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JP2015011870A - Electrode active material, electrode and power storage device - Google Patents

Electrode active material, electrode and power storage device Download PDF

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JP2015011870A
JP2015011870A JP2013136579A JP2013136579A JP2015011870A JP 2015011870 A JP2015011870 A JP 2015011870A JP 2013136579 A JP2013136579 A JP 2013136579A JP 2013136579 A JP2013136579 A JP 2013136579A JP 2015011870 A JP2015011870 A JP 2015011870A
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江利山 祐一
Yuichi Eriyama
祐一 江利山
宮木 伸行
Nobuyuki Miyaki
伸行 宮木
岡庭 求樹
Motoki Okaniwa
求樹 岡庭
彰基 伊藤
Akimoto Ito
彰基 伊藤
啓祐 石橋
Keisuke Ishibashi
啓祐 石橋
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Abstract

【課題】サイクル特性が良好な蓄電デバイスを得ることができる、電極活物質を提供すること。【解決手段】金属、半金属及びそれらの酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の成分(A)を内包する炭素材料と、前記炭素材料の少なくとも一部を被覆する被覆用炭素材料を含有してなる電極活物質。【選択図】なしAn electrode active material capable of obtaining an electricity storage device with good cycle characteristics is provided. A carbon material containing at least one component (A) selected from the group consisting of metals, metalloids and oxides thereof, and a coating carbon material covering at least a part of the carbon material. An electrode active material. [Selection figure] None

Description

本発明は、電極活物質、電極及び蓄電デバイスに関し、より詳しくは、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ等の蓄電デバイス等に好適に用いられる電極活物質、当該電極活物質を含有する電極、及び当該電極を負極として備える蓄電デバイスに関する。   The present invention relates to an electrode active material, an electrode, and an electricity storage device, and more specifically, an electrode active material suitably used for an electricity storage device such as a lithium ion secondary battery and a lithium ion capacitor, an electrode containing the electrode active material, And an electricity storage device including the electrode as a negative electrode.

近年、電子機器の小型化・軽量化の進歩は目覚ましく、それに伴い、当該電子機器の駆動用電源として用いられる電池に対しても小型化・軽量化の要求が一層高まっている。このような小型化・軽量化の要求を満足するために、リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池が蓄電デバイスとして開発されている。また、高出力密度、良好なサイクル性能などの特性を有する蓄電デバイスとして、電気二重層キャパシタが知られている。さらに、高エネルギー密度特性及び高出力特性を必要とする用途に対応する蓄電デバイスとして、リチウムイオン二次電池及び電気二重層キャパシタの蓄電原理を組み合わせたリチウムイオンキャパシタが注目されている。   2. Description of the Related Art In recent years, progress in downsizing and weight reduction of electronic devices has been remarkable, and accordingly, demands for downsizing and weight reduction of batteries used as power sources for driving the electronic devices are further increased. In order to satisfy such demands for reduction in size and weight, nonaqueous electrolyte secondary batteries represented by lithium ion secondary batteries have been developed as power storage devices. In addition, an electric double layer capacitor is known as an electric storage device having characteristics such as high output density and good cycle performance. Further, lithium ion capacitors that combine the storage principles of lithium ion secondary batteries and electric double layer capacitors are attracting attention as power storage devices for applications that require high energy density characteristics and high output characteristics.

このような蓄電デバイスに用いられる負極活物質としては、一般的に黒鉛系材料が使用されている。しかしながら、黒鉛系活物質の容量には上限(372mAh/g)があるため、更なる高容量化が可能な負極活物質が求められている。これに対し、高い充放電容量を示す負極活物質として、Si、Ge、Ag、In、Sn、Pb等の、リチウムと合金化が可能な金属や半金属或いはこれらの酸化物を含む活物質について検討が進められている。しかしながら、これら金属等を含む活物質は、充放電に伴う体積変化が大きく、充放電を繰り返すことにより電極からの脱離等が起こるため、蓄電デバイスのサイクル特性を悪化させるという問題がある。   As a negative electrode active material used for such an electricity storage device, a graphite-based material is generally used. However, since the capacity of the graphite-based active material has an upper limit (372 mAh / g), a negative electrode active material capable of further increasing the capacity is demanded. On the other hand, as a negative electrode active material exhibiting a high charge / discharge capacity, an active material containing a metal, a semimetal or an oxide thereof that can be alloyed with lithium, such as Si, Ge, Ag, In, Sn, Pb, etc. Consideration is ongoing. However, an active material containing these metals and the like has a problem that the volume change due to charging / discharging is large, and detachment from the electrode occurs due to repeated charging / discharging, which deteriorates the cycle characteristics of the electricity storage device.

かかる問題に対して、特許文献1では、SiやSnが非晶質炭素中に分散した負極活物質を使用することが提案されており、特許文献2では、金属ナノ粒子及びMOx(M=Si、Sn等)ナノ粒子が表面に存在する、結晶質炭素を含むコアを、非晶質炭素を含むコーティング層で被覆したリチウム2次電池用負極活物質が提案されており、特許文献3では、少なくともSnを担持した炭素粒子の表面がさらに炭素材で被覆されてなる炭素質材料を用いた電極材料が提案されている。   In order to deal with this problem, Patent Document 1 proposes to use a negative electrode active material in which Si or Sn is dispersed in amorphous carbon. In Patent Document 2, metal nanoparticles and MOx (M = Si) are proposed. , Sn, etc.) A negative electrode active material for a lithium secondary battery in which a nanoparticle-present core and a core containing crystalline carbon are coated with a coating layer containing amorphous carbon has been proposed. There has been proposed an electrode material using a carbonaceous material in which the surface of carbon particles supporting at least Sn is further coated with a carbon material.

特開2010−153346号公報JP 2010-153346 A 特開2012−99452号公報JP 2012-99452 A 特開2003−242979号公報JP 2003-242979 A

しかしながら、金属や半金属或いはこれらの酸化物を含む従来の活物質を用いた蓄電デバイスでは、未だ実用可能なサイクル特性を実現するに至っていない。
したがって、本発明の課題は、サイクル特性が良好な蓄電デバイスを得ることができる、金属、半金属および/またはこれらの酸化物を含む電極活物質を提供することにある。
However, in a power storage device using a conventional active material containing a metal, a semimetal or an oxide thereof, a practical cycle characteristic has not yet been realized.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an electrode active material containing a metal, a metalloid and / or an oxide thereof, which can obtain an electricity storage device having good cycle characteristics.

本発明は、金属、半金属及びそれらの酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の成分(A)を内包する炭素材料(以下、「金属内包炭素」とも称する。)と、前記炭素材料の少なくとも一部を被覆する被覆用炭素材料を含有してなる電極活物質を提供するものである。   The present invention relates to a carbon material containing at least one component (A) selected from the group consisting of metals, metalloids and oxides thereof (hereinafter also referred to as “metal-containing carbon”), and the carbon material. An electrode active material comprising a coating carbon material covering at least a part is provided.

また、本発明は、前記電極活物質を含有する電極を提供するものであり、更に、前記電極を負極として備える蓄電デバイスを提供するものである。   Moreover, this invention provides the electrode containing the said electrode active material, Furthermore, the electrical storage device provided with the said electrode as a negative electrode is provided.

本発明の電極活物質を用いれば、高容量で、しかもサイクル特性に優れた蓄電デバイスを得ることができる。したがって、本発明の電極活物質は、リチウムイオンキャパシタ、リチウムイオン二次電池等の蓄電デバイスの電極材料として極めて有用である。   By using the electrode active material of the present invention, an electricity storage device having a high capacity and excellent cycle characteristics can be obtained. Therefore, the electrode active material of the present invention is extremely useful as an electrode material for power storage devices such as lithium ion capacitors and lithium ion secondary batteries.

図1は、実施例1で得られた電極活物質の断面の走査型電子顕微鏡(SEM)写真を示す。1 shows a scanning electron microscope (SEM) photograph of a cross section of the electrode active material obtained in Example 1. FIG. 図2は、実施例1で得られた電極活物質の断面の一例を示す概略模式図である。2 is a schematic diagram showing an example of a cross section of the electrode active material obtained in Example 1. FIG.

以下、本発明について詳細に説明する。
電極活物質
本発明の電極活物質は、金属、半金属及びそれらの酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の成分(A)を内包する炭素材料と、前記炭素材料の少なくとも一部を被覆する被覆用炭素材料を含有してなるものである。ここで「成分(A)を内包する炭素材料」とは、金属粒子等が炭素材料の外部に接した表面に担持されている状態を意味するのではなく、炭素材料がその内部に成分(A)を包み持つことをいい、成分(A)が炭素中に閉じ込められた状態を意味する。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
Electrode active material The electrode active material of the present invention covers a carbon material containing at least one component (A) selected from the group consisting of metals, metalloids and oxides thereof, and at least a part of the carbon material. It contains a carbon material for coating. Here, the “carbon material containing component (A)” does not mean a state in which metal particles or the like are supported on the surface in contact with the outside of the carbon material, but the carbon material is contained in the component (A ) And means that component (A) is confined in carbon.

なお、金属内包炭素を製造する場合、通常、一部の成分(A)は、金属内包炭素表面にも存在する。本発明者らは、この炭素表面に存在している成分(A)が充放電に伴い脱離するため、サイクル特性を悪化させるものと考え鋭意検討した結果、金属内包炭素表面に付着している成分(A)の充放電に伴う脱離を防止すべく、金属内包炭素を更に炭素材料で被覆することにより前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成した。   In addition, when manufacturing metal inclusion carbon, a one part component (A) exists also in the metal inclusion carbon surface normally. As a result of intensive studies that the present inventors have considered that the component (A) present on the carbon surface is desorbed due to charge and discharge, and thus deteriorates the cycle characteristics, the carbon adheres to the metal-encapsulated carbon surface. The present invention has been completed by finding that the above-mentioned problems can be solved by further coating the metal-encapsulated carbon with a carbon material in order to prevent desorption associated with charge / discharge of the component (A).

本発明の電極活物質において、金属や半金属としては、特に制限されないが、リチウムと合金を形成できる金属や半金属であることが好ましく、例えば、Si、Ge、Ag、In、Sn、Pb、Mg、Ti、V、Cd、Se、Mn、Pt、Bが挙げられる。本発明の電極活物質において、金属や半金属は、これらの金属や半金属を含む合金であってもよい。中でも、特に高いリチウム吸蔵放出容量を発揮できる電極活物質が得られる等の点から、Si又はSnが好適である。
金属や半金属の酸化物としては、同様の理由から、Si又はSnの酸化物が好適である。
In the electrode active material of the present invention, the metal or metalloid is not particularly limited, but is preferably a metal or metalloid capable of forming an alloy with lithium, for example, Si, Ge, Ag, In, Sn, Pb, Mg, Ti, V, Cd, Se, Mn, Pt, and B are mentioned. In the electrode active material of the present invention, the metal or metalloid may be an alloy containing these metal or metalloid. Among these, Si or Sn is preferable because an electrode active material capable of exhibiting a particularly high lithium storage / release capacity can be obtained.
As the metal or metalloid oxide, for the same reason, an oxide of Si or Sn is preferable.

成分(A)は、炭素中で微分散していることが好ましく、その粒子径は好ましくは1〜200nm、特に好ましくは1〜100nmである。
更に、成分(A)は、X線回折スペクトルにおける第一ピークより求めた結晶子サイズが、500オングストローム以下である成分を含むことが好ましく、400オングストローム以下である成分を含むことが特に好ましい。
The component (A) is preferably finely dispersed in carbon, and the particle diameter thereof is preferably 1 to 200 nm, particularly preferably 1 to 100 nm.
Furthermore, the component (A) preferably contains a component having a crystallite size determined from the first peak in the X-ray diffraction spectrum of 500 angstroms or less, and particularly preferably contains a component having a crystallite size of 400 angstroms or less.

X線回折スペクトルにおける第一ピークとは、X線回折スペクトルにおいて成分(A)の結晶に由来するピークのうち(成分(A)が複数種存在する場合は各々の成分(A)について)高さが最高のピークである。なお、既知の結晶であれば、X線回折スペクトルにおいて第一ピークがどのピークであるかは、粉末回折データベースICDD((株)ライトストーン製)より知ることができる。例えばSnでは(200)面に由来する回折ピークが第一ピークである。   The first peak in the X-ray diffraction spectrum is the height of the peak derived from the component (A) crystal in the X-ray diffraction spectrum (when there are multiple types of component (A), each component (A)) is the height. Is the highest peak. In addition, if it is a known crystal, it can be known from the powder diffraction database ICDD (manufactured by Lightstone Co., Ltd.) which peak is the first peak in the X-ray diffraction spectrum. For example, in Sn, the diffraction peak derived from the (200) plane is the first peak.

成分(A)がこのような構造を有することで、充放電に伴う成分(A)の体積変化により生じる応力を分散することができ、その結果、サイクル特性に優れた蓄電デバイスを得ることができると考えられる。
成分(A)の粒子径及び結晶子サイズは、下記実施例に記載の方法で測定することができる。
The component (A) having such a structure can disperse the stress caused by the volume change of the component (A) accompanying charge / discharge, and as a result, an electricity storage device having excellent cycle characteristics can be obtained. it is conceivable that.
The particle diameter and crystallite size of component (A) can be measured by the methods described in the following examples.

金属内包炭素を構成する炭素材料、及び、被覆用炭素材料としては、特に限定されるものではないが、本発明の電極活物質についてラマン分光分析により黒鉛性を評価した場合、以下の結果を示すことが好ましい。即ち、ラマンスペクトルにおいては、Dバンド及びGバンドを有し、それぞれの強度ID及びIGの比ID/IGが、0.3〜1.0であることが好ましく、0.5〜1.0であることが特に好ましい。ここで、Dバンドの強度IDとは、ラマンスペクトルにおいて1360cm-1付近に認められるピークの高さを意味し、一方、Gバンドの強度IGとは、ラマンスペクトルにおいて1580cm-1付近に認められるピークの高さを意味する。金属内包炭素を構成する炭素材料、及び、被覆用炭素材料がこのような構造を有することで、所望の効果がより高い蓄電デバイスを得ることができる。 Although it does not specifically limit as a carbon material which comprises metal inclusion carbon, and a coating carbon material, The following results are shown when graphiticity is evaluated by Raman spectroscopic analysis about the electrode active material of the present invention. It is preferable. That is, the Raman spectrum has a D band and a G band, and the ratio ID / IG of each intensity ID and IG is preferably 0.3 to 1.0, and preferably 0.5 to 1.0. It is particularly preferred. Here, the intensity ID of the D band means the height of a peak recognized in the vicinity of 1360 cm −1 in the Raman spectrum, while the intensity IG of the G band means a peak recognized in the vicinity of 1580 cm −1 in the Raman spectrum. Means the height of When the carbon material constituting the metal-encapsulating carbon and the covering carbon material have such a structure, an electricity storage device having a higher desired effect can be obtained.

また、本発明の電極活物質の比表面積は、好ましくは0.01〜100m2/g、特に好ましくは0.1〜50m2/gである。比表面積が小さすぎると、得られる電極の内部抵抗が高くなるおそれがあり、一方比表面積が大きすぎると、得られる電極の強度が不足したり、クーロン効率が低下したりするおそれがある。
比表面積は、下記実施例に記載の方法で測定することができる。
The specific surface area of the electrode active material of the present invention is preferably 0.01~100m 2 / g, particularly preferably 0.1 to 50 m 2 / g. If the specific surface area is too small, the internal resistance of the obtained electrode may be increased. On the other hand, if the specific surface area is too large, the strength of the obtained electrode may be insufficient or the Coulomb efficiency may be reduced.
The specific surface area can be measured by the method described in the following examples.

本発明の電極活物質は、適宜の方法で製造することができるが、成分(A)を内包する有機重合体粒子(以下、単に「有機重合体粒子」とも称する。)を、被覆用炭素材料となる有機化合物と混合することにより被覆した後、不活性ガス存在下で加熱することにより製造することが好ましい。   The electrode active material of the present invention can be produced by an appropriate method. An organic polymer particle containing the component (A) (hereinafter also simply referred to as “organic polymer particle”) is coated with a carbon material for coating. It is preferable to manufacture by coating with an organic compound to become, and then heating in the presence of an inert gas.

有機重合体粒子は、例えば、有機モノマーを成分(A)と共に乳化重合又は懸濁重合することにより製造することができる。乳化重合法又は懸濁重合法としては、公知の方法を採用することができる。   The organic polymer particles can be produced, for example, by subjecting an organic monomer to emulsion polymerization or suspension polymerization together with the component (A). As the emulsion polymerization method or suspension polymerization method, a known method can be employed.

有機重合体粒子の製造に用いられる有機モノマーとしては、特に限定されるものではないが、例えば、スチレン、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸エステル、アクリロニトリル、ブタジエン、ジビニルベンゼン等のビニルモノマー;フェノール、クレゾール、メラミン、レゾルシノール等と、アルデヒド類やヘキサメチレンテトラミン等とを組み合わせた付加縮合系モノマーが挙げられる。有機重合体粒子の製造に用いられる有機モノマーは、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   The organic monomer used for the production of the organic polymer particles is not particularly limited. For example, vinyl monomers such as styrene, (meth) acrylic acid, (meth) acrylic acid ester, acrylonitrile, butadiene, and divinylbenzene. An addition condensation type monomer obtained by combining phenol, cresol, melamine, resorcinol and the like with aldehydes, hexamethylenetetramine and the like; The organic monomers used for the production of the organic polymer particles can be used alone or in combination of two or more.

成分(A)を炭素中で微分散させるには、分散剤を用いて成分(A)と有機モノマーとを系中に分散させた後、重合することが好ましい。前記分散剤としては、カチオン系、アニオン系、ノニオン系等の公知の分散剤を適宜使用することができ、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。   In order to finely disperse component (A) in carbon, it is preferable to polymerize after dispersing component (A) and the organic monomer in the system using a dispersant. As the dispersant, known dispersants such as cationic, anionic and nonionic can be used as appropriate, and they can be used alone or in combination of two or more.

有機重合体粒子を乳化重合又は懸濁重合する際には、公知の乳化剤や分散剤を適宜使用することができる。
乳化剤としては、例えば、高級アルコールの硫酸エステル塩、アルキルベンゼンスルホン酸塩、アルキルジフェニルエーテルジスルホン酸塩、脂肪族スルホン酸塩、脂肪族カルボン酸塩、デヒドロアビエチン酸塩、ナフタレンスルホン酸・ホルマリン縮合物、非イオン性界面活性剤の硫酸エステル塩などのアニオン性界面活性剤;ポリエチレングリコールのアルキルエステル、ポリエチレングリコールのアルキルフェニルエーテル、ポリエチレングリコールのアルキルエーテルなどのノニオン性界面活性剤;パーフルオロブチルスルホン酸塩、パーフルオロアルキル基含有リン酸エステル、パーフルオロアルキル基含有カルボン酸塩、パーフルオロアルキルエチレンオキシド付加物などのフッ素系界面活性剤が挙げられ、これらのうちから選択される一種以上を使用することができる。
When the organic polymer particles are subjected to emulsion polymerization or suspension polymerization, known emulsifiers and dispersants can be appropriately used.
Examples of the emulsifier include sulfate esters of higher alcohols, alkylbenzene sulfonates, alkyl diphenyl ether disulfonates, aliphatic sulfonates, aliphatic carboxylates, dehydroabietic acid salts, naphthalene sulfonic acid / formalin condensates, Anionic surfactants such as sulfate ester salts of ionic surfactants; nonionic surfactants such as alkyl esters of polyethylene glycol, alkyl phenyl ethers of polyethylene glycol, alkyl ethers of polyethylene glycol; perfluorobutyl sulfonates; Fluorosurfactants such as perfluoroalkyl group-containing phosphate esters, perfluoroalkyl group-containing carboxylates, and perfluoroalkylethylene oxide adducts are listed. Is the may be used one or more kinds.

有機重合体粒子を重合する際に用いられる分散剤としては、アラビアゴム、アカシア、グアーガム、ローカストビーンガム等の水溶性多糖類誘導体を主成分とする天然糊料;カルボキシメチルセルロースのアルカリ金属塩又はアンモニウム塩;ポリビニルアルコールなどを挙げることができ、これらのうちから選択される一種以上を使用することができる。   Dispersants used when polymerizing organic polymer particles include natural glues based on water-soluble polysaccharide derivatives such as gum arabic, acacia, guar gum, locust bean gum, etc .; alkali metal salts or ammonium of carboxymethyl cellulose Salt; Polyvinyl alcohol etc. can be mentioned, One or more selected from these can be used.

なお、有機重合体粒子を製造する際、本発明の電極活物質内部に空隙部分を形成させるため、得られる重合体と相溶性の低い有機溶剤を混合してもよい。   In addition, when manufacturing organic polymer particle | grains, in order to form a space | gap part inside the electrode active material of this invention, you may mix the organic solvent with low compatibility with the polymer obtained.

このようにして得られた有機重合体粒子を被覆する有機化合物としては、例えば、石油系ピッチ、石炭系ピッチ等のピッチ;ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリビニルアルコール、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリビニルピロリドン、ポリアクリロニトリル、アクリロニトリルスチレン共重合体、アクリロニトリルブタジエン共重合体、スチレン−エチレン・ブチレン−スチレンブロック共重合体等の熱可塑性樹脂;フェノール樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を挙げることができる。これらの有機化合物の炭化物が、被覆用炭素材料を構成する。
本発明において、被覆用炭素材料となる有機化合物は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
Examples of the organic compound that coats the organic polymer particles thus obtained include, for example, pitches such as petroleum pitch and coal pitch; polyvinyl chloride, polyvinylidene chloride, polyvinyl alcohol, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyvinyl Thermoplastic resins such as pyrrolidone, polyacrylonitrile, acrylonitrile styrene copolymer, acrylonitrile butadiene copolymer, styrene-ethylene / butylene-styrene block copolymer; thermosetting resins such as phenol resin, melamine resin, and epoxy resin be able to. The carbides of these organic compounds constitute the coating carbon material.
In this invention, the organic compound used as the carbon material for a coating can be used individually or in mixture of 2 or more types.

本発明においては、有機重合体粒子を被覆する際に、前記有機化合物と共に、カーボンブラック、気相成長炭素繊維、グラフェン、カーボンナノチューブ等の炭素材料を混合することにより、これらを含有する被覆用炭素材料を用いることもできる。   In the present invention, when coating the organic polymer particles, a carbon material such as carbon black, vapor-grown carbon fiber, graphene, or carbon nanotube is mixed with the organic compound, thereby coating carbon containing these. Materials can also be used.

有機化合物で被覆された有機重合体粒子を、不活性ガス存在下で加熱することにより、該粒子を炭素化させ、本発明の電極活物質を得ることができる。不活性ガスとしては、例えば、N2、アルゴン等が挙げられる。加熱温度は、好ましくは500〜2,000℃、特に好ましくは600〜1,500℃である。加熱時間は、好ましくは30分〜5時間、特に好ましくは30分〜3時間である。炭素化を行う前に、酸化処理を行うことにより、得られる電極活物質の収率を高めることができる。酸化処理は、例えば、大気雰囲気下で加熱することにより行うことができる。酸化処理の際の加熱温度は、好ましくは100〜500℃、特に好ましくは200〜400℃である。酸化処理の際の加熱時間は、好ましくは30分〜8時間、特に好ましくは1〜5時間である。 By heating the organic polymer particles coated with the organic compound in the presence of an inert gas, the particles can be carbonized to obtain the electrode active material of the present invention. Examples of the inert gas include N 2 and argon. The heating temperature is preferably 500 to 2,000 ° C, particularly preferably 600 to 1,500 ° C. The heating time is preferably 30 minutes to 5 hours, particularly preferably 30 minutes to 3 hours. By performing an oxidation treatment before carbonization, the yield of the obtained electrode active material can be increased. The oxidation treatment can be performed, for example, by heating in an air atmosphere. The heating temperature during the oxidation treatment is preferably 100 to 500 ° C, particularly preferably 200 to 400 ° C. The heating time in the oxidation treatment is preferably 30 minutes to 8 hours, particularly preferably 1 to 5 hours.

本発明の電極活物質は、これを用いた蓄電デバイスに高い容量と優れたサイクル特性を与える。本発明の電極活物質は、二次電池の負極活物質として用いることが好ましく、特にリチウムイオン二次電池の負極活物質として用いることが好ましい。   The electrode active material of the present invention gives a high capacity and excellent cycle characteristics to an electricity storage device using the electrode active material. The electrode active material of the present invention is preferably used as a negative electrode active material for a secondary battery, and particularly preferably used as a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery.

電極
本発明の電極は、本発明の電極活物質を含有するものであり、通常、集電体上に本発明の電極活物質、及びバインダー等を含有する活物質層が形成されてなるものである。前記活物質層は、通常、電極活物質、及びバインダー等を含有するスラリーを調製し、これを集電体上に塗布し、乾燥させることにより製造することができる。
Electrode The electrode of the present invention contains the electrode active material of the present invention and is usually formed by forming an active material layer containing the electrode active material of the present invention and a binder on a current collector. is there. The active material layer can be usually produced by preparing a slurry containing an electrode active material and a binder, applying the slurry on a current collector, and drying the slurry.

本発明の電極は、本発明の電極活物質を負極活物質として用い、負極とすることが好ましく、二次電池の負極とすることが好ましく、特にリチウムイオン二次電池の負極とすることが好ましい。   The electrode of the present invention is preferably a negative electrode using the electrode active material of the present invention as a negative electrode active material, preferably a negative electrode of a secondary battery, particularly preferably a negative electrode of a lithium ion secondary battery. .

前記活物質層全体に対する、本発明の電極活物質の含有量は、好ましくは50〜90質量%である。
本発明の電極活物質は、単独で又は2種以上を組み合わせて用いることができる。
The content of the electrode active material of the present invention with respect to the entire active material layer is preferably 50 to 90% by mass.
The electrode active material of this invention can be used individually or in combination of 2 or more types.

前記集電体の材質としては、本発明の電極が正極である場合、アルミニウム、ステンレス等が好ましく、一方、本発明の電極が負極である場合、銅、ニッケル、ステンレス等が好ましい。
集電体の厚みは、正負極どちらであっても、通常10〜50μmである。
The material of the current collector is preferably aluminum, stainless steel or the like when the electrode of the present invention is a positive electrode, while copper, nickel, stainless steel or the like is preferable when the electrode of the present invention is a negative electrode.
The thickness of the current collector is usually 10 to 50 μm regardless of whether the current is positive or negative.

前記バインダーとしては、例えば、スチレン−ブタジエンゴム(SBR)、アクリロニトリル−ブタジエンゴム(NBR)等のゴム系バインダー;ポリ四フッ化エチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ素系樹脂;ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリアクリル酸の他、特開2009−246137号公報に開示されているフッ素変性(メタ)アクリル系バインダーを挙げることができる。バインダーの使用量は、特に限定されるものではないが、本発明の電極活物質に対して、好ましくは1〜20質量%である。   Examples of the binder include rubber-based binders such as styrene-butadiene rubber (SBR) and acrylonitrile-butadiene rubber (NBR); fluorine-based resins such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride; polypropylene, polyethylene, and polyacrylic acid In addition, a fluorine-modified (meth) acrylic binder disclosed in JP-A-2009-246137 can be mentioned. Although the usage-amount of a binder is not specifically limited, Preferably it is 1-20 mass% with respect to the electrode active material of this invention.

前記活物質層には、更に、カーボンブラック、黒鉛、金属粉末等の導電剤;カルボキシルメチルセルロース、そのNa塩又はアンモニウム塩、メチルセルロース、ヒドロキシメチルセルロース、エチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリビニルアルコール、酸化スターチ、リン酸化スターチ、カゼイン等の増粘剤等が含有されていてもよい。   The active material layer further includes a conductive agent such as carbon black, graphite, and metal powder; carboxyl methyl cellulose, its Na salt or ammonium salt, methyl cellulose, hydroxymethyl cellulose, ethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, oxidized starch, phosphorylated Thickeners such as starch and casein may be contained.

前記活物質層の厚さは、特に限定されるものではないが、通常5〜500μm、好ましくは10〜200μm、特に好ましくは10〜100μmである。
また、前記活物質層の密度は、リチウムイオン二次電池に用いる電極である場合、好ましくは1.50〜2.00g/ccであり、特に好ましくは1.60〜1.90g/ccである。活物質層の密度がかかる範囲にあると、電解液の保液性と活物質の接触抵抗とのバランスが良いため、高容量で且つ低抵抗な蓄電デバイスを提供することができる。
The thickness of the active material layer is not particularly limited, but is usually 5 to 500 μm, preferably 10 to 200 μm, and particularly preferably 10 to 100 μm.
Moreover, when the density of the said active material layer is an electrode used for a lithium ion secondary battery, Preferably it is 1.50-2.00 g / cc, Most preferably, it is 1.60-1.90 g / cc. . When the density of the active material layer is within such a range, the balance between the liquid retention of the electrolytic solution and the contact resistance of the active material is good, so that an electricity storage device having a high capacity and a low resistance can be provided.

蓄電デバイス
本発明の蓄電デバイスは、本発明の電極を負極として備えてなるものである。蓄電デバイスとしては、例えば、二次電池、リチウムイオンキャパシタを挙げることができる。本発明においては、本発明の電極を負極として備えてなるリチウムイオン二次電池であることが好ましい。
Electric storage device The electric storage device of the present invention comprises the electrode of the present invention as a negative electrode. Examples of the electricity storage device include a secondary battery and a lithium ion capacitor. In this invention, it is preferable that it is a lithium ion secondary battery provided with the electrode of this invention as a negative electrode.

本発明の蓄電デバイスは、負極として用いられる本発明の電極の他、少なくとも正極、及び電解質を備えることが好ましい。負極として用いられる本発明の電極の構成及び製造方法は、前記「電極」において説明した通りである。   The electricity storage device of the present invention preferably includes at least a positive electrode and an electrolyte in addition to the electrode of the present invention used as a negative electrode. The configuration and manufacturing method of the electrode of the present invention used as the negative electrode are as described in the above “electrode”.

本発明の蓄電デバイスにおいて、前記正極の基本的な構成及び製造方法は、活物質の種類を除いて、前記「電極」において説明したものと同様である。
本発明の蓄電デバイスがリチウムイオンキャパシタである場合、用いられる正極活物質としては、例えば、活性炭、ポリアセン系物質を挙げることができる。一方、本発明の蓄電デバイスがリチウムイオン二次電池である場合、用いられる正極活物質としては、例えば、リチウムコバルト酸化物、リチウムニッケル酸化物、リチウムマンガン酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物、二酸化マンガン等の遷移金属酸化物、フッ化黒鉛等の炭素質材料を挙げることができる。これらの正極活物質は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。
In the electricity storage device of the present invention, the basic configuration and manufacturing method of the positive electrode are the same as those described in the “electrode” except for the type of active material.
When the electricity storage device of the present invention is a lithium ion capacitor, examples of the positive electrode active material used include activated carbon and polyacene-based materials. On the other hand, when the electricity storage device of the present invention is a lithium ion secondary battery, examples of the positive electrode active material used include lithium transition metal composite oxides such as lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide, and lithium manganese oxide, Examples thereof include transition metal oxides such as manganese dioxide and carbonaceous materials such as graphite fluoride. These positive electrode active materials can be used individually or in mixture of 2 or more types.

本発明の蓄電デバイスにおいて、前記電解質は、通常、溶媒中に溶解された電解液の状態で用いられる。本発明において電解質としては、リチウムイオンを生成することのできるものが好ましく、具体的には、LiClO4、LiAsF6、LiBF4、LiPF6、LiN(C25SO22、LiN(CF3SO22、LiN(FSO22等を挙げることができる。これらの電解質は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。 In the electricity storage device of the present invention, the electrolyte is usually used in the state of an electrolytic solution dissolved in a solvent. In the present invention, the electrolyte is preferably one that can generate lithium ions. Specifically, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (FSO 2 ) 2 and the like. These electrolytes can be used alone or in admixture of two or more.

電解質を溶解させるための溶媒としては、非プロトン性の有機溶媒が好ましく、具体的には、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、1−フルオロエチレンカーボネート、1−(トリフルオロメチル)エチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、アセトニトリル、ジメトキシエタン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、塩化メチレン、スルホラン等を挙げることができる。これらの溶媒は、単独で又は2種以上を混合して使用することができる。   As the solvent for dissolving the electrolyte, an aprotic organic solvent is preferable. Specifically, ethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, 1-fluoroethylene carbonate, 1- (trifluoromethyl) ethylene carbonate, dimethyl Examples thereof include carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, acetonitrile, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, dioxolane, methylene chloride, sulfolane and the like. These solvents can be used alone or in admixture of two or more.

電解液中の電解質の濃度は、電解液による内部抵抗を小さくするため、0.1モル/L以上にすることが好ましく、0.5〜1.5モル/Lの範囲内にすることがより好ましい。また、電解液には、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、無水コハク酸、無水マレイン酸、プロパンスルトン、ジエチルスルホン等の添加剤が含有されていてもよい。   The concentration of the electrolyte in the electrolyte is preferably 0.1 mol / L or more, and more preferably in the range of 0.5 to 1.5 mol / L in order to reduce the internal resistance due to the electrolyte. preferable. The electrolyte may contain additives such as vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, succinic anhydride, maleic anhydride, propane sultone, and diethyl sulfone.

電解質は、前記のように通常は液状に調製されて使用されるが、漏液を防止する目的でゲル状又は固体状のものを使用してもよい。   As described above, the electrolyte is usually prepared and used in a liquid state, but a gel or solid electrolyte may be used for the purpose of preventing leakage.

電解質が電解液の状態で用いられる場合、正極と負極の間には、通常、正極と負極とが物理的に接触しないようにするためにセパレータが設けられる。前記セパレータとしては、例えば、セルロースレーヨン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリアミド、ポリエステル、ポリイミド等を原料とする不織布又は多孔質フィルムを挙げることができる。   When the electrolyte is used in the state of an electrolyte, a separator is usually provided between the positive electrode and the negative electrode so that the positive electrode and the negative electrode are not in physical contact. Examples of the separator include a nonwoven fabric or a porous film using cellulose rayon, polyethylene, polypropylene, polyamide, polyester, polyimide, or the like as a raw material.

蓄電デバイスの構造としては、例えば、板状の正極と負極とがセパレータを介して各々3層以上積層された積層体が外装フィルム内に封入された積層型セル、帯状の正極と負極とがセパレータを介して捲回された積層体が角型又は円筒型の容器に収納された捲回型セル等を挙げることができる。   As the structure of the electricity storage device, for example, a laminated cell in which a laminated body in which three or more plate-like positive electrodes and negative electrodes are laminated via a separator is enclosed in an exterior film, and a strip-like positive electrode and negative electrode are separators. Examples include a wound cell in which a laminated body wound through a container is accommodated in a rectangular or cylindrical container.

以下、実施例を挙げて、本発明の実施の形態をさらに具体的に説明する。但し、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the embodiment of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

下記実施例及び比較例で得られた電極活物質を用いて、以下(1)〜(6)の評価を行った。結果を表3に示す。   The following (1) to (6) were evaluated using the electrode active materials obtained in the following Examples and Comparative Examples. The results are shown in Table 3.

(1)ラマン分光分析
レニショー(株)製inVia Reflexラマンマイクロスコープにより、波長532nmのレーザーを用いて、得られた電極活物質のラマン分光分析を行った。得られたラマンスペクトルから、1360cm-1付近に認められるDバンドのピークの強度(高さ、ID)と、1580cm-1付近に認められるGバンドのピークの強度(高さ、IG)との比ID/IGを測定した。
(1) Raman spectroscopic analysis The obtained electrode active material was subjected to Raman spectroscopic analysis using a laser with a wavelength of 532 nm using an inVia Reflex Raman microscope manufactured by Renishaw Corporation. From the obtained Raman spectrum, the ratio between the intensity (height, ID) of the peak of D band observed near 1360 cm −1 and the intensity (height, IG) of the peak of G band recognized near 1580 cm −1. ID / IG was measured.

(2)X線回折分析
(株)リガク製SmartLabを用いて、表1に示す条件で、得られた電極活物質のX線回折分析を行った。得られたX線回折スペクトルにおいて、Snの第一ピークである、2θ=30.5°付近に認められる(200)面のピークの半値幅から、結晶子サイズを算出した。
(2) X-ray diffraction analysis The obtained electrode active material was subjected to X-ray diffraction analysis under the conditions shown in Table 1 using SmartLab manufactured by Rigaku Corporation. In the obtained X-ray diffraction spectrum, the crystallite size was calculated from the full width at half maximum of the peak of the (200) plane observed near 2θ = 30.5 °, which is the first peak of Sn.

(3)成分(A)の粒子径の測定
走査型電子顕微鏡(SEM)を用いて、得られた電極活物質に含まれる成分(A)の粒子径を測定した。
(3) Measurement of particle diameter of component (A) The particle diameter of the component (A) contained in the obtained electrode active material was measured using the scanning electron microscope (SEM).

(4)比表面積の測定
得られた電極活物質の比表面積を、日本ベル(株)製BELSORP−miniIIを用いて、BET法により求めた。
(4) Measurement of specific surface area The specific surface area of the obtained electrode active material was determined by BET method using BELSORP-miniII manufactured by Nippon Bell Co., Ltd.

(5)粉体抵抗値の測定
得られた電極活物質について、(株)三菱化学アナリテック製、紛体抵抗測定システムMCP−PD51、及び抵抗率計MCP−T610を用いて、プレス圧力38.2MPaでプレスした際の抵抗値を測定した。
(5) Measurement of powder resistance value About the obtained electrode active material, Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd., the powder resistance measurement system MCP-PD51, and the resistivity meter MCP-T610, press pressure 38.2MPa The resistance value at the time of pressing with was measured.

(6)サイクル特性(容量維持率)の評価
得られた電極活物質0.30g、アセチレンブラック0.017g、カルボキシメチルセルロース3%水溶液0.342g、蒸留水0.30g、及びポリアクリル酸バインダー0.046gを混合し、スラリーを調製した。得られたスラリーをCu箔に塗布し、100℃で1時間予備乾燥した後、減圧下200℃で3時間乾燥し、負極板を得た。得られた負極板を12mm径にカットした。グローブボックス内にて、円形にカットした負極板、25mm径のセパレータ、及び12.5mm径にカットしたLi箔をこの順で重ね合わせ、東洋システム(株)製2極セルに配置した。得られたセル中に、電解液として、1.2MのLiPF6のエチレンカーボネート/ジエチルカーボネート=30/70(体積比)溶液を適量添加した後、減圧脱泡し、評価用セルを完成させた。
(6) Evaluation of cycle characteristics (capacity retention ratio) 0.30 g of the obtained electrode active material, 0.017 g of acetylene black, 0.342 g of 3% aqueous solution of carboxymethylcellulose, 0.30 g of distilled water, and polyacrylic acid binder 046 g was mixed to prepare a slurry. The obtained slurry was applied to a Cu foil, preliminarily dried at 100 ° C. for 1 hour, and then dried at 200 ° C. under reduced pressure for 3 hours to obtain a negative electrode plate. The obtained negative electrode plate was cut into a diameter of 12 mm. In the glove box, a negative electrode plate cut into a circle, a separator with a diameter of 25 mm, and a Li foil cut with a diameter of 12.5 mm were superposed in this order and placed in a bipolar cell manufactured by Toyo System Co., Ltd. An appropriate amount of a 1.2M LiPF 6 ethylene carbonate / diethyl carbonate = 30/70 (volume ratio) solution was added as an electrolytic solution to the obtained cell, followed by degassing under reduced pressure to complete an evaluation cell. .

作製したセルを東洋システム(株)製充放電評価装置にセットし、表2に示す条件で15サイクルの充放電試験を行った。容量維持率(1サイクル目の放電容量に対する15サイクル目の放電容量の割合)を、サイクル特性として評価した。   The produced cell was set in a charge / discharge evaluation apparatus manufactured by Toyo System Co., Ltd., and a 15-cycle charge / discharge test was performed under the conditions shown in Table 2. The capacity retention ratio (ratio of the discharge capacity at the 15th cycle to the discharge capacity at the 1st cycle) was evaluated as cycle characteristics.

[実施例1]
フタ付ポリ容器にSnO214.2g、1,4−ジビニルベンゼン40.0g、並びに分散剤としてヘキサン酸52.0g、BYK102(ビックケミー・ジャパン(株)製)2.6g及びSZ6030(東レ・ダウコーニング(株)製)1.56gを、分散用ZrO2ビーズ(ビーズ径0.1mm)400gと共に加えて、ペイントシェーカーにて1時間振とうさせた。その後、7μm孔の桐山ろ紙でろ過することにより、ZrO2ビーズを除去し、茶色の透明液体を得た。
[Example 1]
In a plastic container with a lid, SnO 2 14.2 g, 1,4-divinylbenzene 40.0 g, and 52.0 g of hexanoic acid as a dispersing agent, 2.6 g of BYK102 (manufactured by Big Chemie Japan) and SZ6030 (Toray Dow Corning Co., Ltd. (1.56 g) was added together with 400 g of dispersion ZrO 2 beads (bead diameter 0.1 mm) and shaken for 1 hour in a paint shaker. Then, ZrO 2 beads were removed by filtering with 7 μm pore Kiriyama filter paper to obtain a brown transparent liquid.

窒素導入管、攪拌羽、冷却管、及び温度計を備えたセパラブルフラスコに、得られた茶色透明液体110.3g、蒸留水926g、ポリビニルアルコール9.19g、Na2CO30.92g、ドデシルベンゼンスルホン酸ナトリウム 0.74g及びNaNO24.59gを投入し、500rpmにて撹拌しながら85℃まで昇温した。その後、アゾビスイソブチルニトリルを0.76g投入し、85℃で4時間加熱撹拌して重合反応を行った。反応液を38℃まで自然冷却させた後、5NのKOH水溶液15mlを加えて中和した。30分間撹拌した後、7μm孔の桐山ろ紙で吸引濾過し、さらに水1L及びエタノール1Lで、得られた重合体粒子を順次洗浄した。次いで、60℃で12時間真空乾燥し、SnO2を内包する1,4−ジビニルベンゼン重合体粒子を得た。 In a separable flask equipped with a nitrogen introduction tube, a stirring blade, a cooling tube, and a thermometer, the obtained brown transparent liquid 110.3 g, distilled water 926 g, polyvinyl alcohol 9.19 g, Na 2 CO 3 0.92 g, dodecyl Sodium benzenesulfonate 0.74 g and NaNO 2 4.59 g were added, and the temperature was raised to 85 ° C. while stirring at 500 rpm. Thereafter, 0.76 g of azobisisobutylnitrile was added, and the polymerization reaction was performed by heating and stirring at 85 ° C. for 4 hours. The reaction solution was naturally cooled to 38 ° C., and then neutralized by adding 15 ml of 5N aqueous KOH solution. After stirring for 30 minutes, suction filtration was performed with 7 μm pore Kiriyama filter paper, and the obtained polymer particles were washed successively with 1 L of water and 1 L of ethanol. Then, 12 hours at 60 ° C. and dried in vacuo to afford the 1,4-divinylbenzene polymer particles containing a SnO 2.

コールタールピッチ(石炭系ピッチ)4.0gをテトラヒドロフラン(THF)12.0gに加え、マグネティックスターラーを用いて83℃で1時間撹拌し、粘性液体を得た。この粘性液体に、前記SnO2を内包する1,4−ジビニルベンゼン重合体粒子2.0gを加え、減圧下で1時間撹拌し、脱泡処理を行った。その後、還流下で1時間撹拌した後、エバポレータを用いてTHFを留去した。さらに150℃に設定したボックス型マッフル炉で、3時間乾燥させることで、コールタールピッチで被覆された、SnO2を内包する1,4−ジビニルベンゼン重合体粒子を得た。 4.0 g of coal tar pitch (coal pitch) was added to 12.0 g of tetrahydrofuran (THF), and the mixture was stirred at 83 ° C. for 1 hour using a magnetic stirrer to obtain a viscous liquid. To this viscous liquid, 2.0 g of 1,4-divinylbenzene polymer particles containing SnO 2 was added and stirred for 1 hour under reduced pressure to perform defoaming treatment. Then, after stirring for 1 hour under reflux, THF was distilled off using an evaporator. Furthermore, by drying for 3 hours in a box-type muffle furnace set at 150 ° C., 1,4-divinylbenzene polymer particles encapsulating SnO 2 coated with coal tar pitch were obtained.

得られた重合体粒子を、ボックス型マッフル炉を用いて、大気雰囲気下、昇温速度2℃/分で350℃まで昇温した後、その温度で3時間加熱することで酸化処理を行った。管状炉を用いて、N2気流下、昇温速度12℃/分で800℃まで昇温した後、その温度で1時間加熱し、炭化処理を行うことにより電極活物質を得た。なお、この製造例においてSnO2はSnに還元される。後述する実施例2〜3及び比較例1〜2においても同様である。
得られた電極活物質について前記評価を行った。評価結果を表3に示す。
The obtained polymer particles were heated to 350 ° C. at a temperature rising rate of 2 ° C./min in an air atmosphere using a box-type muffle furnace, and then subjected to oxidation treatment by heating at that temperature for 3 hours. . Using a tubular furnace, the temperature was raised to 800 ° C. at a rate of temperature rise of 12 ° C./min in a N 2 stream, and then heated at that temperature for 1 hour to perform carbonization treatment to obtain an electrode active material. In this production example, SnO 2 is reduced to Sn. The same applies to Examples 2-3 and Comparative Examples 1-2 described later.
Said evaluation was performed about the obtained electrode active material. The evaluation results are shown in Table 3.

また、得られた電極活物質の断面を撮影したSEM写真を図1に示す。なお、図2は、実施例1で得られた電極活物質の断面の一例を示す概略模式図である。
図1は、得られた電極活物質の断面の一部、具体的には、図2の四角の破線で囲った部分を拡大した写真である。
図1において、白い点を含む灰色部分(写真の左下)は、金属内包炭素であり、炭素材料(灰色部分)中に、成分(A)(白い点)が内包されていることが分かる。また、図1において、黒い部分(写真の上部)は、金属内包炭素を被覆する被覆用炭素材料である。
図1から、実施例1で得られた電極活物質は、成分(A)を内包する炭素材料と、該炭素材料を被覆する被覆用炭素材料を含有してなることが明らかである。
Moreover, the SEM photograph which image | photographed the cross section of the obtained electrode active material is shown in FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of a cross section of the electrode active material obtained in Example 1. FIG.
FIG. 1 is an enlarged photograph of a part of a cross-section of the obtained electrode active material, specifically, a part surrounded by a square broken line in FIG.
In FIG. 1, the gray part including the white point (lower left of the photograph) is metal-encapsulated carbon, and it can be seen that the component (A) (white point) is included in the carbon material (gray part). Moreover, in FIG. 1, a black part (upper part of a photograph) is the carbon material for a coating | cover which coat | covers metal inclusion carbon.
From FIG. 1, it is clear that the electrode active material obtained in Example 1 contains a carbon material containing component (A) and a coating carbon material covering the carbon material.

[実施例2]
実施例1において、炭化処理の温度を、1350℃に変更した以外は、実施例1と同様にして電極活物質を製造した。
[Example 2]
In Example 1, an electrode active material was produced in the same manner as in Example 1 except that the carbonization temperature was changed to 1350 ° C.

[実施例3]
フタ付ポリ容器にSnO23.0g、フェノール4.2g、トルエン8.9g、分散剤BYK102(ビックケミー・ジャパン(株)製)1.5g、及び分散用ZrO2ビーズ(ビーズ径0.1mm)90gを加えて、ペイントシェーカーにて1時間振とうさせた。その後、7μm孔の桐山ろ紙でろ過することにより、ZrO2ビーズを除去し、茶色の透明液体を得た。
[Example 3]
In a plastic container with a lid, SnO 2 3.0 g, phenol 4.2 g, toluene 8.9 g, dispersant BYK102 (manufactured by Big Chemie Japan Co., Ltd.) 1.5 g, and dispersion ZrO 2 beads (bead diameter 0.1 mm) 90 g was added and shaken for 1 hour in a paint shaker. Then, ZrO 2 beads were removed by filtering with 7 μm pore Kiriyama filter paper to obtain a brown transparent liquid.

窒素導入管、攪拌羽、冷却管、及び温度計を備えたセパラブルフラスコに、得られた茶色透明液体17.7g、蒸留水280g、アラビアガム2.3g、ノニオン系界面活性剤2.3g、ホルムアルデヒドの37wt%水溶液12.7g、及びドデシルベンゼンスルホン酸の10wt%水溶液0.4gを投入し、350rpmにて撹拌しながら湯浴で85℃まで昇温した。1時間後、還流温度まで昇温し、還流温度到達後、20分ごとにドデシルベンゼンスルホン酸の10wt%水溶液1.0gを追添し、最初の仕込み量と合わせて計8.4gを添加した。還流を合計3時間行った後、ホルムアルデヒドの37wt%水溶液を12.7g追加したところ、反応系内で樹脂が固体化したため、湯浴をはずし、38℃まで自然冷却させた。次いで、0.1NのNaOH水溶液40mlを加えて中和した。その後、上澄みをデカンテーションで除去し、7μm孔の桐山ろ紙で吸引濾過し、さらに水1L及びエタノール1Lで、得られた重合体粒子を順次洗浄した。その後、60℃で12時間真空乾燥し、SnO2を内包するフェノール樹脂粒子を得た。
得られたSnO2を内包するフェノール樹脂粒子を、実施例1と同様にして、コールタールピッチにより被覆し、酸化処理及び炭化処理を行うことにより電極活物質を得た。
In a separable flask equipped with a nitrogen introduction tube, a stirring blade, a cooling tube, and a thermometer, 17.7 g of the obtained brown transparent liquid, 280 g of distilled water, 2.3 g of gum arabic, 2.3 g of nonionic surfactant, 12.7 g of a 37 wt% aqueous solution of formaldehyde and 0.4 g of a 10 wt% aqueous solution of dodecylbenzenesulfonic acid were added, and the temperature was raised to 85 ° C. in a hot water bath while stirring at 350 rpm. After 1 hour, the temperature was raised to the reflux temperature. After reaching the reflux temperature, 1.0 g of a 10 wt% aqueous solution of dodecylbenzenesulfonic acid was added every 20 minutes, and a total of 8.4 g was added together with the initial charge. . After refluxing for a total of 3 hours, 12.7 g of a 37 wt% aqueous solution of formaldehyde was added. As the resin solidified in the reaction system, the hot water bath was removed and the solution was naturally cooled to 38 ° C. Subsequently, it neutralized by adding 40 ml of 0.1N NaOH aqueous solution. Thereafter, the supernatant was removed by decantation, suction filtered through a 7 μm pore Kiriyama filter paper, and the obtained polymer particles were washed successively with 1 L of water and 1 L of ethanol. Then, 12 hours at 60 ° C. and dried in vacuo to afford the phenol resin particles containing a SnO 2.
The obtained phenol resin particles encapsulating SnO 2 were coated with coal tar pitch in the same manner as in Example 1, and an oxidation treatment and a carbonization treatment were performed to obtain an electrode active material.

[比較例1]
管状炉を用いて、実施例3で得られたSnO2を内包するフェノール樹脂粒子を、N2気流下、昇温速度12℃/分で800℃まで昇温した後、その温度で1時間加熱し炭化することにより電極活物質を得た。
[Comparative Example 1]
Using a tubular furnace, the phenol resin particles encapsulating SnO 2 obtained in Example 3 were heated to 800 ° C. at a temperature rising rate of 12 ° C./min in a N 2 stream, and then heated at that temperature for 1 hour. Electrode active material was obtained by carbonizing.

[比較例2]
実施例3で得られたSnO2を内包するフェノール樹脂粒子を、1Nの塩酸に浸漬し、30秒間振とうさせた後、1分間静置した。その後、塩酸の10倍量の純水を添加し、希釈させたのち、7μm孔の桐山ろ紙でろ過した。このようにしてSnO2を内包するフェノール樹脂粒子を酸洗浄した後、管状炉を用いて、N2気流下、昇温速度12℃/分で800℃まで昇温した後、その温度で1時間加熱し炭化することにより電極活物質を得た。
[Comparative Example 2]
The phenol resin particles encapsulating SnO 2 obtained in Example 3 were immersed in 1N hydrochloric acid, shaken for 30 seconds, and allowed to stand for 1 minute. Thereafter, 10 times as much pure water as hydrochloric acid was added and diluted, and then filtered through Kiriyama filter paper having a pore size of 7 μm. After the phenol resin particles encapsulating SnO 2 are acid-washed in this way, the temperature is raised to 800 ° C. at a rate of temperature rise of 12 ° C./min in a N 2 stream using a tubular furnace, and then at that temperature for 1 hour. An electrode active material was obtained by heating and carbonization.

1:電極活物質
2:被覆用炭素材料
3:成分(A)を内包する炭素材料
4:成分(A)
1: Electrode active material 2: Carbon material for coating 3: Carbon material containing component (A) 4: Component (A)

Claims (6)

金属、半金属及びそれらの酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種の成分(A)を内包する炭素材料と、前記炭素材料の少なくとも一部を被覆する被覆用炭素材料を含有してなる電極活物質。   An electrode comprising a carbon material containing at least one component (A) selected from the group consisting of metals, metalloids and oxides thereof, and a coating carbon material covering at least a part of the carbon material Active material. 前記成分(A)が、X線回折スペクトルにおける第一ピークより求めた結晶子サイズが500オングストローム以下である成分を含む、請求項1に記載の電極活物質。   The electrode active material according to claim 1, wherein the component (A) includes a component having a crystallite size of 500 angstroms or less determined from a first peak in an X-ray diffraction spectrum. ラマンスペクトルにおいて、DバンドとGバンドとを有し、それぞれの強度ID及びIGの比ID/IGが0.3〜1.0である、請求項1又は2に記載の電極活物質。   The electrode active material according to claim 1 or 2, wherein the Raman spectrum has a D band and a G band, and the ratio ID / IG of each intensity ID and IG is 0.3 to 1.0. 前記成分(A)が、Si、Sn及びそれらの酸化物よりなる群から選ばれる少なくとも1種を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載の電極活物質。   The electrode active material of any one of Claims 1-3 in which the said component (A) contains at least 1 sort (s) chosen from the group which consists of Si, Sn, and those oxides. 請求項1〜4のいずれか1項に記載の電極活物質を含有する電極。   The electrode containing the electrode active material of any one of Claims 1-4. 請求項5に記載の電極を負極として備えてなる蓄電デバイス。   An electricity storage device comprising the electrode according to claim 5 as a negative electrode.
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