JP2014067680A - Graphite particle for nonaqueous secondary battery, negative electrode for nonaqueous secondary battery using the same, and nonaqueous secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】負極活物質層を高密度化した場合にも、初期効率が高く、大電流充放電時でもサイクル特性に優れる非水系二次電池を作製するための負極、及びその負極材を提供し、その結果として、高容量、高入出力特性、高サイクル特性を有する非水系二次電池を提供すること。
【解決手段】吸液性係数が0.11mg/sec0.5以上であることを特徴とする非水系二次電池用負極。
【選択図】なしDisclosed is a negative electrode for producing a non-aqueous secondary battery having high initial efficiency and excellent cycle characteristics even when charging and discharging a large current even when a negative electrode active material layer is densified, and a negative electrode material thereof. As a result, to provide a non-aqueous secondary battery having high capacity, high input / output characteristics, and high cycle characteristics.
A negative electrode for a non-aqueous secondary battery, wherein the liquid absorption coefficient is 0.11 mg / sec 0.5 or more.
[Selection figure] None
Description
本発明は、非水系二次電池に用いる負極と、その負極の製造に用いる黒鉛粒子及びその製造方法と、前記負極を有する非水系二次電池に関するものである。 The present invention relates to a negative electrode used for a non-aqueous secondary battery, graphite particles used for manufacturing the negative electrode, a manufacturing method thereof, and a non-aqueous secondary battery having the negative electrode.
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の高く、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高性能化要求の高まりから、更なる高容量化・大電流充放電特性・高温保存特性・高サイクル特性を満たすことが求められている。 In recent years, demand for high-capacity secondary batteries has increased with the downsizing of electronic devices. In particular, lithium ion secondary batteries having higher energy density and excellent large current charge / discharge characteristics have attracted attention as compared to nickel / cadmium batteries and nickel / hydrogen batteries. Conventionally, higher capacity of lithium ion secondary batteries has been widely studied, but in recent years, due to the increasing demand for higher performance of lithium ion secondary batteries, further increase in capacity, large current charge / discharge characteristics, high temperature storage characteristics, It is required to satisfy high cycle characteristics.
リチウムイオン二次電池の負極材料としては、コストと耐久性の面で、黒鉛材料や非晶質炭素が使用されることが多い。しかしながら、非晶質炭素材料は、実用化可能な材料範囲での可逆容量が小さく、活物質層の高密度化が困難なことから電池が高容量化できないといった問題点があった。黒鉛材料はリチウム吸蔵の理論容量である372mAh/gに近い容量が得られ、活物質として好ましいことが知られている。一方、高容量化のために負極材料を含む活物質層を高密度化すると、材料の破壊・変形により、電池の初期サイクル時の充放電不可逆容量の増加、大電流充放電特性の低下、サイクル特性の低下といった問題点があった。 As a negative electrode material of a lithium ion secondary battery, graphite material and amorphous carbon are often used in terms of cost and durability. However, the amorphous carbon material has a problem that the reversible capacity in a material range that can be put into practical use is small, and it is difficult to increase the density of the active material layer, so that the battery cannot be increased in capacity. It is known that a graphite material has a capacity close to 372 mAh / g, which is the theoretical capacity of lithium storage, and is preferable as an active material. On the other hand, when the active material layer containing the negative electrode material is densified to increase the capacity, the irreversible charge / discharge capacity increases during the initial cycle of the battery due to the destruction and deformation of the material, the large current charge / discharge characteristics decrease, the cycle There was a problem of deterioration of characteristics.
上記問題点を解決するため、例えば特許文献1には、炭素材料として、吸油量、粉体嵩密度、粒度分布、固有抵抗が特定の範囲にある高密度等方性黒鉛粉末を用いることで、導電性に優れ、銅箔との密着性に優れ、放電容量が大きく、初期の不可逆容量が小さく、サイクル特性に優れたリチウム二次電池負極用炭素材料が得られることが開示されている。 In order to solve the above problems, for example, Patent Document 1 uses a high density isotropic graphite powder having a specific range of oil absorption, powder bulk density, particle size distribution, and specific resistance as a carbon material. It is disclosed that a carbon material for a negative electrode of a lithium secondary battery having excellent conductivity, excellent adhesion with a copper foil, large discharge capacity, small initial irreversible capacity, and excellent cycle characteristics can be obtained.
特許文献2においては、潰れ易さが等しく、粉体の吸油量及び円形度が異なる二種類の黒鉛粉末を混合することにより、高密度でも浸液性に優れ、サイクル特性に優れたリチウム二次電池負極用炭素材料が得られることが開示されている。 In Patent Document 2, by mixing two types of graphite powders that are equally crushed and have different oil absorption and circularity, the secondary lithium is excellent in liquid immersion and high cycle characteristics. It is disclosed that a carbon material for a battery negative electrode can be obtained.
さらに、リチウムイオン二次電池に関する従来技術として、例えば特許文献3には、黒鉛質粒子をメカノケミカル処理して、該黒鉛質粒子表面を親水化することで、特定の樹脂を水系溶媒に分散させた水系結着材を用いたリチウムイオン二次電池でも高速充電することができることが開示されている。 Furthermore, as a prior art relating to a lithium ion secondary battery, for example, Patent Document 3 discloses that a specific resin is dispersed in an aqueous solvent by mechanochemically treating graphite particles and hydrophilizing the surfaces of the graphite particles. In addition, it is disclosed that a lithium ion secondary battery using a water-based binder can be charged at high speed.
また特許文献4には、粒径の5μm以上異なる、二種類の黒鉛粒子を混合して形成された炭素質材料からなる負極活物質を使用した非水電解質二次電池が開示されている。このように粒径の異なる黒鉛粒子を混合することによって、粒径の小さい粒子が粒径の大きい粒子の間隙に入り込むことができ、これにより、黒鉛粒子間の接触を保持しながら電解液の吸液性を向上させることができる旨、引用文献4には記載されている。 Patent Document 4 discloses a non-aqueous electrolyte secondary battery using a negative electrode active material made of a carbonaceous material formed by mixing two types of graphite particles having a particle diameter of 5 μm or more different from each other. By mixing graphite particles having different particle sizes in this manner, particles having a small particle size can enter the gaps between the particles having a large particle size, thereby absorbing the electrolyte while maintaining contact between the graphite particles. Cited Document 4 describes that liquidity can be improved.
なお、特許文献5には、特定のパラメータを満たす炭素材料A及びBを含む非水電解液二次電池用負極材料が開示されている。当該文献に記載の発明においては、前記炭素材料AとBとの平均粒径の比は好ましくは0.7〜1.3であり、前記発明は、前記パラメータを満たしつつ、かつ構成炭素材料の粒度分布をシャープにすることなどにより、高容量、急速充放電特性及びサイクル特性を併せ持った非水電解液二次電池用の負極を提供するものである。 Patent Document 5 discloses a negative electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery including carbon materials A and B satisfying specific parameters. In the invention described in the document, the ratio of the average particle diameters of the carbon materials A and B is preferably 0.7 to 1.3, and the invention satisfies the parameters and includes the constituent carbon materials. The present invention provides a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having both high capacity, rapid charge / discharge characteristics and cycle characteristics by sharpening the particle size distribution.
特許文献1に記載の技術では、コークスにピッチを混合し、冷間静水圧成形法にて成形し、得られた成形体を熱処理し、高密度等方性黒鉛ブロックとした後、粉砕、分級することで黒鉛粉末を作製している。しかしながら、本発明者らの検討によると、成形体を粉砕する時に材料が硬い為、比表面積が大きくなり、電解液との反応性を抑制することができず、初期効率の低下やサイクル特性の低下を招くという問題が確認された。 In the technique described in Patent Document 1, pitch is mixed with coke, molded by a cold isostatic pressing method, the obtained molded body is heat-treated to form a high-density isotropic graphite block, and then pulverized and classified. By doing so, graphite powder is produced. However, according to the study by the present inventors, since the material is hard when pulverizing the molded body, the specific surface area is increased, the reactivity with the electrolytic solution cannot be suppressed, the initial efficiency is reduced, and the cycle characteristics are reduced. The problem of causing a decline was confirmed.
特許文献2に記載の技術では、出発原料として円形度の低い鱗片状天然黒鉛やコークスとピッチと、円形度の高い球形化天然黒鉛を、別々に成形、焼成、黒鉛化し、DBP吸油量が50〜90mL/100gと30〜45mL/100gの黒鉛粉末を得ている。これら二つを混合することでDBP吸油量が高く、且つ比表面積の低い材料を得ているが、二種類の混合物を用いているために、電極内での微小領域での均一性に問題があり、例えば鱗片状天然黒鉛由来の黒鉛が多く存在する部分に於いて、高密度電極ではLiイオンの移動が遅くなり、且つラマンR値に特段の規定がないため、Liの受入れ性(反応性)に劣り、活物質層の高密度化、電池の高容量化が困難であり、大電流充放電特性が不十分であった。更にまた、二種類の材料を別々に製造するために、製造法が煩雑であるという課題がある。 In the technique described in Patent Document 2, scaly natural graphite or coke and pitch having a low degree of circularity as a starting material, and spherical natural graphite having a high degree of circularity are separately molded, fired and graphitized, and the DBP oil absorption is 50. ˜90 mL / 100 g and 30-45 mL / 100 g of graphite powder are obtained. By mixing these two, a material with a high DBP oil absorption and a low specific surface area has been obtained. However, since two types of mixtures are used, there is a problem with uniformity in the micro area within the electrode. Yes, for example, in a portion where a large amount of graphite derived from scaly natural graphite exists, the movement of Li ions is slow in a high-density electrode, and there is no special rule for the Raman R value. ), It was difficult to increase the density of the active material layer and to increase the capacity of the battery, and the large current charge / discharge characteristics were insufficient. Furthermore, in order to manufacture two types of materials separately, there exists a subject that a manufacturing method is complicated.
特許文献3に記載の技術では、リチウムイオン二次電池用の高速充電特性に関する改善は得られるものの、それ以外にリチウムイオン二次電池に望まれるサイクル特性の向上は得られない。特許文献4についても同様である。 The technique described in Patent Document 3 can improve the fast charge characteristics for lithium ion secondary batteries, but cannot improve the cycle characteristics desired for lithium ion secondary batteries. The same applies to Patent Document 4.
本発明は、かかる背景技術に鑑みてなされたものであり、その課題は、負極活物質層を高密度化した場合にも、初期効率が高く、大電流充放電時でもサイクル特性に優れる非水系二次電池を作製するための負極、及びその負極材を提供し、その結果として、高容量、高入出力特性、高サイクル特性を有する非水系二次電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the background art, and the problem is that even when the negative electrode active material layer is densified, the initial efficiency is high, and the non-aqueous system has excellent cycle characteristics even during large current charge / discharge. An object of the present invention is to provide a negative electrode for producing a secondary battery and a negative electrode material thereof, and as a result, to provide a non-aqueous secondary battery having high capacity, high input / output characteristics, and high cycle characteristics.
本発明者らは、前記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、非水系二次電池用負極について、その電解液吸液性パラメータ、すなわち吸液性係数を0.11mg/sec0.5以上とすることにより、負極活物質層を高密度化した場合にも初期効率が高く、大電流充放電時でも高サイクル特性を満たすことが可能となるため、その結果として、高容量、高入出力特性及び高サイクル特性を有する非水系二次電池が得られること、並びにそのようなパラメータを達成するための黒鉛粒子及びその製造方法を見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have determined that the electrolyte absorption property parameter, that is, the liquid absorption coefficient of the negative electrode for a non-aqueous secondary battery is 0.11 mg / sec 0.5. By doing so, the initial efficiency is high even when the density of the negative electrode active material layer is increased, and high cycle characteristics can be satisfied even during large current charge / discharge. A non-aqueous secondary battery having output characteristics and high cycle characteristics can be obtained, and graphite particles and a manufacturing method thereof for achieving such parameters have been found, and the present invention has been completed.
すなわち本発明は、吸液性係数が0.11mg/sec0.5以上であることを特徴とする非水系二次電池用負極である。 That is, the present invention is a negative electrode for a non-aqueous secondary battery, wherein the liquid absorption coefficient is 0.11 mg / sec 0.5 or more.
このような非水系二次電池用負極の形成に使用される黒鉛粒子の製造方法として、原料黒鉛を粗面化する工程1、粗面化した原料黒鉛と有機物とを混合する工程2、及び該工程2で得られた混合物を2300℃以上の温度で焼成する工程3を含むことを特徴とする非水系二次電池用黒鉛粒子の製造方法が挙げられる。 As a method for producing the graphite particles used for forming such a negative electrode for a non-aqueous secondary battery, Step 1 of roughening raw material graphite, Step 2 of mixing roughened raw material graphite and organic matter, and A method for producing graphite particles for a non-aqueous secondary battery, which includes a step 3 of firing the mixture obtained in the step 2 at a temperature of 2300 ° C. or higher, can be mentioned.
また、3種類以上の異なる粒径の黒鉛粒子を混合した黒鉛混合粒子であって、前記黒鉛粒子のうち円形度が大きい3種の黒鉛粒子間のd50の差の絶対値がいずれも2.5μm以上であることを特徴とする非水系二次電池用黒鉛粒子によっても、前記非水系二次電池用負極を形成することができる。 Also, graphite mixed particles in which three or more types of graphite particles having different particle diameters are mixed, and the absolute value of the difference in d50 between the three types of graphite particles having a high degree of circularity is 2.5 μm. The negative electrode for a non-aqueous secondary battery can also be formed by the graphite particles for a non-aqueous secondary battery characterized by the above.
本発明の非水系二次電池は、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに、電解質を備えると共に、該負極が、本発明の非水系二次電池用負極であることを特徴とする、非水系二次電池である。 The non-aqueous secondary battery of the present invention includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and an electrolyte, and the negative electrode is the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention. It is a non-aqueous secondary battery.
本発明の黒鉛粒子を使用して形成された非水系二次電池用負極を用いることにより、高容量、高入出力特性及び高サイクル特性を有する非水系二次電池を提供することができる。 By using the negative electrode for a non-aqueous secondary battery formed using the graphite particles of the present invention, a non-aqueous secondary battery having high capacity, high input / output characteristics, and high cycle characteristics can be provided.
以下、本発明の非水系二次電池用負極(以下、単に「本発明の負極」ともいう)、その形成に使用される非水系二次電池用黒鉛粒子(以下、単に「本発明の黒鉛粒子」ともいう)、ならびに前記負極を使用した非水系二次電池について、その内容を詳細に述べる。なお、以下に記載する発明の構成要件の説明は、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こえない限り、これらの形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention (hereinafter also simply referred to as “the negative electrode of the present invention”), the graphite particles for a non-aqueous secondary battery used for the formation thereof (hereinafter simply referred to as “the graphite particles of the present invention”). The contents of the non-aqueous secondary battery using the negative electrode will be described in detail. In addition, description of the component requirements of the invention described below is an example (representative example) of the embodiment of the present invention, and the present invention is not limited to these forms unless it exceeds the gist.
[本発明の非水系二次電池用負極]
本発明の非水系二次電池用負極(以下適宜「電極シート」ともいう。)は、集電体と、その集電体上に形成された活物質層とを備えると共に、その活物質層が、後述する本発明の非水系二次電池用黒鉛粒子を含有することを特徴とする。
[Negative electrode for non-aqueous secondary battery of the present invention]
The negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention (hereinafter also referred to as “electrode sheet” as appropriate) includes a current collector and an active material layer formed on the current collector. The graphite particle for non-aqueous secondary batteries of this invention mentioned later is contained.
<本発明の非水系二次電池用負極の物性>
(吸液性係数)
本発明の非水系二次電池用負極の吸液性係数は、負極片を地面に垂直に立てて端面をPC(ポリカーボネート)溶媒へ浸した際の負極内へのPC溶媒吸い上がり速度から算出した値であり、好ましくは0.11mg/sec0.5以上、より好ましくは0.12mg/sec0.5以上、更に好ましくは0.15mg/sec0.5以上、特に好ましくは0.16mg/sec0.5以上である。吸液性係数が上記範囲を下回ると、本発明の負極から得られる非水系二次電池の充放電の際に電解液の移動が十分円滑に行われず、急速充放電をさせた時にリチウムイオンの挿入脱離が間に合わなくなり、それに伴いリチウム金属が析出しサイクル特性が悪化する傾向がある。前記吸液性係数は、通常1mg/sec0.5以下である。
<Physical Properties of Negative Electrode for Nonaqueous Secondary Battery of the Present Invention>
(Liquid absorption coefficient)
The liquid absorption coefficient of the negative electrode for a non-aqueous secondary battery according to the present invention was calculated from the PC solvent uptake rate into the negative electrode when the negative electrode piece was placed perpendicular to the ground and the end face was immersed in a PC (polycarbonate) solvent. a value, preferably 0.11 mg / sec 0.5 or more, more preferably 0.12 mg / sec 0.5 or more, more preferably 0.15 mg / sec 0.5 or more, particularly preferably 0.16 mg / sec It is 0.5 or more. If the liquid absorption coefficient falls below the above range, the electrolyte solution does not move sufficiently smoothly during charging / discharging of the non-aqueous secondary battery obtained from the negative electrode of the present invention, and lithium ion There is a tendency that the insertion / desorption is not in time, and lithium metal is deposited accordingly, and the cycle characteristics are deteriorated. The liquid absorption coefficient is usually 1 mg / sec 0.5 or less.
前記吸液性係数の測定法は以下の通りである。自動表面張力計(Kruss K100)を用いて、1cm×4cmにカットした負極片を地面に垂直に立てて端面をPC溶媒へ浸した際の、負極内へのPC溶媒吸い上がり量を重量変化速度(mg/sec)として測定する。得られた重量変化速度(mg/sec)から吸液性係数(mg/sec0.5)を算出する。 The measuring method of the liquid absorption coefficient is as follows. Using an automatic surface tension meter (Kruss K100), the amount of PC solvent sucked into the negative electrode when the negative electrode piece cut to 1 cm x 4 cm was vertically placed on the ground and the end face was immersed in PC solvent was the rate of change in weight. Measured as (mg / sec). The liquid absorption coefficient (mg / sec 0.5 ) is calculated from the obtained weight change rate (mg / sec).
(細孔径80nm以上900nm以下の微細孔容積)
本発明の非水系二次電池用負極の細孔径80nm以上900nm以下の微細孔容積は、水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)を用いて測定した値であり、好ましくは0.08mL/g以上、より好ましくは0.1mL/g以上、更に好ましくは0.15mL/g以上、特に好ましくは0.3mL/g以上である。また、通常1mL/g以下であり、好ましくは0.8mL/g以下、更に好ましくは0.5mL/g以下である。
(Micropore volume with a pore diameter of 80 nm to 900 nm)
The fine pore volume having a pore diameter of 80 nm or more and 900 nm or less of the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention is a value measured using a mercury intrusion method (mercury porosimetry), preferably 0.08 mL / g or more. Preferably it is 0.1 mL / g or more, More preferably, it is 0.15 mL / g or more, Most preferably, it is 0.3 mL / g or more. Moreover, it is 1 mL / g or less normally, Preferably it is 0.8 mL / g or less, More preferably, it is 0.5 mL / g or less.
細孔径80nm以上900nm以下の微細孔容積が上記範囲を下回ると、非水系二次電池の充放電の際に電解液の移動が十分円滑に行われず、急速充放電をさせた時にリチウムイオンの挿入脱離が間に合わなくなり、それに伴いリチウム金属が析出しサイクル特性が悪化する傾向がある。一方、上記範囲を上回ると、極板作製時にバインダーが空隙に吸収され易くなり、それに伴い極板強度の低下や初期効率の低下を招く傾向がある。 When the micropore volume with a pore diameter of 80 nm or more and 900 nm or less falls below the above range, the electrolyte solution does not move sufficiently smoothly during charge / discharge of the non-aqueous secondary battery, and lithium ions are inserted when rapid charge / discharge is performed. There is a tendency that the desorption is not in time, and lithium metal is deposited accordingly, and the cycle characteristics are deteriorated. On the other hand, when it exceeds the above range, the binder is easily absorbed into the gap during electrode plate production, and accordingly, the electrode plate strength and initial efficiency tend to decrease.
水銀圧入法の測定においては、水銀ポロシメーター(マイクロメリテックス社製のオートポア9520)を用いて、セルに試料(負極)を負極活物質換算で0.2g前後秤量封入し、室温、真空下(50μmHg以下)にて10分間の脱気前処理を実施した後、4psiaまでステップ状に減圧し水銀を導入し、4psiaから40000psiaまでステップ状に昇圧させ、更に25psiaまで降圧させる。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。なお、水銀の表面張力は485dyne/cm、接触角は140°として算出する。 In the measurement of the mercury intrusion method, a mercury porosimeter (Autopore 9520 manufactured by Micromeritex Co., Ltd.) was used, and a sample (negative electrode) was weighed around 0.2 g in terms of the negative electrode active material in a cell and sealed at room temperature under vacuum (50 μmHg After performing degassing pretreatment for 10 minutes in the following), the pressure is reduced stepwise to 4 psia, mercury is introduced, the pressure is increased stepwise from 4 psia to 40000 psia, and the pressure is further decreased to 25 psia. The pore distribution is calculated from the obtained mercury intrusion curve using the Washburn equation. Note that the surface tension of mercury is calculated as 485 dyne / cm and the contact angle is 140 °.
ここで得られた細孔分布(積分曲線)を元に、細孔径80nm以上900nm以下の範囲の微細孔容量を算出する。 Based on the pore distribution (integral curve) obtained here, the micropore volume in the range of the pore diameter of 80 nm to 900 nm is calculated.
<本発明の非水系二次電池用負極の形成法>
上述の通り本発明の負極は、集電体上に本発明の黒鉛粒子を含有する活物質層を備えるものであるが、その活物質層は、更に好ましくはバインダーを含有する。
<Method for Forming Negative Electrode for Nonaqueous Secondary Battery of the Present Invention>
As described above, the negative electrode of the present invention includes an active material layer containing the graphite particles of the present invention on a current collector, and the active material layer further preferably contains a binder.
ここでいうバインダーとは、非水系二次電池用負極を作製する際に、活物質同士の結着、及び活物質層を集電体に保持することを目的として添加するバインダーを意味し、黒鉛化可能なバインダーとは異なるものである。 The binder here means a binder added for the purpose of binding active materials and holding the active material layer on a current collector when producing a negative electrode for a non-aqueous secondary battery. It is different from the binder that can be converted.
前記バインダーとしては、分子内にオレフィン性不飽和結合を有するものを用いる。その種類は特に制限されないが、具体例としては、スチレン−ブタジエンゴム、スチレン・イソプレン・スチレンゴム、アクリロニトリル−ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロピレン・ジエン共重合体などが挙げられる。このようなオレフィン性不飽和結合を有するバインダーを用いることにより、活物質層の電解液に対する膨潤性を低減することができる。中でも入手の容易性から、スチレン−ブタジエンゴムが好ましい。 As the binder, one having an olefinically unsaturated bond in the molecule is used. The type is not particularly limited, and specific examples include styrene-butadiene rubber, styrene / isoprene / styrene rubber, acrylonitrile-butadiene rubber, butadiene rubber, and ethylene / propylene / diene copolymer. By using such a binder having an olefinically unsaturated bond, the swellability of the active material layer with respect to the electrolytic solution can be reduced. Of these, styrene-butadiene rubber is preferred because of its availability.
このようなオレフィン性不飽和結合を有するバインダーと、上記活物質とを組み合わせて用いることにより、負極板の強度を高くすることができる。負極の強度が高いと、本発明の負極を使用して得られる非水系二次電池の充放電による負極の劣化が抑制され、サイクル寿命を長くすることができる。また、本発明に係る負極では、活物質層と集電体との接着強度が高いので、活物質層中のバインダーの含有量を低減させても、負極を捲回して電池を製造する際に、集電体から活物質層が剥離するという問題も起こらないと推察される。 By using such a binder having an olefinically unsaturated bond in combination with the above active material, the strength of the negative electrode plate can be increased. When the strength of the negative electrode is high, deterioration of the negative electrode due to charging / discharging of the nonaqueous secondary battery obtained using the negative electrode of the present invention is suppressed, and the cycle life can be extended. Further, in the negative electrode according to the present invention, since the adhesive strength between the active material layer and the current collector is high, even when the binder content in the active material layer is reduced, the negative electrode is wound to produce a battery. It is assumed that the problem that the active material layer peels from the current collector does not occur.
オレフィン性不飽和結合を有するバインダーとしては、その分子量が大きいものか、或いは、不飽和結合の割合が大きいものが望ましい。具体的に、分子量が大きいバインダーの場合には、その重量平均分子量が通常1万以上、好ましくは5万以上、また、通常100万以下、好ましくは30万以下の範囲にあるものが望ましい。また、不飽和結合の割合が大きいバインダーの場合には、全バインダーの1g当たりのオレフィン性不飽和結合のモル数が、通常2.5×10-7以上、好ましくは8×10-7以上、また、通常1×10-6以下、好ましくは5×10-6以下の範囲にあるものである。 As the binder having an olefinically unsaturated bond, those having a large molecular weight or those having a large proportion of unsaturated bonds are desirable. Specifically, in the case of a binder having a high molecular weight, it is desirable that the weight average molecular weight is usually 10,000 or more, preferably 50,000 or more, and usually 1,000,000 or less, preferably 300,000 or less. In the case of a binder having a large proportion of unsaturated bonds, the number of moles of olefinically unsaturated bonds per gram of all binders is usually 2.5 × 10 −7 or more, preferably 8 × 10 −7 or more. Further, it is usually 1 × 10 −6 or less, preferably 5 × 10 −6 or less.
バインダーとしては、これらの分子量に関する規定と不飽和結合の割合に関する規定のうち、少なくとも何れか一方を満たしていればよいが、両方の規定を同時に満たすものがより好ましい。オレフィン性不飽和結合を有するバインダーの分子量が小さ過ぎると機械的強度に劣り、大き過ぎると可撓性に劣る。また、バインダー中のオレフィン性不飽和結合の割合が小さ過ぎると強度向上効果が薄れ、大き過ぎると可撓性に劣る。 The binder only needs to satisfy at least one of these regulations regarding molecular weight and regulations regarding the proportion of unsaturated bonds, but it is more preferable to satisfy both regulations simultaneously. When the molecular weight of the binder having an olefinically unsaturated bond is too small, the mechanical strength is inferior, and when it is too large, the flexibility is inferior. Moreover, when the ratio of the olefinic unsaturated bond in a binder is too small, the strength improvement effect will fade, and when too large, it will be inferior to flexibility.
また、オレフィン性不飽和結合を有するバインダーは、その不飽和度が、通常15%以上、好ましくは20%以上、より好ましくは40%以上、また、通常90%以下、好ましくは80%以下の範囲にあるものが望ましい。なお、不飽和度とは、ポリマーの繰り返し単位に対する二重結合の割合(%)を表す。 The binder having an olefinically unsaturated bond has a degree of unsaturation of usually 15% or more, preferably 20% or more, more preferably 40% or more, and usually 90% or less, preferably 80% or less. Is desirable. The degree of unsaturation represents the ratio (%) of the double bond to the repeating unit of the polymer.
本発明においては、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダーも、本発明の効果が失われない範囲において、上述のオレフィン性不飽和結合を有するバインダーと併用することができる。オレフィン性不飽和結合を有するバインダーに対する、オレフィン性不飽和結合を有さないバインダーの混合比率は、通常150質量%以下、好ましくは120質量%以下の範囲である。 In the present invention, a binder having no olefinically unsaturated bond can also be used in combination with the above-mentioned binder having an olefinically unsaturated bond as long as the effects of the present invention are not lost. The mixing ratio of the binder having no olefinically unsaturated bond to the binder having an olefinically unsaturated bond is usually 150% by mass or less, preferably 120% by mass or less.
オレフィン性不飽和結合を有さないバインダーを併用することにより、塗布性を向上することができるが、併用量が多すぎると活物質層の強度が低下する。 By using a binder that does not have an olefinically unsaturated bond, the coating property can be improved. However, if the combined amount is too large, the strength of the active material layer is lowered.
オレフィン性不飽和結合を有さないバインダーの例としては、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、澱粉、カラギーナン、プルラン、グアーガム、ザンサンガム(キサンタンガム)等の増粘多糖類、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル類、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール等のビニルアルコール類、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸等のポリ酸、或いはこれらポリマーの金属塩、ポリフッ化ビニリデン等の含フッ素ポリマー、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのアルカン系ポリマー及びこれらの共重合体などが挙げられる。 Examples of binders having no olefinic unsaturated bond include thickening polysaccharides such as methylcellulose, carboxymethylcellulose, starch, carrageenan, pullulan, guar gum, xanthan gum (xanthan gum), polyethers such as polyethylene oxide and polypropylene oxide, Vinyl alcohols such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral, polyacids such as polyacrylic acid and polymethacrylic acid, or metal salts of these polymers, fluorine-containing polymers such as polyvinylidene fluoride, alkane polymers such as polyethylene and polypropylene, and these A copolymer etc. are mentioned.
本発明の負極は、後述する本発明の非水系二次電池用黒鉛粒子とバインダー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、所望により導電材を加えてもよい。導電材としては、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファーネスブラックなどのカーボンブラック、平均粒径1μm以下のCu、Ni又はこれらの合金からなる微粉末などが挙げられる。導電材の添加量は、本発明の負極材料に対して通常10質量%以下程度である。 The negative electrode of the present invention is formed by dispersing graphite particles for a non-aqueous secondary battery of the present invention, which will be described later, and a binder in a dispersion medium, and applying this to a current collector. As the dispersion medium, an organic solvent such as alcohol or water can be used. If necessary, a conductive material may be added to the slurry. Examples of the conductive material include carbon black such as acetylene black, ketjen black, and furnace black, and fine powder made of Cu, Ni, or an alloy thereof having an average particle size of 1 μm or less. The amount of the conductive material added is usually about 10% by mass or less with respect to the negative electrode material of the present invention.
スラリーを塗布する集電体としては、従来公知のものを用いることができる。具体的には、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。集電体の厚さは、通常4μm以上、好ましくは6μm以上であり、通常30μm以下、好ましくは20μm以下である。 A conventionally well-known thing can be used as a collector which apply | coats a slurry. Specific examples include metal thin films such as rolled copper foil, electrolytic copper foil, and stainless steel foil. The thickness of the current collector is usually 4 μm or more, preferably 6 μm or more, and usually 30 μm or less, preferably 20 μm or less.
このスラリーを、集電体である厚さ18μmの銅箔上に、負極材料が14.5±0.3mg/cm2付着するように、ドクターブレードを用いて幅5cmに塗布し、室温で風乾を行う。更に110℃で30分乾燥後、直径20cmのローラを用いてロールプレスして、活物質層の密度が1.70±0.03g/cm3になるよう調整し電極シートを得る。 This slurry was applied to a width of 5 cm using a doctor blade so that the negative electrode material was 14.5 ± 0.3 mg / cm 2 on a 18 μm-thick copper foil as a current collector, and air-dried at room temperature. I do. Further, after drying at 110 ° C. for 30 minutes, roll pressing is performed using a roller having a diameter of 20 cm to adjust the density of the active material layer to 1.70 ± 0.03 g / cm 3 to obtain an electrode sheet.
スラリーを集電体上に塗布した後、通常60℃以上、好ましくは80℃以上、また、通常200℃以下、好ましくは195℃以下の温度で、乾燥空気又は不活性雰囲気下で乾燥し、活物質層を形成する。 After applying the slurry on the current collector, the slurry is usually dried at a temperature of 60 ° C. or higher, preferably 80 ° C. or higher, and usually 200 ° C. or lower, preferably 195 ° C. or lower, in dry air or an inert atmosphere. A material layer is formed.
スラリーを塗布、乾燥して得られる活物質層の厚さは、通常5μm以上、好ましくは20μm以上、更に好ましくは30μm以上、また、通常200μm以下、好ましくは100μm以下、更に好ましくは75μm以下である。活物質層が薄すぎると、活物質の粒径との兼ね合いから負極としての実用性に欠け、厚すぎると、高密度の電流値に対する十分なLiの吸蔵・放出の機能が得られにくい。 The thickness of the active material layer obtained by applying and drying the slurry is usually 5 μm or more, preferably 20 μm or more, more preferably 30 μm or more, and usually 200 μm or less, preferably 100 μm or less, more preferably 75 μm or less. . If the active material layer is too thin, it is not practical as a negative electrode due to the balance with the particle size of the active material.
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1.5g/cm3以上、とりわけ1.6g/cm3以上、更に1.65g/cm3以上、特に1.7g/cm3以上が好ましい。密度が低すぎると、単位体積あたりの電池の容量が必ずしも充分ではない。また、密度が高すぎるとレート特性が低下するので、1.9g/cm3以下が好ましい。 Density of the active material layer varies depending on the application, the application that emphasizes capacity, preferably 1.5 g / cm 3 or more, especially 1.6 g / cm 3 or more, further 1.65 g / cm 3 or more, especially 1. 7 g / cm 3 or more is preferable. If the density is too low, the capacity of the battery per unit volume is not always sufficient. Moreover, since a rate characteristic will fall when a density is too high, 1.9 g / cm < 3 > or less is preferable.
後述する本発明の非水系二次電池用黒鉛粒子を用いて非水系二次電池用負極を作製する場合、その手法や他の材料の選択については、特に制限されない。また、 When producing the negative electrode for non-aqueous secondary batteries using the graphite particles for non-aqueous secondary batteries of the present invention described later, the method and selection of other materials are not particularly limited. Also,
[本発明の非水系二次電池用黒鉛粒子]
次に、以上説明した本発明の非水系二次電池用負極の形成に用いることができる、本発明の非水系二次電池用黒鉛粒子の諸特性及びその製造方法等について説明する。
[Graphite particles for non-aqueous secondary battery of the present invention]
Next, various characteristics of the graphite particles for a non-aqueous secondary battery of the present invention that can be used to form the negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention described above, a manufacturing method thereof, and the like will be described.
<本発明の非水系二次電池用黒鉛粒子の物性>
(DBP吸油量)
本発明の黒鉛粒子のDBP吸油量は、0.38mL/g以上、好ましくは0.43mL/g以上、より好ましくは0.45mL/g以上、更に好ましくは0.50mL/g以上である。また、0.85mL/g以下、好ましくは0.80mL/g以下、更に好ましくは0.76mL/g以下である。
<Physical Properties of Graphite Particles for Nonaqueous Secondary Battery of the Present Invention>
(DBP oil absorption)
The DBP oil absorption of the graphite particles of the present invention is 0.38 mL / g or more, preferably 0.43 mL / g or more, more preferably 0.45 mL / g or more, and further preferably 0.50 mL / g or more. Moreover, it is 0.85 mL / g or less, Preferably it is 0.80 mL / g or less, More preferably, it is 0.76 mL / g or less.
DBP吸油量がこの範囲よりも小さすぎると、非水系電解液の浸入可能な空隙が少なくなる為、負極中への非水系電解液吸液性が低下し、吸液性係数の低下を招く傾向がある。このため、非水系二次電池を急速充放電させた時に、非水系電解液が枯れた部分が負極中に生じ、全負極活物質を均一且つ有効に使うことが出来なくなるため、リチウムイオンの挿入脱離が間に合わなくなり、それに伴いリチウム金属が析出しサイクル特性が悪化する傾向がある。一方、この範囲よりも大きすぎると、極板作製時にバインダーが空隙に吸収され易くなり、それに伴い極板強度の低下や初期効率の低下を招く傾向がある。 If the DBP oil absorption amount is too smaller than this range, the number of voids into which the non-aqueous electrolyte solution can enter decreases, so that the non-aqueous electrolyte solution absorbability in the negative electrode is lowered and the liquid absorption coefficient tends to decrease. There is. For this reason, when the non-aqueous secondary battery is rapidly charged and discharged, a portion where the non-aqueous electrolyte is withered is generated in the negative electrode, and the entire negative electrode active material cannot be used uniformly and effectively. There is a tendency that the desorption is not in time, and lithium metal is deposited accordingly, and the cycle characteristics are deteriorated. On the other hand, if it is larger than this range, the binder is likely to be absorbed into the gap during electrode plate production, and accordingly, the electrode plate strength and initial efficiency tend to be reduced.
なお、DBP(フタル酸ジブチル)吸油量の測定は、黒鉛粒子を用いて以下の手順で行なうことができる。 The measurement of DBP (dibutyl phthalate) oil absorption can be performed by the following procedure using graphite particles.
DBP吸油量の測定はJIS K6217に準拠し、測定材料を40g投入し、滴下速度4ml/min、回転数125rpmとし、トルクの最大値が確認されるまで測定を実施し、測定開始から最大トルクを示す間の範囲で、最大トルクの70%のトルクを示した時の滴下油量から算出された値(負極材1g当たりのDBP滴下油量)によって定義することで実施される。 DBP oil absorption is measured in accordance with JIS K6217, 40 g of measurement material is added, dripping speed is 4 ml / min, rotation speed is 125 rpm, and measurement is performed until the maximum value of torque is confirmed. It is implemented by defining the value (DBP dripping oil amount per 1 g of the negative electrode material) calculated from the dripping oil amount when showing a torque of 70% of the maximum torque in the range shown.
(比表面積)
本発明の黒鉛粒子の比表面積は、BET法を用いて測定した比表面積の値であり、0.5m2・g-1以上、好ましくは1.0m2・g-1以上、更に好ましくは1.3m2・g-1以上、特に好ましくは1.5m2・g-1以上であり、また、10m2・g-1以下、好ましくは7.5m2・g-1以下、更に好ましくは6m2・g-1以下、特に好ましくは5m2・g-1以下である。
(Specific surface area)
The specific surface area of the graphite particles of the present invention is a value of the specific surface area measured using the BET method, and is 0.5 m 2 · g −1 or more, preferably 1.0 m 2 · g −1 or more, more preferably 1 .3m 2 · g -1 or more, particularly preferably at 1.5 m 2 · g -1 or more,, 10 m 2 · g -1 or less, preferably 7.5 m 2 · g -1 or less, more preferably 6m 2 · g −1 or less, particularly preferably 5 m 2 · g −1 or less.
比表面積の値がこの範囲を下回ると、負極の充電時のリチウムの受け入れ性が悪くなりやすく、リチウム金属が電極表面で析出しやすくなり、サイクル特性が悪化する傾向がある。一方、この範囲を上回ると、負極の非水系電解液との反応性が増加し、初期効率が低下しやすく、好ましい電池が得られ難い。 When the value of the specific surface area is less than this range, the acceptability of lithium at the time of charging the negative electrode tends to be poor, the lithium metal tends to precipitate on the electrode surface, and the cycle characteristics tend to deteriorate. On the other hand, if it exceeds this range, the reactivity of the negative electrode with the non-aqueous electrolyte increases, the initial efficiency tends to decrease, and a preferable battery is difficult to obtain.
BET法による比表面積の測定は、表面積計(大倉理研製全自動表面積測定装置)を用いて、試料に対して窒素流通下350℃で15分間、予備乾燥を行なった後、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用いて、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって行なう。該測定で求められる比表面積を、本発明の黒鉛粒子の比表面積と定義する。 The specific surface area was measured by the BET method using a surface area meter (a fully automated surface area measuring device manufactured by Okura Riken), preliminarily drying the sample at 350 ° C. for 15 minutes under nitrogen flow, Using a nitrogen helium mixed gas accurately adjusted so that the value of the relative pressure becomes 0.3, the nitrogen adsorption BET one-point method by the gas flow method is used. The specific surface area determined by the measurement is defined as the specific surface area of the graphite particles of the present invention.
(ラマンR値)
本発明の黒鉛粒子のラマンR値は、アルゴンイオンレーザーラマンスペクトル法を用いて測定した値であり、0.03以上、好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.07以上であり、また、0.6以下であり、好ましくは0.4以下、更に好ましくは0.35以下、特に好ましくは0.3以下である。
(Raman R value)
The Raman R value of the graphite particles of the present invention is a value measured using an argon ion laser Raman spectrum method, and is 0.03 or more, preferably 0.05 or more, more preferably 0.07 or more, It is 0.6 or less, preferably 0.4 or less, more preferably 0.35 or less, and particularly preferably 0.3 or less.
ラマンR値が上記範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎて、充放電に伴ってリチウムが層間に入るサイトが少なくなる場合がある。即ち、充電受入性が低下しサイクル特性が悪化する場合がある。また、集電体に塗布した後、プレスすることによって負極を高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向しやすくなり、負荷特性の低下を招く場合がある。一方、上記範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が低下し、非水系電解液との反応性が増し、初期効率の低下やガス発生の増加を招く場合がある。 When the Raman R value is less than the above range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and there are cases where the sites where lithium enters between layers are decreased along with charge / discharge. That is, the charge acceptance may be reduced and the cycle characteristics may be deteriorated. In addition, when the negative electrode is densified by applying it to the current collector and then pressing it, the crystals are likely to be oriented in a direction parallel to the electrode plate, which may lead to a decrease in load characteristics. On the other hand, when the above range is exceeded, the crystallinity of the particle surface is lowered, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is increased, and the initial efficiency may be lowered and the gas generation may be increased.
ラマンスペクトルの測定は、ラマン分光器(日本分光社製ラマン分光器)を用いて、試料を測定セル内へ自然落下させて充填し、セル内のサンプル表面にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、セルをレーザー光と垂直な面内で回転させることにより行なう。得られるラマンスペクトルについて、1580cm-1付近のピークPAの強度IAと、1360cm-1付近のピークPBの強度IBとを測定し、その強度比R(R=IB/IA)を算出する。該測定で算出されるラマンR値を、本発明の黒鉛粒子のラマンR値と定義する。 The measurement of the Raman spectrum, using a Raman spectrometer (manufactured by JASCO Corporation Raman spectrometer), the sample is naturally dropped into the measurement cell and filled, and while irradiating the sample surface in the cell with argon ion laser light, This is done by rotating the cell in a plane perpendicular to the laser beam. The resulting Raman spectrum, the intensity I A of the peak P A in the vicinity of 1580 cm -1, and measuring the intensity I B of a peak P B in the vicinity of 1360 cm -1, the intensity ratio R (R = I B / I A) Is calculated. The Raman R value calculated by the measurement is defined as the Raman R value of the graphite particles of the present invention.
また、上記のラマン測定条件は、次の通りである。
・アルゴンイオンレーザー波長:514.5nm
・試料上のレーザーパワー :15〜25mW
・分解能 :10〜20cm-1
・測定範囲 :1100cm-1〜1730cm-1・ラマンR値、
・ラマン半値幅解析 :バックグラウンド処理
・スムージング処理 :単純平均、コンボリューション5ポイント
Moreover, said Raman measurement conditions are as follows.
Argon ion laser wavelength: 514.5nm
・ Laser power on the sample: 15-25mW
・ Resolution: 10-20cm -1
・ Measurement range: 1100 cm −1 to 1730 cm −1・ Raman R value,
・ Raman half-value analysis: Background processing / Smoothing processing: Simple average, 5 points of convolution
一般的にDBP吸油量はカーボンブラックなどの大きな比表面積を持つ低結晶性の材料などの評価に用いられている。この手法で従来の負極材を測定すると、DBP吸油量が高い材料は比表面積が高く、且つ、ラマンR値も高い材料となり易く、前述の通り、サイクル特性と初期効率を更に改善した材料が得られなかった。 In general, the DBP oil absorption is used for evaluating a low crystalline material having a large specific surface area such as carbon black. When a conventional negative electrode material is measured by this method, a material having a high DBP oil absorption is likely to have a high specific surface area and a high Raman R value, and as described above, a material with further improved cycle characteristics and initial efficiency is obtained. I couldn't.
急速充放電時のサイクル特性を考えた場合、非水系電解液吸液性が高い(吸液性係数が高い)負極、及びリチウムの受入れ性が高く、非水系電解液との反応性が低い材料は、電極表面でリチウム金属として析出するロスや、表面被膜(SEI)として消費するロスが小さく、よってサイクル特性に優れると考えられる。また、初期効率も同様に非水系電解液との反応性が低い材料が有利と考えられる。 Considering cycle characteristics during rapid charge / discharge, a negative electrode with high non-aqueous electrolyte absorption (high liquid absorption coefficient) and a material with high lithium acceptability and low reactivity with non-aqueous electrolyte Is considered to be excellent in cycle characteristics because of a small loss of lithium deposited on the electrode surface and a loss of consumption as a surface coating (SEI). Similarly, a material having low reactivity with the non-aqueous electrolyte is also advantageous for the initial efficiency.
非水系電解液吸液性が高い負極を作成可能な材料とは、非水系電解液の浸入可能な空隙が多く非水系電解液の移動できる微細な経路が多い材料、すなわち、DBP吸油量が高い材料が、非水系電解液吸液性が高い負極を作成可能な材料であると考えられる。 A material capable of producing a negative electrode having a high non-aqueous electrolyte solution absorbability is a material having a large number of voids into which the non-aqueous electrolyte solution can enter and a large number of fine paths through which the non-aqueous electrolyte solution can move, that is, a high DBP oil absorption amount. It is considered that the material is a material capable of forming a negative electrode having high non-aqueous electrolyte solution absorbability.
また、リチウムの受入れ性が高い材料とは、電解液との接触面積が広い材料で、反応面積が大きく、且つ、負極粒子表面の結晶性が低い(黒鉛の層間が広い、La・Lcが小さい)材料と考えられ、すなわち、DBP吸油量が高く、比表面積が大きく、ラマンR値が高い材料がリチウムの受入れ性が高いと考えられる。 A material having high lithium acceptability is a material having a wide contact area with the electrolyte, a large reaction area, and low crystallinity on the surface of the negative electrode particles (wide graphite layer, low La · Lc). It is considered that a material having a high DBP oil absorption, a large specific surface area, and a high Raman R value has a high lithium acceptability.
一方、電解液との反応性が低い材料とは、電解液との反応面積が小さく、且つ、負極材粒子表面の結晶性が高い(黒鉛の層間が狭い、La・Lcが大きい)材料と考えられ、すなわち、DBP吸油量が低く、比表面積が小さく、ラマンR値が低い材料が電解液との反応性が低いと考えられ、先のリチウムの受入れ性とは相反する傾向と考えられる。 On the other hand, a material having low reactivity with the electrolytic solution is considered to be a material having a small reaction area with the electrolytic solution and high crystallinity on the surface of the negative electrode material particles (narrow graphite layers and large La · Lc). That is, it is considered that a material having a low DBP oil absorption, a small specific surface area, and a low Raman R value is considered to have a low reactivity with the electrolytic solution, and is considered to have a tendency to conflict with the lithium acceptability.
以上から、電解液との接触面積をある程度広く、反応面積をある程度小さく、且つ、負極材粒子表面の結晶性をある特定の範囲とすることで、サイクル特性と初期効率を両立できると考えられる。 From the above, it is considered that both the cycle characteristics and the initial efficiency can be achieved by setting the contact area with the electrolytic solution to a certain extent, the reaction area to a certain extent, and the crystallinity of the negative electrode material particle surface within a certain range.
つまり、負極材(黒鉛粒子)のDBP吸油量を高い範囲に維持したまま、比表面積を低い範囲に抑え、且つ、ラマンR値を上記範囲とすることにより、非水系電解液吸液性が高く、リチウムイオンの挿入脱離を早くすると共に、非水系電解液との反応性を抑制できる負極が提供可能となり、これによりサイクル特性に優れ初期効率が高い非水系二次電池を提供可能な負極材を達成できるため好ましい。 That is, while maintaining the DBP oil absorption amount of the negative electrode material (graphite particles) in a high range, the specific surface area is suppressed to a low range, and the Raman R value is set in the above range, so that the non-aqueous electrolyte solution absorbability is high. A negative electrode material that can provide a non-aqueous secondary battery that accelerates the insertion and desorption of lithium ions and can suppress the reactivity with the non-aqueous electrolyte solution, thereby providing excellent cycle characteristics and high initial efficiency. Can be achieved.
本発明の黒鉛粒子のその他の物性としては、以下の物性が挙げられ、これらの物性を満足することが望ましい。 Other physical properties of the graphite particles of the present invention include the following physical properties, and it is desirable to satisfy these physical properties.
(ラマン半値幅)
本発明の黒鉛粒子の1580cm-1付近のラマン半値幅は特に制限されないが、通常10cm-1以上、好ましくは15cm-1以上であり、また、通常100cm-1以下、好ましくは80cm-1以下、更に好ましくは60cm-1以下、特に好ましくは40cm-1以下である。
(Raman half-width)
The Raman half-width in the vicinity of 1580 cm −1 of the graphite particles of the present invention is not particularly limited, but is usually 10 cm −1 or more, preferably 15 cm −1 or more, and is usually 100 cm −1 or less, preferably 80 cm −1 or less. More preferably, it is 60 cm −1 or less, and particularly preferably 40 cm −1 or less.
ラマン半値幅が上記範囲を下回ると、粒子表面の結晶性が高くなり過ぎて、充放電に伴ってLiが層間に入るサイトが少なくなる場合がある。即ち、充電受入性が低下しサイクル特性が低下する場合がある。また、集電体に塗布した後、プレスすることによって負極を高密度化した場合に電極板と平行方向に結晶が配向しやすくなり、負荷特性の低下を招く場合がある。一方、上記範囲を上回ると、粒子表面の結晶性が低下し、非水系電解液との反応性が増し、効率の低下やガス発生の増加を招く場合がある。 If the Raman half width is less than the above range, the crystallinity of the particle surface becomes too high, and there are cases where the number of sites where Li enters between layers decreases with charge and discharge. That is, the charge acceptance may be reduced and the cycle characteristics may be reduced. In addition, when the negative electrode is densified by applying it to the current collector and then pressing it, the crystals are likely to be oriented in a direction parallel to the electrode plate, which may lead to a decrease in load characteristics. On the other hand, if it exceeds the above range, the crystallinity of the particle surface is lowered, the reactivity with the non-aqueous electrolyte is increased, and the efficiency may be lowered and the gas generation may be increased.
得られたラマンスペクトルの1580cm-1付近のピークPAの半値幅を測定し、これを本発明の黒鉛粒子のラマン半値幅と定義する。 The resulting measured half width of the peak P A in the vicinity of 1580 cm -1 of the Raman spectrum, which is defined as the Raman half-value width of the graphite particles of the present invention.
(表面官能基O/C)
本発明の黒鉛粒子の表面官能基O/Cは、下記式1で表される、O/Cが通常0.1%以上、好ましくは0.2%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、通常3.5%以下、好ましくは2.5%以下、より好ましくは1.4%以下、更に好ましくは1.0%以下である。
(Surface functional group O / C)
The surface functional group O / C of the graphite particles of the present invention is represented by the following formula 1, and the O / C is usually 0.1% or more, preferably 0.2% or more, more preferably 0.3% or more. Yes, particularly preferably 0.5 or more, usually 3.5% or less, preferably 2.5% or less, more preferably 1.4% or less, and further preferably 1.0% or less.
表面官能基O/Cが小さすぎると、電解液との反応性に乏しく、安定なSEI形成ができなくサイクル特性が悪化する虞がある。一方、表面官能基O/Cが大きすぎると、粒子表面の結晶が乱れ、電解液との反応性が増し、不可逆容量の増加やガス発生の増加を招く虞がある。 If the surface functional group O / C is too small, the reactivity with the electrolytic solution is poor, and stable SEI formation cannot be performed and the cycle characteristics may be deteriorated. On the other hand, if the surface functional group O / C is too large, the crystal on the particle surface is disturbed, the reactivity with the electrolytic solution is increased, and there is a risk of increasing the irreversible capacity and increasing gas generation.
式1
O/C(%)=X線光電子分光法(XPS)分析におけるO1sのスペクトルのピーク面積に基づいて求めたO原子濃度 × 100/XPS分析におけるC1sのスペクトルのピーク面積に基づいて求めたC原子濃度
Formula 1
O / C (%) = O atom concentration obtained based on the peak area of the O1s spectrum in X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) analysis × 100 / C atom obtained based on the peak area of the C1s spectrum in XPS analysis concentration
本発明の黒鉛粒子の表面官能基O/Cは、X線光電子分光法(XPS)を用いて測定することができる。 The surface functional group O / C of the graphite particles of the present invention can be measured using X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).
表面官能基O/CのX線光電子分光法による測定方法は以下の通りである。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)を本発明の黒鉛粒子の表面官能基O/Cと定義する。 The measuring method of the surface functional group O / C by X-ray photoelectron spectroscopy is as follows. Using an X-ray photoelectron spectrometer, the object to be measured is placed on a sample stage so that the surface is flat, and K1 ray of aluminum is used as an X-ray source, and C1s (280 to 300 eV) and O1s (525 to 545 eV) are obtained by multiplex measurement. ) Spectrum. The obtained C1s peak top is corrected to be 284.3 eV, the peak areas of the C1s and O1s spectra are obtained, and the device sensitivity coefficient is multiplied to calculate the surface atomic concentrations of C and O, respectively. The obtained atomic concentration ratio O / C of O and C (O atomic concentration / C atomic concentration) is defined as the surface functional group O / C of the graphite particles of the present invention.
(細孔容積Vi)
本発明の黒鉛粒子の細孔容積Viは、水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)を用いて測定した値であり、通常0.1mL/g以上、好ましくは0.13mL/g以上、更に好ましくは0.14mL/g以上であり、また、通常0.3mL/g以下であり、好ましくは0.28mL/g以下、更に好ましくは0.25mL/g以下である。
(Pore volume Vi)
The pore volume Vi of the graphite particles of the present invention is a value measured using a mercury intrusion method (mercury porosimetry), and is usually 0.1 mL / g or more, preferably 0.13 mL / g or more, more preferably 0. .14 mL / g or more, usually 0.3 mL / g or less, preferably 0.28 mL / g or less, more preferably 0.25 mL / g or less.
細孔容積Viが上記範囲を下回ると、非水系電解液の浸入可能な空隙が少なくなる為、急速充放電をさせた時にリチウムイオンの挿入脱離が間に合わなくなり、それに伴いリチウム金属が析出しサイクル特性が悪化する傾向がある。一方、上記範囲を上回ると、極板作製時にバインダーが空隙に吸収され易くなり、それに伴い極板強度の低下や初期効率の低下を招く傾向がある。 When the pore volume Vi is less than the above range, the number of voids into which the nonaqueous electrolyte solution can enter decreases, so that when lithium ion is rapidly charged / discharged, lithium ion insertion / desorption is not in time, and lithium metal is deposited accordingly. Characteristics tend to deteriorate. On the other hand, when it exceeds the above range, the binder is easily absorbed into the gap during electrode plate production, and accordingly, the electrode plate strength and initial efficiency tend to decrease.
水銀圧入法による測定の方法は以下の通りである。水銀ポロシメーター(マイクロメリテックス社製のオートポア9520)を用いて、パウダー用セルに試料(黒鉛粒子)を0.2g前後秤量封入し、室温、真空下(50μmHg以下)にて10分間の脱気前処理を実施した後、4psiaまでステップ状に減圧し水銀を導入し、4psiaから40000psiaまでステップ状に昇圧させ、更に25psiaまで降圧させる。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。なお、水銀の表面張力は485dyne/cm、接触角は140°として算出する。 The method of measurement by mercury intrusion method is as follows. Using a mercury porosimeter (Autopore 9520 manufactured by Micromeritex Co., Ltd.), a sample cell (graphite particles) is weighed around 0.2 g in a powder cell, and degassed for 10 minutes at room temperature under vacuum (50 μmHg or less). After the treatment is performed, the pressure is reduced stepwise to 4 psia, mercury is introduced, the pressure is increased stepwise from 4 psia to 40000 psia, and the pressure is further decreased to 25 psia. The pore distribution is calculated from the obtained mercury intrusion curve using the Washburn equation. Note that the surface tension of mercury is calculated as 485 dyne / cm and the contact angle is 140 °.
ここで、細孔容積Viは以下の通り定義される。前記で得られた細孔分布(積分曲線)を元に、図1に示すように接線を引き、接線と積分曲線の分岐点を求め、その時の細孔容積をVpとする。全細孔容積から細孔容積Vpを差し引いた値を細孔容積Viとして定義する。数式で示せば以下の通りである。 Here, the pore volume Vi is defined as follows. Based on the pore distribution (integral curve) obtained above, a tangent line is drawn as shown in FIG. 1 to determine the branch point between the tangent line and the integral curve, and the pore volume at that time is defined as Vp. A value obtained by subtracting the pore volume Vp from the total pore volume is defined as the pore volume Vi. It can be expressed as the following formula.
細孔容積Vi=全細孔容積−細孔容積Vp Pore volume Vi = total pore volume−pore volume Vp
細孔容積Viは黒鉛粒子の内部空隙量を主に反映していると考えられ、細孔容積Viが大きいほど粒子内部に空隙が多いと推定される。一方、細孔容積Vpは主に粒子間の空隙を反映していると考えられる。 The pore volume Vi is considered to mainly reflect the amount of internal voids of the graphite particles, and it is estimated that the larger the pore volume Vi, the more voids inside the particles. On the other hand, the pore volume Vp is considered to mainly reflect voids between particles.
(全細孔容積)
本発明の黒鉛粒子の全細孔容積iは、前記水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)を用いて測定した値であり、通常0.48mL/g以上、好ましくは0.50mL/g以上、更に好ましくは0.52mL/g以上であり、また、通常0.95mL/g以下であり、好ましくは0.93mL/g以下、更に好ましくは0.9mL/g以下である。
(Total pore volume)
The total pore volume i of the graphite particles of the present invention is a value measured using the mercury intrusion method (mercury porosimetry), and is usually 0.48 mL / g or more, preferably 0.50 mL / g or more, more preferably. Is 0.52 mL / g or more, and is usually 0.95 mL / g or less, preferably 0.93 mL / g or less, more preferably 0.9 mL / g or less.
全細孔容積が上記範囲を下回ると、非水系電解液の浸入可能な空隙が少なくなり易く、急速充放電をさせた時にリチウムイオンの挿入脱離が間に合わなくなり、それに伴いリチウム金属が析出しサイクル特性が悪化する傾向がある。一方、上記範囲を上回ると、極板作製時にバインダーが空隙に吸収され易くなり、それに伴い極板強度の低下や初期効率の低下を招く傾向がある。 If the total pore volume is below the above range, the number of voids that can be infiltrated by the non-aqueous electrolyte solution tends to be small, and when lithium ions are rapidly charged and discharged, lithium ions are not inserted and released in time, and lithium metal is deposited accordingly. Characteristics tend to deteriorate. On the other hand, when it exceeds the above range, the binder is easily absorbed into the gap during electrode plate production, and accordingly, the electrode plate strength and initial efficiency tend to decrease.
(タップ密度)
本発明の黒鉛粒子のタップ密度は、通常0.7g・cm-3以上、好ましくは0.8g・cm-3以上、更に好ましくは0.9g・cm-3以上であり、また、通常1.25g・cm-3以下、好ましくは1.2g・cm-3以下、更に好ましくは1.18g・cm-3以下、特に好ましくは1.15g・cm-3以下である。タップ密度が上記範囲を下回ると、負極として用いた場合に充填密度が上がり難く、高容量の電池を得ることができない場合がある。また、上記範囲を上回ると、電極中の粒子間の空隙が少なくなり過ぎ、粒子間の導電性が確保され難くなり、好ましい電池特性が得られにくい場合がある。
(Tap density)
The tap density of the graphite particles of the present invention is usually 0.7 g · cm −3 or more, preferably 0.8 g · cm −3 or more, more preferably 0.9 g · cm −3 or more. It is 25 g · cm −3 or less, preferably 1.2 g · cm −3 or less, more preferably 1.18 g · cm −3 or less, and particularly preferably 1.15 g · cm −3 or less. If the tap density is below the above range, the packing density is difficult to increase when used as a negative electrode, and a high-capacity battery may not be obtained. On the other hand, when the above range is exceeded, there are too few voids between particles in the electrode, it is difficult to ensure conductivity between the particles, and it may be difficult to obtain preferable battery characteristics.
タップ密度の測定は、目開き300μmの篩を通過させて、20cm3のタッピングセルに試料を落下させてセルの上端面まで試料を満たした後、粉体密度測定器(例えば、セイシン企業社製タップデンサー)を用いて、ストローク長10mmのタッピングを1000回行なって、その時の体積と試料の質量からタップ密度を算出することにより行われる。該測定で算出されるタップ密度を、本発明の黒鉛粒子のタップ密度として定義する。 The tap density is measured by passing a sieve having a mesh opening of 300 μm, dropping the sample onto a 20 cm 3 tapping cell and filling the sample to the upper end surface of the cell, and then measuring a powder density measuring instrument (for example, manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). Using a tap denser, tapping with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the tap density is calculated from the volume at that time and the mass of the sample. The tap density calculated by the measurement is defined as the tap density of the graphite particles of the present invention.
(体積基準平均粒径 (d50))
本発明の黒鉛粒子の体積基準平均粒径(d50)は、レーザー回折・散乱法により求めた体積基準の平均粒径(メジアン径)が、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上、特に好ましくは7μm以上であり、また、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、更に好ましくは40μm以下、特に好ましくは30μm以下である。
(Volume standard average particle diameter (d50))
The volume-based average particle diameter (d50) of the graphite particles of the present invention is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, based on the volume-based average particle diameter (median diameter) determined by the laser diffraction / scattering method. Particularly preferably, it is 7 μm or more, and is usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, and particularly preferably 30 μm or less.
体積基準平均粒径が上記範囲を下回ると、不可逆容量が増大して、初期の電池容量の損失を招くことになる場合がある。また、上記範囲を上回ると、塗布により電極を作製する際に、不均一な塗面になりやすく、電池製作工程上望ましくない場合がある。 If the volume-based average particle size is below the above range, the irreversible capacity may increase, leading to loss of initial battery capacity. On the other hand, when the above range is exceeded, when an electrode is produced by coating, an uneven coating surface tends to be formed, which may be undesirable in the battery production process.
体積基準平均粒径の測定は、界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの0.2質量%水溶液(約10mL)に黒鉛粒子を分散させて、レーザー回折・散乱式粒度分布計(堀場製作所社製LA−700)を用いて行なう。該測定で求められるメジアン径を、本発明の黒鉛粒子の体積基準平均粒径と定義する。 The volume-based average particle size is measured by dispersing graphite particles in a 0.2% by mass aqueous solution (about 10 mL) of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate, which is a surfactant, and laser diffraction / scattering particle size distribution. This is carried out using a meter (LA-700 manufactured by Horiba, Ltd.). The median diameter determined by the measurement is defined as the volume-based average particle diameter of the graphite particles of the present invention.
(X線パラメータ)
本発明の黒鉛粒子の学振法によるX線回折で求めた、その結晶子サイズ(Lc)、(La)は、それぞれ30nm以上であることが好ましく、中でも100nm以上であることが更に好ましい。結晶子サイズがこの範囲であれば、黒鉛粒子に充電可能なリチウム量が多くなり、高容量を得易いので好ましい。
(X-ray parameters)
The crystallite sizes (Lc) and (La) obtained by X-ray diffraction of the graphite particles according to the present invention are preferably 30 nm or more, more preferably 100 nm or more. If the crystallite size is within this range, the amount of lithium that can be charged into the graphite particles increases, and a high capacity is easily obtained, which is preferable.
(配向比)
本発明の黒鉛粒子の粉体の配向比は、通常0.005以上、好ましくは0.01以上、更に好ましくは0.05以上であり、特に好ましくは0.1以上であり、また、通常0.67以下、好ましくは0.5以下、より好ましくは0.4以下である。配向比が小さすぎる、又は上記範囲を下回ると、高密度充放電特性が低下する場合がある。なお、上記範囲の通常の上限は、黒鉛粒子の配向比の理論上限値である。
(Orientation ratio)
The orientation ratio of the graphite particle powder of the present invention is usually 0.005 or more, preferably 0.01 or more, more preferably 0.05 or more, particularly preferably 0.1 or more, and usually 0. .67 or less, preferably 0.5 or less, more preferably 0.4 or less. When the orientation ratio is too small or below the above range, the high-density charge / discharge characteristics may deteriorate. In addition, the normal upper limit of the said range is the theoretical upper limit of the orientation ratio of graphite particles.
配向比は、試料を加圧成型してからX線回折により測定する。試料0.47gを直径17mmの成型機に充填し58.8MN・m-2で圧縮して得た成型体を、粘土を用いて測定用試料ホルダーの面と同一面になるようにセットしてX線回折を測定する。得られた炭素の(110)回折と(004)回折のピーク強度から、(110)回折ピーク強度/(004)回折ピーク強度で表わされる比を算出する。該測定で算出される配向比を、本発明の黒鉛粒子の配向比と定義する。 The orientation ratio is measured by X-ray diffraction after pressure-molding the sample. Set the molded body obtained by filling 0.47 g of the sample into a molding machine with a diameter of 17 mm and compressing it with 58.8 MN · m -2 so that it is flush with the surface of the sample holder for measurement. X-ray diffraction is measured. From the (110) diffraction and (004) diffraction peak intensities of the obtained carbon, a ratio represented by (110) diffraction peak intensity / (004) diffraction peak intensity is calculated. The orientation ratio calculated by the measurement is defined as the orientation ratio of the graphite particles of the present invention.
X線回折測定条件は次の通りである。なお、「2θ」は回折角を示す。
・ターゲット:Cu(Kα線)グラファイトモノクロメーター
・ スリット :
発散スリット=0.5度
受光スリット=0.15mm
散乱スリット=0.5度
・測定範囲及びステップ角度/計測時間:
(110)面:75度≦2θ≦80度 1度/60秒
(004)面:52度≦2θ≦57度 1度/60秒
The X-ray diffraction measurement conditions are as follows. “2θ” indicates a diffraction angle.
・ Target: Cu (Kα ray) graphite monochromator ・ Slit:
Divergence slit = 0.5 degree Light receiving slit = 0.15 mm
Scattering slit = 0.5 degree / measurement range and step angle / measurement time:
(110) plane: 75 degrees ≦ 2θ ≦ 80 degrees 1 degree / 60 seconds (004) plane: 52 degrees ≦ 2θ ≦ 57 degrees 1 degree / 60 seconds
(粒度分布半値幅(log(μm)))
本発明の非水系二次電池用黒鉛粒子の一態様においては、その粒度分布半値幅(log(μm))は、0.3以上であることが好ましい。粒度分布半値幅(log(μm))とは、前記黒鉛粒子のレーザー回折・散乱式粒度分布測定により求められる体積基準の粒度分布(μm)のスペクトルを測定し(縦軸に頻度、横軸に粒径をとる)、その横軸を常用対数(log(μm))で表示したときのスペクトルの半値幅を指す。レーザー回折・散乱式粒度分布測定の方法は、以下の通りである。
(Particle size distribution half width (log (μm)))
In one aspect of the graphite particles for a non-aqueous secondary battery of the present invention, the particle size distribution half width (log (μm)) is preferably 0.3 or more. The particle size distribution half-width (log (μm)) is a volume-based particle size distribution (μm) spectrum obtained by laser diffraction / scattering particle size distribution measurement of the graphite particles (frequency on the vertical axis and frequency on the horizontal axis). The particle size is taken as a half-width of the spectrum when the horizontal axis is expressed in the common logarithm (log (μm)). The method of laser diffraction / scattering particle size distribution measurement is as follows.
ポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの2(容量)%水溶液約1mlに、試料約20mgを加え、これをイオン交換水約200mlに分散させたものを、レーザー回折式粒度分布計(堀場製作所製 LA−920)を用いて体積基準粒度分布を測定する。測定条件は超音波分散1分間、超音波強度2、循環速度2、相対屈折率1.50である。 A laser diffraction particle size distribution analyzer (Horiba, Ltd.) was prepared by adding about 20 mg of a sample to about 1 ml of a 2% (volume) aqueous solution of polyoxyethylene (20) sorbitan monolaurate and dispersing it in about 200 ml of ion-exchanged water. The volume-based particle size distribution is measured using LA-920). The measurement conditions are ultrasonic dispersion for 1 minute, ultrasonic intensity 2, circulation speed 2, and relative refractive index 1.50.
上記のように半値幅が広い、すなわち粒度分布がブロードである黒鉛粒子を使用すると高強度・高電解液浸液性の電極シートを作成することが出来るため、電解液注液性やハンドリング性といった非水系二次電池製造における作業性が向上し、且つ充放電効率、高電流密度充放電特性、低温入出力特性、サイクル特性に優れた非水系二次電池が得られる。 The use of graphite particles with a wide half-value width, that is, a broad particle size distribution as described above, makes it possible to create a high-strength, high-electrolyte-immersible electrode sheet. Workability in the production of non-aqueous secondary batteries is improved, and a non-aqueous secondary battery excellent in charge / discharge efficiency, high current density charge / discharge characteristics, low temperature input / output characteristics, and cycle characteristics is obtained.
なお、本発明の効果を奏する限りこの粒度分布半値幅(log(μm))の上限に制限はないが、上限は通常1.5であり、より好ましくは1、更に好ましくは0.8であり、特に好ましくは0.5である。また、前記粒度分布半値幅(log(μm))は好ましくは0.3以上、更に好ましくは0.33以上、特に好ましくは0.37以上、最も好ましくは0.4以上である。粒度分布半値幅(log(μm))が大きすぎると微粉や粗大粒子の制御が困難となるため、電極作製時に筋引きやスラリー粘度上昇などの工程不都合の発生、非水系二次電池の初期効率及びサイクル特性の低下を招く場合があり、一方小さすぎると電池の高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下及びサイクル特性の低下を招く場合がある。 In addition, as long as the effect of the present invention is exhibited, there is no limit to the upper limit of the particle size distribution half width (log (μm)), but the upper limit is usually 1.5, more preferably 1, and still more preferably 0.8. Particularly preferably 0.5. The particle size distribution half width (log (μm)) is preferably 0.3 or more, more preferably 0.33 or more, particularly preferably 0.37 or more, and most preferably 0.4 or more. If the particle size distribution half-value width (log (μm)) is too large, it becomes difficult to control fine powder and coarse particles, which may cause process inconveniences such as stringing and increased slurry viscosity during electrode preparation, and initial efficiency of non-aqueous secondary batteries. On the other hand, if it is too small, the high current density charge / discharge characteristics of the battery, the low temperature input / output characteristics and the cycle characteristics may be deteriorated.
(粒度分布半値幅(log(μm))/log(d90-d10))
本発明の非水系二次電池用黒鉛粒子は、一態様においては、その粒度分布半値幅(log(μm))を(d90-d10)の常用対数で除した数値(粒度分布半値幅(log(μm))/log(d90-d10))が0.25よりも大きいことが好ましい。
(Particle size distribution half width (log (μm)) / log (d90-d10))
In one embodiment, the graphite particles for a non-aqueous secondary battery of the present invention have a value obtained by dividing the particle size distribution half width (log (μm)) by the common logarithm of (d90-d10) (particle size distribution half width (log ( μm)) / log (d90−d10)) is preferably greater than 0.25.
ここで、d90は前記黒鉛粒子についてレーザー回折・散乱式粒度分布測定により体積基準で測定された小粒子側からの90%積算部の粒径をμm単位で表したものであり、d10は前記黒鉛粒子について同様に測定された小粒子側からの10%積算部の粒径をμm単位で表したものである。 Here, d90 represents the particle diameter of the 90% integration part from the small particle side measured on the volume basis by laser diffraction / scattering particle size distribution measurement for the graphite particles in μm, and d10 represents the graphite particles. The particle diameter of the 10% integration part from the small particle side measured in the same manner for the particles is expressed in μm units.
粒度分布半値幅(log(μm))/log(d90-d10)>0.25であるということは、本発明の黒鉛粒子において粗大粒子、微粉の生成が適正に制御されている状態を表しており、この数値は好ましくは0.26以上、より好ましくは0.31以上、更に好ましくは0.33以上、特に好ましくは0.34以上、最も好ましくは0.4以上であり、通常1以下、好ましくは0.8以下、より好ましくは0.6以下、更に好ましくは0.5以下である。 The particle size distribution half-width (log (μm)) / log (d90-d10)> 0.25 represents a state in which the generation of coarse particles and fine powder is appropriately controlled in the graphite particles of the present invention. The numerical value is preferably 0.26 or more, more preferably 0.31 or more, still more preferably 0.33 or more, particularly preferably 0.34 or more, most preferably 0.4 or more, usually 1 or less, Preferably it is 0.8 or less, More preferably, it is 0.6 or less, More preferably, it is 0.5 or less.
粒度分布半値幅(log(μm))/log(d90-d10)の値が上記範囲から外れると、黒鉛粒子生産効率の低下、筋引きやスラリー粘度上昇などの工程不都合の発生、非水系二次電池の初期効率の低下、高電流密度充放電特性の低下、低温入出力特性の低下及びサイクル特性の低下を招く場合がある。 If the value of the particle size distribution half-width (log (μm)) / log (d90-d10) is out of the above range, the production efficiency of the graphite particles decreases, the occurrence of process inconveniences such as stringing and slurry viscosity increase, non-aqueous secondary There are cases where the initial efficiency of the battery, the high current density charge / discharge characteristics, the low temperature input / output characteristics and the cycle characteristics are deteriorated.
また、d90は通常100μm以下、好ましくは60μm以下、より好ましくは50μm以下、更に好ましくは40μm以下、特に好ましくは30μm以下、最も好ましくは25μm以下、通常10μm以上、好ましくは15μm以上、より好ましくは20μm以上である。d90が小さすぎると電極強度の低下や初期充放電効率の低下を招く場合があり、大きすぎると筋引きなどの工程不都合の発生、電池の高電流密度充放電特性の低下および低温入出力特性の低下を招く場合がある。 Further, d90 is usually 100 μm or less, preferably 60 μm or less, more preferably 50 μm or less, further preferably 40 μm or less, particularly preferably 30 μm or less, most preferably 25 μm or less, usually 10 μm or more, preferably 15 μm or more, more preferably 20 μm. That's it. If d90 is too small, electrode strength and initial charge / discharge efficiency may be reduced. If d90 is too large, process inconveniences such as line drawing may occur, battery high current density charge / discharge characteristics may be reduced, and low temperature input / output characteristics may be reduced. It may cause a decrease.
d10は、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、より好ましくは5μm以上、更に好ましくは6μm以上、通常20μm以下、好ましくは15μm以下、より好ましくは10μm以下、更に好ましくは8μm以下である。d10が小さすぎるとスラリー粘度上昇などの工程不都合の発生、電極強度の低下や初期充放電効率の低下を招く場合があり、大きすぎると電池の高電流密度充放電特性の低下及び低温入出力特性の低下を招く場合がある。 d10 is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, further preferably 6 μm or more, usually 20 μm or less, preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less, and even more preferably 8 μm or less. If d10 is too small, it may cause inconveniences such as an increase in slurry viscosity, decrease in electrode strength and initial charge / discharge efficiency, and if it is too large, decrease in high current density charge / discharge characteristics and low temperature input / output characteristics of the battery. May be reduced.
さらに、d90/d10は、通常2以上、好ましくは2.3以上、更に好ましくは2.6以上、特に好ましくは2.8以上、そして通常5以下、好ましくは4以下である。d90/d10が小さすぎる材料を用いた電極は微細孔が少なく吸液係数が低くなる傾向があり、サイクル特性の低下を招く傾向がある。反対にd90/d10が大きすぎると、微粉もしくは粗粉が多いことを示しており、電極作成工程性の悪化、初期効率の低下を招く傾向がある。 Further, d90 / d10 is usually 2 or more, preferably 2.3 or more, more preferably 2.6 or more, particularly preferably 2.8 or more, and usually 5 or less, preferably 4 or less. An electrode using a material whose d90 / d10 is too small tends to have a small number of fine holes and a low liquid absorption coefficient, and tends to cause a decrease in cycle characteristics. On the other hand, if d90 / d10 is too large, it indicates that there are a lot of fine powders or coarse powders, and there is a tendency to deteriorate the electrode forming processability and the initial efficiency.
<黒鉛粒子の形態>
本発明の黒鉛粒子の形態は、特に限定はされないが、球状、回転楕円体状、塊状、板状、多角形状などが挙げられ、中でも球状、回転楕円体状、塊状、多角形状が負極とした時に粒子の充填性を向上することができるので好ましい。
<Form of graphite particles>
The form of the graphite particles of the present invention is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a spheroid shape, a lump shape, a plate shape, and a polygonal shape. Among these, a spherical shape, a spheroid shape, a lump shape, and a polygonal shape are used as a negative electrode. It is sometimes preferable because the packing property of the particles can be improved.
また、本発明の黒鉛粒子の表面形態は、特に限定はされないが、後述の図2のSEM写真に示す様に凹凸構造を有することが好ましい。凹凸構造としては、例えば、(1)球状や回転楕円体状などの粒子表面に穴が開いた凹部構造や、(2)球状や回転楕円体状などの粒子表面に微粒子が結着した凸部構造などが挙げられる。粒子表面に凹凸構造を有すると、高密度の負極とした場合でも非水系電解液の浸入可能な空隙が確保できるので、サイクル特性の向上が期待できる。 Moreover, the surface form of the graphite particles of the present invention is not particularly limited, but preferably has a concavo-convex structure as shown in the SEM photograph of FIG. Examples of the concavo-convex structure include, for example, (1) a concave structure in which a hole is formed in the surface of a particle such as a sphere or a spheroid, or (2) a convex portion in which fine particles are bound to the particle surface such as a sphere or a spheroid Examples include the structure. When the particle surface has a concavo-convex structure, even when a high-density negative electrode is formed, a void into which a nonaqueous electrolytic solution can enter can be secured, so that improvement in cycle characteristics can be expected.
また、凹凸構造の大きさは、特に限定はされないが、円形の面積に換算した場合、0.1μm〜4μm程度の直径に相当することが好ましい。凹凸構造の大きさがこの範囲であれば、高密度の負極とした場合でも非水系電解液の浸入可能な空隙が確保できるので、サイクル特性の向上が期待できる。 The size of the concavo-convex structure is not particularly limited, but preferably corresponds to a diameter of about 0.1 μm to 4 μm when converted into a circular area. When the size of the concavo-convex structure is within this range, even when the negative electrode has a high density, it is possible to secure a void into which the non-aqueous electrolyte solution can enter, so that improvement in cycle characteristics can be expected.
<黒鉛粒子の製造方法>
次に、本発明の黒鉛粒子の製造方法について説明する。前記黒鉛粒子は、上記性状を具備していればどのような製法で作製しても問題なく、また1種類の黒鉛粒子により構成しても、複数の黒鉛粒子を混合して構成してもよい。本発明の黒鉛粒子の製造方法は、特に限定はされないが、次の(I)から(IV)に示す方法などが挙げられる。
<Method for producing graphite particles>
Next, the manufacturing method of the graphite particle of this invention is demonstrated. The graphite particles may be produced by any method as long as they have the above properties, and may be composed of one kind of graphite particles or a mixture of a plurality of graphite particles. . Although the manufacturing method of the graphite particle of this invention is not specifically limited, The method shown to following (I) to (IV) etc. are mentioned.
<単一の炭素材で構成する場合>
本発明の黒鉛粒子には特に制限はないが、炭素質物で被覆された複層構造黒鉛粒子であること、中でも非晶質炭素又は黒鉛質物で被覆された複層構造黒鉛粒子であることが好ましく、原料黒鉛と原料有機物を混合し焼成することで得られる非晶質炭素で被覆された複層構造黒鉛粒子、あるいは原料黒鉛と原料有機物を混合し焼成することで得られる黒鉛質物で被覆された複層構造黒鉛粒子であることが好ましい。
<When configured with a single carbon material>
The graphite particles of the present invention are not particularly limited, but are preferably multi-layered graphite particles coated with a carbonaceous material, and more preferably multi-layered graphite particles coated with amorphous carbon or a graphite material. , Coated with amorphous graphite coated with amorphous carbon obtained by mixing and firing raw material graphite and raw material organic material, or coated with graphite material obtained by mixing and firing raw material graphite and raw material organic material It is preferably a multilayer structure graphite particle.
(製造方法(I))
上記黒鉛粒子の形態(1)及び/又は(2)を形成する方法としては、少なくとも原料黒鉛を粗面化させる工程1と、粗面化した原料黒鉛と原料有機物を混合する工程2と、得られた混合物を焼成する工程3とからなる製造方法が挙げられる。また、焼成後必要により粉砕分級を行うこともある。
(Production method (I))
As a method of forming the above-mentioned graphite particle form (1) and / or (2), at least the step 1 of roughening the raw material graphite, the step 2 of mixing the roughened raw material graphite and the raw material organic matter, and obtaining The manufacturing method which consists of the process 3 which bakes the obtained mixture is mentioned. Further, pulverization and classification may be performed as necessary after firing.
(製造方法(II))
上記黒鉛粒子の形態(2)を主に形成する方法としては、球状や回転楕円体状などの核となる大粒子と、板状や鱗片状などの核粒子表面に結着し凸部構造を形成する微粒子とからなる二種類以上の複数の原料黒鉛(混合物)を用い、少なくとも原料黒鉛と原料有機物を混合する工程と、焼成する工程とから少なくともなる製造方法が挙げられる。また、焼成後必要により粉砕分級を行うこともある。
(Production method (II))
As a method of mainly forming the form (2) of the graphite particles, a convex structure is formed by binding to the surface of a core particle such as a spherical shape or a spheroidal shape and a core particle shape such as a plate shape or a scale shape. A production method comprising at least a step of mixing raw material graphite and a raw material organic material and a firing step using two or more types of raw material graphite (mixture) composed of fine particles to be formed is mentioned. Further, pulverization and classification may be performed as necessary after firing.
前記(I)、(II)の製造方法の中では、製造方法(I)が凹凸構造を形成し易く好ましい。 Among the manufacturing methods (I) and (II), the manufacturing method (I) is preferable because it can easily form an uneven structure.
(製造方法(III))
上記粒度分布半値幅(log(μm))を満たす本発明の黒鉛粒子を形成する方法としては、粉砕、分級処理により粒径(d50)の異なる鱗片状黒鉛を製造する工程1と、工程1で製造した鱗片状黒鉛である小粒径品(例えば、平均粒径(d50)が5〜50μm)から大粒径品(例えば、平均粒径(d50)が51〜500μm)まで球形化装置に順に逐次的に投入しながら球形化処理を行う工程2とから少なくともなる製造方法が挙げられる。
(Production method (III))
As a method of forming the graphite particles of the present invention satisfying the above half-value width of particle size distribution (log (μm)), step 1 and step 1 for producing flake graphite having different particle sizes (d50) by pulverization and classification From the small particle size product (for example, the average particle size (d50) is 5 to 50 μm) to the large particle size product (for example, the average particle size (d50) is 51 to 500 μm), which is the flaky graphite produced, in order to the spheronizer A production method comprising at least step 2 in which spheronization is performed while being sequentially added.
(原料黒鉛)
上記製造方法(I)及び(II)に使用される原料黒鉛は、黒鉛化されている(若しくは2300℃以上の温度で焼成することにより黒鉛化する)炭素粒子であれば特に限定はないが、その例として天然黒鉛、人造黒鉛、並びにコークス粉、ニードルコークス粉、樹脂の黒鉛化物(若しくは黒鉛化可能な炭素物)の粉体等が挙げられる。これらのうち、天然黒鉛は加工がし易いので好ましい。
(Raw material graphite)
The raw material graphite used in the production methods (I) and (II) is not particularly limited as long as it is graphitized (or graphitized by firing at a temperature of 2300 ° C. or higher), Examples thereof include natural graphite, artificial graphite, coke powder, needle coke powder, resin graphitized (or graphitizable carbon) powder, and the like. Of these, natural graphite is preferable because it is easy to process.
原料黒鉛の粒子の形態としては、特に限定はされないが、球状、回転楕円体状、塊状、板状、鱗片状、多角形状などが挙げられ、製造方法(I)や(II)で用いられる球状、回転楕円体状、塊状、多角形状が黒鉛粒子とした時に粒子の充填性を向上することができるので好ましい。更に製造方法(I)に於いて、球状若しくは回転楕円体状に球形化した天然黒鉛を用いると前記効果が得られ易く好ましい。 The form of the raw material graphite particles is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a spheroid shape, a lump shape, a plate shape, a scale shape, and a polygonal shape, and are used in the production methods (I) and (II). When the spheroid shape, the lump shape, and the polygonal shape are graphite particles, the particle filling property can be improved, which is preferable. Further, in the production method (I), it is preferable to use natural graphite spheroidized into a spherical shape or a spheroid shape because the above-mentioned effect can be easily obtained.
製造方法(I)や(II)で用いられる球状、回転楕円体状の黒鉛を得る為の装置としては、例えば、衝撃力を主体に粒子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粒子に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、内部に導入された黒鉛に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、表面処理を行なう装置が好ましい。また、炭素材料を循環させることによって機械的作用を繰り返して与える機構を有するものであるのが好ましい。 As an apparatus for obtaining spherical or spheroid graphite used in the production methods (I) and (II), for example, compression, friction, shearing force, etc. including the interaction of particles mainly with impact force. An apparatus that repeatedly gives mechanical action to the particles can be used. Specifically, it has a rotor with a large number of blades installed inside the casing, and when the rotor rotates at high speed, mechanical effects such as impact compression, friction, shearing force, etc. are applied to the graphite introduced inside. An apparatus that provides and performs surface treatment is preferred. Moreover, it is preferable to have a mechanism that repeatedly gives mechanical action by circulating the carbon material.
好ましい装置として、例えば、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロン(アーステクニカ社製)、CFミル(宇部興産社製)、メカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン社製)、シータコンポーザ(徳寿工作所社製)等が挙げられる。これらの中で、奈良機械製作所社製のハイブリダイゼーションシステムが好ましい。 Preferred devices include, for example, a hybridization system (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), a kryptron (manufactured by Earth Technica), a CF mill (manufactured by Ube Industries), a mechano-fusion system (manufactured by Hosokawa Micron), and a theta composer (Tokuju Kosakusho). Etc.). Among these, a hybridization system manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. is preferable.
球状、若しくは回転楕円体状黒鉛は、上記の表面処理による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る、もしくは周囲エッジ部分が球形粉砕されることにより球状とされた母体粒子に、粉砕により生じた主に5μm以下の微粉が付着してなり、表面処理後の黒鉛粒子の表面官能基O/Cが通常0.5%以上10%以下、好ましくは1%以上4%以下となる条件で、球形化処理を行うことにより製造される。この際には、機械処理のエネルギーにより黒鉛表面の酸化反応を進行させ、黒鉛表面に酸性官能基を導入することができるよう、活性雰囲気下で行うことが好ましい。例えば前述の装置を用いて処理する場合は、回転するローターの周速度を通常30〜100m/sec、40〜100m/secにするのが好ましく、50〜100m/secにするのがより好ましい。また、処理は、単に黒鉛を通過させるだけでも可能であるが、30秒以上装置内を循環又は滞留させて処理するのが好ましく、1分以上装置内を循環又は滞留させて処理するのがより好ましい。製造方法(II)で用いられる板状、若しくは鱗片状の黒鉛を得る為の装置としては、例えば、衝撃力を主体に粒子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粒子に与える装置を用いることができる。具体的にはジェットミル、ハンマーミル、ピンミル、ターボミル、パルベライザーなどが挙げられる。 Spherical or spheroidal graphite is formed into base particles that are made spherical by applying the spheroidizing step by the surface treatment described above, whereby the scale-like natural graphite is folded or the peripheral edge portion is spherically pulverized. The surface functional group O / C of the surface-treated graphite particles is usually 0.5% or more and 10% or less, preferably 1% or more and 4% or less. It manufactures by performing a spheronization process on the conditions which become. In this case, it is preferable to carry out in an active atmosphere so that the oxidation reaction of the graphite surface can be advanced by the energy of mechanical treatment and acidic functional groups can be introduced into the graphite surface. For example, when processing using the above-mentioned apparatus, the peripheral speed of the rotating rotor is usually preferably 30 to 100 m / sec, preferably 40 to 100 m / sec, and more preferably 50 to 100 m / sec. Further, the treatment can be performed simply by passing graphite, but it is preferable to circulate or stay in the apparatus for 30 seconds or more, and it is more preferable to circulate or stay in the apparatus for 1 minute or more. preferable. As an apparatus for obtaining plate-like or scale-like graphite used in the production method (II), for example, mechanical action such as compression, friction, shearing force including particle interaction mainly including impact force is performed. A device for feeding particles can be used. Specific examples include a jet mill, a hammer mill, a pin mill, a turbo mill, and a pulverizer.
(原料黒鉛の粒径)
上記原料黒鉛の体積基準平均粒径は、特に限定はされないが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上、特に好ましくは7μm以上であり、また、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、更に好ましくは40μm以下、特に好ましくは30μm以下である。
(Particle size of raw graphite)
The volume-based average particle diameter of the raw material graphite is not particularly limited, but is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, particularly preferably 7 μm or more, and usually 100 μm or less, preferably 50 μm or less. More preferably, it is 40 μm or less, particularly preferably 30 μm or less.
黒鉛粒子の製造方法(I)、(II)で用いられる球状、若しくは回転楕円体状などの粒子の場合、体積基準平均粒径は通常5μm以上、好ましくは7μm以上、更に好ましくは10μm以上であり、また通常50μm以下、好ましくは40μm以下、更に好ましくは30μm以下である。 In the case of spherical or spheroidal particles used in the graphite particle production methods (I) and (II), the volume-based average particle diameter is usually 5 μm or more, preferably 7 μm or more, more preferably 10 μm or more. Also, it is usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less.
また、黒鉛粒子の製造方法(II)で用いられる板状、鱗片状、塊状などの微粒子の場合、体積基準平均粒径は通常1μm以上、好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上、また通常20μm以下、好ましくは15μm以下、更に好ましくは10μm以下である。 Further, in the case of fine particles such as plate, scale, and lump used in the method (II) for producing graphite particles, the volume-based average particle size is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and usually 20 μm. Hereinafter, it is preferably 15 μm or less, more preferably 10 μm or less.
原料黒鉛の粒径がこの範囲にあれば、黒鉛粒子とした場合に、粒子表面に凹凸構造を形成し易く好ましい。 If the particle size of the raw material graphite is within this range, it is preferable to form a concavo-convex structure on the particle surface when the graphite particles are used.
(原料黒鉛の粗面化(製造方法(I)における工程1))
上記原料黒鉛の粗面化工程とは、原料黒鉛の表面に凹凸構造を付与する工程を指す。粗面化工程で用いられる方法は、原料黒鉛の表面に凹凸構造を付与できれば特に限定はされないが、例えば、原料黒鉛に圧縮、摩擦、せん断力等の機械的エネルギー(例えば粉砕)を加えることにより、表面に凹凸構造を付与する方法などがあり、乾式状態で行なっても湿式状態で行なっても構わない。下記により具体的な例として、原料黒鉛の表面に凹凸構造を付与する方法を列挙する。
(Roughening raw material graphite (Step 1 in production method (I)))
The roughening step of the raw material graphite refers to a step of imparting an uneven structure to the surface of the raw material graphite. The method used in the roughening step is not particularly limited as long as the surface of the raw graphite can be provided with a concavo-convex structure. For example, by adding mechanical energy (for example, pulverization) such as compression, friction, and shear force to the raw graphite. There is a method of imparting a concavo-convex structure to the surface, and it may be performed in a dry state or a wet state. As specific examples below, methods for imparting a concavo-convex structure to the surface of raw graphite are listed.
(i)乾式状態で粗面化工程を行う場合
乾式状態での粗面化を行う方法においては、例えば、ピンミル(槇野産業社製)、ターボミル(ターボ工業社製)、クリプトロンオーブ(アーステクニカ社製)、ジェットミル(日本ニューマチック社製)などの粉砕装置を用いることができる。中でもローターとステーターからなるターボミル等の粉砕装置を用いるのが生産性を向上できるので好ましい。
(I) When performing a roughening process in a dry state In a method for roughening in a dry state, for example, a pin mill (manufactured by Hadano Sangyo Co., Ltd.), a turbo mill (manufactured by Turbo Industrial Co., Ltd.), a kryptron orb (earth technica) Etc.) and a pulverizer such as a jet mill (manufactured by Nippon Pneumatic Co., Ltd.) can be used. Among them, it is preferable to use a crusher such as a turbo mill composed of a rotor and a stator because productivity can be improved.
乾式状態での粉砕速度は、使用する装置により異なるが、原料黒鉛が球状若しくは回転楕円体状である場合には、使用する粉砕装置のローターの形状及び回転数等を適宜選択して、以下の式で算出されるローターの周速度を50m/sec以上に設定することが好ましく、80m/sec以上に設定することがより好ましく、100m/sec以上に設定することがさらに好ましい。なお、上限値としては、通常300m/sec以下である。 The pulverization speed in the dry state varies depending on the apparatus to be used, but when the raw material graphite is spherical or spheroid, select the shape and rotational speed of the rotor of the pulverizer to be used as appropriate, and The rotor peripheral speed calculated by the equation is preferably set to 50 m / sec or more, more preferably set to 80 m / sec or more, and further preferably set to 100 m / sec or more. The upper limit is usually 300 m / sec or less.
周速度(m/sec)=粗面化装置のローターの直径×3.14÷回転数 Peripheral speed (m / sec) = Roughening device rotor diameter × 3.14 ÷ Rotation speed
使用する粉砕装置のローター及び/又はステーターは、上記周速度を設定できるものであれば具体的な形状は特に限定されないが、ローターとしてはブレードを有するものが、ステーターとしては溝があるものが好ましい。 The rotor and / or stator of the crusher to be used is not particularly limited as long as the peripheral speed can be set, but the rotor has blades, and the stator preferably has grooves. .
粉砕速度が速すぎると微粉が多く発生する可能性があり、粗面化した原料黒鉛と原料有機物を混合し、2300℃以上の温度で焼成しても、得られた黒鉛粒子の比表面積が大きくなり易く、非水系二次電池において負極と電解液との反応性が抑制できず、初期効率やサイクル特性が悪化する虞がある。また、この粉砕速度よりも遅すぎると粗面化の効果が現れ難く、初期効率やサイクル特性を向上し難い傾向がある。 If the pulverization speed is too high, a lot of fine powder may be generated. Even if the roughened raw material graphite and the raw material organic material are mixed and fired at a temperature of 2300 ° C. or higher, the specific surface area of the obtained graphite particles is large. In the non-aqueous secondary battery, the reactivity between the negative electrode and the electrolytic solution cannot be suppressed, and the initial efficiency and cycle characteristics may be deteriorated. On the other hand, if it is slower than this pulverization rate, the effect of roughening hardly appears, and it tends to be difficult to improve the initial efficiency and cycle characteristics.
粉砕時の原料の投入速度は、通常10kg/hr以上、好ましくは50kg/hr以上、より好ましくは100kg/hr以上、更に好ましくは200kg/hr以上である。また、通常1000kg/hr以下、好ましくは700kg/hr以下、より好ましくは500kg/hr以下である。 The raw material charging speed at the time of pulverization is usually 10 kg / hr or more, preferably 50 kg / hr or more, more preferably 100 kg / hr or more, and further preferably 200 kg / hr or more. Moreover, it is 1000 kg / hr or less normally, Preferably it is 700 kg / hr or less, More preferably, it is 500 kg / hr or less.
投入速度が速すぎると機械的エネルギーが原料黒鉛に付与され難くなり、粗面化の効果が現れ難く、初期効率やサイクル特性を向上し難い傾向がある。また、この投入速度よりも遅すぎると生産性が低下する虞がある。 If the charging speed is too high, mechanical energy is hardly imparted to the raw material graphite, the effect of roughening is difficult to appear, and the initial efficiency and cycle characteristics tend to be difficult to improve. Further, if it is slower than the charging speed, the productivity may be lowered.
(ii)湿式状態で粗面化工程を行う場合
湿式状態での粗面化を行う方法としては、具体的には、超音波ホモジナイザー、超音波洗浄器などが挙げられる。
(Ii) When performing the roughening process in a wet state Specific examples of the method for performing the roughening process in a wet state include an ultrasonic homogenizer and an ultrasonic cleaner.
原料黒鉛の分散媒としては、水、アルコール類が量産の点で好ましく、適宜、粉砕助剤粒子などを混合することもよい。さらに、撹拌翼でせん断力を与えるような機械的エネルギーと組み合わせるとより有効である。 As a dispersion medium of raw material graphite, water and alcohols are preferable from the viewpoint of mass production, and pulverization aid particles and the like may be appropriately mixed. Furthermore, it is more effective when combined with mechanical energy that gives a shearing force with a stirring blade.
例えば、超音波洗浄器を用いた場合については以下のように行う。原料黒鉛とイオン交換水を所定の質量比で混合した後、混合液を撹拌しながら、超音波照射を施した後に乾燥する。 For example, when an ultrasonic cleaner is used, it is performed as follows. After mixing raw material graphite and ion exchange water at a predetermined mass ratio, the mixture is stirred and then subjected to ultrasonic irradiation and then dried.
超音波照射を施す際に、短時間に泡の発生と消滅を発生させるように行うことが好ましい。 When ultrasonic irradiation is performed, it is preferable to generate and disappear bubbles in a short time.
周波数は、通常10Hz〜50000Hz、好ましくは、20Hz〜40000Hz、より好ましくは、30Hz〜30000Hzである。 The frequency is usually 10 Hz to 50000 Hz, preferably 20 Hz to 40000 Hz, and more preferably 30 Hz to 30000 Hz.
出力は、通常10W〜30000W、好ましくは、20W〜20000W、より好ましくは、30W〜16000Wである。 The output is normally 10 W to 30000 W, preferably 20 W to 20000 W, and more preferably 30 W to 16000 W.
超音波照射時間は、通常30秒〜20時間、好ましくは60秒〜10時間、より好ましくは120秒以上〜3時間であり、この時間が短いと当該処理効果が十分に得られない傾向があり、長すぎると粒子破壊が促進されて、電池特性が著しく低下する上に、量産性が低下する傾向がある。 The ultrasonic irradiation time is usually from 30 seconds to 20 hours, preferably from 60 seconds to 10 hours, more preferably from 120 seconds to 3 hours. If this time is short, the treatment effect tends to be insufficient. If the length is too long, particle destruction is promoted, battery characteristics are remarkably lowered, and mass productivity tends to be lowered.
原料黒鉛とイオン交換水の混合において、質量比1:1.1から1:30が好ましい。好ましくは1:20、さらに好ましくは1:10である。1:30よりも希薄となると、生産性が低下する傾向がある。逆に1:1.1以下の濃厚液となると、攪拌することが困難である。 In mixing raw material graphite and ion-exchanged water, a mass ratio of 1: 1.1 to 1:30 is preferable. Preferably it is 1:20, More preferably, it is 1:10. When it becomes thinner than 1:30, the productivity tends to decrease. Conversely, when it becomes a concentrated liquid of 1: 1.1 or less, it is difficult to stir.
原料黒鉛と、イオン交換水の混合に際して、界面活性剤を使用することも可能である。界面活性剤としては、一般的な市販品が選択可能である。また、原料黒鉛をアルコール類、例えばエタノールや、イソプロピルアルコールなどで湿潤させた後に、混合することも分散性向上に有効である。 In mixing raw material graphite and ion-exchanged water, a surfactant can be used. As the surfactant, a general commercial product can be selected. It is also effective for improving the dispersibility to mix the raw graphite after wetting it with an alcohol such as ethanol or isopropyl alcohol.
乾燥は、棚乾燥が簡便であるが、攪拌しながら乾燥可能な機種や、焼成炉を使用することもできる。
乾燥温度は、110℃以上であればよく、必要に応じて選択できる。
For drying, shelf drying is simple, but a model that can be dried while stirring or a baking furnace can also be used.
The drying temperature should just be 110 degreeC or more, and can be selected as needed.
原料黒鉛に対して、改質処理を施してもよい。例えば、コールタールピッチ、樹脂などを被覆して熱処理するか、単に熱処理することも有効である。また、追加工程として、再粉砕処理を施すことも有効である。 You may perform a modification | reformation process with respect to raw material graphite. For example, it is effective to coat coal tar pitch, resin, etc. and heat-treat, or simply heat-treat. Further, it is also effective to perform a regrinding process as an additional step.
(原料有機物)
上記製造方法(I)及び(II)に使用される原料有機物は、焼成によって黒鉛化が可能な炭素質物であれば特に限定はなく、石炭系重質油、直流系重質油、分解系石油重質油、芳香族炭化水素、N環化合物、S環化合物、ポリフェニレン、有機合成高分子、天然高分子、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂からなる群より選ばれた炭化可能な有機物などが挙げられる。また、原料有機物は混合時の粘度を調整するため、低分子有機溶媒に溶解させて用いてもよい。
(Raw organic material)
The raw material organic material used in the above production methods (I) and (II) is not particularly limited as long as it is a carbonaceous material that can be graphitized by firing. Coal heavy oil, DC heavy oil, cracked petroleum Examples include heavy oil, aromatic hydrocarbon, N ring compound, S ring compound, polyphenylene, organic synthetic polymer, natural polymer, carbonizable organic substance selected from the group consisting of thermoplastic resin and thermosetting resin. It is done. Moreover, in order to adjust the viscosity at the time of mixing, a raw material organic substance may be used by dissolving in a low molecular organic solvent.
石炭系重質油としては、軟ピッチから硬ピッチまでのコールタールピッチ、乾留液化油等が好ましく、直流系重質油としては、常圧残油、減圧残油等が好ましく、分解系石油重質油としては、原油、ナフサ等の熱分解時に副生するエチレンタール等が好ましく、芳香族炭化水素としては、アセナフチレン、デカシクレン、アントラセン、フェナントレン等が好ましく、N環化合物としては、フェナジン、アクリジン等が好ましく、S環化合物としては、チオフェン、ビチオフェン等が好ましく、ポリフェニレンとしては、ビフェニル、テルフェニル等が好ましく、有機合成高分子としては、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、これらのものの不溶化処理品、ポリアクリロニトリル、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリスチレン等が好ましく、天然高分子としては、セルロース、リグニン、マンナン、ポリガラクトウロン酸、キトサン、サッカロース等の多糖類等が好ましく、熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド等が好ましく、熱硬化性樹脂としては、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、イミド樹脂等が好ましい。 As coal-based heavy oil, coal tar pitch from dry pitch to hard pitch, dry distillation liquefied oil, etc. are preferable, and as DC heavy oil, normal pressure residual oil, reduced pressure residual oil, etc. are preferable, cracked petroleum heavy oil, etc. The crude oil is preferably ethylene tar or the like by-produced during thermal decomposition of crude oil, naphtha, etc., and the aromatic hydrocarbon is preferably acenaphthylene, decacyclene, anthracene, phenanthrene, etc., and the N-ring compound is phenazine, acridine, etc. Preferably, the S ring compound is preferably thiophene, bithiophene, etc., the polyphenylene is preferably biphenyl, terphenyl, etc., and the organic synthetic polymer is polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, insolubilization treatment thereof. Products, polyacrylonitrile, polypyrrole, polythiophene Polystyrene, etc. are preferred, natural polymers are preferably polysaccharides such as cellulose, lignin, mannan, polygalacturonic acid, chitosan, saccharose, etc., and thermoplastic resins are preferably polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, etc. As the curable resin, a furfuryl alcohol resin, a phenol-formaldehyde resin, an imide resin or the like is preferable.
また、低分子有機溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、キノリン、n−へキサン等が好ましい。 Moreover, as a low molecular organic solvent, benzene, toluene, xylene, quinoline, n-hexane, etc. are preferable.
(混合工程)
上記製造方法(I)及び(II)に於ける原料黒鉛と原料有機物を混合する方法は、特に限定はされないが、一般的な混合装置を用いて前記混合を実施することができる。具体的にはミキサー、ニーダー、二軸混練機などが挙げられる。混合工程では、前述の通り、混合時の粘度を調整する為に低分子有機溶媒で溶解、若しくは希釈した原料有機物を用いてもよいし、加熱することにより原料有機物の粘度を調節してもよい。また、原料黒鉛と原料有機物の混合比(質量比)は、使用する原料黒鉛や原料有機物の種類によって適宜選択されるものであり、原料黒鉛100質量部に対する原料有機物の量は特に制限されないが、通常5質量部以上、好ましくは10質量部以上、より好ましくは20質量部以上であり、通常50質量部以下、好ましくは40質量部以下、より好ましくは35質量部以下である。
(Mixing process)
The method of mixing the raw material graphite and the raw material organic material in the production methods (I) and (II) is not particularly limited, but the mixing can be performed using a general mixing apparatus. Specific examples include a mixer, a kneader, and a twin-screw kneader. In the mixing step, as described above, in order to adjust the viscosity at the time of mixing, a raw material organic material dissolved or diluted with a low molecular organic solvent may be used, or the viscosity of the raw material organic material may be adjusted by heating. . Moreover, the mixing ratio (mass ratio) of the raw material graphite and the raw material organic material is appropriately selected depending on the type of the raw material graphite and the raw material organic material to be used, and the amount of the raw material organic material with respect to 100 parts by mass of the raw material graphite is not particularly limited. Usually 5 parts by mass or more, preferably 10 parts by mass or more, more preferably 20 parts by mass or more, and usually 50 parts by mass or less, preferably 40 parts by mass or less, more preferably 35 parts by mass or less.
(焼成工程)
上記製造方法(I)及び(II)に於ける原料黒鉛と原料有機物の混合物を焼成する方法は、特に限定はされないが、揮発分を除去する炭化工程と本熱処理工程とからなる。
(Baking process)
The method for firing the mixture of the raw material graphite and the raw material organic material in the production methods (I) and (II) is not particularly limited, but comprises a carbonization step for removing volatile components and a main heat treatment step.
揮発分を除去する炭化工程としては、通常600℃以上、好ましくは650℃以上で、通常1300℃以下、好ましくは1100℃以下の温度で、通常0.1時間〜10時間行う。加熱は、酸化を防止するために、通常、窒素、アルゴン等不活性ガスの流通下又はブリーズ、パッキングコークス等の粒状炭素材料を間隙に充填した非酸化性雰囲気で行う。 The carbonization step for removing volatile components is usually performed at a temperature of 600 ° C. or higher, preferably 650 ° C. or higher, usually 1300 ° C. or lower, preferably 1100 ° C. or lower, usually for 0.1 hour to 10 hours. In order to prevent oxidation, heating is usually performed in a non-oxidizing atmosphere in which an inert gas such as nitrogen or argon is circulated or a granular carbon material such as breeze or packing coke is filled in the gap.
揮発分を除去する炭化工程に用いる設備は、例えば、シャトル炉、トンネル炉、リードハンマー炉、ロータリーキルン、オートクレーブ等の反応槽、コーカー(コークス製造の熱処理槽)、電気炉やガス炉等、非酸化性雰囲気で焼成可能な設備であれば特に限定されない。加熱時の昇温速度は揮発分の除去のために低速であることが望ましく、通常、低沸分の揮発が始まる200℃付近から水素の発生のみとなる700℃近傍までを、3〜100℃/hrで昇温する。処理時には、必要に応じて攪拌を行なってもよい。 The equipment used for the carbonization process to remove volatiles is, for example, non-oxidizing reactors such as shuttle furnaces, tunnel furnaces, lead hammer furnaces, rotary kilns, autoclaves, cokers (heat treatment tanks for coke production), electric furnaces, gas furnaces, etc. The equipment is not particularly limited as long as it can be fired in an acidic atmosphere. The heating rate during heating is desirably a low speed for removing volatile components. Usually, from about 200 ° C. where low-boiling components start to volatilize to about 700 ° C. where only hydrogen is generated, 3-100 ° C. The temperature is raised at / hr. During the treatment, stirring may be performed as necessary.
炭化工程により得られた炭化物に対して、次いで高温で加熱して本熱処理を行う。非晶質炭素で被覆された複層構造黒鉛粒子を製造する場合には、非酸化性雰囲気で通常600℃以上、好ましくは800℃以上、より好ましくは900℃以上、更に好ましくは1000℃以上、通常2600℃以下、好ましくは2200℃以下、より好ましくは1800℃以下、更に好ましくは1500℃以下で焼成すればよく、黒鉛質物で被覆された複層構造黒鉛粒子を製造する場合には、非酸化性雰囲気で通常2300℃以上、好ましくは2600℃以上、更に好ましくは2800℃以上で加熱する。また、加熱温度が高過ぎると、黒鉛の昇華が顕著となるので、3300℃以下が好ましい。加熱は、原料有機物及び原料黒鉛が、被覆複層構造の黒鉛となるまでの時間行えばよく、通常1〜24時間である。 Next, the carbide obtained by the carbonization step is heated at a high temperature to perform the main heat treatment. When producing multi-layer graphite particles coated with amorphous carbon, it is usually 600 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher, more preferably 900 ° C. or higher, more preferably 1000 ° C. or higher, in a non-oxidizing atmosphere. Usually, it may be fired at 2600 ° C. or less, preferably 2200 ° C. or less, more preferably 1800 ° C. or less, more preferably 1500 ° C. or less. In a neutral atmosphere, usually at 2300 ° C. or higher, preferably 2600 ° C. or higher, more preferably 2800 ° C. or higher. Moreover, since the sublimation of graphite will become remarkable when heating temperature is too high, 3300 degrees C or less is preferable. The heating may be performed for a period of time until the raw material organic material and the raw material graphite become graphite having a coated multilayer structure, and is usually 1 to 24 hours.
黒鉛化時の雰囲気は、酸化を防止するため、窒素、アルゴン等の不活性ガスの流通下又はブリーズ、パッキングコークス等の粒状炭素材料を間隙に充填した非酸化性雰囲気下で行う。黒鉛化に用いる設備は、電気炉やガス炉、電極材用アチソン炉等、上記の目的に添うものであれば特に限定されず、昇温速度、冷却速度、熱処理時間等は使用する設備の許容範囲で任意に設定することができる。 In order to prevent oxidation, the atmosphere during graphitization is performed under a non-oxidizing atmosphere in which an inert gas such as nitrogen or argon is circulated or a granular carbon material such as breeze or packing coke is filled in the gap. The equipment used for graphitization is not particularly limited as long as it meets the above purpose, such as an electric furnace, a gas furnace, an electrode material Atchison furnace, etc. The heating rate, cooling rate, heat treatment time, etc. are acceptable for the equipment used. It can be set arbitrarily within the range.
(その他の工程)
前記焼成物を必要に応じて粉砕、解砕、磨砕、分級処理等の粉体加工をする。粉砕に用いる装置に特に制限はないが、例えば、粗粉砕機としてはせん断式ミル、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、中間粉砕機としてはロールクラッシャー、ハンマーミル等が挙げられ、微粉砕機としてはボールミル、振動ミル、ピンミル、攪拌ミル、ジェットミル等が挙げられる。
(Other processes)
The fired product is subjected to powder processing such as pulverization, pulverization, grinding, and classification as required. There are no particular restrictions on the apparatus used for pulverization, for example, the coarse pulverizer includes a shearing mill, jaw crusher, impact crusher, cone crusher, etc., and the intermediate pulverizer includes a roll crusher, hammer mill, etc. Examples of the fine pulverizer include a ball mill, a vibration mill, a pin mill, a stirring mill, and a jet mill.
分級処理に用いる装置としては特に制限はないが、例えば、乾式篩い分けの場合は、回転式篩い、動揺式篩い、旋動式篩い、振動式篩い等を用いることができ、乾式気流式分級の場合は、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)を用いることができ、また、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を用いることができる。 There is no particular limitation on the apparatus used for classification, but for example, in the case of dry sieving, a rotary sieving, a swaying sieving, a rotating sieving, a vibrating sieving, etc. can be used. In this case, gravity classifier, inertial classifier, centrifugal classifier (classifier, cyclone, etc.) can be used, wet sieving, mechanical wet classifier, hydraulic classifier, sedimentation classifier A centrifugal wet classifier or the like can be used.
(製造方法(III)について)
上記製造方法(III)における工程1及び2の詳細は以下の通りである。
(About production method (III))
The details of steps 1 and 2 in the production method (III) are as follows.
工程1の粉砕処理に用いる装置に特に制限はないが、例えば、粗粉砕機としてはせん断式ミル、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、中間粉砕機としてはロールクラッシャー、ハンマーミル等が挙げられ、微粉砕機としてはボールミル、振動ミル、ピンミル、攪拌ミル、ジェットミル等が挙げられる。適宜、分級処理を施して、粒径の異なる鱗片状黒鉛を製造する。そして、工程1で得られた鱗片状黒鉛に、工程2の処理を施す。 The apparatus used for the pulverization process in step 1 is not particularly limited. Examples of the coarse pulverizer include a shearing mill, a jaw crusher, an impact crusher, and a cone crusher. Examples of the intermediate pulverizer include a roll crusher and a hammer mill. Examples of the pulverizer include a ball mill, a vibration mill, a pin mill, a stirring mill, and a jet mill. As appropriate, classification treatment is performed to produce flake graphite having different particle sizes. And the process of the process 2 is performed to the scaly graphite obtained at the process 1.
工程2における球形化処理に用いる装置としては、例えば、衝撃力を主体に粒子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粒子に与える装置を用いることができる。当該装置の具体例及び装置のローター等の条件は、上記製造方法(I)及び(II)における原料黒鉛の製造に用いられる装置と同様である。 As an apparatus used for the spheroidizing process in the step 2, for example, an apparatus that repeatedly gives mechanical action such as compression, friction, shearing force, etc. including the interaction of particles mainly with impact force to the particles can be used. Specific examples of the apparatus and conditions for the rotor of the apparatus are the same as those of the apparatus used for the production of raw material graphite in the production methods (I) and (II).
前記球形化工程を施すことにより、鱗片状黒鉛が折りたたまれ、円形度の高い球形化黒鉛が得られる。 By performing the spheronization step, the flaky graphite is folded, and spheroidized graphite having a high degree of circularity is obtained.
また、前記球形化黒鉛を原料として用いて、その表面の少なくとも一部を非晶質炭素又は黒鉛で被覆することによっても、粒度分布半値幅(log(μm))が0.4以上とブロードである黒鉛粒子を製造することができる。 Also, by using the spheroidized graphite as a raw material and coating at least a part of its surface with amorphous carbon or graphite, the particle size distribution half-value width (log (μm)) is 0.4 or more broad. Certain graphite particles can be produced.
前記非晶質炭素で被覆するためには、前記球形化黒鉛に、石油系や石炭系のタールやピッチ、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、セルロース等の樹脂を必要により溶媒等を使い混合し、非酸化性雰囲気で通常600℃以上、好ましくは800℃以上、より好ましくは900℃以上、更に好ましくは1000℃以上、通常2600℃以下、好ましくは2200℃以下、より好ましくは1800℃以下、更に好ましくは1500℃以下で焼成すればよい。焼成後必要により粉砕分級を行うこともある。 In order to coat with the amorphous carbon, the spheroidized graphite is mixed with a petroleum or coal-based tar or pitch, a resin such as polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, phenol resin, or cellulose, if necessary, using a solvent or the like. In a non-oxidizing atmosphere, it is usually 600 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher, more preferably 900 ° C. or higher, more preferably 1000 ° C. or higher, usually 2600 ° C. or lower, preferably 2200 ° C. or lower, more preferably 1800 ° C. or lower, Preferably, it may be fired at 1500 ° C. or lower. If necessary, pulverization and classification may be performed after firing.
球形化黒鉛に対して、それを被覆する非晶質炭素の質量比率(球形化黒鉛:非晶質炭素)は、1:0.001以上であることが好ましく、1:0.01以上であることがより好ましい。また前記質量比率は、1:1以下であることが好ましい。すなわち1:0.001〜1:1の範囲にあることが好ましい。被覆の質量比率は、焼成収率から公知の方法により求めることができる。 The mass ratio of amorphous carbon covering the spheroidized graphite (spheroidized graphite: amorphous carbon) is preferably 1: 0.001 or more, and 1: 0.01 or more. It is more preferable. The mass ratio is preferably 1: 1 or less. That is, it is preferably in the range of 1: 0.001 to 1: 1. The mass ratio of the coating can be determined from the firing yield by a known method.
被覆の質量比率を1:0.001以上とすることで、非晶質炭素の持つリチウムイオンの高受け入れ性を充分利用することができ、非水系二次電池において良好な急速充電性が得られる。一方被覆の質量比率を1:1以下とすることで、非晶質炭素の持つ不可逆容量の影響が大きくなることによる電池容量の低下を防ぐことができる。 By setting the mass ratio of the coating to 1: 0.001 or more, the high acceptability of lithium ions possessed by amorphous carbon can be fully utilized, and good rapid chargeability can be obtained in a non-aqueous secondary battery. . On the other hand, by setting the mass ratio of the coating to 1: 1 or less, it is possible to prevent a decrease in battery capacity due to an increase in the irreversible capacity of amorphous carbon.
次に、球形化黒鉛を黒鉛で被覆するためには、前記球形化黒鉛に、石油系や石炭系のタールやピッチ、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、フェノール樹脂、セルロース等の樹脂を必要により溶媒等を使い混合し、非酸化性雰囲気で通常2000℃以上、好ましくは2500℃以上、通常3200℃以下で焼成を行えばよい。 Next, in order to coat the spheroidized graphite with graphite, a resin or the like is added to the spheroidized graphite with a resin such as petroleum-based or coal-based tar or pitch, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, phenol resin, cellulose or the like. The mixture may be used and baked in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of usually 2000 ° C. or higher, preferably 2500 ° C. or higher and usually 3200 ° C. or lower.
このように高温で焼成を行うことによって、前記球形化黒鉛を黒鉛が被覆することになる。なお、焼成後必要により粉砕分級を行うこともある。 By firing at such a high temperature, the spheroidized graphite is coated with graphite. Note that pulverization and classification may be performed as necessary after firing.
球形化黒鉛とそれを被覆している黒鉛との質量比率(球形化黒鉛:黒鉛)は、1:0.001以上であることが好ましく、1:0.01以上であることがより好ましい。また前記質量比率は、1:1以下であることが好ましい。すなわち1:0.001〜1:1の範囲にあることが好ましい。前記質量比率は、焼成収率から公知の方法により求めることができる。 The mass ratio (spheroidized graphite: graphite) of the spheroidized graphite and the graphite covering it is preferably 1: 0.001 or more, and more preferably 1: 0.01 or more. The mass ratio is preferably 1: 1 or less. That is, it is preferably in the range of 1: 0.001 to 1: 1. The said mass ratio can be calculated | required by a well-known method from a baking yield.
前記質量比率を1:0.001以上とすることで、電解液との副反応を抑制し、リチウムイオン二次電池において不可逆容量を低減することができるため好ましく、また前記質量比率を1:1以下とすることで、充放電容量が向上し、高容量の電池が得られる傾向があるため好ましい。 By setting the mass ratio to 1: 0.001 or more, side reactions with the electrolyte can be suppressed, and the irreversible capacity can be reduced in the lithium ion secondary battery, and the mass ratio is preferably 1: 1. The following is preferable because the charge / discharge capacity is improved and a high-capacity battery tends to be obtained.
(他の炭素材料との混合)
以上説明した製造方法(I)〜(III)のいずれかで製造された本発明の非水系二次電池用黒鉛粒子は、何れか一種を単独で、又は二種以上を任意の組成及び組み合わせで併用して、非水系二次電池用負極材として好適に使用することができるが、一種又は二種以上を、他の一種又は二種以上のその他炭素材料と混合し、これを非水系二次電池、好ましくはリチウムイオン二次電池の負極材料として用いてもよい。
(Mixed with other carbon materials)
The graphite particles for non-aqueous secondary batteries of the present invention produced by any one of the production methods (I) to (III) described above may be used alone or in any composition and combination of two or more. In combination, it can be suitably used as a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, but one or two or more kinds are mixed with another one or two or more other carbon materials, and this is mixed with a non-aqueous secondary battery. You may use as a negative electrode material of a battery, Preferably a lithium ion secondary battery.
前記非水系二次電池用負極材にその他炭素材料を混合する場合、非水系二次電池用負極材とその他炭素材料の総量に対する非水系二次電池用負極材の混合割合は、通常10質量%以上、好ましくは20質量%以上、また、通常90質量%以下、好ましくは80質量%以下の範囲である。非水系二次電池用負極材の混合割合が、前記範囲を上回ると、その他炭素材料を添加した効果が現れ難い傾向がある。一方、前記範囲を下回ると、非水系二次電池用負極材の特性が現れ難い傾向がある。 When the other carbon material is mixed with the non-aqueous secondary battery negative electrode material, the mixing ratio of the non-aqueous secondary battery negative electrode material to the total amount of the non-aqueous secondary battery negative electrode material and other carbon materials is usually 10% by mass. Above, preferably 20% by mass or more, and usually 90% by mass or less, preferably 80% by mass or less. When the mixing ratio of the negative electrode material for a non-aqueous secondary battery exceeds the above range, the effect of adding other carbon materials tends to hardly appear. On the other hand, if it falls below the above range, the characteristics of the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries tend to hardly appear.
前記その他炭素材料としては、天然黒鉛、人造黒鉛、非晶質被覆黒鉛、非晶質炭素の中から選ばれる材料を用いる。これらの材料は、何れかを一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び組成で併用してもよい。 As the other carbon material, a material selected from natural graphite, artificial graphite, amorphous-coated graphite, and amorphous carbon is used. Any one of these materials may be used alone, or two or more of these materials may be used in any combination and composition.
前記天然黒鉛としては、例えば、高純度化した鱗片状黒鉛や球形化した黒鉛を用いることができる。天然黒鉛の体積基準平均粒径は、通常8μm以上、好ましくは12μm以上、また、通常60μm以下、好ましくは40μm以下の範囲である。天然黒鉛のBET比表面積は、通常3.5m2/g以上、好ましくは、4.5m2/g以上、また、通常8m2/g以下、好ましくは6m2/g以下の範囲である。 As the natural graphite, for example, highly purified flaky graphite or spheroidized graphite can be used. The volume-based average particle diameter of natural graphite is usually 8 μm or more, preferably 12 μm or more, and usually 60 μm or less, preferably 40 μm or less. The natural graphite has a BET specific surface area of usually 3.5 m 2 / g or more, preferably 4.5 m 2 / g or more, and usually 8 m 2 / g or less, preferably 6 m 2 / g or less.
前記人造黒鉛としては、炭素材料を黒鉛化した粒子等が挙げられ、例えば、単一の黒鉛前駆体粒子を粉状のまま焼成、黒鉛化した粒子などを用いることができる。 Examples of the artificial graphite include particles obtained by graphitizing a carbon material. For example, particles obtained by firing and graphitizing a single graphite precursor particle while it is powdered can be used.
前記非晶質被覆黒鉛としては、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛に非晶質前駆体を被覆、焼成した粒子や、天然黒鉛や人造黒鉛に非晶質をCVDにより被覆した粒子を用いることができる。 As the amorphous coated graphite, for example, natural graphite or artificial graphite coated with an amorphous precursor and fired, or natural graphite or artificial graphite coated with amorphous by CVD can be used. .
前記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、炭素化可能なピッチ等を不融化処理し、焼成した粒子を用いることができる。 As the amorphous carbon, for example, particles obtained by firing a bulk mesophase, or particles obtained by firing an infusible carbonizable pitch or the like can be used.
非水系二次電池用負極材とその他炭素材料との混合に用いる装置としては、特に制限はないが、例えば、回転型混合機の場合:円筒型混合機、双子円筒型混合機、二重円錐型混合機、正立方型混合機、鍬形混合機を、固定型混合機の場合:螺旋型混合機、リボン型混合機、Muller型混合機、Helical Flight型混合機、Pugmill型混合機、流動化型混合機等を用いることができる。 There are no particular restrictions on the device used for mixing the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries and other carbon materials. For example, in the case of a rotary mixer: a cylindrical mixer, a twin cylinder mixer, a double cone Type mixer, regular cubic mixer, vertical mixer, fixed mixer: spiral mixer, ribbon mixer, Muller mixer, Helical Flyt mixer, Pugmill mixer, fluidization A type mixer or the like can be used.
<3種類以上の炭素材を混合して構成する場合>
(製造方法(IV))
本発明の非水系二次電池用黒鉛粒子は、円形度が高い、粒径の異なる3種類以上の黒鉛粒子を混合することによって製造することが出来る。
<When mixing 3 or more types of carbon materials>
(Production method (IV))
The graphite particles for non-aqueous secondary batteries of the present invention can be produced by mixing three or more types of graphite particles having high circularity and different particle sizes.
前記「円形度が高い、粒径の異なる3種類以上の黒鉛粒子」とは、例えば、別々に製造された、円形度が0.88以上であり、d50が0.5μm以上異なる黒鉛粒子であり、前記黒鉛粒子のうち円形度が大きい3種の黒鉛粒子間のd50の差の絶対値がいずれも1μm以上である、3種類以上の黒鉛粒子を指す。 The above “three or more types of graphite particles having a high degree of circularity and different particle diameters” are, for example, graphite particles produced separately and having a circularity of 0.88 or more and a d50 of 0.5 μm or more. The three or more types of graphite particles in which the absolute value of the difference in d50 between the three types of graphite particles having a high degree of circularity among the graphite particles is 1 μm or more.
本発明の黒鉛粒子を構成する前記3種類以上の黒鉛粒子として特に制限はないが、炭素質物で被覆された複層構造黒鉛粒子、中でも非晶質炭素又は黒鉛質物で被覆された複層構造黒鉛粒子が好ましく、原料黒鉛と炭素前駆体を混合し焼成することで得られる非晶質炭素で被覆された複層構造黒鉛粒子、並びに原料黒鉛と炭素前駆体を混合し焼成することで得られる黒鉛質物で被覆された複層構造黒鉛粒子が好ましい。 The three or more types of graphite particles constituting the graphite particles of the present invention are not particularly limited, but are multilayered graphite particles coated with a carbonaceous material, particularly multilayered graphite coated with amorphous carbon or a graphite material. Particles are preferred, multi-layer structure graphite particles coated with amorphous carbon obtained by mixing and firing raw graphite and carbon precursor, and graphite obtained by mixing and firing raw graphite and carbon precursor Multi-layered graphite particles coated with a material are preferred.
また、本発明の黒鉛粒子は、前記3種類以上の黒鉛粒子として、天然黒鉛を10質量%以上含むことが好ましく、30質量%以上含むことがより好ましく、50質量%以上含むことが更に好ましく、95質量%以下含むことが好ましく、90質量%以下含むことがより好ましく、80質量%以下含むことが更に好ましい。天然黒鉛比率がこの範囲より低すぎると、電極を高密度化するためにより大きな荷重をかける必要があり、粒子破壊による初期効率の低下、サイクル特性の低下を招く傾向がある。天然黒鉛比率がこの範囲より高すぎると、コストの増大を招き、且つ電極を高密度化する際に電極表面の粒子が変形し、電極内への電解液拡散が阻害され、特に大電流充放電時でのサイクル特性の低下を招く傾向がある。 Moreover, the graphite particles of the present invention preferably contain 10% by mass or more of natural graphite, more preferably 30% by mass or more, and still more preferably 50% by mass or more, as the three or more types of graphite particles. The content is preferably 95% by mass or less, more preferably 90% by mass or less, and still more preferably 80% by mass or less. If the natural graphite ratio is too lower than this range, it is necessary to apply a larger load in order to increase the density of the electrode, which tends to cause a decrease in initial efficiency and cycle characteristics due to particle destruction. If the natural graphite ratio is too high, the cost will increase, and when the electrode is densified, particles on the electrode surface will be deformed, and electrolyte diffusion into the electrode will be hindered. There is a tendency for the cycle characteristics to deteriorate over time.
(円形度の大きい3種の黒鉛粒子間のd50の差の絶対値)
上記粒径の異なる3種類以上の黒鉛粒子について、これらのうち円形度が大きい3種の黒鉛粒子間の黒鉛粒子間のd50の差の絶対値、すなわち、
最も円形度の大きい黒鉛粒子と2番目に円形度の大きい黒鉛粒子のd50の差の絶対値(|d50(S1)−d50(S2)|)と、
2番目に円形度の大きい黒鉛粒子と3番目に円形度の大きい黒鉛粒子のd50の差の絶対値(|d50(S2)−d50(S3)|)と、
3番目に円形度の大きい黒鉛粒子と最も円形度の大きい黒鉛粒子のd50の差の絶対値(|d50(S3)−d50(S1)|)とが、
いずれも、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2.5μm以上である。なお、前記3種の黒鉛粒子間のd50の差の絶対値は、通常30μm以下、好ましくは15μm以下、更に好ましくは10m以下である。
(Absolute value of d50 difference between three kinds of graphite particles with large circularity)
For the three or more types of graphite particles having different particle diameters, the absolute value of the difference in d50 between the graphite particles among the three types of graphite particles having a large degree of circularity, that is,
The absolute value (| d50 (S1) −d50 (S2) |) of the difference in d50 between the graphite particles having the highest circularity and the graphite particles having the second highest circularity,
The absolute value (| d50 (S2) −d50 (S3) |) of the difference in d50 between the graphite particles having the second highest circularity and the graphite particles having the third highest circularity;
The absolute value (| d50 (S3) −d50 (S1) |) of the difference in d50 between the graphite particles with the third highest circularity and the graphite particles with the highest circularity is:
In any case, the thickness is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, and further preferably 2.5 μm or more. The absolute value of the difference in d50 between the three types of graphite particles is usually 30 μm or less, preferably 15 μm or less, and more preferably 10 m or less.
(円形度の大きい3種の黒鉛粒子の円形度)
本発明は3種類以上の異なる粒径の黒鉛を混合した黒鉛混合粒子であるが、前記円形度が大きい3種の黒鉛粒子の円形度が、それぞれ0.88以上であることが好ましい。また、上記の円形度が大きい、好ましくは0.88以上である3種の黒鉛粒子の合計質量割合は、混合粒子(すなわち本発明の黒鉛粒子)全体の好ましくは60質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは100質量%である。
(Circularity of three kinds of graphite particles with large circularity)
The present invention is a graphite mixed particle obtained by mixing three or more types of graphite having different particle diameters, and the circularity of the three types of graphite particles having a large circularity is preferably 0.88 or more. The total mass ratio of the three types of graphite particles having a large degree of circularity, preferably 0.88 or more, is preferably 60% by mass or more, more preferably, the entire mixed particles (that is, the graphite particles of the present invention). It is 80 mass% or more, More preferably, it is 100 mass%.
なお、前記円形度は、フロー式粒子像分析装置(例えば、シスメックスインダストリアル社製FPIA)を用い、界面活性剤としてポリオキシエチレン(20)モノラウレートを使用し、分散媒としてイオン交換水を使用し、円相当径による円形度の算出を行うことで求められる。円相当径とは、撮影した粒子像と同じ投影面積を持つ円(相当円)の直径であり、円形度とは、相当円の周囲長を分子とし、撮影された粒子投影像の周囲長を分母とした比率である。円形度が1のときに理論的真球となる。測定した相当径が10〜40μmの範囲の粒子の円形度を平均し、本発明における円形度を求める。 The circularity is determined by using a flow type particle image analyzer (for example, FPIA manufactured by Sysmex Industrial), using polyoxyethylene (20) monolaurate as a surfactant, and using ion-exchanged water as a dispersion medium. In addition, the degree of circularity is calculated by calculating the equivalent circle diameter. The equivalent circle diameter is the diameter of a circle (equivalent circle) having the same projected area as the photographed particle image, and the circularity is the circumference of the equivalent particle as a molecule and the circumference of the photographed particle projection image. The ratio is the denominator. When the circularity is 1, it becomes a theoretical sphere. The circularity of particles having a measured equivalent diameter in the range of 10 to 40 μm is averaged to obtain the circularity in the present invention.
(円形度の大きい3種の黒鉛粒子のプレス荷重の比率)
上記円形度が大きい3種の黒鉛粒子について、これらのうち少なくとも1種の黒鉛粒子単材のプレス荷重が他の黒鉛粒子単材のプレス荷重に対して、好ましくは3倍以上、より好ましくは3.5倍以上、更に好ましくは3.8倍以上、通常10倍以下である。
(Ratio of press load of three kinds of graphite particles with large circularity)
Of the three types of graphite particles having a high degree of circularity, the press load of at least one graphite particle single material among them is preferably at least 3 times the press load of other graphite particle single materials, more preferably 3 .5 times or more, more preferably 3.8 times or more, and usually 10 times or less.
以上説明したように、製造方法(IV)で得られる本発明の黒鉛粒子は3種類以上の異なる粒径の黒鉛粒子を混合した黒鉛混合粒子であって、円形度が大きい3種の黒鉛粒子間において、d50の差の絶対値、それぞれの円形度、プレス荷重の比率が上記範囲にあることにより、本発明の黒鉛粒子を用いて非水系二次電池用負極を作成した際に、特に比較的電極密度が高く細孔容量総量が少ない場合においても、電解液が電極内を均一に移動することが出来る微細孔が潰れずに維持することが可能となるため、大電流充放電時でもサイクル特性に優れる非水系二次電池を作製することが可能となる。 As described above, the graphite particles of the present invention obtained by the production method (IV) are graphite mixed particles obtained by mixing three or more types of graphite particles having different particle diameters, and are provided between three types of graphite particles having a large degree of circularity. When the negative electrode for a non-aqueous secondary battery is produced using the graphite particles of the present invention, the absolute value of the difference in d50, the respective circularity, and the ratio of the press load are in the above ranges. Even when the electrode density is high and the total pore volume is small, the micropores that can move the electrolyte uniformly in the electrode can be maintained without being crushed. This makes it possible to produce a non-aqueous secondary battery that is excellent in performance.
(原料黒鉛)
上述の通り、製造方法(IV)で得られる本発明の黒鉛粒子を構成する3種類以上の黒鉛粒子として特に制限はなく、特に、原料黒鉛と炭素前駆体を混合し焼成することで得られる非晶質炭素で被覆された複層構造黒鉛粒子、並びに原料黒鉛と炭素前駆体を混合し焼成することで得られる黒鉛質物で被覆された複層構造黒鉛粒子が好ましい。
(Raw material graphite)
As described above, there are no particular limitations on the three or more types of graphite particles constituting the graphite particles of the present invention obtained by the production method (IV), and in particular, non-obtainable material obtained by mixing and firing raw material graphite and a carbon precursor. Preferred are multilayer structured graphite particles coated with crystalline carbon, and multilayer structured graphite particles coated with a graphite obtained by mixing raw material graphite and a carbon precursor and firing.
前記原料黒鉛は、黒鉛化されている(若しくは2300℃以上の温度で焼成することにより黒鉛化する)炭素粒子であれば特に限定はないが、その例として天然黒鉛、人造黒鉛、並びにコークス粉、ニードルコークス粉、樹脂の黒鉛化物(若しくは黒鉛化可能な炭素物)の粉体等が挙げられる。これらのうち、天然黒鉛は加工がし易いので好ましい。 The raw graphite is not particularly limited as long as it is graphitized (or graphitized by firing at a temperature of 2300 ° C. or higher), but examples thereof include natural graphite, artificial graphite, and coke powder. Needle coke powder, resin graphitized (or graphitizable carbon) powder, and the like can be mentioned. Of these, natural graphite is preferable because it is easy to process.
原料黒鉛の粒子の形態としては、特に限定はされないが、球状、回転楕円体状、塊状、板状、鱗片状、多角形状などが挙げられる。球状、回転楕円体状、塊状、多角形状が黒鉛粒子とした時に粒子の充填性を向上することができるので好ましい。 The form of the raw material graphite particles is not particularly limited, and examples thereof include a spherical shape, a spheroid shape, a lump shape, a plate shape, a scale shape, and a polygonal shape. A spherical shape, spheroid shape, lump shape, or polygonal shape is preferable because the particle filling property can be improved when graphite particles are used.
球状、回転楕円体状の黒鉛を得る為の装置としては、例えば、衝撃力を主体に粒子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粒子に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、内部に導入された炭素材料に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、表面処理を行なう装置が好ましい。また、黒鉛を循環させることによって機械的作用を繰り返して与える機構を有するものであるのが好ましい。好ましい装置として、例えば、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロン(アーステクニカ社製)、CFミル(宇部興産社製)、メカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン社製)、シータコンポーザ(徳寿工作所社製)等が挙げられる。これらの中で、奈良機械製作所社製のハイブリダイゼーションシステムが好ましい。 As a device for obtaining spherical or spheroid graphite, for example, a device that repeatedly gives mechanical action such as compression, friction, shearing force, etc., including impact of the particles, including the interaction of particles, to the particles is used. Can do. Specifically, it has a rotor with a large number of blades installed inside the casing, and when the rotor rotates at high speed, mechanical action such as impact compression, friction, shearing force, etc. is applied to the carbon material introduced inside. An apparatus that provides a surface treatment is preferable. Moreover, it is preferable to have a mechanism that repeatedly gives mechanical action by circulating graphite. Preferred devices include, for example, a hybridization system (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), a kryptron (manufactured by Earth Technica), a CF mill (manufactured by Ube Industries), a mechano-fusion system (manufactured by Hosokawa Micron), and a theta composer (Tokuju Kosakusho). Etc.). Among these, a hybridization system manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. is preferable.
球状、若しくは回転楕円体状黒鉛は、上記の表面処理による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る、もしくは周囲エッジ部分が球形粉砕されることにより球状とされた母体粒子に、粉砕により生じた主に5μm以下の微粉が付着してなり、表面処理後の黒鉛粒子の表面官能基O/Cが通常0.5%以上10%以下、好ましくは1%以上4%以下となる条件で、球形化処理を行うことにより製造される。この際には、機械処理のエネルギーにより黒鉛表面の酸化反応を進行させ、黒鉛表面に酸性官能基を導入することができるよう、活性雰囲気下で行うことが好ましい。例えば前述の装置を用いて処理する場合は、回転するローターの周速度を通常30〜100m/sec、40〜100m/secにすることが好ましく、50〜100m/secにするのがより好ましい。また、処理は、単に黒鉛を通過させるだけでも可能であるが、30秒以上装置内を循環又は滞留させて処理するのが好ましく、1分以上装置内を循環又は滞留させて処理するのがより好ましい。 Spherical or spheroidal graphite is formed into base particles that are made spherical by applying the spheroidizing step by the surface treatment described above, whereby the scale-like natural graphite is folded or the peripheral edge portion is spherically pulverized. The surface functional group O / C of the surface-treated graphite particles is usually 0.5% or more and 10% or less, preferably 1% or more and 4% or less. It manufactures by performing a spheronization process on the conditions which become. In this case, it is preferable to carry out in an active atmosphere so that the oxidation reaction of the graphite surface can be advanced by the energy of mechanical treatment and acidic functional groups can be introduced into the graphite surface. For example, when processing using the above-mentioned apparatus, the peripheral speed of the rotating rotor is usually preferably 30 to 100 m / sec, preferably 40 to 100 m / sec, and more preferably 50 to 100 m / sec. Further, the treatment can be performed simply by passing graphite, but it is preferable to circulate or stay in the apparatus for 30 seconds or more, and it is more preferable to circulate or stay in the apparatus for 1 minute or more. preferable.
(原料黒鉛の粒径)
製造方法(IV)に使用される前記原料黒鉛の体積基準平均粒径は、特に限定はされないが、通常1μm以上、好ましくは3μm以上、更に好ましくは5μm以上、特に好ましくは7μm以上であり、また、通常100μm以下、好ましくは50μm以下、更に好ましくは40μm以下、特に好ましくは30μm以下である。
(Particle size of raw graphite)
The volume-based average particle diameter of the raw graphite used in the production method (IV) is not particularly limited, but is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, and particularly preferably 7 μm or more. Usually, it is 100 μm or less, preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, and particularly preferably 30 μm or less.
(炭素前駆体)
上記炭素前駆体は、焼成によって黒鉛化が可能な炭素質であれば特に限定はなく、その例として、石炭系重質油、直流系重質油、分解系石油重質油、芳香族炭化水素、N環化合物、S環化合物、ポリフェニレン、有機合成高分子、天然高分子、熱可塑性樹脂及び熱硬化性樹脂からなる群より選ばれた炭化可能な有機物などが挙げられる。また、炭素前駆体は混合時の粘度を調整するため、低分子有機溶媒に溶解させて用いてもよい。
(Carbon precursor)
The carbon precursor is not particularly limited as long as it is carbonaceous that can be graphitized by firing. Examples thereof include coal-based heavy oil, direct-current heavy oil, cracked heavy oil, aromatic hydrocarbon. , N ring compounds, S ring compounds, polyphenylene, organic synthetic polymers, natural polymers, organic materials that can be carbonized selected from the group consisting of thermoplastic resins and thermosetting resins. Moreover, in order to adjust the viscosity at the time of mixing, a carbon precursor may be dissolved and used in a low molecular organic solvent.
石炭系重質油としては、軟ピッチから硬ピッチまでのコールタールピッチ、乾留液化油等が好ましく、直流系重質油としては、常圧残油、減圧残油等が好ましく、分解系石油重質油としては、原油、ナフサ等の熱分解時に副生するエチレンタール等が好ましく、芳香族炭化水素としては、アセナフチレン、デカシクレン、アントラセン、フェナントレン等が好ましく、N環化合物としては、フェナジン、アクリジン等が好ましく、S環化合物としては、チオフェン、ビチオフェン等が好ましく、ポリフェニレンとしては、ビフェニル、テルフェニル等が好ましく、有機合成高分子としては、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラール、これらのものの不溶化処理品、ポリアクリロニトリル、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリスチレン等が好ましく、天然高分子としては、セルロース、リグニン、マンナン、ポリガラクトウロン酸、キトサン、サッカロース等の多糖類等が好ましく、熱可塑性樹脂としては、ポリフェニレンサルファイド、ポリフェニレンオキシド等が好ましく、熱硬化性樹脂としては、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、イミド樹脂等が好ましい。 As coal-based heavy oil, coal tar pitch from dry pitch to hard pitch, dry distillation liquefied oil, etc. are preferable, and as DC heavy oil, normal pressure residual oil, reduced pressure residual oil, etc. are preferable, cracked petroleum heavy oil, etc. The crude oil is preferably ethylene tar or the like by-produced during thermal decomposition of crude oil, naphtha, etc., and the aromatic hydrocarbon is preferably acenaphthylene, decacyclene, anthracene, phenanthrene, etc., and the N-ring compound is phenazine, acridine, etc. Preferably, the S ring compound is preferably thiophene, bithiophene, etc., the polyphenylene is preferably biphenyl, terphenyl, etc., and the organic synthetic polymer is polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyvinyl butyral, insolubilization treatment thereof. Products, polyacrylonitrile, polypyrrole, polythiophene Polystyrene, etc. are preferred, natural polymers are preferably polysaccharides such as cellulose, lignin, mannan, polygalacturonic acid, chitosan, saccharose, etc., and thermoplastic resins are preferably polyphenylene sulfide, polyphenylene oxide, etc. As the curable resin, a furfuryl alcohol resin, a phenol-formaldehyde resin, an imide resin or the like is preferable.
また、低分子有機溶媒としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、キノリン、n−へキサン等が好ましい。 Moreover, as a low molecular organic solvent, benzene, toluene, xylene, quinoline, n-hexane, etc. are preferable.
(混合工程)
上記複層構造黒鉛粒子の製造に於ける原料黒鉛と炭素前駆体を混合する方法は、特に限定はされないが、一般的な混合装置により実施することができる。具体的にはミキサー、ニーダー、二軸混練機などが挙げられる。混合工程では、前述の通り、混合時の粘度を調整する為に低分子有機溶媒で溶解、若しくは希釈した炭素前駆体を用いてもよいし、加熱することにより炭素前駆体の粘度を調節してもよい。また、原料黒鉛と炭素前駆体の混合比(質量比)は、使用する原料黒鉛や炭素前駆体の種類によって適宜選択されるものであり、原料黒鉛100質量部に対する炭素前駆体の量は特に制限されないが、通常5質量部以上、好ましくは10質量部以上、より好ましくは20質量部以上であり、通常50質量部以下、好ましくは40質量部以下、より好ましくは35質量部以下である。
(Mixing process)
The method of mixing the raw material graphite and the carbon precursor in the production of the multilayer structure graphite particles is not particularly limited, but can be carried out by a general mixing apparatus. Specific examples include a mixer, a kneader, and a twin-screw kneader. In the mixing step, as described above, a carbon precursor dissolved or diluted with a low molecular organic solvent may be used to adjust the viscosity at the time of mixing, and the viscosity of the carbon precursor is adjusted by heating. Also good. The mixing ratio (mass ratio) of the raw graphite and the carbon precursor is appropriately selected according to the type of raw graphite and carbon precursor used, and the amount of the carbon precursor with respect to 100 parts by mass of the raw graphite is particularly limited. However, it is usually 5 parts by mass or more, preferably 10 parts by mass or more, more preferably 20 parts by mass or more, and usually 50 parts by mass or less, preferably 40 parts by mass or less, more preferably 35 parts by mass or less.
(焼成工程)
上記複層構造黒鉛粒子の製造に於ける原料黒鉛と炭素前駆体の混合物を焼成する方法は、特に限定はされないが、揮発分を除去する炭化工程と本熱処理工程とからなる。
(Baking process)
The method for firing the mixture of the raw material graphite and the carbon precursor in the production of the multilayer structure graphite particles is not particularly limited, but includes a carbonization step for removing volatile components and a main heat treatment step.
揮発分を除去する炭化工程は、通常600℃以上、好ましくは650℃以上で、通常1300℃以下、好ましくは1100℃以下の温度で、通常0.1時間〜10時間行う。加熱は、酸化を防止するために、通常、窒素、アルゴン等不活性ガスの流通下又はブリーズ、パッキングコークス等の粒状炭素材料を間隙に充填した非酸化性雰囲気で行う。 The carbonization step for removing volatile components is usually performed at a temperature of 600 ° C. or higher, preferably 650 ° C. or higher, usually 1300 ° C. or lower, preferably 1100 ° C. or lower, usually for 0.1 to 10 hours. In order to prevent oxidation, heating is usually performed in a non-oxidizing atmosphere in which an inert gas such as nitrogen or argon is circulated or a granular carbon material such as breeze or packing coke is filled in the gap.
揮発分を除去する炭化工程に用いる設備は、例えば、シャトル炉、トンネル炉、リードハンマー炉、ロータリーキルン、オートクレーブ等の反応槽、コーカー(コークス製造の熱処理槽)、電気炉やガス炉等、非酸化性雰囲気で焼成可能であれば特に限定されない。加熱時の昇温速度は揮発分の除去のために低速であることが望ましく、通常、低沸分の揮発が始まる200℃付近から水素の発生のみとなる700℃近傍までを、3〜100℃/hrで昇温する。処理時には、必要に応じて攪拌を行なってもよい。 The equipment used in the carbonization process to remove volatiles is non-oxidizing, for example, reactors such as shuttle furnaces, tunnel furnaces, reed hammer furnaces, rotary kilns, autoclaves, cokers (heat treatment tanks for coke production), electric furnaces, gas furnaces, etc. There is no particular limitation as long as it can be baked in a neutral atmosphere. The heating rate during heating is desirably a low speed for removing volatile components. Usually, from about 200 ° C. where low-boiling components start to volatilize to about 700 ° C. where only hydrogen is generated, 3-100 ° C. The temperature is raised at / hr. During the treatment, stirring may be performed as necessary.
炭化工程により得られた炭化物は、次いで、高温で加熱して本熱処理を行う。非晶質炭素で被覆された複層構造黒鉛粒子を製造する場合には、非酸化性雰囲気で通常600℃以上、好ましくは800℃以上、より好ましくは900℃以上、更に好ましくは1000℃以上、通常2600℃以下、好ましくは2200℃以下、より好ましくは1800℃以下、更に好ましくは1500℃以下で焼成すればよく、黒鉛質物で被覆された複層構造黒鉛粒子を製造する場合には、非酸化性雰囲気で通常2300℃以上、好ましくは2600℃以上、更に好ましくは2800℃以上で加熱する。また、加熱温度が高過ぎると、黒鉛の昇華が顕著となるので、3300℃以下が好ましい。加熱時間は、バインダー及び炭素質粒子が黒鉛となるまで行えばよく、通常1〜24時間である。 The carbide obtained by the carbonization step is then heated at a high temperature to perform the main heat treatment. When producing multi-layer graphite particles coated with amorphous carbon, it is usually 600 ° C. or higher, preferably 800 ° C. or higher, more preferably 900 ° C. or higher, more preferably 1000 ° C. or higher, in a non-oxidizing atmosphere. Usually, it may be fired at 2600 ° C. or less, preferably 2200 ° C. or less, more preferably 1800 ° C. or less, more preferably 1500 ° C. or less. In a neutral atmosphere, usually at 2300 ° C. or higher, preferably 2600 ° C. or higher, more preferably 2800 ° C. or higher. Moreover, since the sublimation of graphite will become remarkable when heating temperature is too high, 3300 degrees C or less is preferable. The heating time may be performed until the binder and the carbonaceous particles become graphite, and is usually 1 to 24 hours.
黒鉛化時の雰囲気は、酸化を防止するため、窒素、アルゴン等の不活性ガスの流通下又はブリーズ、パッキングコークス等の粒状炭素材料を間隙に充填した非酸化性雰囲気下で行う。黒鉛化に用いる設備は、電気炉やガス炉、電極材用アチソン炉等、上記の目的に添うものであれば特に限定されず、昇温速度、冷却速度、熱処理時間等は使用する設備の許容範囲で任意に設定することができる。 In order to prevent oxidation, the atmosphere during graphitization is performed under a non-oxidizing atmosphere in which an inert gas such as nitrogen or argon is circulated or a granular carbon material such as breeze or packing coke is filled in the gap. The equipment used for graphitization is not particularly limited as long as it meets the above purpose, such as an electric furnace, a gas furnace, an electrode material Atchison furnace, etc. The heating rate, cooling rate, heat treatment time, etc. are acceptable for the equipment used. It can be set arbitrarily within the range.
以上の工程により得られる複層構造黒鉛粒子において、核となる原料黒鉛に対して、それを被覆する非晶質炭素の質量比率(原料黒鉛:非晶質炭素)は、1:0.001以上であることが好ましく、1:0.01以上であることがより好ましい。また前記質量比率は、1:1以下であることが好ましく、1:0.2以下であることがより好ましく、1:0.1以下であることが更に好ましい。すなわち1:0.001〜1:1の範囲にあることが好ましい。被覆の質量比率を1:0.001以上とすることで、非晶質炭素の持つリチウムイオンの高受け入れ性を充分利用することができ、リチウムイオン二次電池において良好な急速充電性が得られる。一方被覆の質量比率を1:1以下とすることで、非晶質炭素の持つ不可逆容量の影響が大きくなることによる電池容量の低下を防ぐことができる。 In the multi-layer structure graphite particles obtained by the above steps, the mass ratio of the amorphous carbon covering the raw material graphite as a nucleus (raw material graphite: amorphous carbon) is 1: 0.001 or more. It is preferable that the ratio is 1: 0.01 or more. The mass ratio is preferably 1: 1 or less, more preferably 1: 0.2 or less, and still more preferably 1: 0.1 or less. That is, it is preferably in the range of 1: 0.001 to 1: 1. By setting the mass ratio of the coating to 1: 0.001 or more, high acceptability of lithium ions possessed by amorphous carbon can be sufficiently utilized, and good rapid chargeability can be obtained in a lithium ion secondary battery. . On the other hand, by setting the mass ratio of the coating to 1: 1 or less, it is possible to prevent a decrease in battery capacity due to an increase in the irreversible capacity of amorphous carbon.
また、黒鉛質物の質量比率(原料黒鉛:黒鉛質物)は、1:0.01以上であることが好ましく、1:0.05以上であることがより好ましく、1:0.1以上であることが更に好ましい。また前記質量比率は、1:1以下であることが好ましく、1:0.5以下であることがより好ましく、1:0.2以下であることが更に好ましい。すなわち1:0.01〜1:1の範囲にあることが好ましい。黒鉛質物の質量比率を1:0.01以上とすることで、集電体に塗布された活物質層を高密度に圧延した際に粒子の破壊・変形を抑制し、良好な大電流充放電特性が得られる傾向がある。一方で、黒鉛質物の質量比率を1:1以下とすることで、集電体に塗布された活物質層を高密度に圧延する際に必要なプレス荷重が適度に低く、結果として非水系二次電池の高容量化に繋がる傾向がある。被覆の質量比率は、焼成収率から公知の方法により求めることができる。 The mass ratio of the graphite material (raw material graphite: graphite material) is preferably 1: 0.01 or more, more preferably 1: 0.05 or more, and 1: 0.1 or more. Is more preferable. The mass ratio is preferably 1: 1 or less, more preferably 1: 0.5 or less, and further preferably 1: 0.2 or less. That is, it is preferably in the range of 1: 0.01 to 1: 1. By setting the mass ratio of the graphite material to 1: 0.01 or more, when the active material layer applied to the current collector is rolled to a high density, particle breakage / deformation is suppressed, and a good large current charge / discharge There is a tendency to obtain characteristics. On the other hand, when the mass ratio of the graphite material is set to 1: 1 or less, the press load required when the active material layer applied to the current collector is rolled at a high density is moderately low. It tends to lead to higher capacity of the secondary battery. The mass ratio of the coating can be determined from the firing yield by a known method.
(その他の工程)
前記焼成物を必要に応じて粉砕、解砕、磨砕、分級処理等の粉体加工をする。粉砕に用いる装置に特に制限はないが、例えば、粗粉砕機としてはせん断式ミル、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、中間粉砕機としてはロールクラッシャー、ハンマーミル等が挙げられ、微粉砕機としてはボールミル、振動ミル、ピンミル、攪拌ミル、ジェットミル等が挙げられる。
(Other processes)
The fired product is subjected to powder processing such as pulverization, pulverization, grinding, and classification as required. There are no particular restrictions on the apparatus used for pulverization, for example, the coarse pulverizer includes a shearing mill, jaw crusher, impact crusher, cone crusher, etc., and the intermediate pulverizer includes a roll crusher, hammer mill, etc. Examples of the fine pulverizer include a ball mill, a vibration mill, a pin mill, a stirring mill, and a jet mill.
分級処理に用いる装置としては特に制限はないが、例えば、乾式篩い分けの場合は、回転式篩い、動揺式篩い、旋動式篩い、振動式篩い等を用いることができ、乾式気流式分級の場合は、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)を用いることができ、また、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を用いることができる。 There is no particular limitation on the apparatus used for classification, but for example, in the case of dry sieving, a rotary sieving, a swaying sieving, a rotating sieving, a vibrating sieving, etc. can be used. In this case, gravity classifier, inertial classifier, centrifugal classifier (classifier, cyclone, etc.) can be used, wet sieving, mechanical wet classifier, hydraulic classifier, sedimentation classifier A centrifugal wet classifier or the like can be used.
[非水系二次電池]
本発明の非水系二次電池、特にリチウムイオン二次電池の基本的構成は、従来公知の非水系二次電池と同様であり、通常、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な正極及び負極、並びに電解質を備える。前記負極としては、上述した本発明の負極を用いる。この負極を用いて非水系二次電池を作製する場合、非水系二次電池を構成する正極、電解質等の電池構成上必要な部材の選択については特に制限されない。以下、本発明の負極を用いた非水系二次電池の詳細を例示するが、使用し得る材料や作製の方法等は以下の具体例に限定されるものではない。
[Non-aqueous secondary battery]
The basic configuration of the non-aqueous secondary battery of the present invention, particularly the lithium ion secondary battery, is the same as that of a conventionally known non-aqueous secondary battery, and usually includes a positive electrode and a negative electrode capable of inserting and extracting lithium ions, and an electrolyte. Is provided. The negative electrode of the present invention described above is used as the negative electrode. When producing a non-aqueous secondary battery using this negative electrode, there is no particular limitation on selection of members necessary for the battery configuration such as a positive electrode and an electrolyte constituting the non-aqueous secondary battery. Hereinafter, although the detail of the non-aqueous secondary battery using the negative electrode of this invention is illustrated, the material which can be used, the manufacturing method, etc. are not limited to the following specific examples.
まず、前記正極は、正極活物質及びバインダーを含有する正極活物質層を、集電体上に形成したものである。 First, the positive electrode is obtained by forming a positive electrode active material layer containing a positive electrode active material and a binder on a current collector.
正極活物質としては、リチウムイオンなどのアルカリ金属カチオンを充放電時に吸蔵、放出できる金属カルコゲン化合物などが挙げられる。金属カルコゲン化合物としては、バナジウムの酸化物、モリブデンの酸化物、マンガンの酸化物、クロムの酸化物、チタンの酸化物、タングステンの酸化物などの遷移金属酸化物、バナジウムの硫化物、モリブデンの硫化物、チタンの硫化物、CuSなどの遷移金属硫化物、NiPS3、FePS3等の遷移金属のリン−硫黄化合物、VSe2、NbSe3などの遷移金属のセレン化合物、Fe0.25V0.75S2、Na0.1CrS2などの遷移金属の複合酸化物、LiCoS2、LiNiS2などの遷移金属の複合硫化物等が挙げられる。 Examples of the positive electrode active material include metal chalcogen compounds that can occlude and release alkali metal cations such as lithium ions during charge and discharge. Examples of metal chalcogen compounds include vanadium oxide, molybdenum oxide, manganese oxide, chromium oxide, titanium oxide, tungsten oxide and other transition metal oxides, vanadium sulfide, molybdenum sulfide. things, sulfides of titanium, transition metal sulfides such as CuS, NIPS 3, FEPS phosphorus transition metals, such as 3 - sulfur compounds, VSe 2, NbSe 3 selenium compounds of transition metals, such as, Fe 0.25 V 0.75 S 2, Examples thereof include composite oxides of transition metals such as Na 0.1 CrS 2 and composite sulfides of transition metals such as LiCoS 2 and LiNiS 2 .
これらの中でも、V2O5、V5O13、VO2、Cr2O5、MnO2、TiO、MoV2O8、LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、TiS2、V2S5、Cr0.25V0.75S2、Cr0.5V0.5S2などが好ましく、特に好ましいのはLiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4や、これらの遷移金属の一部を他の金属で置換したリチウム遷移金属複合酸化物である。これらの正極活物質は、単独で用いても複数を混合して用いてもよい。 Among these, V 2 O 5 , V 5 O 13 , VO 2 , Cr 2 O 5 , MnO 2 , TiO, MoV 2 O 8 , LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4 , TiS 2 , V 2 S 5 , Cr 0.25 V 0.75 S 2 , Cr 0.5 V 0.5 S 2, etc. are preferable. LiCoO 2 , LiNiO 2 , LiMn 2 O 4, and lithium transitions in which some of these transition metals are replaced with other metals are particularly preferable. It is a metal complex oxide. These positive electrode active materials may be used alone or in combination.
正極活物質を結着するバインダーとしては、公知のものを任意に選択して用いることができる。例としては、シリケート、水ガラス等の無機化合物や、テフロン(登録商標)、ポリフッ化ビニリデン等の不飽和結合を有さない樹脂などが挙げられる。これらの中でも好ましいのは、不飽和結合を有さない樹脂である。正極活物質を結着する樹脂として不飽和結合を有する樹脂を用いると酸化反応時に分解される恐れがある。これらの樹脂の重量平均分子量は通常1万以上、好ましくは10万以上、また、通常300万以下、好ましくは100万以下の範囲である。 A known binder can be arbitrarily selected and used as the binder for binding the positive electrode active material. Examples include inorganic compounds such as silicate and water glass, and resins having no unsaturated bond such as Teflon (registered trademark) and polyvinylidene fluoride. Among these, a resin having no unsaturated bond is preferable. If a resin having an unsaturated bond is used as the resin for binding the positive electrode active material, the resin may be decomposed during the oxidation reaction. The weight average molecular weight of these resins is usually 10,000 or more, preferably 100,000 or more, and usually 3 million or less, preferably 1 million or less.
正極活物質層中には、電極の導電性を向上させるために、導電材を含有させてもよい。導電材としては、活物質に適量混合して導電性を付与できるものであれば特に制限はないが、通常、アセチレンブラック、カーボンブラック、黒鉛などの炭素粉末、各種の金属の繊維、粉末、箔などが挙げられる。 The positive electrode active material layer may contain a conductive material in order to improve the conductivity of the electrode. The conductive material is not particularly limited as long as it can be mixed with an appropriate amount in the active material to impart conductivity, but is usually carbon powder such as acetylene black, carbon black, and graphite, various metal fibers, powder, and foil. Etc.
正極板は、前記したような負極の製造と同様の手法で、正極活物質やバインダーを溶剤でスラリー化し、集電体上に塗布、乾燥することにより形成する。正極の集電体としては、アルミニウム、ニッケル、SUSなどが用いられるが、何ら限定されない。 The positive electrode plate is formed by slurrying a positive electrode active material and a binder with a solvent in the same manner as in the production of the negative electrode as described above, and applying and drying on a current collector. As the current collector of the positive electrode, aluminum, nickel, SUS, or the like is used, but is not limited at all.
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や、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、固体シート状にしたものなどが用いられる。 As the electrolyte, a non-aqueous electrolyte obtained by dissolving a lithium salt in a non-aqueous solvent, or a gel, rubber, or solid sheet obtained by using an organic polymer compound or the like from the non-aqueous electrolyte is used.
非水系電解液に使用される非水系溶媒は特に制限されず、従来から非水系電解液の溶媒として提案されている公知の非水系溶媒の中から、適宜選択して用いることができる。例えば、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート等の鎖状カーボネート類;エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類;1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテル類;テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、スルホラン、1,3−ジオキソラン等の環状エーテル類;ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル等の鎖状エステル類;γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等の環状エステル類などが挙げられる。 The non-aqueous solvent used in the non-aqueous electrolyte is not particularly limited, and can be appropriately selected from known non-aqueous solvents that have been conventionally proposed as solvents for non-aqueous electrolytes. For example, chain carbonates such as diethyl carbonate, dimethyl carbonate and ethyl methyl carbonate; cyclic carbonates such as ethylene carbonate, propylene carbonate and butylene carbonate; chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane; tetrahydrofuran, 2-methyl Examples include cyclic ethers such as tetrahydrofuran, sulfolane, and 1,3-dioxolane; chain esters such as methyl formate, methyl acetate, and methyl propionate; and cyclic esters such as γ-butyrolactone and γ-valerolactone.
これらの非水系溶媒は、何れか一種を単独で用いてもよく、二種以上を混合して用いてもよい。混合溶媒の場合は、環状カーボネートと鎖状カーボネートを含む混合溶媒の組合せが好ましく、環状カーボネートが、エチレンカーボネートとプロピレンカーボネートの混合溶媒であることが、低温でも高いイオン伝導度を発現でき、低温充電負荷特性が向上するという点で特に好ましい。中でもプロピレンカーボネートが非水系溶媒全体に対し、2wt%以上80wt%以下の範囲が好ましく、5wt%以上70wt%以下の範囲がより好ましく、10wt%以上60wt%以下の範囲がさらに好ましい。プロピレンカーボネートの割合が上記より低いと低温でのイオン電導度が低下し、プロピレンカーボネートの割合が上記より高いと、黒鉛系電極を用いた場合にはLiイオンに溶媒和したPCが黒鉛相間へ共挿入することにより黒鉛系負極活物質の層間剥離劣化がおこり、十分な容量が得られなくなる問題がある。 Any one of these non-aqueous solvents may be used alone, or two or more thereof may be mixed and used. In the case of a mixed solvent, a combination of a mixed solvent containing a cyclic carbonate and a chain carbonate is preferable, and the cyclic carbonate is a mixed solvent of ethylene carbonate and propylene carbonate. This is particularly preferable in that load characteristics are improved. Among them, propylene carbonate is preferably in the range of 2 wt% to 80 wt%, more preferably in the range of 5 wt% to 70 wt%, and still more preferably in the range of 10 wt% to 60 wt% with respect to the entire non-aqueous solvent. When the proportion of propylene carbonate is lower than the above, the ionic conductivity at low temperature is lowered, and when the proportion of propylene carbonate is higher than the above, when a graphite electrode is used, the PC solvated with Li ions coexists between the graphite phases. Insertion causes delamination degradation of the graphite-based negative electrode active material, and there is a problem that sufficient capacity cannot be obtained.
非水系電解液に使用されるリチウム塩も特に制限されず、この用途に用い得ることが知られている公知のリチウム塩の中から、適宜選択して用いることができる。例えば、LiCl、LiBrなどのハロゲン化物、LiClO4、LiBrO4、LiClO4などの過ハロゲン酸塩、LiPF6、LiBF4、LiAsF6などの無機フッ化物塩などの無機リチウム塩、LiCF3SO3、LiC4F9SO3などのパーフルオロアルカンスルホン酸塩、Liトリフルオロスルフォンイミド((CF3SO2)2NLi)などのパーフルオロアルカンスルホン酸イミド塩などの含フッ素有機リチウム塩などが挙げられ、この中でもLiClO4、LiPF6、LiBF4、が好ましい。 The lithium salt used in the non-aqueous electrolytic solution is not particularly limited, and can be appropriately selected from known lithium salts that can be used for this purpose. For example, halides such as LiCl and LiBr, perhalogenates such as LiClO 4 , LiBrO 4 and LiClO 4 , inorganic lithium salts such as inorganic fluoride salts such as LiPF 6 , LiBF 4 and LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , Fluorine-containing organic lithium salts such as perfluoroalkanesulfonic acid salts such as LiC 4 F 9 SO 3 and perfluoroalkanesulfonic acid imide salts such as Li trifluorosulfonimide ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi) Of these, LiClO 4 , LiPF 6 , and LiBF 4 are preferable.
リチウム塩は、単独で用いても、2種以上を混合して用いてもよい。非水系電解液中におけるリチウム塩の濃度は、通常0.5M以上、2.0M以下の範囲である。 Lithium salts may be used alone or in combination of two or more. The concentration of the lithium salt in the non-aqueous electrolyte is usually in the range of 0.5M to 2.0M.
また、上述の非水系電解液に有機高分子化合物を含ませ、ゲル状、ゴム状、或いは固体シート状にして使用する場合、有機高分子化合物の具体例としては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド等のポリエーテル系高分子化合物;ポリエーテル系高分子化合物の架橋体高分子;ポリビニルアルコール、ポリビニルブチラールなどのビニルアルコール系高分子化合物;ビニルアルコール系高分子化合物の不溶化物;ポリエピクロルヒドリン;ポリフォスファゼン;ポリシロキサン;ポリビニルピロリドン、ポリビニリデンカーボネート、ポリアクリロニトリルなどのビニル系高分子化合物;ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート)、ポリ(ω−メトキシオリゴオキシエチレンメタクリレート−co−メチルメタクリレート)、ポリ(ヘキサフルオロプロピレン−フッ化ビニリデン)等のポリマー共重合体などが挙げられる。 In addition, when an organic polymer compound is included in the above non-aqueous electrolyte and used in the form of a gel, rubber, or solid sheet, specific examples of the organic polymer compound include polyethylene oxide, polypropylene oxide, and the like. Polyether polymer compounds; Cross-linked polymers of polyether polymer compounds; Vinyl alcohol polymer compounds such as polyvinyl alcohol and polyvinyl butyral; Insolubilized vinyl alcohol polymer compounds; Polyepichlorohydrin; Polyphosphazene; Siloxane; vinyl polymer compounds such as polyvinylpyrrolidone, polyvinylidene carbonate, polyacrylonitrile; poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate), poly (ω-methoxyoligooxyethylene methacrylate-co-methyl methacrylate) Rate) and polymer copolymers such as poly (hexafluoropropylene-vinylidene fluoride).
上述の非水系電解液は、更に被膜形成剤を含んでいてもよい。被膜形成剤の具体例としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチルカーボネート、メチルフェニルカーボネートなどのカーボネート化合物、エチレンサルファイド、プロピレンサルファイドなどのアルケンサルファイド;1,3−プロパンスルトン、1,4−ブタンスルトンなどのスルトン化合物;マレイン酸無水物、コハク酸無水物などの酸無水物などが挙げられる。更に、ジフェニルエーテル、シクロヘキシルベンゼン等の過充電防止剤が添加されていてもよい。上記添加剤を用いる場合、その含有量は通常10質量%以下、中でも8質量%以下、更には5質量%以下、特に2質量%以下の範囲が好ましい。上記添加剤の含有量が多過ぎると、初期不可逆容量の増加や低温特性、レート特性の低下等、他の電池特性に悪影響を及ぼすおそれがある。 The non-aqueous electrolytic solution described above may further contain a film forming agent. Specific examples of the film forming agent include carbonate compounds such as vinylene carbonate, vinylethyl carbonate, and methylphenyl carbonate; alken sulfides such as ethylene sulfide and propylene sulfide; sultone compounds such as 1,3-propane sultone and 1,4-butane sultone And acid anhydrides such as maleic acid anhydride and succinic acid anhydride. Furthermore, an overcharge inhibitor such as diphenyl ether or cyclohexylbenzene may be added. When the above additives are used, the content is usually 10% by mass or less, preferably 8% by mass or less, more preferably 5% by mass or less, and particularly preferably 2% by mass or less. If the content of the additive is too large, other battery characteristics such as an increase in initial irreversible capacity, low temperature characteristics, and deterioration in rate characteristics may be adversely affected.
また、電解質として、リチウムイオン等のアルカリ金属カチオンの導電体である高分子固体電解質を用いることもできる。高分子固体電解質としては、前述のポリエーテル系高分子化合物にLiの塩を溶解させたものや、ポリエーテルの末端水酸基がアルコキシドに置換されているポリマーなどが挙げられる。 Further, as the electrolyte, a polymer solid electrolyte which is a conductor of an alkali metal cation such as lithium ion can be used. Examples of the polymer solid electrolyte include a polymer in which a salt of Li is dissolved in the aforementioned polyether polymer compound, and a polymer in which the terminal hydroxyl group of the polyether is substituted with an alkoxide.
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。セパレータの材料としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン、ポリエーテルスルホンなどが用いられ、好ましくはポリオレフィンである。 In order to prevent a short circuit between the electrodes, a porous separator such as a porous film or a nonwoven fabric is usually interposed between the positive electrode and the negative electrode. In this case, the nonaqueous electrolytic solution is used by impregnating a porous separator. As a material for the separator, polyolefin such as polyethylene and polypropylene, polyethersulfone, and the like are used, and polyolefin is preferable.
本発明の非水系二次電池の形態は特に制限されない。例としては、シート電極及びセパレータをスパイラル状にしたシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを組み合わせたインサイドアウト構造のシリンダータイプ、ペレット電極及びセパレータを積層したコインタイプ等が挙げられる。また、これらの形態の電池を任意の外装ケースに収めることにより、コイン型、円筒型、角型等の任意の形状にして用いることができる。 The form of the nonaqueous secondary battery of the present invention is not particularly limited. Examples include a cylinder type in which a sheet electrode and a separator are spiral, a cylinder type having an inside-out structure in which a pellet electrode and a separator are combined, a coin type in which a pellet electrode and a separator are stacked, and the like. In addition, by storing batteries of these forms in an optional outer case, the battery can be used in an arbitrary shape such as a coin shape, a cylindrical shape, or a square shape.
本発明の非水系二次電池を組み立てる手順も特に制限されず、電池の構造に応じて適切な手順で組み立てればよいが、例を挙げると、外装ケース上に負極を乗せ、その上に電解液とセパレータを設け、更に負極と対向するように正極を乗せて、ガスケット、封口板と共にかしめて電池にすることができる。 The procedure for assembling the non-aqueous secondary battery of the present invention is not particularly limited, and may be assembled by an appropriate procedure according to the structure of the battery. For example, the negative electrode is placed on the outer case, and the electrolytic solution is placed thereon. A separator is provided, and a positive electrode is placed so as to face the negative electrode, and it is caulked together with a gasket and a sealing plate to form a battery.
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が、本発明はこれらの例によって限定されるものではない。なお、各物性の測定方法は、上述した測定方法に準じるものとする。 EXAMPLES Next, specific embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In addition, the measuring method of each physical property shall follow the measuring method mentioned above.
<初期効率の測定方法>
後述の方法で作製した非水系二次電池(2016コイン型電池)を用いて、下記の測定方法で電池充放電時の初期効率を測定した。
<Measurement method of initial efficiency>
Using a non-aqueous secondary battery (2016 coin-type battery) produced by the method described later, the initial efficiency during battery charging / discharging was measured by the following measurement method.
0.16mA/cm2の電流密度でリチウム対極に対して5mVまで充電し、更に、5mVの一定電圧で充電容量値が350mAh/gになるまで充電し、負極中にリチウムをドープした後、0.33mA/cm2の電流密度でリチウム対極に対して1.5Vまで放電を行なった。引き続き2、3回目は、同電流密度でcc−cv充電にて10mV、0.005Ccutにて充電し、放電は、全ての回で0.04Cで1.5Vまで放電した。この計3サイクルの充電容量と放電容量の差の和を不可逆容量として算出した。また、3サイクル目の放電容量を本材料の放電容量とし、本材料の放電容量/(本材料の放電容量+不可逆容量)を初期効率とした。 After charging to 5 mV with respect to the lithium counter electrode at a current density of 0.16 mA / cm 2 , and further charging until the charge capacity value becomes 350 mAh / g at a constant voltage of 5 mV, after doping lithium in the negative electrode, 0 The battery was discharged to 1.5 V with respect to the lithium counter electrode at a current density of .33 mA / cm 2 . Subsequently, the second and third times were charged at 10 mV and 0.005 Ccut by cc-cv charging at the same current density, and the discharge was discharged to 1.5 V at 0.04 C at all times. The sum of the difference between the charge capacity and the discharge capacity for a total of three cycles was calculated as an irreversible capacity. The discharge capacity at the third cycle was defined as the discharge capacity of the material, and the discharge capacity of the material / (discharge capacity of the material + irreversible capacity) was defined as the initial efficiency.
<サイクル維持率の測定方法>
後述の方法で作製したラミネート型電池を、0.8Cで4.2Vまで充電、0.5Cで3・0Vまでの放電を繰り返し、1サイクル目の放電容量に対する100サイクル目、及び200サイクル目の放電容量の比×100をサイクル維持率(%)とした。
<Measurement method of cycle maintenance ratio>
The laminate type battery manufactured by the method described later is charged to 4.2V at 0.8C, and discharged to 3.0V at 0.5C. The 100th and 200th cycles of the discharge capacity of the first cycle are repeated. The ratio of discharge capacity × 100 was defined as the cycle retention rate (%).
<電極シートの作製>
実施例又は比較例の黒鉛粒子を用い、活物質層密度1.80±0.03g/cm3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に、1質量%カルボキシメチルセルロースナトリウム塩水溶液を20.00±0.02g(固形分換算で0.200g)、及び重量平均分子量27万のスチレン・ブタジエンゴム水性ディスパージョン0.50±0.05g(固形分換算で0.2g)を、キーエンス製ハイブリッドミキサーで5分間撹拌し、30秒脱泡してスラリーを得た。
<Production of electrode sheet>
An electrode plate having an active material layer with an active material layer density of 1.80 ± 0.03 g / cm 3 was produced using the graphite particles of the examples or comparative examples. Specifically, 20.00 ± 0.02 g of negative electrode material 20.00 ± 0.02 g of a 1% by mass aqueous solution of sodium carboxymethylcellulose (0.200 g in terms of solid content), and styrene having a weight average molecular weight of 270,000 -Aqueous dispersion of butadiene rubber 0.50 ± 0.05 g (0.2 g in terms of solid content) was stirred for 5 minutes with a hybrid mixer manufactured by Keyence, and defoamed for 30 seconds to obtain a slurry.
このスラリーを、集電体である厚さ18μmの銅箔上に、負極材料が14.5±0.3mg/cm2付着するように、ドクターブレードを用いて幅5cmに塗布し、室温で風乾を行った。更に110℃で30分乾燥後、直径20cmのローラを用いてロールプレスして、活物質層の密度が1.70±0.03g/cm3になるよう調整し電極シートを得た。 This slurry was applied to a width of 5 cm using a doctor blade so that the negative electrode material was 14.5 ± 0.3 mg / cm 2 on a 18 μm-thick copper foil as a current collector, and air-dried at room temperature. Went. Further, after drying at 110 ° C. for 30 minutes, roll pressing was performed using a roller having a diameter of 20 cm to adjust the density of the active material layer to 1.70 ± 0.03 g / cm 3 to obtain an electrode sheet.
また、負極活物質層の密度が1.8g/cm3になるよう圧延するのに必要な線圧(kg/5cm)をプレス荷重として求めた。 Further, the linear pressure (kg / 5 cm) necessary for rolling so that the density of the negative electrode active material layer was 1.8 g / cm 3 was obtained as a press load.
<非水系二次電池(2016コイン型電池)の作製>
上記方法で作製した電極シートを直径12.5mmの円盤状に打ち抜き、リチウム金属箔を直径14mmの円板状に打ち抜き対極とした。両極の間には、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(容積比=3:7)に、LiPF6を1mol/Lになるように溶解させた電解液を含浸させたセパレータ(多孔性ポリエチレンフィルム製)を置き、2016コイン型電池をそれぞれ作製した。
<Preparation of non-aqueous secondary battery (2016 coin type battery)>
The electrode sheet produced by the above method was punched into a disk shape with a diameter of 12.5 mm, and a lithium metal foil was punched into a disk shape with a diameter of 14 mm as a counter electrode. Between the two electrodes, a separator (porous polyethylene film) impregnated with an electrolytic solution in which LiPF 6 was dissolved at 1 mol / L in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (volume ratio = 3: 7). 2016 coin type batteries were prepared.
<非水系二次電池(ラミネート型電池)の作製方法>
上記方法で作製した電極シートを4cm×3cmの正方形に切り出し負極とし、LiCoO2からなる正極を同面積で切り出し、負極と正極の間にはセパレータ(多孔性ポリエチレンフィルム製)を置き、組み合わせた。A:エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートの混合溶媒(容積比=20:20:60)に、LiPF6を1mol/Lになるように溶解させ、更に添加剤としてビニレンカーボネートを2容積%添加した電解液、又はB:エチレンカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートの混合溶媒(容積比=30:40:30)に、LiPF6を1mol/Lになるように溶解させ、更に添加剤としてビニレンカーボネートを2容積%添加した電解液、を500μl注液してラミネート型電池を作製した。
<Production method of non-aqueous secondary battery (laminated battery)>
The electrode sheet produced by the above method was cut into a square of 4 cm × 3 cm to form a negative electrode, a positive electrode made of LiCoO 2 was cut out with the same area, and a separator (made of a porous polyethylene film) was placed between the negative electrode and the positive electrode. A: LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, and dimethyl carbonate (volume ratio = 20: 20: 60) to 1 mol / L, and 2% by volume of vinylene carbonate was added as an additive. LiPF 6 was dissolved in a mixed electrolyte (B: ethylene carbonate, ethyl methyl carbonate, dimethyl carbonate) (volume ratio = 30:40:30) to 1 mol / L, and vinylene carbonate was further added as an additive. 500 μl of an electrolyte solution containing 2% by volume of electrolyte was injected to prepare a laminate type battery.
〔単一の炭素材で本発明の黒鉛粒子を構成する例〕
[実施例1]
原料黒鉛として体積基準平均粒径が17μmの球状天然黒鉛を用い、粗面化工程としてローターとステーターからなる粉砕装置を用い、ローターの周速度145m/sec、投入速度200kg/hrで粉砕し、表面に凹凸構造を有した黒鉛を得た。その得られた黒鉛100質量部に対して、キノリン不溶分≦0.5%、軟化点80℃の原料有機物ピッチを30質量部の割合で、ニーダーを用いて捏合した。この捏合物を、モールドプレス成型機を用いて2kgf/cm2(0.20MPa)で1分間、加圧処理を行うことで成型体とした後、不活性雰囲気1000℃で脱VM焼成を行い、更に3000℃で黒鉛化した。得られた黒鉛質成形体を粗砕、微粉砕、分級処理し、黒鉛粒子からなる粉末サンプルを得た。得られた粉末サンプルにおいて、球状天然黒鉛粒子と黒鉛質物の質量比率(球状天然黒鉛粒子:黒鉛質物)は1:0.15であることが確認された。このサンプルについて、前記測定法で吸液性係数、粒径、SA、Tap密度、DBP吸油量、ラマンR値、細孔容積Vi、全細孔容積、表面官能基O/Cを測定した。
[Example of constituting graphite particles of the present invention with a single carbon material]
[Example 1]
Spherical natural graphite having a volume-based average particle diameter of 17 μm is used as raw material graphite, and a grinding device comprising a rotor and a stator is used as a roughening process, and the rotor is ground at a peripheral speed of 145 m / sec and an input speed of 200 kg / hr. A graphite having an uneven structure was obtained. With respect to 100 parts by mass of the obtained graphite, a raw material organic matter pitch having a quinoline insoluble content ≦ 0.5% and a softening point of 80 ° C. was mixed at a ratio of 30 parts by mass using a kneader. After making this compound into a molded body by performing pressure treatment at 2 kgf / cm 2 (0.20 MPa) for 1 minute using a mold press molding machine, de-VM firing is performed at 1000 ° C. in an inert atmosphere, Further, graphitization was performed at 3000 ° C. The obtained graphite compact was roughly crushed, finely pulverized, and classified to obtain a powder sample made of graphite particles. In the obtained powder sample, it was confirmed that the mass ratio of the spherical natural graphite particles to the graphite material (spherical natural graphite particles: graphitic material) was 1: 0.15. With respect to this sample, the liquid absorption coefficient, particle size, SA, Tap density, DBP oil absorption, Raman R value, pore volume Vi, total pore volume, and surface functional group O / C were measured by the above measurement methods.
その結果、及び、上記測定法に従い、サイクル維持率(電解液Aを使用)、初期効率を測定した結果を下記表1に示す。また、図2に前記粉末サンプルのSEM観察写真を示す。SEM観察の結果、粒子表面に凹凸構造が形成されているのが観察された。 The results and the results of measuring the cycle retention ratio (using the electrolytic solution A) and the initial efficiency according to the measurement method are shown in Table 1 below. Moreover, the SEM observation photograph of the said powder sample is shown in FIG. As a result of SEM observation, it was observed that an uneven structure was formed on the particle surface.
[実施例2]
粗面化工程としてローターの周速度を125m/secとした以外は実施例1と同様に行ない黒鉛粒子からなる粉末サンプルを得た。これについて、実施例1と同様な方法で物性、電池特性の評価、SEM観察を行った。結果を下記表1に示す。
[Example 2]
A powder sample made of graphite particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that the circumferential speed of the rotor was set to 125 m / sec as the roughening step. About this, the physical property, the evaluation of battery characteristics, and SEM observation were performed by the same method as Example 1. The results are shown in Table 1 below.
[比較例1]
粗面化工程を実施しない以外は実施例1と同様に行ない黒鉛粒子からなる粉末サンプルを得た。これについて、実施例1と同様な方法で物性、及び電池特性の評価を行った。結果を下記表1に示す。
[Comparative Example 1]
A powder sample made of graphite particles was obtained in the same manner as in Example 1 except that the roughening step was not performed. About this, the physical property and the battery characteristic were evaluated by the same method as Example 1. The results are shown in Table 1 below.
また、図3に本例で得られた粉末サンプルのSEM観察写真を示す。SEM観察の結果、粒子表面に凹凸構造は観察されなかった。 FIG. 3 shows an SEM observation photograph of the powder sample obtained in this example. As a result of SEM observation, an uneven structure was not observed on the particle surface.
〔3種類以上の炭素材を混合して構成する例〕
<炭素材料>
次に、以下の実施例3及び4並びに比較例2で使用した黒鉛粒子の構成を説明する。
[Example of mixing three or more types of carbon materials]
<Carbon material>
Next, the structure of the graphite particles used in Examples 3 and 4 and Comparative Example 2 below will be described.
黒鉛粒子A:原料黒鉛として体積基準平均粒径が16.8μmの球状天然黒鉛100質量部に対して、原料有機物のピッチを30質量部の割合でニーダーを用いて混合した。得られた混合物を成形した後、不活性雰囲気1000℃で焼成、炭素化し、更に3000℃で黒鉛化した。得られた黒鉛質成形体を粗砕、微粉砕処理し、黒鉛粒子からなる粉末サンプルを得た。 Graphite particles A: As a raw material graphite, 100 parts by mass of spherical natural graphite having a volume-based average particle diameter of 16.8 μm was mixed with a pitch of the raw material organic substance at a ratio of 30 parts by mass using a kneader. After the resulting mixture was molded, it was fired and carbonized at 1000 ° C. in an inert atmosphere, and further graphitized at 3000 ° C. The obtained graphite compact was roughly crushed and pulverized to obtain a powder sample made of graphite particles.
複層構造炭素粒子B:原料黒鉛として体積基準平均粒径が11.3μmの球状天然黒鉛に、非晶質炭素前駆体としてナフサ熱分解時に得られる石油系重質油を混合し、不活性ガス中で1300℃の熱処理を施した。得られた焼成物に粉砕・分級処理を行い、複層構造炭素粒子Bを得た。また、焼成収率から、得られた複層構造炭素粒子Bにおいて、球形化黒鉛質粒子と非晶質炭素との質量比率(球状天然黒鉛粒子:非晶質炭素)は1:0.03であることが確認された。 Multi-layer structure carbon particle B: Spherical natural graphite having a volume-based average particle size of 11.3 μm as raw material graphite is mixed with petroleum heavy oil obtained at the time of naphtha pyrolysis as an amorphous carbon precursor, and inert gas In this, heat treatment at 1300 ° C. was performed. The fired product obtained was pulverized and classified to obtain multi-layered carbon particles B. Further, from the firing yield, in the obtained multi-layer structure carbon particle B, the mass ratio of the spheroidized graphite particles to the amorphous carbon (spherical natural graphite particles: amorphous carbon) is 1: 0.03. It was confirmed that there was.
複層構造炭素粒子C:原料黒鉛として体積基準平均粒径が11.3μmの球状天然黒鉛に、非晶質炭素前駆体としてナフサ熱分解時に得られる石油系重質油を混合し、不活性ガス中で1300℃の熱処理を施した。得られた焼成物に粉砕・分級処理を行い、複層構造炭素粒子Cを得た。また、焼成収率から、得られた複層構造炭素粒子Cにおいて、球形化黒鉛質粒子と非晶質炭素との質量比率(球状天然黒鉛粒子:非晶質炭素)は1:0.06であることが確認された。 Multi-layer structure carbon particle C: A spherical heavy graphite having a volume-based average particle diameter of 11.3 μm as a raw material graphite is mixed with a petroleum heavy oil obtained at the time of naphtha pyrolysis as an amorphous carbon precursor, and an inert gas. In this, heat treatment at 1300 ° C. was performed. The fired product obtained was pulverized and classified to obtain multi-layered carbon particles C. Further, from the firing yield, in the obtained multi-layer structure carbon particles C, the mass ratio of the spheroidized graphite particles to the amorphous carbon (spherical natural graphite particles: amorphous carbon) is 1: 0.06. It was confirmed that there was.
複層構造炭素粒子D:原料黒鉛として体積基準平均粒径が16.3μmの球状天然黒鉛に、非晶質炭素前駆体としてナフサ熱分解時に得られる石油系重質油を混合し、不活性ガス中で1300℃の熱処理を施した。得られた焼成物に粉砕・分級処理を行い、複層構造炭素粒子Dを得た。また、焼成収率から、得られた複層構造炭素粒子Dにおいて、球形化黒鉛質粒子と非晶質炭素との質量比率(球状天然黒鉛粒子:非晶質炭素)は1:0.03であることが確認された。 Multi-layer structure carbon particle D: A spherical heavy graphite having a volume-based average particle diameter of 16.3 μm as a raw material graphite and a heavy petroleum oil obtained at the time of naphtha pyrolysis as an amorphous carbon precursor are mixed with an inert gas. In this, heat treatment at 1300 ° C. was performed. The fired product obtained was pulverized and classified to obtain multi-layered carbon particles D. Further, from the firing yield, in the obtained multi-layer structure carbon particle D, the mass ratio of the spheroidized graphite particles to the amorphous carbon (spherical natural graphite particles: amorphous carbon) is 1: 0.03. It was confirmed that there was.
球状天然黒鉛粒子E:体積基準平均粒径、Tap密度、比表面積(SA)、円形度がそれぞれ下記表2に示す値である球状天然黒鉛。 Spherical natural graphite particles E: Spherical natural graphite whose volume-based average particle diameter, Tap density, specific surface area (SA), and circularity are values shown in Table 2 below.
球状天然黒鉛粒子F:体積基準平均粒径、Tap密度、比表面積(SA)、円形度がそれぞれ下記表2に示す値である球状天然黒鉛。 Spherical natural graphite particles F: Spherical natural graphite whose volume-based average particle diameter, Tap density, specific surface area (SA), and circularity are values shown in Table 2 below.
球状天然黒鉛粒子G:体積基準平均粒径、Tap密度、比表面積(SA)、円形度がそれぞれ下記表2に示す値である球状天然黒鉛。 Spherical natural graphite particles G: Spherical natural graphite whose volume-based average particle diameter, Tap density, specific surface area (SA), and circularity are values shown in Table 2 below.
以上の炭素材料の物性を下記表2に示す。 The physical properties of the above carbon materials are shown in Table 2 below.
[実施例3]
黒鉛粒子A、複層構造炭素粒子B、球状天然黒鉛粒子E、球状天然黒鉛粒子Fを、それぞれ20質量%:40質量%:27質量%:13質量%の割合で混合してサンプルを得た。このサンプル及びそれから作成した非水系二次電池について、前記測定法で吸液性係数、細孔径80nm以上900nm以下の微細孔容積、粒径、SA、Tap密度、初期効率、サイクル維持率(電解液Bを使用)を測定した。結果を下記表3に示す。また、|d50(S1)−d50(S2)|、|d50(S2)−d50(S3)|、|d50(S3)−d50(S1)|、円形度の大きい3種のうち最もプレス荷重が大きいものと小さいもののプレス荷重比(複層構造炭素粒子Bと球状天然黒鉛粒子Eのプレス荷重比)を算出した。結果を下記表4に示す。
[Example 3]
Graphite particles A, multi-layered carbon particles B, spherical natural graphite particles E, and spherical natural graphite particles F were mixed at a ratio of 20% by mass: 40% by mass: 27% by mass: 13% by mass to obtain samples. . About this sample and the non-aqueous secondary battery produced therefrom, the liquid absorption coefficient, the fine pore volume of 80 nm to 900 nm, the particle size, SA, Tap density, initial efficiency, cycle maintenance rate (electrolytic solution) B was used). The results are shown in Table 3 below. In addition, | d50 (S1) -d50 (S2) |, | d50 (S2) -d50 (S3) |, | d50 (S3) -d50 (S1) | The press load ratio (the press load ratio between the multi-layer structure carbon particles B and the spherical natural graphite particles E) between the large and small ones was calculated. The results are shown in Table 4 below.
[実施例4]
黒鉛粒子A、複層構造炭素粒子C、球状天然黒鉛粒子E、球状天然黒鉛粒子Fを、それぞれ20質量%:40質量%:27質量%:13質量%の割合で混合してサンプルを得た。このサンプル及びそれから作成した非水系二次電池について、前記測定法で吸液性係数、細孔径80nm以上900nm以下の微細孔容積、粒径、SA、Tap密度、初期効率、サイクル維持率(電解液Bを使用)を測定した。結果を下記表3に示す。また、|d50(S1)−d50(S2)|、|d50(S2)−d50(S3)|、|d50(S3)−d50(S1)|、円形度の大きい3種のうち最もプレス荷重が大きいものと小さいもののプレス荷重比(複層構造炭素粒子Cと球状天然黒鉛粒子Eのプレス荷重比)を算出した。結果を下記表4に示す。
[Example 4]
Graphite particles A, multi-layered carbon particles C, spherical natural graphite particles E, and spherical natural graphite particles F were mixed at a ratio of 20% by mass: 40% by mass: 27% by mass: 13% by mass to obtain samples. . About this sample and the non-aqueous secondary battery produced therefrom, the liquid absorption coefficient, the fine pore volume of 80 nm to 900 nm, the particle size, SA, Tap density, initial efficiency, cycle maintenance rate (electrolytic solution) B was used). The results are shown in Table 3 below. In addition, | d50 (S1) -d50 (S2) |, | d50 (S2) -d50 (S3) |, | d50 (S3) -d50 (S1) | The press load ratio (the press load ratio between the multi-layer structure carbon particles C and the spherical natural graphite particles E) between the large and small ones was calculated. The results are shown in Table 4 below.
[比較例2]
黒鉛粒子A、複層構造炭素粒子D、球状天然黒鉛粒子E、球状天然黒鉛粒子Gを、それぞれ20質量%:40質量%:27質量%:13質量%の割合で混合してサンプルを得た。このサンプル及びそれから作成した非水系二次電池について、前記測定法で吸液性係数、細孔径80nm以上900nm以下の微細孔容積、粒径、SA、Tap密度、初期効率、サイクル維持率(電解液Bを使用)を測定した。結果を下記表3に示す。また、|d50(S1)−d50(S2)|、|d50(S2)−d50(S3)|、|d50(S3)−d50(S1)|、円形度の大きい3種のうち最もプレス荷重が大きいものと小さいもののプレス荷重比(複層構造炭素粒子Dと球状天然黒鉛粒子Eのプレス荷重比)を算出した。結果を下記表4に示す。
[Comparative Example 2]
Graphite particles A, multi-layered carbon particles D, spherical natural graphite particles E, and spherical natural graphite particles G were mixed at a ratio of 20% by mass: 40% by mass: 27% by mass: 13% by mass to obtain samples. . About this sample and the non-aqueous secondary battery produced therefrom, the liquid absorption coefficient, the fine pore volume of 80 nm to 900 nm, the particle size, SA, Tap density, initial efficiency, cycle maintenance rate (electrolytic solution) B was used). The results are shown in Table 3 below. In addition, | d50 (S1) -d50 (S2) |, | d50 (S2) -d50 (S3) |, | d50 (S3) -d50 (S1) | The press load ratio (the press load ratio between the multi-layer structure carbon particles D and the spherical natural graphite particles E) between the large and small ones was calculated. The results are shown in Table 4 below.
以上の結果より次のことが分かる。
表1より、比較例1は、原料黒鉛を粗面化する工程を行っておらず吸液性係数が本発明の規定範囲外となり、その結果、高いサイクル維持率が得られなかった。これに対し、実施例1、2は原料黒鉛を粗面化する工程を行うことにより、吸液性係数が本発明の範囲内となり、その結果、高いサイクル維持率が得られた。
From the above results, the following can be understood.
From Table 1, the comparative example 1 did not perform the process of roughening the raw material graphite, and the liquid absorption coefficient was outside the specified range of the present invention. As a result, a high cycle retention rate was not obtained. On the other hand, in Examples 1 and 2, by performing the process of roughening the raw material graphite, the liquid absorption coefficient was within the range of the present invention, and as a result, a high cycle retention rate was obtained.
表3及び4より、比較例2は、円形度が大きい順に選んだ3種の黒鉛粒子のd50のうち、|d50(S1)−d50(S2)|が0.6μmであり、またプレス荷重比も2.8倍と小さいため、吸液性係数が本発明の規定範囲外となり、その結果、高いサイクル維持率が得られなかった。 From Tables 3 and 4, in Comparative Example 2, | d50 (S1) -d50 (S2) | is 0.6 μm among d50 of the three types of graphite particles selected in descending order of circularity, and the press load ratio Since the liquid absorption coefficient is outside the specified range of the present invention, as a result, a high cycle maintenance ratio was not obtained.
一方で、実施例3、4は円形度が大きい順に選んだ3種の黒鉛粒子間のd50が2.5μm以上異なり、プレス荷重比も本発明の範囲内とすることにより、吸液性係数が本発明の範囲内となり、その結果、高いサイクル維持率が得られた。 On the other hand, in Examples 3 and 4, d50 between the three types of graphite particles selected in descending order of circularity differs by 2.5 μm or more, and the press load ratio is also within the range of the present invention. Within the scope of the present invention, as a result, a high cycle retention rate was obtained.
本発明の黒鉛粒子は、非水系二次電池用の負極材として用いることにより、初期効率が高く、且つサイクル特性の良好な非水系二次電池を提供することができる。 By using the graphite particles of the present invention as a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, it is possible to provide a non-aqueous secondary battery with high initial efficiency and good cycle characteristics.
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