダーを用いて混合する方法や、有機化合物を低粘度希釈溶媒(有機溶剤)に溶解させた造粒剤と原料炭素材を混合した後に該希釈溶媒(有機溶剤)を除去する方法等が挙げられる。また、続く第3工程にて原料炭素材を造粒する際に、造粒装置に造粒剤と原料炭素材とを投入して、原料炭素材と造粒剤を混合する工程と造粒する工程とを同時に行う方法も挙げられる。
 造粒剤の添加量は、原料炭素材100質量部に対して好ましくは0.1質量部以上、より好ましくは1質量部以上、更に好ましくは5質量部以上、特に好ましくは10質量部以上であり、好ましくは1000質量部以下、より好ましくは100質量部以下、更に好ましくは80質量部以下、特に好ましくは50質量部以下である。上記範囲内にあると、粒子間付着力の低下による球形化度の低下や、装置への原料炭素材の付着による生産性の低下といった問題が生じ難くなる。
(第3工程)原料炭素材を造粒する工程(原料炭素材に対して球形化処理を行う工程)
 炭素材は、原料炭素材に衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与えることにより球形化処理(以下、造粒とも称する)を施したものであることが好ましい。また、該球形化黒鉛は、複数の鱗片状又は鱗状黒鉛、及び磨砕された黒鉛微粉からなるものであることが好ましく、特に複数の鱗片状黒鉛からなるものであることが特に好ましい。
 本発明の実施形態は、少なくとも衝撃、圧縮、摩擦、及びせん断力のいずれかの力学的エネルギーを付与して原料炭素材を造粒する造粒工程を有することが好ましい。
 この工程に用いる装置としては、例えば、衝撃力を主体に、原料炭素材の相互作用も含めた圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を繰り返し与える装置を用いることができる。
 具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された原料炭素材に対して衝撃、圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与える装置が好ましい。また、原料炭素材を循環させることによって機械的作用を繰り返し与える機構を有するものであるのが好ましい。
 原料炭素材を造粒する工程においては、原料炭素材を、その他の物質存在下で造粒してもよい。その他の物質としては、例えばリチウムと合金化可能な金属或いはその酸化物、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、磨砕された黒鉛微粉、非晶質炭素、及び生コークスなどが挙げられる。原料炭素材以外の物質と併せて造粒することで様々なタイプの粒子構造の炭素材(A)を製造できる。
 炭素材の球形化処理の際には、球形化処理中に生成する微粉を母材に付着、及び/又は球形化粒子に内包しながら球形化処理することがより好ましい。球形化処理中に生成する微粉を母材に付着、及び/又は球形化粒子に内包しながら球形化処理することにより、粒子内空隙構造をより緻密化することが可能となる。このため、電解液が粒子内空隙へと有効且つ効率的に行き渡り、粒子内のLiイオン挿入脱離サイトを効率的に利用できるようになる。このため、良好な低温出力特性やサイクル特性を示す傾向がある。母材に付着する微粉は球形化処理中に生成したものに限らず、鱗片状黒鉛粒度調整の際に同時に微粉を含むよう調整してもよいし、別途適切なタイミングで添加・混合してもよい。
 微粉を母材に付着、及び球形化粒子に内包させるために、鱗片状黒鉛粒子-鱗片状黒鉛粒子間、鱗片状黒鉛粒子-微粉粒子間、及び微粉粒子-微粉粒子間の付着力を強くすることが好ましい。粒子間の付着力として、具体的には、粒子間介在物を介さないファンデルワールス力や静電引力、粒子間介在物を介する物理的及び/または化学架橋力等が挙げられる。
 ファンデルワールス力は、体積基準平均粒径(d50)が100μmを境に小さくなるほど「自重<付着力」となる。このため、球形化黒鉛の原料となる鱗片状黒鉛(原料炭素材)の体積基準平均粒径(d50)が小さいほど粒子間付着力が増し、微粉が母材に付着、及び球形化粒子に内包された状態となりやすく好ましい。
(第4工程)造粒剤を除去する工程
 本発明の実施形態においては、前記造粒剤を除去する工程を有していてもよい。造粒剤を除去する方法としては、例えば、溶剤により洗浄する方法や、熱処理により造粒剤を揮発・分解除去する方法が挙げられる。
 造粒剤を除去した造粒炭素材について、等方的に加圧処理を行ってもよい。
 造粒炭素材を等方的に加圧することにより造粒炭素材の内部空隙が圧縮される。その結果、加圧処理をした後に解砕した造粒炭素材の密度が増加し、高速充電特性を向上することができる。また、等方的に加圧することで、粒子の扁平化が起こりづらく、球形を保つことができ、スラリー化した際の流動性の低下も防ぐことができる。
 加圧手段は、ロールコンパクター、ロールプレス、プリケット機、冷間等方圧加圧装置(CIP)、一軸成形機、タブレット機などを用いることができる。これらの加圧手段の中でも、粒子形状を維持したまま内部細孔を低減することができることから、冷間等方圧加圧装置が好ましい。
(第5工程)造粒炭素材を高純度化する工程
 本発明においては、造粒炭素材を高純度化する工程を有していてもよい。造粒炭素材を高純度化する方法としては、硝酸や塩酸を含む酸処理を行う方法が挙げられる。硝酸や塩酸を含む酸処理は、活性の高い硫黄元となりうる硫酸塩を系内に導入することなく黒鉛中の金属、金属化合物、無機化合物などの不純物を除去できるため好ましい。
(第6工程)造粒炭素材に、さらに原料炭素材より結晶性が低い炭素質物を添着する工程
 本発明の実施形態では、造粒炭素材に、さらに原料炭素材より結晶性が低い炭素質物を添着する工程を有していてもよい。すなわち、前記炭素材に炭素質物を複合化することができる。この工程によれば、電解液との副反応抑制や、急速充放電性の向上できる炭素材(A)を得ることができる。
 造粒炭素材に、さらに原料炭素材より結晶性が低い炭素質物を添着したものを「炭素質物複合炭素材」又は「複合炭素材」と呼ぶことがある。
 造粒炭素材への炭素質物添着(複合化)処理は炭素質物となる有機化合物と、造粒炭素材を混合し、非酸化性雰囲気下、好ましくは窒素、アルゴン、二酸化炭素などの流通下に加熱して、有機化合物を炭素化又は黒鉛化させる処理である。
 炭素質物となる具体的な有機化合物としては、軟質ないし硬質の種々のコールタールピッチや石炭液化油などの炭素系重質油、原油の常圧又は減圧蒸留残渣油などの石油系重質油、ナフサ分解によるエチレン製造の副生物である分解系重質油など種々のものを用いることができる。
 加熱温度(焼成温度)は混合物の調製に用いた有機化合物により異なるが、通常は800℃以上、好ましくは900℃以上、より好ましくは950℃以上に加熱して十分に炭素化又は黒鉛化させる。加熱温度の上限は有機化合物の炭化物が、混合物中の鱗片状黒鉛の結晶構造と同等の結晶構造に達しない温度であり、通常は3500℃以下である。加熱温度の上限は3000℃、好ましくは2000℃、より好ましくは1500℃以下とするのが好ましい。
 上述したような処理を行った後、次いで解砕及び/又は粉砕処理を施すことにより、炭素質物複合炭素材とすることができる。
 本実施形態の効果を損なわない限り、他の工程の追加や上述に記載のない制御条件を追加してもよい。
 炭素質物複合炭素材中の炭素質物の含有量は、原料となる造粒炭素材に対して、通常0.01質量%以上、好ましくは0.1質量%以上、より好ましくは0.3%以上、更に好ましくは0.7質量%以上、特に好ましくは1質量%以上、最も好ましくは1.5質量%以上である。また前記含有量は、通常30質量%以下、好ましくは20質量%以下、更に好ましくは15質量%以下、特に好ましくは10質量%以下である。
 炭素質物複合炭素材中の炭素質物の含有量が下限値以上であると、初期効率の向上や高温保存時の残存容量の増大といった、被覆による効果が得られやすくなる傾向がある。炭素質物複合炭素材中の炭素質物の含有量が上限値以下であると、容量の低下を抑制でき、非水系二次電池において高容量を達成するために十分な圧力でプレス処理を行った場合に、炭素材の材料破壊を抑制でき、初期サイクル時充放電不可逆容量の増大や初期効率の低下を抑制できる傾向がある。
 炭素質物複合炭素材中の炭素質物の含有量は、下記式(2)より材料焼成前後のサンプル質量より算出できる。このとき、造粒炭素材の焼成前後質量変化はないものとして計算する。
式(2);炭素質物の含有量(質量%)=[(w2-w1)/w1]×100
(w1を造粒炭素材の質量(kg)、w2を炭素質物複合炭素材の質量(kg)とする)
 また、極板の配向性、電解液の浸透性、導電性等を向上させ、サイクル特性、極板膨れ等の改善を目的とし、前記造粒炭素材とは異なる炭素材料を混合することができる。
<炭素材(A)の好適態様>
 本発明の炭素材(A)は、球形化黒鉛、特に天然黒鉛由来の球形化黒鉛と、炭素質物(非晶質炭素)との複合炭素材であることが、電解液との副反応抑制や急速充放電性の向上の観点から好ましい。
 この複合炭素材において球形化黒鉛と非晶質炭素との質量比率は、球形化黒鉛:非晶質炭素=100:0.1~20、特に100:1.5~10であることが好ましい。球形化黒鉛に対する非晶質炭素の質量比率が上記範囲の下限以上であれば電解液との副反応が低減される。この質量比率が上限以下であればプレス処理の際に圧壊が抑制され、初期効率や高温保存時の残存容量維持率の低下が抑制できる。
<炭素材(A)の物性>
 本発明の炭素材(A)の細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)は、好ましくは0.01μm以上、より好ましくは0.03μm以上、更に好ましくは0.05μm以上、特に好ましくは0.06μm以上であり、最も好ましくは0.07μm以上であり、好ましくは1μm以下、より好ましくは0.65μm以下、更に好ましくは0.5μm以下、より更に好ましくは0.4μm以下、特に好ましくは0.3μm以下、最も好ましくは0.2μm以下である。
 細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)が上記範囲内であると、電解液が粒子内空隙へと効率的に行き渡り、粒子内のLiイオン挿入脱離サイトを効率的に利用でき、低温出力特性やサイクル特性が向上する傾向がある。
 本発明の炭素材(A)の細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積は、好ましくは0.02mL/g以上であり、より好ましくは0.03mL/g以上で、好ましくは0.30mL/g以下であり、より好ましくは0.25mL/g以下、更に好ましくは0.20mL/g以下、特に好ましくは0.18mL/g以下である。
 細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が上記範囲内であると、電解液が粒子内部へスムーズ且つ効率的に行き渡ることが可能になる。このため、充放電の際に粒子外周部だけでなく粒子内部に存在するLiイオン挿入脱離サイトを有効且つ効率的に利用することが可能になり、良好な低温出力特性を示す傾向にある。
 本発明の炭素材(A)の全細孔容積は、好ましくは0.1mL/g以上であり、より好ましくは0.3mL/g以上であり、更に好ましくは0.5mL/g以上で、好ましくは10mL/g以下であり、より好ましくは5mL/g以下であり、更に好ましくは2mL/g以下であり、特に好ましくは1mL/g以下である。
 全細孔容積が上記範囲内であると、極板化する際、即ち、負極極板を作製する際に、バインダ量を過剰にする必要がなく、増粘剤やバインダの分散効果も得られやすい。
 本発明の炭素材(A)の平均細孔径は、好ましくは0.1μm以上であり、より好ましくは0.5μm以上であり、更に好ましくは1.0μm以上であり、特に好ましくは2.0μm以上で、好ましくは80μm以下であり、より好ましくは50μm以下であり、更に好ましくは20μm以下である。
 平均細孔径が上記範囲内であると、極板化する際に、バインダ量を過剰にする必要がなく、電池の高電流密度充放電特性の低下を回避できる傾向がある。
 本明細書において、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積、全細孔容積及び平均細孔径は、水銀圧入法により、水銀ポロシメータで測定した値とする。
 具体的には、水銀ポロシメータを用い、炭素材を0.2g前後の値となるように秤量し、パウダー用セルに封入し、25℃、50μmHg以下にて10分間脱気して前処理を実施する。次いで、4psiaに減圧して前記セルに水銀を導入し、圧力を4psiaから40000psiaまでステップ状に昇圧させた後、25psiaまで降圧させる。昇圧時のステップ数を80点以上とし、各ステップでは10秒の平衡時間の後、水銀圧入量を測定する。こうして得られた水銀圧入曲線からWashburnの式を用い、細孔分布を算出する。水銀の表面張力(γ)は、485dyne/cm、接触角(ψ)は、140°として算出する。得られた細孔分布から、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積、全細孔容積及び平均細孔径を算出する。
 本発明の炭素材(A)の体積基準平均粒径d50は好ましくは3μm以上、より好ましくは4μm以上、更に好ましくは5μm以上、殊更に好ましくは8μm以上、特に好ましくは10μm以上、最も好ましくは12μm以上で、好ましくは30μm以下、より好ましくは25μm以下、更に好ましくは23μm以下、殊更に好ましくは20μm以下、特に好ましくは17μm以下である。
 d50が下限値以上であると、炭素材(A)を用いて得られる非水系二次電池の不可逆容量の増加、初期電池容量の損失を抑制できる傾向があり、d50が上限値以下であるとスラリー塗布における筋引きなどの工程不都合の発生、高電流密度充放電特性の低下、低温出力特性の低下を抑制できる傾向がある。
 本発明の炭素材(A)のd10は、好ましくは20μm以下、より好ましくは17μm以下、更に好ましくは15μm以下、特に好ましくは13m以下で、好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上である。
 d10が上記範囲内にあると、粒子の凝集傾向が強くなり過ぎず、スラリー粘度上昇などの工程不都合の発生、非水系二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率の低下を回避できる。また、高電流密度充放電特性の低下で、低温出力特性の低下も回避する傾向にある。
 本明細書において、d10は、体積基準平均粒径d50の測定の際に得られた粒度分布において、粒子の頻度%が小さい粒径から積算で10%となった値とする。
 本発明の炭素材(A)のd90は、好ましくは100μm以下、より好ましくは70μm以下、更に好ましくは60μm以下、より更に好ましくは50μm以下、特に好ましくは45μm以下、最も好ましくは42μm以下で、好ましくは10μm以上、より好ましくは15μm以上、更に好ましくは17μm以上、特に好ましくは20μm以上である。
 d90が上記範囲内にあると、非水系二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率の低下を回避でき、スラリーの塗布時の筋引きなどの工程不都合の発生、高電流密度充放電特性の低下、低温出力特性の低下も回避できる傾向にある。
 本明細書において、d90は、体積基準平均粒径d50の測定の際に得られた粒度分布において、粒子の頻度%が小さい粒径から積算で90%となった値とする。
 本発明の炭素材(A)のdmaxは、好ましくは200μm以下、より好ましくは150μm以下、更に好ましくは120μm以下、特に好ましくは100μm以下、最も好ましくは80μm以下である。
 dmaxが上記範囲内にあると、筋引きなどの工程不都合の発生を抑制できる傾向にある。
 本明細書において、dmaxは、体積基準平均粒径d50の測定の際に得られた粒度分布において、粒子が測定された最も大きい粒径の値とする。
 本発明の炭素材(A)のPD/d50(%)は下記式(1)で表され、1.8以下であり、好ましくは1.7以下であり、より好ましくは1.5以下であり、更に好ましくは1.4以下であり、特に好ましくは1.3以下であり、最も好ましくは1.2以下であり、好ましくは0.01以上であり、より好ましくは0.1以上であり、更に好ましくは0.2以上である。
式(1);PD/d50(%)=([水銀圧入法により求められる細孔分布における細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)]/[体積基準平均粒径(d50)])×100
 PD/d50(%)が上記範囲内であると、電解液が粒子内空隙へと効率的に行き渡り、粒子内のLiイオン挿入脱離サイトを効率的に利用できる。このため、低温出力特性やサイクル特性が向上する傾向がある。
 本発明の炭素材(A)の粒径3μm以下の粒子個数頻度は、好ましくは1%以上、より好ましくは10%以上で、好ましくは60%以下、より好ましくは55%以下、更に好ましくは50%以下、特に好ましくは40%以下、最も好ましくは30%以下である。
 粒子個数頻度が上記範囲内であると、スラリー混練、電極圧延、充放電などの際に粒子崩壊や微粉剥離を生じにくくなり、低温出力特性やサイクル特性が良好となる傾向がある。
 本明細書において、粒径3μm以下の粒子個数頻度は、フロー式粒子像分析装置で測定した値とする。
 具体的には、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液50mLに、試料0.2gを懸濁させ、フロー式粒子像分析装置に導入し、28kHzの超音波を出力60Wで5分間照射した後、検出範囲を0.6~400μmに指定して粒子個数を測定し、粒径3μm以下の粒子個数頻度を求める。
 本発明の炭素材(A)の円形度は、通常0.88以上、好ましくは0.90以上、より好ましくは0.91以上で、好ましくは1以下、より好ましくは0.98以下、更に好ましくは0.97以下である。円形度は、1のときに理論的真球となる。
 円形度が上記範囲内であると、Liイオン拡散の屈曲度が下がって粒子間空隙中の電解液移動がスムーズになり、且つ適度に炭素材同士が接触することが可能なため、良好な急速充放電特性及びサイクル特性を示す傾向がある。
 本明細書において、円形度は、フロー式粒子像分析により円相当径の粒径分布を測定し、下記式(3)により算出する。
 具体的には、分散媒としてイオン交換水を用い、界面活性剤としてポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートを用い、超音波で分散させ分散液を得る。その後、フロー式画像解析装置を用いて、粒子の形状を撮影する。少なくとも1000個以上の粒子を撮影した画像から、円相当径が1.5μm~40μmの範囲の粒子の円形度を平均し、円形度とする。
式(3);[円形度]=[粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長]/[粒子投影形状の実際の周囲長]
 本発明の炭素材(A)のタップ密度は、通常0.7g/cm以上、好ましくは0.75g/cm以上、より好ましくは0.8g/cm以上、更に好ましくは0.83g/cm以上、殊更に好ましくは0.85g/cm以上、特に好ましくは0.88g/cm以上、より特に好ましくは0.9g/cm以上、最も好ましくは0.95g/cm以上であり、好ましくは1.3g/cm以下であり、より好ましくは1.25g/cm以下であり、更に好ましくは1.2g/cm以下である。
 タップ密度が上記範囲内であると、極板作製時のスジ引きなどの欠陥が減少し、高速充放電特性に優れる。また、極板内炭素密度が上昇し難いため圧延性も良好で、高密度の負極シートを形成し易くなる傾向にある。
 本発明の炭素材(A)のd002値は、黒鉛が高結晶で、十分な充放電容量を有することから、3.357Å以下が好ましく、3.356Å以下がより好ましく、3.354Åが更に好ましい。
 本発明の炭素材(A)のLcは、黒鉛が高結晶で、十分な充放電容量を有することから、900Å以上が好ましく、1000Å以上がより好ましい。
 本発明の炭素材(A)に含まれる灰分は、炭素材(A)100質量%中、好ましくは0.0001質量%以上であり、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.5質量%以下、更に好ましくは0.1質量%以下である。
 灰分が上記範囲内であると、二次電池とした場合に、充放電時の負極材としての炭素材(A)を含む本発明の炭素材組成物と電解液との反応による電池性能の劣化を無視できる程度に抑制できる。また、負極材の製造に多大な時間とエネルギーと汚染防止のための設備とを必要としないため、コストの上昇も抑制できる。
 本発明の炭素材(A)の比表面積(SA)は、好ましくは0.5m/g以上、より好ましくは0.8m/g以上、更に好ましくは1m/g以上で、好ましくは30m/g以下、より好ましくは25m/g以下、更に好ましくは20m/g以下、殊更に好ましくは18m/g以下、特に好ましくは17m/g以下、最も好ましくは15m/g以下である。
 比表面積が上記範囲内であると、Liが出入りする部位を十分確保することができるため高速充放電特性出力特性に優れ、活物質の電解液に対する活性も適度抑えることができる。このため、初期不可逆容量が大きくならず、ガス発生が抑制された高容量電池を製造できる傾向にある。
 本発明の炭素材(A)の表面官能基量O/C値は、好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.1%以上、更に好ましくは0.2%以上、殊更に好ましくは1%以上、特に好ましくは1.5%以上、最も好ましくは2%以上であり、好ましくは8%以下、より好ましくは4%以下、更に好ましくは3.5%以下、特に好ましくは3%以下、最も好ましくは2.5%以下である。
 表面官能基量O/C値が上記範囲内であると、負極活物質表面におけるLiイオンと電解液溶媒の脱溶媒和反応性が促進され急速充放電特性が良好となる。この結果、電解液との反応性が抑制され充放電効率が良好となる傾向がある。
 本発明の炭素材(A)の真密度は、好ましくは1.9g/cm以上であり、より好ましくは2g/cm以上であり、更に好ましくは2.1g/cm以上であり、特に好ましくは2.2g/cm以上である。真密度の上限値は、黒鉛の理論値である2.26g/cmである。
 真密度が上記範囲内であると、炭素の結晶性が低過ぎず、二次電池とした場合の二次電池の初期不可逆容量の増大を抑制できる。
 本明細書において、真密度は、ブタノールを用いた液相置換法(ピクノメーター法)により測定した値とする。真密度の測定回数は5回とし、その平均値を用いる。
 本発明の炭素材(A)のアスペクト比は、好ましくは1.1以上、より好ましくは1.2以上で、好ましくは10以下、より好ましくは8以下、更に好ましくは5以下である。
 アスペクト比が上記範囲内であると、極板化した際に、炭素材(A)を含む本発明の炭素材組成物を含むスラリーの筋引きが起こりづらく、均一な塗布面が得られる。この結果、二次電池の高電流密度充放電特性の低下を回避する傾向がある。
 本発明の炭素材(A)のラマンR値は、好ましくは0.01以上であり、より好ましくは0.05以上であり、更に好ましくは0.1以上であり、特に好ましくは0.2以上で、好ましくは1以下であり、より好ましくは0.8以下であり、更に好ましくは0.6以下であり、特に好ましくは0.5以下である。
 ラマンR値が上記範囲内であると、炭素材(A)表面の結晶性は高くなりにくく、高密度化した場合に負極板と平行方向に結晶が配向しづらくなり、負荷特性の低下を回避する傾向がある。また、粒子表面の結晶も乱れづらく、電解液との反応性を抑制し、充放電効率の低下やガス発生の増加を回避できる傾向がある。
 本発明の炭素材(A)のDBP(フタル酸ジブチル)吸油量は、好ましくは85mL/100g以下であり、より好ましくは70mL/100g以下であり、更に好ましくは65mL/100g以下であり、特に好ましくは60mL/100g以下で、好ましくは30mL/100g以上であり、より好ましくは40mL/100g以上である。
 DBP吸油量が上記範囲内であると、炭素材の球形化の進み具合が十分であることを意味し、該炭素材を含むスラリーの塗布時にスジ引きなどを引き起こし難い傾向がある。また、粒子内にも細孔構造が存在するため、反応面の低下を回避する傾向にある。
 本明細書において、DBP吸油量は、ISO 4546に準拠して測定した値とする。
 具体的には、試料を40g投入し、滴下速度4mL/分、回転数125rpm、設定トルク500N・mとして測定したときの値とする。測定装置としては、例えば、ブラベンダー社製のアブソープトメーターE型が挙げられる。
[炭素材(B)]
 本発明の炭素材(B)は、有機化合物被覆炭素材である。
 本発明の炭素材(B)は、有機化合物が炭素材のベーサル面を被覆していることが、抵抗増加の抑制の観点から好ましい。炭素材のベーサル面を有機化合物が被覆した有機化合物被覆炭素材であれば、抵抗の増加を抑制しつつ、初期効率を向上させることができ、好ましい。
 ベーサル面とは、炭素材料のベンゼン縮合平面をいい、後述で定義するように、トルエンとの親和性の高い炭素材表面である。
 炭素材のベーサル面を有機化合物で被覆した有機化合物被覆炭素材は、以下に示す本発明の炭素材(B)の製造方法により製造することができる。
 炭素材のベーサル面が有機化合物で被覆されていることは、トルエンガスを用いて吸着等温線と吸着熱とを同時測定することで確認することができる。具体的には、吸着熱が67kJ/mol以上のトルエンと親和性の高い炭素材表面をベーサル面と定義し、被覆前の炭素材と比較してこの領域のトルエンの吸着量が減少することで、べーサル面が有機化合物で被覆されていることを確認できる。
 本発明の炭素材(B)において、原料炭素材としては天然黒鉛が好ましく、原料炭素材を被覆する有機化合物としてはポリビニルアルコール系樹脂が架橋されたものが好ましい。
 このような本発明の炭素材(B)は、原料炭素材と有機化合物原料とを混合し、有機化合物原料を原料炭素材のベーサル面に優先的に吸着させることで製造することができる。
<炭素材(B)の原料炭素材>
 炭素材(B)の原料炭素材は特に限定されるものではないが、例えば、以下のようなものが挙げられる。
(原料炭素材の種類)
 原料炭素材の例としては、黒鉛から非晶質のものにいたるまで種々の黒鉛化度の炭素材が挙げられる。
 商業的にも容易に入手可能であるという観点から、黒鉛又は黒鉛化度の小さい炭素(非晶質炭素)材が特に好ましい。このような黒鉛又は黒鉛化度の小さい黒鉛(非晶質炭素)を原料炭素材として用いると、他の負極活物質を用いた場合よりも、高電流密度での充放電特性が著しく大きいので好ましい。
 黒鉛は、天然黒鉛、人造黒鉛の何れを用いてもよいが、比表面積が大きく、有機化合物被覆による初期効率の向上効果が大きいことから、天然黒鉛が好ましい。黒鉛としては、不純物の少ないものが好ましく、必要に応じて種々の精製処理を施して用いる。
 天然黒鉛としては、例えば、土状黒鉛、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛等が挙げられる。これらの天然黒鉛の中でも、黒鉛化度が高く、不純物が少ないことから、鱗状黒鉛、鱗片状黒鉛が好ましく、鱗片状黒鉛がより好ましい。天然黒鉛の中でも、炭素材の内部に好適な緻密な細孔を形成させることができ、優れた粒子の充填性や充放電負荷特性を発揮するという観点から、球形化天然黒鉛が最も好ましい。
 人造黒鉛としては、例えば、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂などの有機物を2500℃以上に加熱して黒鉛化したものが挙げられる。
 原料炭素材は、炭素材に金属粒子、及び金属酸化物粒子等の粒子を任意の組み合わせで適宜混合して用いてもよい。原料炭素材は、また、個々の粒子中に複数の材料が混在するものであってもよい。例えば、原料炭素材は、黒鉛の表面を黒鉛化度の小さい炭素材で被覆した構造の炭素質粒子や、炭素材を適当な有機物で集合させ再黒鉛化した粒子でもよい。更に、原料炭素材は、前記複合粒子中にSn、Si、Al、Biなどの、Liと合金化が可能な金属を含んでいてもよい。
(炭素材(B)の原料炭素材の物性)
 原料炭素材のd002値は、黒鉛が高結晶で、十分な充放電容量を有することから、3.357Å以下が好ましく、3.356Å以下がより好ましく、3.354Å以下が更に好ましい。
 原料炭素材のLcは、黒鉛が高結晶で、十分な充放電容量を有することから、900Å以上が好ましく、1000Å以上がより好ましい。
 原料炭素材の表面官能基量O/C値は、好ましくは0.01%以上、より好ましくは0.1%以上、更に好ましくは0.3%以上であり、特に好ましくは0.5%以上であり、好ましくは4%以下、より好ましくは3.6%以下、更に好ましくは3%以下である。
 表面官能基量O/C値が下限値以上であると、原料炭素材表面と有機化合物との相互作用が強くなり、有機化合物がはがれにくくなる傾向がある。表面官能基量O/C値が上限値以下であると、酸化処理等によるO/C値の調整が容易となり、製造処理を短時間に抑制でき、工程数の増加が必要なく、生産性の向上やコストの低減につながる。
 原料炭素材の体積基準平均粒径d50は、通常1μm以上であり、好ましくは4μm以上であり、更に好ましくは6μm以上で、通常50μm以下であり、好ましくは30μm以下であり、更に好ましくは25μm以下である。
 d50が下限値以上であると、表面積が大きくなりすぎず、電解液に対する活性を抑制する傾向がある。d50が上限値以下であると、極板化した際に、筋引きなどの工程上の不都合を抑制する傾向がある。
 原料炭素材の比表面積(SA)は、通常0.3m/g以上であり、好ましくは0.5m/g以上であり、より好ましくは1m/g以上であり、更に好ましくは2m/g以上であり、特に好ましくは5m/g以上で、通常30m/g以下であり、好ましくは20m/g以下、より好ましくは15m/g以下である。
 比表面積が下限値以上であると、Liが出入りする部位を十分確保することができるため、高速充放電特性及び出力特性に優れる。比表面積が上限値以下であると、活物質の電解液に対する活性を適度に抑制でき、初期不可逆容量の増加を抑制でき、高容量の電池を製造できる傾向がある。
 原料炭素材のタップ密度は、通常0.1g/cm以上であり、好ましくは0.15g/cm以上であり、より好ましくは0.2g/cm以上であり、更に好ましくは0.3g/cm以上で、通常1.3g/cm以下であり、好ましくは1.2g/cm以下であり、より好ましくは1.1g/cm以下である。
 タップ密度が下限値以上であると、高速充放電特性に優れる。タップ密度が上限値以下であると、極板内の炭素密度の上昇を抑制し、圧延性の低下を抑制し、高密度の負極シートを形成しやすい傾向がある。
 原料炭素材のラマンR値は、通常0.1以上であり、好ましくは0.15以上であり、より好ましくは0.2以上で、通常0.6以下であり、好ましくは0.5以下であり、より好ましくは0.4以下である。
 ラマンR値が下限値以上であると、粒子表面の結晶性が高くなりにくく、高密度化した場合に負極板と平行方向に結晶が配向しづらくなり、負荷特性の低下を回避する傾向がある。ラマンR値が上限値以上であると、粒子表面の結晶性が乱れづらく、電解液との反応性を抑制し、充放電効率の低下やガス発生の増加を回避できる傾向がある。
(原料炭素材の製造方法)
 原料炭素材は、その原料として、黒鉛化されている炭素粒子であれば特に限定はないが、上述したように天然黒鉛、人造黒鉛、並びにコークス粉、ニードルコークス粉、及び樹脂等の黒鉛化物の粉体等を用いることができる。これらのうち、天然黒鉛が好ましく、中でも球形化処理を施した球形化天然黒鉛が有機化合物被覆処理の効果が現れやすいという観点から特に好ましい。以下に、一例として球形化天然黒鉛の製造方法を記載する。
 球形化処理には、例えば、衝撃力を主体として粒子の相互作用も含め圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を繰り返し炭素粒子に与え、球形化を行う装置を用いることができる。具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された原料炭素材に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与える装置が好ましい。
 原料炭素材が鱗片状黒鉛である場合には、上記球形化工程を施すことにより、鱗片状の天然黒鉛が折りたたまれて球状になる、又は、原料炭素材の周囲エッジ部分が球形粉砕されて球状となり、その母体粒子に、さらに粉砕により生じた主に5μm以下の微粉が付着してなる。
 本発明の有機化合物被覆炭素材の製造方法において、原料炭素材と有機化合物原料とを混合する前に、原料炭素材に対して等方的に加圧処理を行ってもよい。
 原料炭素材を等方的に加圧することにより原料炭素材の内部空隙が圧縮される。その結果、加圧処理をした後に解砕した原料炭素材の密度が増加し、高速充電特性を向上することができ、有機化合物原料が原料炭素材の内部細孔に余分に吸収されることなく、原料炭素材を効率的に被覆するようになる。また、等方的に加圧することで、粒子の扁平化が起こりづらく、球形を保つことができ、スラリー化した際の流動性の低下も防ぐことができる。
 加圧手段は、ロールコンパクター、ロールプレス、プリケット機、冷間等方圧加圧装置(CIP)、一軸成形機、タブレット機などを用いることができる。これらの加圧手段の中でも、粒子形状を維持したまま内部細孔を低減することができることから、冷間等方圧加圧装置が好ましい。
<有機化合物原料>
 原料炭素材と混合する有機化合物原料は、分子内に複数の水酸基又は熱や光により自己架橋できる基を有するものが強固な被膜を形成する観点から好ましい。
 有機化合物原料としては、例えば、ポリビニルアルコール系樹脂、アクリルポリオール樹脂、ポリエステルポリオール樹脂、ポリエーテルポリオール樹脂などのポリオール系樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、加水分解性シリル基を有するアクリル樹脂やポリエステル樹脂が好ましいものとして挙げられる。有機化合物原料としては、ポリビニルアルコール系樹脂、アクリルポリオール樹脂、ポリエステルポリオール樹脂、加水分解性シリル基を有するアクリル樹脂やポリエステル樹脂がより好ましい。ポリビニルアルコール系樹脂、アクリルポリオール樹脂、ポリエステルポリオール樹脂が更に好ましい。有機化合物被覆炭素材を用いて形成される活物質層の耐溶剤性が優れる観点から、ポリビニルアルコール系樹脂が特に好ましい。
 ポリビニルアルコール系樹脂は、ビニルアルコール構造単位を有する樹脂であれば、その具体的な構造は特に限定されない。ポリビニルアルコール系樹脂は、典型的には酢酸ビニルなどのカルボン酸ビニルエステルモノマーを重合したポリカルボン酸ビニルエステルをケン化して得られるが、これに限られない。
<原料炭素材と有機化合物原料との混合>
 上記の有機化合物原料と原料炭素材とを混合するには、有機化合物原料を溶媒に溶解させた溶液を準備し、その溶液を原料炭素材と混合することが好ましい。
 溶媒は、有機化合物原料が溶解するものであれば特に限定されない。溶媒は、好ましくは水、エチルメチルケトン、トルエン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、メタノールであり、より好ましくは水、エチルメチルケトン、アセトン、メチルイソブチルケトン、エタノール、メタノールであり、更に好ましくは水である。
 溶液には、更に添加剤を加えてもよい。添加剤として、有機化合物原料の架橋に寄与する架橋剤;負極活物質やバインダ樹脂との濡れ性や接着性付与に寄与する界面活性剤やシランカップリング剤;被膜の抵抗低減に寄与する無機酸化物粒子;リチウム化合物粒子;ポリアニリンスルホン酸などの導電性ポリマー;ポリエチレンオキシドや錯体水素化物などのリチウムイオンと錯イオンを形成する化合物が挙げられる。
 原料炭素材と有機化合物原料を混合する方法としては、初期ガス量や保存ガス量を抑制するよう原料炭素材のベーサル面に有機化合物原料を均一に被覆できることから、原料炭素材と有機化合物原料の溶液とを混合する方法が好ましい。
 混合方法としては、固定された容器内で撹拌翼を用いて撹拌をする方法、容器自体が回転して内容物を転動させて混合する方法、気流によって流動化させて混合する方法が挙げられる。中でも、混合均一性の観点から、固定された容器内で撹拌翼を用いて撹拌をする方法が好ましい。
 原料炭素材と有機化合物原料との混合中に、有機化合物原料を原料炭素材の内部細孔に効率的に含侵させるために、加熱してもよい。加熱温度は、好ましくは80℃~180℃であり、より好ましくは100℃~150℃である。
 原料炭素材と有機化合物原料との混合中に、有機化合物原料を原料炭素材の内部細孔に効率的に含侵させることができることから、等方的加圧処理を行ってもよい。また、原料炭素材と有機化合物原料とを減圧下で混合させる方法、原料炭素材をオゾン処理しておく方法等を用いて、有機化合物原料を原料炭素材の内部細孔内に効率的に含浸させてもよい。
 有機化合物原料の溶液中の有機化合物原料の濃度は、有機化合物原料の溶液100質量%中、好ましくは0.01質量%以上であり、より好ましくは0.03質量%であり、更に好ましくは0.05質量%以上で、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは15質量%以下であり、更に好ましくは10質量%以下である。
 濃度が上記範囲内であると、有機化合物原料を原料炭素材のベーサル面に均一に吸着させることができ、本発明の効果が効率的に得られる。
 有機化合物原料の混合量は、原料炭素材100質量部に対して、通常0.05質量部以上であり、好ましくは0.1質量部以上であり、より好ましくは0.15質量部以上で、通常2質量部以下であり、好ましくは1.5質量部以下であり、より好ましくは0.8質量部以下である。
 混合量が下限値以上であると、炭素材に被覆される有機化合物が均一に被覆され、電池の初期効率を向上させることができる。混合量が上限値以下であると、炭素材に被覆される有機化合物が多すぎず、電池の可逆容量が低下しない傾向がある。
 有機化合物原料の溶液の混合量は、前述した有機化合物原料の溶液の濃度と前述した有機化合物原料の混合量から適宜設定すればよく、原料炭素材100質量部に対して、好ましくは1質量部以上であり、より好ましくは5質量部以上で、好ましくは300質量部以下であり、より好ましくは250質量部以下である。
 混合量が上記範囲内であると、均一に混合することができ、後工程の乾燥の時間を短縮することができる。
 原料炭素材を分散させたスラリーに、有機化合物原料の溶液を添加し、必要に応じてバインダを添加することで、後述する集電体に塗布するスラリーとして用いることもできる。この態様により、電池の製造プロセスを簡略化することもできる。
 原料炭素材と有機化合物原料の混合後は、乾燥を行うことが好ましい。強固な被膜を形成する観点から、乾燥と同時に有機化合物原料を架橋させてもよい。
 乾燥の加熱温度は、通常溶媒の沸点以上有機化合物原料の分解温度以下であり、好ましくは50~300℃であり、より好ましくは100~250℃である。
 乾燥の加熱温度が上記範囲内であると、乾燥効率が十分であり、溶媒残存による電池性能の低下を回避でき、有機化合物原料の分解防止や原料炭素材と有機化合物との相互作用が弱くなることによる効果の低減防止を容易に図ることができる。
 減圧により乾燥を行う場合、圧力は、ゲージ圧表記(大気圧との差)で、通常-0.1MPa以上であり、好ましくは-0.08MPa以上で、通常0MPa以下であり、好ましくは-0.03MPa以下である。
 圧力が上記範囲内であると、比較的効率よく乾燥を行うことができる。
 原料炭素材と有機化合物原料との混合物を乾燥する方法は、非水系二次電池を製造する際に発生する初期ガス量の抑制や非水系二次電池の保存中に発生する保存ガス量の抑制の観点から、均一な被覆が形成されることが好ましい。均一に被覆することで、有機化合物を効率的に特定のメソ孔表面へ吸着させることができる。このため、メソ孔で起こる電解液の副反応を抑制することによって、ガス発生を抑制する効果が得られやすい。
 乾燥に先立ち、原料炭素材と有機化合物原料との混合物を濾過する工程、得られた残渣を水で洗浄する工程を含んでいてもよい。この工程により、原料炭素材に直接付着していない余分な有機化合物原料を除去することができ、余分な有機化合物原料が付着することによる電池容量の低下や電池抵抗の増加を抑制することができる。
 本発明の炭素材(B)にその他の成分を含有させる場合には、有機化合物原料と同様に、その他の成分を溶媒に溶解させた溶液を準備し、その溶液を原料炭素材と混合した後、加熱又は/及び減圧によって乾燥させることが好ましい。
 その他の成分を添加する場合には、有機化合物原料の溶液とは別に、その他の成分の溶液を別途準備してもよく、有機化合物原料の溶液と同一の溶媒に加えて溶液を準備してもよい。
 上記工程を経て得られた有機化合物被覆炭素材は、必要に応じて、粉砕、解砕、分級処理等の粉体加工をしてもよい。
 粉砕や解砕に用いる装置に特に制限はない。粗粉砕機としては、例えば、せん断式ミル、ジョークラッシャー、衝撃式クラッシャー、コーンクラッシャー等が挙げられる。中間粉砕機としては、例えば、ロールクラッシャー、ハンマーミル等が挙げられる。微粉砕機としては、例えば、ボールミル、振動ミル、ピンミル、撹拌ミル、ジェットミル等が挙げられる。
 分級処理に用いる装置に特に制限はない。乾式篩い分けの場合は、例えば、回転式篩い、動揺式篩い、旋動式篩い、振動式篩い等が挙げられる。乾式気流式分級の場合は、例えば、重力式分級機、慣性力式分級機、遠心力式分級機(クラシファイア、サイクロン等)等が挙げられる。湿式篩い分け、機械的湿式分級機、水力分級機、沈降分級機、遠心式湿式分級機等も用いることができる。
<炭素材(B)の物性>
 本発明の炭素材(B)の細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積は、好ましくは0.01mL/g以上であり、より好ましくは0.02mL/g以上であり、更に好ましくは0.03mL/g以上で、好ましくは0.30mL/g以下であり、より好ましくは0.20mL/g以下であり、更に好ましくは、0.15mL/gである。
 細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が上記範囲内であると、電解液が粒子内部へスムーズ且つ効率的に行き渡ることが可能になるため、充放電の際に粒子外周部だけでなく粒子内部に存在するLiイオン挿入脱離サイトを有効且つ効率的に利用することが可能になる。このため、良好な低温出力特性を示す傾向にある。
 本発明の炭素材(B)のDBP(フタル酸ジブチル)吸油量は、好ましくは85mL/100g以下であり、より好ましくは70mL/100g以下であり、更に好ましくは65mL/100g以下であり、特に好ましくは60mL/100g以下で、好ましくは30mL/100g以上であり、より好ましくは40mL/100g以上である。
 DBP吸油量が上限値以下であると、粒子形状を維持したまま内部細孔を低減できていることを意味し、高速充電特性に優れる。DBP吸油量が下限値以上であると、粒子内にも細孔構造が存在するため、Liイオン挿入脱離反応の起こりやすさの低下を回避する傾向がある。
 本発明の炭素材(B)は、炭素材が有機化合物で被覆されている。本発明の炭素材(B)の被覆量は、炭素材(B)100質量%中、好ましくは0.05質量%以上であり、より好ましくは0.10質量%以上であり、更に好ましくは0.15質量%以上で、好ましくは2.00質量%以下であり、好ましくは1.50質量%以下であり、更に好ましくは0.80質量%以下である。
 被覆量が下限値以上であると、炭素材(B)に被覆される有機化合物が均一に被覆され、電池の初期効率が向上する傾向がある。被覆量が上限値以下であると、炭素材(B)に被覆される有機化合物が多過ぎず、電池の可逆容量の低下や抵抗の増加を抑制できる傾向がある。
 本明細書において、本発明の炭素材(B)の有機化合物の被覆量は、TG-DTA装置を用いて、本発明の炭素材(B)を窒素中で加熱した時の、200℃~700℃における質量減少率の値とする。
 本発明の炭素材(B)の体積基準平均粒径d50は、好ましくは1μm以上であり、より好ましくは3μm以上であり、更に好ましくは5μm以上であり、特に好ましくは10μm以上であり、最も好ましくは15μm以上で、好ましくは50μm以下であり、より好ましくは45μm以下であり、更に好ましくは40μm以下であり、特に好ましくは35μm以下であり、最も好ましくは30μm以下である。
 d50が上記範囲内であると、この有機化合物被覆炭素材を負極材として用いて得られる二次電池の不可逆容量の増加、初期電池容量の損失を抑制する傾向がある。また、スラリー塗布における筋引きなどの工程不都合の発生、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下を抑制することもできる。
 本発明の炭素材(B)の円形度は、好ましくは0.88以上であり、より好ましくは0.90以上であり、更に好ましくは0.91以上で、好ましくは1以下であり、より好ましくは0.98以下であり、更に好ましくは0.97以下である。
 円形度が上記範囲内であると、本発明の炭素材(B)を負極材として用いて得られる二次電池の高電流密度充放電特性の低下を抑制できる傾向がある。
 円形度を向上させる方法は、負極としたときの粒子間空隙の形状が整う観点から、球形化処理を施して炭素材(B)を球形にする方法が好ましい。球形化処理としては、例えば、せん断力、圧縮力を与えることによって機械的に球形に近づける方法、複数の炭素材をバインダ又は粒子自身の有する付着力によって造粒する機械的・物理的処理方法等が挙げられる。
 本発明の炭素材(B)のタップ密度は、好ましくは0.7g/cm以上であり、より好ましくは0.8g/cm以上であり、更に好ましくは0.85g/cm以上であり、特に好ましくは0.9g/cm以上であり、最も好ましくは0.95g/cm以上で、好ましくは1.3g/cm以下であり、より好ましくは1.2g/cm以下であり、更に好ましくは1.1g/cm以下である。
 タップ密度が上記範囲内であると、極板化した際に、筋引きなどの工程上の不都合を抑制し、高速充放電特性に優れる。また、極板内の炭素密度の上昇を抑制し、圧延性の低下を抑制し、高密度の負極シートを形成しやすい傾向がある。
 本発明の炭素材(B)のd002値は、黒鉛が高結晶で、十分な充放電容量を有することから、3.357Å以下が好ましく、3.356Å以下がより好ましく、3.354Å以下が更に好ましい。
 本発明の炭素材(B)のLcは、黒鉛が高結晶で、十分な充放電容量を有することから、900Å以上が好ましく、1000Å以上がより好ましい。
 本発明の炭素材(B)に含まれる灰分は、炭素材(B)100質量%中、好ましくは0.0001質量%以上で、好ましくは1質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以下であり、更に好ましくは0.1質量%以下である。
 灰分が上記範囲内であると、二次電池とした場合に、充放電時の負極材としての炭素材(B)を含む本発明の炭素材組成物と電解液との反応による電池性能の劣化を無視できる程度に抑制できる。また、負極材の製造に多大な時間とエネルギーと汚染防止のための設備とを必要としないため、コストの上昇も抑制できる。
 本発明の炭素材(B)の比表面積(SA)は、好ましくは1m/g以上であり、より好ましくは2m/g以上であり、更に好ましくは2.5m/g以上で、好ましくは11m/g以下であり、より好ましくは9m/g以下であり、更に好ましくは8m/g以下であり、特に好ましくは7m/g以下であり、最も好ましくは6m/g以下である。
 比表面積が上記範囲内であると、充放電時にLiが挿入脱離する面積を十分確保することができる。このため高速充放電特性及び出力特性に優れ、活物質の電解液に対する活性も適度に抑制できる。このため、初期不可逆容量の増加を抑制でき、高容量の電池を製造できる傾向がある。また、この炭素材(B)を含む本発明の炭素材組成物を負極材として負極を形成した場合の、その電解液との反応性の増加を抑制でき、ガス発生を抑制できる。このため、好ましい非水系二次電池を提供することができる。
 本発明の炭素材(B)の全細孔容積は、好ましくは0.1mL/g以上であり、より好ましくは0.2mL/g以上であり、更に好ましくは0.25mL/g以上であり、特に好ましくは0.5mL/g以上で、好ましくは10mL/g以下であり、より好ましくは5mL/g以下、更に好ましくは2mL/g以下、特に好ましくは1mL/g以下である。
 全細孔容積が上記範囲内であると、極板化する際に、バインダ量を過剰にする必要がなく、増粘剤やバインダの分散効果も得られやすい。
 本発明の炭素材(B)の平均細孔径は、好ましくは0.1μm以上であり、より好ましくは0.5μm以上であり、更に好ましくは1.0μm以上であり、特に好ましくは2.0μm以上で、好ましくは80μm以下であり、より好ましくは50μm以下であり、更に好ましくは20μm以下である。
 平均細孔径が上記範囲内であると、極板化する際に、バインダ量を過剰にする必要がなく、電池の高電流密度充放電特性の低下を回避できる傾向がある。
 本発明の炭素材(B)の真密度は、好ましくは1.9g/cm以上であり、より好ましくは2g/cm以上であり、更に好ましくは2.1g/cm以上であり、特に好ましくは2.2g/cm以上である。真密度の上限値は、黒鉛の理論値である2.26g/cmである。
 真密度が上記範囲内であると、炭素の結晶性が低過ぎず、二次電池とした場合の二次電池の初期不可逆容量の増大を抑制できる。
 本発明の炭素材(B)のアスペクト比は、好ましくは1.1以上であり、より好ましくは1.2以上で、好ましくは10以下であり、より好ましくは8以下であり、更に好ましくは5以下であり、特に好ましくは3以下である。
 アスペクト比が上記範囲内であると、極板化した際に、炭素材(B)を含む本発明の炭素材組成物を含むスラリーの筋引きが起こりづらく、均一な塗布面が得られる。この結果、二次電池の高電流密度充放電特性の低下を回避する傾向がある。
 本発明の炭素材(B)のラマンR値は、好ましくは0.1以上であり、より好ましくは0.15以上であり、更に好ましくは0.2以上で、好ましくは0.6以下であり、より好ましくは0.5以下であり、更に好ましくは0.4以下である。
 ラマンR値が上記範囲内であると、炭素材(B)表面の結晶性は高くなりにくく、高密度化した場合に負極板と平行方向に結晶が配向しづらくなり、負荷特性の低下を回避する傾向がある。また、粒子表面の結晶性が乱れづらく、電解液との反応性を抑制し、充放電効率の低下やガス発生の増加を回避できる傾向がある。
 本発明の炭素材(B)のdmaxは、好ましくは200μm以下であり、より好ましくは150μm以下であり、更に好ましくは120μm以下であり、特に好ましくは100μm以下である。
 dmaxが上記範囲内であると、極板化した際に、筋引きなどの工程上の不都合を抑制する傾向がある。
 本発明の炭素材(B)のd10は、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm以上、更に好ましくは3μm以上、特に好ましくは5μm以上、最も好ましくは7μm以上で、好ましくは30μm以下であり、より好ましくは20μm以下であり、更に好ましくは17μm以下である。
 d10が上記範囲内であると、粒子の凝集傾向が強くなり過ぎず、スラリー粘度上昇などの工程上の不都合の発生、二次電池における電極強度の低下、初期充放電効率の低下を回避できる。また、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下も回避する傾向がある。
 本発明の炭素材(B)のd90は、好ましくは15μm以上であり、より好ましくは18μm以上であり、更に好ましくは20μm以上であり、特に好ましくは25μm以上で、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは70μm以下であり、更に好ましくは60μm以下であり、特に好ましくは50μm以下であり、最も好ましくは45μm以下である。
 d90が上記範囲内であると、二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率の低下を回避でき、スラリーの塗布時の筋引きなどの工程上の不都合の発生、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下も回避できる傾向がある。
 本発明の炭素材(B)の粒径3μm以下の粒子個数頻度は、好ましくは1%以上、より好ましくは10%以上で、好ましくは60%以下、より好ましくは55%以下、更に好ましくは50%以下、特に好ましくは40%以下、最も好ましくは30%以下である。
 粒子個数頻度が上記範囲内であると、スラリー混練、電極圧延、充放電などの際に粒子崩壊や微粉剥離を生じにくくなり、低温出力特性やサイクル特性が良好となる傾向がある。
 本発明の炭素材(B)の有機化合物の溶出量は、炭素材(B)に含有される有機化合物100質量%中、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは15質量%以下であり、更に好ましくは10質量%以下であり、特に好ましくは5質量%以下である。
 溶出量が上記範囲内であると、有機化合物が高温保存や充放電サイクルの際に剥がれにくくなり、保存特性や充放電サイクル特性が低下を効果的に抑制できる。
 本明細書において、有機化合物の溶出量は、塩を含まないエチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒(体積比=30:70)に、有機化合物被覆炭素材を25℃で5時間浸漬した後、上澄みを回収して、GPCにおける100%溶出した場合のピーク強度に対する、溶出成分のピーク強度の割合で求めた値とする。
[炭素材(A)と炭素材(B)との含有割合]
 本発明の炭素材組成物は、本発明の炭素材(A)と本発明の炭素材(B)とを、これらの合計100質量%中に、炭素材(A)を20~80質量%、炭素材(B)を20~80質量%含むことが好ましい。
 本発明の炭素材組成物中の炭素材(A)の含有割合が上記下限以上で、炭素材(B)の含有割合が上記上限以下であれば、高密度化のためにプレス処理する際に、極板中の電解液の流路を塞ぐことが抑制され、負極極板の浸液性に優れ、レート特性に優れる。本発明の炭素材組成物中の炭素材(A)の含有割合が上記上限以下で、炭素材(B)の含有割合が上記下限以上であれば、比較的弱いプレス圧力で負極極板を高密度化することができ、二次電池の容量を向上でき、炭素材が圧壊して電解液と副反応を起こしやすい新生面が生じにくく、初期効率、高温保存後の残存容量維持率に優れる。
 本発明の炭素材組成物100質量%中の炭素材(A)及び炭素材(B)の含有割合は、より好ましくは炭素材(A)を40~75質量%、炭素材(B)を25~60質量%であり、更に好ましくは炭素材(A)を50~70質量%、炭素材(B)を30~50質量%である。
[炭素材(A)と炭素材(B)との物性比]
 本発明の炭素材(A)のd50に対する本発明の炭素材(B)のd50との比Rd50=[炭素材(B)の体積基準平均粒径(d50)]/[炭素材(A)の体積基準平均粒径(d50)]は、好ましくは0.1~2.5であり、より好ましくは0.2~2である。
 比Rd50が上記範囲内であると、炭素材(A)同士の間隙に炭素材(B)を、または、炭素材(B)同士の間隙に炭素材(A)を存在させることができ、負極極板の高密度化を実現することができる。また、充放電によるLiイオン等のアルカリイオンの吸蔵・放出に伴う炭素材(A)及び炭素材(B)との体積変化は、炭素材(A)と炭素材(B)とにより形成された間隙が吸収するため、炭素材(A)と炭素材(B)との体積変化に伴う導電パス切れを抑制し、結果としてサイクル特性向上、急速充放電特性、高容量化を実現することができる。
 本発明の炭素材(A)のd10に対する本発明の炭素材(B)のd10との比Rd10=[炭素材(B)のd10]/[炭素材(A)のd10]は、好ましくは0.1~2.5であり、より好ましくは0.2~2である。
 比Rd10が上記範囲内であると、炭素材(A)同士の間隙に炭素材(B)を、または、炭素材(B)同士の間隙に炭素材(A)を存在させることができ、負極極板の高密度化を実現することができる。また、充放電によるLiイオン等のアルカリイオンの吸蔵・放出に伴う炭素材(A)及び炭素材(B)との体積変化は、炭素材(A)と炭素材(B)とにより形成された間隙が吸収するため、炭素材(A)と炭素材(B)との体積変化に伴う導電パス切れを抑制し、結果としてサイクル特性向上、急速充放電特性、高容量化を実現することができる。
 本発明の炭素材(A)のd90に対する本発明の炭素材(B)のd90との比Rd90=[炭素材(B)のd90]/[炭素材(A)のd90]は、好ましくは0.1~2.5であり、より好ましくは0.2~2である。
 比Rd90が上記範囲内であると、炭素材(A)同士の間隙に炭素材(B)を、または、炭素材(B)同士の間隙に炭素材(A)を存在させることができ、負極極板の高密度化を実現することができる。また、充放電によるLiイオン等のアルカリイオンの吸蔵・放出に伴う炭素材(A)及び炭素材(B)との体積変化は、炭素材(A)と炭素材(B)とにより形成された間隙が吸収するため、炭素材(A)と炭素材(B)との体積変化に伴う導電パス切れを抑制し、結果としてサイクル特性向上、急速充放電特性、高容量化を実現することができる。
 本発明の炭素材(A)の比表面積(SA)に対する本発明の炭素材(B)の比表面積(SA)との比RSA=[炭素材(B)の比表面積(SA)]/[炭素材(A)の比表面積(SA)]は、好ましくは0.1~10であり、より好ましくは0.2~5である。
 比RSAが上記範囲内であると、充放電時にLiが挿入脱離する面積を十分確保することができるため高速充放電特性及び出力特性に優れる。また、活物質の電解液に対する活性も適度に抑制できるため、初期不可逆容量の増加を抑制でき、高容量の電池を製造できる傾向がある。
 本発明の炭素材(A)の細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積に対する本発明の炭素材(B)の細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積との比RCPV=[炭素材(B)の細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積]/[炭素材(A)の細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積]は、好ましくは0.1~10であり、より好ましくは0.2~5である。
 比RCPVが上記範囲内であると、充放電時にLiが挿入脱離する面積を十分確保することができるため高速充放電特性及び出力特性に優れる。また、活物質の電解液に対する活性も適度に抑制できるため、初期不可逆容量の増加を抑制でき、高容量の電池を製造できる傾向がある。
 本発明の炭素材(A)の全細孔容積に対する本発明の炭素材(B)の全細孔容積との比RTPV=[炭素材(B)の全細孔容積]/[炭素材(A)の全細孔容積]は、好ましくは0.1~10であり、より好ましくは0.2~5である。
 比RTPVが上記範囲内であると、極板化する際に、バインダ量を過剰にする必要がなく、増粘剤やバインダの分散効果も得られやすい。
 本発明の炭素材(A)の平均細孔径に対する本発明の炭素材(B)の平均細孔径との比RAPV=[炭素材(B)の平均細孔径]/[炭素材(A)の平均細孔径]は、好ましくは0.1~10であり、より好ましくは0.2~5である。
 比RAPVが上記範囲内であると、極板化する際に、バインダ量を過剰にする必要がなく、増粘剤やバインダの分散効果も得られやすい。
[炭素材組成物の製造方法]
 本発明の炭素材組成物は、本発明の炭素材(A)と本発明の炭素材(B)とを、好ましくは上記好適含有割合で混合することにより製造することができる。
 その混合方法については特に制限はなく、炭素材(A)と炭素材(B)が十分に均一に混合される方法であればよい。
 本発明の炭素材組成物は、本発明の炭素材(A)と本発明の炭素材(B)以外のその他の成分を本発明の目的を損なわない範囲で含有していてもよい。
 本発明の炭素材組成物が含有し得るその他の成分としてはシリコン、カーボンブラック、人造黒鉛粉等の導電助剤等の1種又は2種以上が挙げられる。本発明の炭素材組成物がこれらのその他の成分を含有する場合、その含有割合は、本発明の炭素材組成物100質量%中に20質量%以下、特に10質量%以下であることが好ましい。
 このようなその他の成分を含む本発明の炭素材組成物は、本発明の炭素材組成物の製造に当たり、本発明の炭素材(A)及び本発明の炭素材(B)と共に、その他の成分を混合することで製造することができる。
[炭素材組成物の物性]
 本発明の炭素材組成物の質量減少率は、炭素材組成物100質量%中、好ましくは0.04質量%以上であり、より好ましくは0.06質量%以上であり、更に好ましくは0.08質量%以上で、好ましくは0.48質量%以下であり、より好ましくは0.40質量%以下であり、更に好ましくは0.30質量%以下である。
 質量減少率が下限値以上であると、炭素材(B)の有機化合物被覆量が充分で、初期効率、高温保存特性に優れる。質量減少率が上限値以下であると、炭素材(B)の有機化合物被覆量が過剰にならず、負極極板の電子伝導性の低下、集電体からの粉落ち、充放電における抵抗増大などの問題を抑制できる。
 本明細書において、本発明の炭素材組成物の質量減少率は、TG-DTA装置を用いて、本発明の炭素材組成物を窒素中で加熱した時の、200℃~700℃における質量減少率の値とする。
 このような質量減少率の炭素材組成物を得るためには、炭素材(B)の有機化合物被覆量や炭素材(A)と炭素材(B)との配合比率を調整すればよい。
 本発明の炭素材組成物の体積基準平均粒径d50は、好ましくは3μm以上、より好ましくは8μm以上、更に好ましくは10μm以上、特に好ましくは12μm以上で、好ましくは30μm以下、より好ましくは27μm以下、更に好ましくは25μm以下、特に好ましくは23μm以下である。
 d50が下限値以上であると、比表面積が大きくなることによる不可逆容量の増加を防ぐことができる。d50が上限値以下であると、電解液と炭素材組成物の粒子との接触面積が減ることによる急速充放電性の低下を防ぐことができる。
 本発明の炭素材組成物のd10は、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm以上、更に好ましくは3μm以上、特に好ましくは5μm以上、最も好ましくは7μm以上で、好ましくは30μm以下であり、より好ましくは20μm以下であり、更に好ましくは17μm以下である。
 d10が上記範囲内であると、粒子の凝集傾向が強くなり過ぎず、スラリー粘度上昇などの工程上の不都合の発生、二次電池における電極強度の低下、初期充放電効率の低下を回避できる。また、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下も回避する傾向がある。
 本発明の炭素材組成物のd90は、好ましくは15μm以上であり、より好ましくは18μm以上であり、更に好ましくは20μm以上であり、特に好ましくは25μm以上で、好ましくは100μm以下であり、より好ましくは70μm以下であり、更に好ましくは60μm以下であり、特に好ましくは50μm以下であり、最も好ましくは45μm以下である。
 d90が上記範囲内であると、二次電池における電極強度の低下や初期充放電効率の低下を回避でき、スラリーの塗布時の筋引きなどの工程上の不都合の発生、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下も回避できる傾向がある。
 本発明の炭素材組成物のdmaxは、好ましくは200μm以下であり、より好ましくは150μm以下であり、更に好ましくは120μm以下であり、特に好ましくは100μm以下である。
 dmaxが上記範囲内であると、極板化した際に、筋引きなどの工程上の不都合を抑制する傾向がある。
 本発明の炭素材組成物の粒径3μm以下の粒子個数頻度は、好ましくは1%以上、より好ましくは10%以上で、好ましくは60%以下、より好ましくは55%以下、更に好ましくは50%以下、特に好ましくは40%以下、最も好ましくは30%以下である。
 粒子個数頻度が上記範囲内であると、スラリー混練、電極圧延、充放電などの際に粒子崩壊や微粉剥離を生じにくくなり、低温出力特性やサイクル特性が良好となる傾向がある。
 本発明の炭素材組成物に含まれる灰分は、炭素材組成物100質量%中、好ましくは0.0001質量%以上で、好ましくは1質量%以下であり、より好ましくは0.5質量%以下であり、更に好ましくは0.1質量%以下である。
 灰分が上記範囲内であると、二次電池とした場合に、炭素材組成物と電解液との反応による電池性能の劣化を無視できる程度に抑制できる。また、負極材の製造に多大な時間とエネルギーと汚染防止のための設備とを必要としないため、コストの上昇も抑制できる。
 本発明の炭素材組成物のタップ密度は、好ましくは0.8~1.8g/cm、より好ましくは0.9~1.7g/cm、更に好ましくは1.0~1.6g/cmである。
 タップ密度が上記範囲内であると、負極とした場合に、炭素材(A)によって形成される間隙に電解液及び炭素材(B)を存在させることができ、高容量化、高レート特性化を実現することができる。
 本発明の炭素材組成物のBET法による比表面積は、通常0.5m/g以上、好ましくは2m/g以上、より好ましくは2.5m/g以上で、通常30m/g以下、好ましくは20m/g以下、より好ましくは10m/g以下、更に好ましくは8m/g以下、特に好ましくは6.5m/g以下である。
 比表面積が下限値以上であると、Liが出入りする部位が充分あり、リチウムイオン二次電池の高速充放電特性出力特性や低温入出力特性に優れる。比表面積が上限値以下であると、活物質の電解液に対する活性を抑制でき、電解液との副反応の抑制により電池の初期充放電効率の低下やガス発生量の増大を抑制でき、電池容量に優れる。
 本発明の炭素材組成物の真密度は、好ましくは1.9g/cm以上であり、より好ましくは2g/cm以上であり、更に好ましくは2.1g/cm以上であり、特に好ましくは2.2g/cm以上である。真密度の上限値は、黒鉛の理論値である2.26g/cmである。
 真密度が上記範囲内であると、炭素の結晶性が低過ぎず、二次電池とした場合の二次電池の初期不可逆容量が増大を抑制できる。
 本発明の炭素材組成物のDBP(フタル酸ジブチル)吸油量は、好ましくは85mL/100g以下であり、より好ましくは70mL/100g以下であり、更に好ましくは65mL/100g以下であり、特に好ましくは60mL/100g以下で、好ましくは30mL/100g以上であり、より好ましくは40mL/100g以上である。
 DBP吸油量が上限値以下であると、粒子形状を維持したまま内部細孔を低減できていることを意味し、高速充電特性に優れる。DBP吸油量が下限値以上であると、粒子内にも細孔構造が存在するため、反応面の低下を回避する傾向がある。
 本発明の炭素材組成物の細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積は、好ましくは0.01mL/g以上であり、より好ましくは0.02mL/g以上であり、更に好ましくは0.03mL/g以上で、好ましくは0.30mL/g以下であり、より好ましくは0.20mL/g以下であり、更に好ましくは、0.15mL/gである。
 細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が上記範囲内であると、電解液が粒子内部へスムーズ且つ効率的に行き渡ることが可能になる。このため、充放電の際に粒子外周部だけでなく粒子内部に存在するLiイオン挿入脱離サイトを有効且つ効率的に利用することが可能になり、良好な低温出力特性を示す傾向にある。
 本発明の炭素材組成物の全細孔容積は、好ましくは0.1mL/g以上であり、より好ましくは0.2mL/g以上であり、更に好ましくは0.25mL/g以上であり、特に好ましくは0.5mL/g以上で、好ましくは10mL/g以下であり、より好ましくは5mL/g以下、更に好ましくは2mL/g以下、特に好ましくは1mL/g以下である。
 全細孔容積が上記範囲内であると、極板化する際に、バインダ量を過剰にする必要がなく、増粘剤やバインダの分散効果も得られやすい。
 本発明の炭素材組成物の平均細孔径は、好ましくは0.1μm以上であり、より好ましくは0.5μm以上であり、更に好ましくは1.0μm以上であり、特に好ましくは2.0μm以上で、好ましくは80μm以下であり、より好ましくは50μm以下であり、更に好ましくは20μm以下である。
 平均細孔径が上記範囲内であると、極板化する際に、バインダ量を過剰にする必要がなく、電池の高電流密度充放電特性の低下を回避できる傾向がある。
 本発明の炭素材組成物の有機化合物の溶出量は、炭素材組成物に含有される有機化合物100質量%中、好ましくは20質量%以下であり、より好ましくは15質量%以下であり、更に好ましくは10質量%以下であり、特に好ましくは5質量%以下である。
 溶出量が上記範囲内であると、有機化合物が高温保存や充放電サイクルの際に剥がれにくくなり、保存特性や充放電サイクル特性が低下を効果的に抑制できる。
〔負極〕
 本発明の負極(以下、適宜「負極シート」という。)は、集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを含み、該活物質層が、少なくとも本発明の炭素材組成物を含む。活物質層は、好ましくは更にバインダを含む。
 本発明の負極は、本発明の炭素材組成物とバインダとを分散媒に分散させてスラリーとし、これを集電体に塗布することにより形成される。
 分散媒としては、アルコールなどの有機溶媒や水を用いることができる。このスラリーには、更に、カーボンブラック、人造黒鉛粉等の導電助剤を含んでもよい。
 スラリーを塗布する集電体としては、例えば、圧延銅箔、電解銅箔、ステンレス箔等の金属薄膜が挙げられる。
 活物質層の密度は、用途により異なるが、容量を重視する用途では、好ましくは1.45g/cm以上であり、より好ましくは1.5g/cm以上であり、更に好ましくは1.55g/cm以上であり、特に好ましくは1.6g/cm以上で、好ましくは1.9g/cm以下である。
 密度が上記範囲内であると、単位体積あたりの電池の容量は充分確保でき、レート特性も低下しづらくなる。
〔二次電池〕
 本発明の二次電池、特にリチウムイオン二次電池の基本的構成は、従来公知のリチウムイオン二次電池と同様であり、通常、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極、負極及び電解質を含む。負極としては、上述した本発明の負極を用いる。
 正極は、正極活物質及びバインダを含む正極活物質層を、集電体上に形成したものである。
 電解質としては、非水系溶媒にリチウム塩を溶解させた非水系電解液、この非水系電解液を有機高分子化合物等によりゲル状、ゴム状又は固体シート状にしたものなどが用いられる。
 正極と負極との間には、通常、電極間の短絡を防止するために、多孔膜や不織布などの多孔性のセパレータを介在させる。この場合、非水系電解液は、多孔性のセパレータに含浸させて用いる。
〔用途〕
 本発明の炭素材組成物は、負極極板の高密度化が容易で、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率のいずれも優れることから、二次電池の負極の活物質として好適に用いることができ、非水系二次電池の負極の活物質としてより好適に用いることができ、リチウムイオン二次電池の負極の活物質として特に好適に用いることができる。
 次に実施例により本発明の具体的態様を更に詳細に説明する。本発明はこれらの例によって限定されるものではない。
[測定方法]
<体積基準平均粒径(d50)>
 界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液10mLに、試料0.01gを懸濁させ、レーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(機種名「LA-700」、株式会社堀場製作所製)に導入し、28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、前記測定装置における体積基準のメジアン径を測定し、体積基準のメジアン径を体積基準平均粒径d50とした。
<細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積、全細孔容積>
 水銀ポロシメータ(機種名「オートポア9520」、マイクロメリテックス社製)を用い、試料を0.2g前後の値となるように秤量し、パウダー用セルに封入し、25℃、真空下(50μmHg以下)にて10分間脱気して前処理を実施した。次いで、4psia(約28kPa)に減圧して前記セルに水銀を導入し、圧力を4psia(約28kPa)から40000psia(約280MPa)までステップ状に昇圧させた後、25psia(約170kPa)まで降圧させた。昇圧時のステップ数は80点以上とし、各ステップでは10秒の平衡時間の後、水銀圧入量を測定した。こうして得られた水銀圧入曲線からWashburnの式を用い、細孔分布を算出した。水銀の表面張力(γ)は、485dyne/cm、接触角(φ)は、140°として算出した。
 得られた細孔分布から、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積、全細孔容積を算出した。
<タップ密度>
 粉体密度測定器(機種名「タップデンサーKYT-3000」、株式会社セイシン企業製)を用い、直径1.6cm、体積容量20cmの円筒状タップセルに、目開き300μmの篩を通して、炭素材を落下させて、セルに満杯に充填した後、ストローク長10mmのタップを1000回行って、そのときの体積と試料の質量から算出した密度の値をタップ密度とした。
<比表面積(SA)>
 比表面積測定装置「マックソーブHM MODEL-1210」(マウンテック社製)を用いて、試料に対して窒素流通下100℃、30分の予備減圧乾燥を行った後、液体窒素温度まで冷却し、窒素ガスを用い、BET1点法により比表面積(SA)を測定した。
<円形度>
 分散媒としてイオン交換水を用い、界面活性剤としてポリオキシエチレンソルビタンモノラウレートを用い、試料を超音波で分散させ分散液を得た。その後、フロー式画像解析装置(機種名「FPIA-2000」、東亜電子株式会社製)を用いて、粒子の形状を撮影した。少なくとも1000個以上の粒子を撮影した画像から、円相当径が1.5μm~40μmの範囲の粒子の円形度を平均し、円形度とした。円形度は、下記式(3)により算出した。
式(3);[円形度]=[粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長]/[粒子投影形状の実際の周囲長]
<質量減少率>
 TG-DTA測定装置(機種名「STA300」、株式会社日立ハイテクサイエンス製)を用い、炭素材組成物約50mgを精秤し、アルミナ製試料容器に入れ、窒素雰囲気中、10℃/分の昇温速度で25℃から700℃まで加熱し、200℃から700℃までの間の質量減少率を求めた。
[炭素材(A)の製造]
 d50が100μmの鱗片状天然黒鉛を乾式旋回流式粉砕機により粉砕し、d50が10.4μm、タップ密度が0.47g/cm、水分量0.08質量%の鱗片状天然黒鉛を得た。
 得られた鱗片状天然黒鉛100gに造粒剤としてパラフィン系オイル(流動パラフィン、和光純薬工業社製、一級、25℃における物性:粘度=95cP、接触角=13.2°、表面張力=317mN/m、γCOSθ=30.9)を12g添加して撹拌混合した後、得られたサンプルをハンマーミル(IKA社製MF10)で回転数3000rpmにて解砕混合し、造粒剤が均一に添着した鱗片状天然黒鉛を得た。
 得られた造粒剤が均一に添着した鱗片状天然黒鉛を、奈良機械製作所製ハイブリダイゼーションシステムNHS-1型にて、球形化処理中に生成する微粉を母材に付着、及び球形化粒子に内包させながら、ローター周速85m/秒で10分間の機械的作用による球形化処理を行い、不活性ガス中で400℃熱処理を施すことで、球形化黒鉛を得た。
 得られた球形化黒鉛を、ゴム製容器に充填・密閉して等方的加圧処理を行った後、得られた成形物を解砕・分級処理した。得られた成形物と非晶質炭素前駆体としてコールタールピッチを混合し、不活性ガス中で1300℃熱処理を施した後、焼成物を解砕・分級処理することにより、黒鉛粒子と非晶質炭素とが複合化した複層構造炭素材の炭素材(A-1)を得た。
 焼成収率から、得られた複層構造炭素材(A-1)において、球形化黒鉛粒子と非晶質炭素との質量比率(球形化黒鉛粒子:非晶質炭素)は1:0.08であることが確認された。この炭素材(A-1)の物性の測定結果は下記の通りであった。
 d50:15.3μm
 PD:0.17μm
 PD/d50:1.11%
 0.01~1μmの積算細孔容積:0.03mL/g
 全細孔容積:0.51mL/g
 円形度:0.93
[炭素材(B)の製造]
 炭素材(B)の原料として、比表面積(SA)が6.3m/g、d50が15.9μmである造粒球形化天然黒鉛を使用した。この造粒球形化天然黒鉛100gと、ポリビニルアルコール樹脂0.15質量%水溶液200gとの混合物を、ガラス容器内で撹拌翼を用いて50℃で1時間撹拌し、吸引ろ過によって黒鉛粉をろ別した。黒鉛粉を、減圧下200℃で10時間乾燥して、篩処理を行い、粉末状の炭素材(B-1)を得た。
 また、上記ポリビニルアルコール樹脂水溶液の濃度を0.2質量%水溶液とする以外は炭素材(B-1)の製造と同様にして、粉末状の炭素材(B-2)を得た。
 また、ポリビニルアルコール樹脂水溶液の濃度を0.25質量%水溶液とする以外は炭素材(B-1)の製造と同様にして、粉末状の炭素材(B-3)を得た。
 炭素材(B-1)~(B-3)は、造粒球形化天然黒鉛のベーサル面がポリビニルアルコール系樹脂由来の化合物で被覆されていることをトルエンガスを用いて吸着等温線と吸着熱とを同時測定することで確認した。
 比較のため、ポリビニルアルコール樹脂を被覆しない原料粒球形化天然黒鉛を炭素材(b-4)とした。
[実施例1]
 上述の方法で作製した炭素材(A-1)と炭素材(B-1)を質量比60:40で混合して実施例1の炭素材組成物を作製した。
[実施例2]
 上述の方法で作製した炭素材(A-1)と炭素材(B-2)を質量比60:40で混合して実施例2の炭素材組成物を作製した。
[実施例3]
 上述の方法で作製した炭素材(A-1)と炭素材(B-3)を質量比60:40で混合して実施例3の炭素材組成物を作製した。
[比較例1]
 上述の方法で作製した炭素材(A-1)のみを用い、炭素材(B)を含まない炭素材を比較例1の炭素材とした。
[比較例2]
 上述の方法で作製した炭素材(A-1)と、有機化合物被覆を行っていない炭素材(b-4)を質量比60:40で混合して比較例2の炭素材組成物を作製した。
[比較例3]
 上述の方法で作製した炭素材(B-1)のみを用い、炭素材(A)を含まない炭素材を比較例3の炭素材とした。
[比較例4]
 上述の方法で作製した炭素材(B-3)のみを用い、炭素材(A)を含まない炭素材を比較例4の炭素材とした。
 各実施例及び比較例で作製した炭素材組成物又は炭素材について、質量減少率を測定した。結果を下記表1に示した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
[電池性能の評価]
 実施例1~3及び比較例1~4の炭素材組成物又は炭素材を負極材として用いて、以下の方法で負極シート及び二次電池を作製し、以下の評価を行った。評価結果を表2に示す。
<負極シートの作製>
 前述の実施例又は比較例の炭素材組成物又は炭素材を負極材として用い、活物質層密度1.60±0.03g/cmの活物質層を有する極板を作製した。
 具体的には、負極材20.00±0.02gと、1質量%カルボキシメチルセルロースナトリウム塩(日本製紙製、MAC500LC)水溶液を20.00±0.02g(固形分換算で0.200g)、及びスチレン・ブタジエンゴム水性ディスパージョン(JSR製、TRD102A)0.42±0.02g(固形分換算で0.2g)を、THINKY製あわとり練太郎ARE-310で5分間撹拌し、30秒脱泡してスラリーを得た。
 このスラリーを、集電体である厚さ10μmの銅箔上に、負極材が10.00±0.3mg/cm付着するように、ダイ塗布装置を用いて幅10cmに塗布し、直径20cmのローラを用いてロールプレス圧密して、活物質層の密度が1.60±0.03g/cmになるよう調整し負極シートを得た。
<プレス圧の評価>
 実施例、比較例の負極シートについて、活物質層密度を1.6g/cmとするのに必要なプレス圧を測定した。
<浸液性の評価>
 実施例、比較例の負極シートについて、浸液性を以下のように評価した。
 負極シート上にプロピレンカーボネートを約1μL滴下し、そのうち0.6μLが負極シートに吸収されるまでの時間を浸液性(秒)とした。
<非水系二次電池の作製>
 上記方法で作製した負極シートを32mm×42mm角に切り出し、190℃で減圧乾燥して負極とした。
 リチウムニッケルマンガンコバルト系複合酸化物粉体85質量部に、カーボンブラック10質量部、ポリビニリデンフルオライド12質量%のN-メチルピロリドン溶液41.7質量部、及び適量のN-メチルピロリドンを加えて混練し、スラリーとした。アルミニウム箔にこのスラリーをドクターブレード法で目付22.8mg/cmに塗布した。正極の密度が2.45g/cmになるようにロールプレスで圧密化した。この正極シートを30mm×40mm角に切り出し、140℃で乾燥して正極とした。
 上記の負極と正極を電解液を含浸させたセパレータを介して重ね、アルミラミネート袋に封じて、充放電試験用の電池を作製した。電解液としては、エチレンカーボネート:エチルメチルカーボネート=30:70(体積比)混合液にビニレンカーボネート2質量%を加え、LiPFを1モル/Lとなるように溶解させたものを用いた。
<初期効率の評価>
 上記の電池を、先ず0.2Cで4.1Vまで充電し、さらに4.1Vで0.1mAとなるまで充電した後、0.2Cで3.0Vまで放電、次いで、0.2Cで4.2Vまで充電し、さらに4.2Vで0.1mAとなるまで充電した後、0.2Cで3.0Vまでの放電を行った。4.2V充電と0.2C放電をもう一度繰り返して、初期調整とした。始めの4.1V充電容量に対する0.2C放電容量の比率を初期効率とした。
<急速放電性の評価>
 初期調整を終えた電池について、それぞれ充電は0.2Cで4.2Vまで充電し、更に4.2Vで2時間充電した後、0.2C、3Cで3.0Vまでの放電試験をそれぞれ実施した。0.2C放電容量に対する3C放電容量の比率を3C/0.2C放電レートとした。
<残存容量維持率の評価>
 初期調整を終えた電池について、充電容量の80%まで充電した状態で60℃、4週間保存し、保存後25℃で、0.2Cで3.0Vまで放電試験を実施した。初期調整終了時の0.2C放電容量に対する60℃、4週間保存後の0.2C放電容量の比率を残存容量維持率とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2より、炭素材(A)のみの比較例1は、硬度が高く、負極極板をプレス圧密しにくく、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率に劣った。炭素材(A)と有機化合物を被覆していない炭素材(b)とを配合した比較例2は、浸液性が低下し、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率に劣った。炭素材(B)のみの比較例3~4は、浸液性が低下し、初期効率、高温保存後の残存容量維持率に劣った。
 本発明の炭素材組成物を用いた実施例1~3は、極板のプレス圧密性と浸液性のバランスが取れており、炭素材が圧壊したときに生ずる活性な黒鉛の破断面が見られないと考えられることから、電解液との副反応が抑制され、初期効率、レート特性、高温保存後の残存容量維持率のいずれも優れていた。
 本発明を特定の態様を用いて詳細に説明したが、本発明の意図と範囲を離れることなく様々な変更が可能であることは当業者に明らかである。
 本出願は、2022年3月31日付で出願された日本特許出願2022-058822に基づいており、その全体が引用により援用される。

 

Claims (12)

  1.  炭素材(A)及び炭素材(B)を含む炭素材組成物であって、
     該炭素材(A)が、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.02mL/g以上、かつ、下記式(1)で表される細孔径と体積基準平均粒径の比(PD/d50(%))が1.8以下であり、
     該炭素材(B)が、有機化合物被覆炭素材である、炭素材組成物。
    式(1);PD/d50(%)=([水銀圧入法により求められる細孔分布における細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)]/[体積基準平均粒径(d50)])×100
  2.  前記炭素材(A)のフロー式粒子像分析より求められる円形度が0.88以上である、請求項1に記載の炭素材組成物。
  3.  前記炭素材(A)が、天然黒鉛由来である、請求項1又は2に記載の炭素材組成物。
  4.  前記炭素材(A)が、球形化黒鉛と炭素質物との複合炭素材である、請求項1~3のいずれか1項に記載の炭素材組成物。
  5.  前記炭素材(B)が、天然黒鉛由来である、請求項1~4のいずれか1項に記載の炭素材組成物。
  6.  前記有機化合物が、前記炭素材(B)のベーサル面を被覆している、請求項1~5のいずれか1項に記載の炭素材組成物。
  7.  前記有機化合物が、ポリビニルアルコール樹脂由来の化合物である、請求項1~6のいずれか1項に記載の炭素材組成物。
  8.  前記炭素材(A)と炭素材(B)との合計100質量%中に、前記炭素材(A)を20質量%~80質量%、前記炭素材(B)を20質量%~80質量%含む、請求項1~7のいずれか1項に記載の炭素材組成物。
  9.  TG-DTAにより測定した200℃から700℃までの質量減少率が、0.04質量%~0.48質量%である、請求項1~8のいずれか1項に記載の炭素材組成物。
  10.  炭素材(A)及び炭素材(B)を混合する工程を含む炭素材組成物の製造方法であって、
     炭素材(A)が、細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲の積算細孔容積が0.02mL/g以上、かつ、下記式(1)で表される細孔径と体積基準平均粒径の比(PD/d50(%))が1.8以下であり、
     炭素材(B)が、有機化合物被覆炭素材である、炭素材組成物の製造方法。
    式(1);PD/d50(%)=([水銀圧入法により求められる細孔分布における細孔径0.01μm以上1μm以下の範囲のモード細孔径(PD)]/[体積基準平均粒径(d50)])×100
  11.  集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを含み、
     該活物質層が、請求項1~9のいずれか1項に記載の炭素材組成物を含む、負極。
  12.  正極、負極及び電解質を含む二次電池であって、該負極が、請求項11に記載の負極である、二次電池。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014026958A (ja) * 2012-02-14 2014-02-06 Mitsubishi Chemicals Corp 炭素材料、負極及び蓄電デバイス
JP2014067641A (ja) * 2012-09-26 2014-04-17 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系二次電池負極用炭素材料、非水系二次電池用負極および非水系二次電池
JP2014146507A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系二次電池負極用活物質、非水系二次電池用負極及び非水系二次電池
JP2016178074A (ja) * 2014-07-07 2016-10-06 三菱化学株式会社 炭素材、及び、非水系二次電池
WO2019189670A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 三菱ケミカル株式会社 非水系電解液及び非水系電解液電池

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014026958A (ja) * 2012-02-14 2014-02-06 Mitsubishi Chemicals Corp 炭素材料、負極及び蓄電デバイス
JP2014067641A (ja) * 2012-09-26 2014-04-17 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系二次電池負極用炭素材料、非水系二次電池用負極および非水系二次電池
JP2014146507A (ja) * 2013-01-29 2014-08-14 Mitsubishi Chemicals Corp 非水系二次電池負極用活物質、非水系二次電池用負極及び非水系二次電池
JP2016178074A (ja) * 2014-07-07 2016-10-06 三菱化学株式会社 炭素材、及び、非水系二次電池
WO2019189670A1 (ja) * 2018-03-29 2019-10-03 三菱ケミカル株式会社 非水系電解液及び非水系電解液電池

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