JP2019008910A - Hardly graphitizable carbonaceous material for nonaqueous electrolyte secondary battery, negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Abstract
【課題】高い充電容量および高い充放電効率に加えて、低い電極抵抗による高い出力特性を有し、満充電して用いる非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン電池)の負極に使用する難黒鉛化炭素質材料を提供すること。【解決手段】満充電して用いる非水電解質二次電池の負極用の難黒鉛化炭素質材料であって、満充電された際、7Li核−固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きく、かつ該難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率が充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である、難黒鉛化炭素質材料。【選択図】なしPROBLEM TO BE SOLVED: To have a high charge capacity and a high charge/discharge efficiency as well as a high output characteristic due to a low electrode resistance, and a difficult graphite to be used as a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion battery) to be fully charged and used. To provide a carbonized carbonaceous material. A non-graphitizable carbonaceous material for a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery that is fully charged, and is based on lithium chloride observed by 7Li nucleus-solid state NMR analysis when fully charged. The main resonance peak position of the chemical shift value is greater than 115 ppm, and the expansion coefficient of the negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material when fully charged is 107% or less based on the thickness of the negative electrode before charging. Non-graphitizable carbonaceous material. [Selection diagram] None
Description
本発明は、満充電して用いる非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン二次電池)の負極として適した難黒鉛化炭素質材料およびその製造方法、非水電解質二次電池用負極、並びに満充電された非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to a non-graphitizable carbonaceous material suitable as a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion secondary battery) that is fully charged, a method for producing the same, a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, The present invention relates to a charged nonaqueous electrolyte secondary battery.
リチウムイオン二次電池は、携帯電話やノートパソコンのような小型携帯機器に広く用いられている。難黒鉛化炭素質材料は、黒鉛の理論容量372mAh/gを超える量のリチウムのドープ(充電)および脱ドープ(放電)が可能であり、また、入出力特性、サイクル耐久性および低温特性にも優れることから、リチウムイオン二次電池の負極として開発され、使用されてきた。 Lithium ion secondary batteries are widely used in small portable devices such as mobile phones and laptop computers. The non-graphitizable carbonaceous material is capable of doping (charging) and dedoping (discharging) lithium in an amount exceeding the theoretical capacity of 372 mAh / g of graphite, and also has input / output characteristics, cycle durability and low temperature characteristics. Since it is excellent, it has been developed and used as a negative electrode for lithium ion secondary batteries.
難黒鉛化炭素質材料は、例えば石油ピッチ、石炭ピッチ、フェノール樹脂または植物を炭素源として得ることができる。これらの炭素源の中でも、植物は栽培することによって持続して安定的に供給可能な原料であり、安価に入手できるため注目されている。また、植物起源の炭素原料を焼成して得られる炭素質材料には、細孔が多く存在するため、良好な充放電容量が期待される。
例えば特許文献1および特許文献2には、非水溶媒系二次電池の電極用炭素質材料が記載されており、前記炭素質材料は植物由来の有機物を炭素化して得られることが記載されている。
The non-graphitizable carbonaceous material can be obtained using, for example, petroleum pitch, coal pitch, phenol resin, or plant as a carbon source. Among these carbon sources, plants are attracting attention because they are raw materials that can be continuously and stably supplied by cultivation and can be obtained at low cost. Moreover, since the carbonaceous material obtained by baking the plant-derived carbon raw material has many pores, a favorable charge / discharge capacity is expected.
For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 describe a carbonaceous material for an electrode of a non-aqueous solvent secondary battery, and describe that the carbonaceous material is obtained by carbonizing a plant-derived organic material. Yes.
リチウムイオン二次電池では、充電中に満充電状態を超えて過充電状態になると、溶媒の分解反応が起きて、リチウムイオン二次電池の温度が上昇してしまうとともに、正極での反応で多くのリチウムイオンが発生して受け入れきれなくなった負極の表面に金属リチウムが析出し、リチウムイオン二次電池の熱安定性が低下してしまう。この問題を解決するために、通常は、過充電に対する安全性の確保が行われている。例えば特許文献3には、電流遮断装置を備えたリチウムイオン二次電池が記載されており、特許文献4には、過充電に対して有効に作用する添加剤を含有するリチウム二次電池用電解液を備えたリチウム二次電池が記載されている。
その一方で、より確実に安全性を確保するため、通常は、リチウムイオン二次電池の充電は、金属リチウムを基準とした負極端子電位が0mV以上の所定電位になるまで(例えば0.5mA/cm2で)定電流充電を行い、負極端子電位が所定電位に達した後、定電圧充電を行い、電流値が(例えば20μAで)所定時間一定になると充電を完了する方法(定電流定電圧法)によって行われている。この場合、実際には負極にまだリチウムイオンを受け入れる余地があった場合でも満充電状態になるまで充電されない。
In a lithium ion secondary battery, if it exceeds the fully charged state during charging and becomes overcharged, the decomposition reaction of the solvent occurs, the temperature of the lithium ion secondary battery rises, and the reaction at the positive electrode Lithium ions are generated and metal lithium is deposited on the surface of the negative electrode, which cannot be accepted, and the thermal stability of the lithium ion secondary battery is lowered. In order to solve this problem, usually, safety against overcharge is ensured. For example, Patent Document 3 describes a lithium ion secondary battery provided with a current interrupting device, and Patent Document 4 discloses an electrolytic solution for a lithium secondary battery containing an additive that effectively acts on overcharge. A lithium secondary battery with a liquid is described.
On the other hand, in order to ensure safety more reliably, the charging of the lithium ion secondary battery is normally performed until the negative electrode terminal potential based on metallic lithium becomes a predetermined potential of 0 mV or more (for example, 0.5 mA / A method of performing constant current charging (at cm 2 ), performing constant voltage charging after the negative electrode terminal potential reaches a predetermined potential, and completing charging when the current value is constant for a predetermined time (for example, at 20 μA) (constant current constant voltage) Act). In this case, actually, even if there is room for accepting lithium ions in the negative electrode, it is not charged until it is fully charged.
一方、近年、環境問題への関心の高まりから、リチウムイオン二次電池の車載用途での開発が進められ、実用化されつつある。そのため、より高い充電容量に加えてより高い充放電効率も有するリチウムイオン電池を製造するための難黒鉛化炭素質材料が求められている。 On the other hand, in recent years, due to increasing interest in environmental problems, development of lithium ion secondary batteries for in-vehicle applications has been promoted and is being put to practical use. Therefore, there is a need for a non-graphitizable carbonaceous material for producing a lithium ion battery having higher charge capacity and higher charge / discharge efficiency.
本発明の課題は、高い充電容量および高い充放電効率に加えて、低い電極抵抗による高い出力特性を有し、満充電して用いる非水電解質二次電池(例えばリチウムイオン電池)の負極に使用する難黒鉛化炭素質材料、およびその製造方法を提供することである。本発明の課題はまた、そのような難黒鉛化炭素質材料を含んでなる非水電解質二次電池用負極、並びにそのような非水電解質二次電池用負極を含んでなり、満充電された非水電解質二次電池を提供することである。 An object of the present invention is to have a high output characteristic due to a low electrode resistance in addition to a high charge capacity and a high charge / discharge efficiency, and is used for a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery (for example, a lithium ion battery) that is fully charged. It is an object of the present invention to provide a non-graphitizable carbonaceous material and a method for producing the same. The subject of the present invention also comprises a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising such a non-graphitizable carbonaceous material, as well as a negative electrode for such a non-aqueous electrolyte secondary battery, and is fully charged. A non-aqueous electrolyte secondary battery is provided.
本発明者は鋭意検討した結果、満充電して用いる非水電解質二次電池の負極に、特定の7Li核−固体NMR分析の化学シフト値および特定の電極膨張率をもたらす難黒鉛化炭素質材料を使用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of intensive studies, the present inventor has found that a non-graphite carbonaceous material that gives a specific 7 Li nucleus-solid NMR analysis chemical shift value and a specific electrode expansion coefficient to the negative electrode of a fully charged nonaqueous electrolyte secondary battery. It has been found that the above problems can be solved by using a material, and the present invention has been completed.
即ち、本発明は、以下の好適な態様を包含する。
[1]満充電して用いる非水電解質二次電池の負極用の難黒鉛化炭素質材料であって、満充電された際、7Li核−固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きく、かつ該難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率が充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である、難黒鉛化炭素質材料。
[2]酸素元素含量が0.30質量%以下である、前記[1]に記載の難黒鉛化炭素質材料。
[3]植物起源の炭素前駆体に由来する、前記[1]または[2]に記載の難黒鉛化炭素質材料。
[4]広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された(002)面の平均面間隔d002が0.36〜0.42nmである、前記[1]〜[3]のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料。
[5]カリウム元素含量が0.1質量%以下であり、鉄元素含量が0.02質量%以下である、前記[1]〜[4]のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料。
[6]植物起源の炭素前駆体を酸処理する工程、および酸処理した炭素前駆体を1050℃〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成する工程を含む、前記[1]〜[5]のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料の製造方法。
[7]前記[1]〜[5]のいずれかに記載の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる非水電解質二次電池用負極。
[8]難黒鉛化炭素質材料を含んでなる非水電解質二次電池用負極を含んでなり、満充電された非水電解質二次電池であって、満充電された際、7Li核−固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きく、かつ該難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率が充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である、非水電解質二次電池。
[9]酸素元素含量が0.30質量%以下である、前記[8]に記載の非水電解質二次電池。
[10]難黒鉛化炭素質材料が植物起源の炭素前駆体に由来する、前記[8]または[9]に記載の非水電解質二次電池。
[11]広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された難黒鉛化炭素質材料の(002)面の平均面間隔d002が0.36〜0.42nmである、前記[8]〜[10]のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
[12]難黒鉛化炭素質材料のカリウム元素含量が0.1質量%以下であり、難黒鉛化炭素質材料の鉄元素含量が0.02質量%以下である、前記[8]〜[11]のいずれかに記載の非水電解質二次電池。
That is, the present invention includes the following preferred embodiments.
[1] A non-graphitized carbonaceous material for a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery to be fully charged, which is based on lithium chloride observed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis when fully charged. The main resonance peak position of the chemical shift value to be greater than 115 ppm, and the expansion rate at the time of full charge of the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material is 107% or less based on the thickness of the negative electrode before charging, Non-graphitizable carbonaceous material.
[2] The non-graphitizable carbonaceous material according to [1], wherein the oxygen element content is 0.30% by mass or less.
[3] The non-graphitizable carbonaceous material according to [1] or [2], which is derived from a plant-derived carbon precursor.
[4] In any one of the above [1] to [3], an average interplanar spacing d 002 of (002) planes calculated using the Bragg equation by a wide-angle X-ray diffraction method is 0.36 to 0.42 nm. The non-graphitizable carbonaceous material described.
[5] The non-graphitizable carbonaceous material according to any one of [1] to [4], wherein the potassium element content is 0.1% by mass or less and the iron element content is 0.02% by mass or less.
[6] The process according to any one of [1] to [5], including a step of acid-treating a plant-derived carbon precursor and a step of firing the acid-treated carbon precursor in an inert gas atmosphere at 1050 ° C. to 1400 ° C. The manufacturing method of the non-graphitizable carbonaceous material in any one.
[7] A negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery comprising the non-graphitizable carbonaceous material according to any one of [1] to [5].
[8] A fully charged nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising a non-graphitizable carbonaceous material, and when fully charged, 7 Li nucleus— The main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride observed by solid-state NMR analysis is larger than 115 ppm, and the expansion rate at the time of full charge of the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material is A non-aqueous electrolyte secondary battery that is 107% or less based on the thickness of the negative electrode.
[9] The nonaqueous electrolyte secondary battery according to [8], wherein the oxygen element content is 0.30% by mass or less.
[10] The nonaqueous electrolyte secondary battery according to [8] or [9], wherein the non-graphitizable carbonaceous material is derived from a plant-derived carbon precursor.
[11] The [8] to [8] above, wherein the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane of the non-graphitizable carbonaceous material calculated using the Bragg equation by the wide-angle X-ray diffraction method is 0.36 to 0.42 nm. [10] The nonaqueous electrolyte secondary battery according to any one of [10].
[12] The [8] to [11], wherein the non-graphitizable carbonaceous material has a potassium element content of 0.1% by mass or less, and the non-graphitizable carbonaceous material has an iron element content of 0.02% by mass or less. ] The nonaqueous electrolyte secondary battery in any one of.
本発明の難黒鉛化炭素質材料を負極に使用し、満充電して用いる非水電解質二次電池を製造すると、そのような非水電解質二次電池は、高い充電容量および高い充放電効率に加えて、低い電極抵抗による高い出力特性を有する。 Using the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention for the negative electrode and producing a fully charged nonaqueous electrolyte secondary battery, such a nonaqueous electrolyte secondary battery has high charge capacity and high charge / discharge efficiency. In addition, it has high output characteristics due to low electrode resistance.
<難黒鉛化炭素質材料>
本発明の難黒鉛化炭素質材料は、満充電して用いる非水電解質二次電池の負極用の難黒鉛化炭素質材料であり、満充電された際、7Li核−固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置は115ppmより大きく、かつ該難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率は充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である。
<Non-graphitizable carbonaceous material>
The non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is a non-graphitizable carbonaceous material for a negative electrode of a non-aqueous electrolyte secondary battery that is fully charged and is observed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis when fully charged. The main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride is greater than 115 ppm, and the expansion rate of the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material when fully charged is based on the thickness of the negative electrode before charging. 107% or less.
本明細書において「満充電して用いる」とは、難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極とリチウムを含んでなる正極とを用いて非水電解質二次電池を組み立て、金属リチウムの析出が7Li核−固体NMR分析で確認される直前までリチウムを負極に充電(ドープ)することであり、通常、一定の電流値で負極活物質の単位質量当たり580〜700mAh/gの範囲まで充電することを意味する。従って、先に記載したような従来の定電流定電圧法により充電を完了して用いることとは全く別の意味を有する。なお、金属リチウムの析出が7Li核−固体NMR分析で確認される直前までリチウムを負極に充電した際の負極の充電容量は、リチウム析出が確認される充電容量に対して、放電容量や充放電効率を高く保つ観点から、80〜98%で設定することが好ましく、85〜95%で設定することがより好ましく、88〜92%で設定することが特に好ましい。 In this specification, “used fully charged” means that a non-aqueous electrolyte secondary battery is assembled using a negative electrode including a non-graphitizable carbonaceous material and a positive electrode including lithium, and deposition of metallic lithium is performed. 7 Li core is charged (doped) with lithium until just before it is confirmed by solid-state NMR analysis, and is usually charged to a range of 580 to 700 mAh / g per unit mass of the negative electrode active material at a constant current value. Means that. Therefore, it has a completely different meaning from the case where the charging is completed by the conventional constant current constant voltage method as described above. Note that the charge capacity of the negative electrode when lithium was charged to the negative electrode until just before the precipitation of metallic lithium was confirmed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis was the discharge capacity or charge relative to the charge capacity at which lithium precipitation was confirmed. From the viewpoint of keeping the discharge efficiency high, it is preferably set at 80 to 98%, more preferably set at 85 to 95%, and particularly preferably set at 88 to 92%.
<化学シフト値の主共鳴ピーク位置>
本発明の難黒鉛化炭素質材料について、満充電状態となるまでリチウムを充電(ドープ)し、7Li核−固体NMR分析を行ったときに観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置は、115ppmより大きく、好ましくは117ppmより大きく、より好ましくは119ppmより大きい。
<Main resonance peak position of chemical shift value>
Regarding the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, the chemical shift value based on lithium chloride observed when lithium is charged (dope) until it is fully charged and 7 Li nucleus-solid NMR analysis is performed. The main resonance peak position is greater than 115 ppm, preferably greater than 117 ppm, more preferably greater than 119 ppm.
塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きい、即ち、115ppmより低磁場側に上記の主共鳴ピーク位置が観察されるということは、難黒鉛化炭素質材料においてクラスター化リチウムの吸蔵量が多い、即ち、電池の充電容量が高いことを意味する。吸蔵されたクラスター化リチウムは難黒鉛化炭素質材料から放電(脱ドープ)することができる可逆的リチウムであり、難黒鉛化炭素質材料においてクラスター化リチウムの吸蔵量が多いということは、「放電容量/充電容量」から計算される充放電効率が高いことを意味する。 The main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride is larger than 115 ppm, that is, the above main resonance peak position is observed on the lower magnetic field side than 115 ppm. It means that the storage amount of lithium is large, that is, the charging capacity of the battery is high. The occluded clustered lithium is reversible lithium that can be discharged (dedoped) from the non-graphitizable carbonaceous material, and the fact that the occluded amount of clustered lithium in the non-graphitizable carbonaceous material is large. This means that the charge / discharge efficiency calculated from “capacity / charge capacity” is high.
充放電効率が高いということは、充放電中の副反応などによる、負極におけるリチウムのロスが少ないことを意味する。負極におけるリチウムのロスが少ないと、正極を過剰に用いてリチウムを負極に補完する必要性がなくなり、電池体積あたりの容量やコスト面で有利となる。 High charge / discharge efficiency means that there is little loss of lithium in the negative electrode due to side reactions during charge / discharge. If the loss of lithium in the negative electrode is small, there is no need to use the positive electrode excessively and supplement lithium with the negative electrode, which is advantageous in terms of capacity per battery volume and cost.
塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppm以下である炭素質材料では、クラスター化リチウムの吸蔵量が少ないため、本発明の難黒鉛化炭素質材料のように、高い充電容量および高い充放電効率の両方をもたらすことは極めて困難である。 The carbonaceous material having a main resonance peak position of a chemical shift value based on lithium chloride of 115 ppm or less has a high charge capacity as in the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention because the amount of occlusion of clustered lithium is small. It is extremely difficult to provide both high charge / discharge efficiency.
前記主共鳴ピーク位置を上記の値より大きい値に調整するためには、例えば、炭素を含む材料を一酸化炭素や水素などの熱分解ガスを積極的に除去しながら1050℃〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用すればよい。7Li核−固体NMR分析の詳細は、実施例に記載する通りである。 In order to adjust the main resonance peak position to a value larger than the above value, for example, a material containing carbon is removed at a temperature of 1050 ° C. to 1400 ° C. while actively removing pyrolysis gas such as carbon monoxide and hydrogen. A non-graphitizable carbonaceous material produced by firing in an active gas atmosphere may be used for the negative electrode. Details of the 7 Li nucleus-solid NMR analysis are as described in the examples.
<電極の膨張率>
本発明の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率は、充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である。膨張率が107%を超える場合、電極内で活物質同士の接触不良が生じ、電極抵抗が高くなるため、良好な出力特性(高い放電容量維持率)を有する非水電解質二次電池は得られない。
膨張率は、好ましくは106%以下、特に好ましくは105%以下である。膨張率が上記上限値以下であると、電極内における活物質(難黒鉛化炭素質材料)同士の導電パスおよびリチウムイオンの拡散が良好に確保されやすいため、低い電極抵抗が得られやすく、良好な出力特性が得られやすい。
<Expansion coefficient of electrode>
The expansion rate of the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention when fully charged is 107% or less based on the thickness of the negative electrode before charging. When the expansion coefficient exceeds 107%, contact failure between the active materials occurs in the electrode, and the electrode resistance becomes high. Therefore, a non-aqueous electrolyte secondary battery having good output characteristics (high discharge capacity retention rate) is obtained. Absent.
The expansion coefficient is preferably 106% or less, particularly preferably 105% or less. When the expansion coefficient is less than or equal to the above upper limit value, it is easy to ensure good conduction paths and lithium ion diffusion between the active materials (non-graphitizable carbonaceous materials) in the electrode, so that low electrode resistance is easily obtained and good Easy output characteristics.
電極膨張率を上記の値以下に調整するためには、例えば、炭素を含む材料を一酸化炭素や水素などの熱分解ガスを積極的に除去しながら1050℃〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用すればよい。前記方法で製造された難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極では、炭素結晶層間だけでなく炭素結晶間の空隙に多くのリチウムイオンが充電されるため、炭素結晶層間のみにリチウムイオンが充電される従来の負極より、有意に小さい電極膨張率がもたらされると考えられる。膨張率の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 In order to adjust the electrode expansion coefficient to the above value or less, for example, in an inert gas atmosphere at 1050 ° C. to 1400 ° C. while actively removing pyrolysis gas such as carbon monoxide and hydrogen from a material containing carbon. What is necessary is just to use the non-graphitizable carbonaceous material manufactured by baking with a negative electrode. In the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material manufactured by the above method, many lithium ions are charged not only between the carbon crystal layers but also in the gaps between the carbon crystals, so that the lithium ions are charged only between the carbon crystal layers. It is thought that the electrode expansion coefficient is significantly smaller than the conventional negative electrode. The details of the measurement of the expansion coefficient are as described in the examples.
<酸素元素含量>
本発明の難黒鉛化炭素質材料の酸素元素含量は少ないほどよい。酸素元素含量は、好ましくは0.30質量%以下、より好ましくは0.28質量%以下である。難黒鉛化炭素質材料が酸素元素を実質的に含有しないことが更に好ましい。ここで、酸素元素を実質的に含有しないとは、酸素元素含量が、後述の酸素元素含量の測定法(不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法)の検出限界である10−6質量%以下であることを意味する。酸素元素含量が上記の値以下であると、リチウムイオンと酸素との反応によりリチウムイオンが消費されることによるリチウムイオンの利用効率の低下、酸素が空気中水分を誘引して水が吸着され、容易に脱離しないことによるリチウムイオンの利用効率の低下、水分由来の副反応に起因する電極内のガス発生、および当該ガス発生による電極膨張率の増加(電極抵抗の増大、出力特性の低下)が抑制されやすい。
<Oxygen element content>
The lower the oxygen element content of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, the better. The oxygen element content is preferably 0.30% by mass or less, more preferably 0.28% by mass or less. More preferably, the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no oxygen element. Here, “substantially free of oxygen element” means that the oxygen element content is 10 −6 % by mass, which is the detection limit of the method for measuring the oxygen element content (inert gas melting-non-dispersed infrared absorption method) described later. It means the following. When the oxygen element content is less than the above value, the lithium ion is consumed due to the reaction between lithium ions and oxygen, the use efficiency of lithium ions is reduced, oxygen attracts moisture in the air, and water is adsorbed. Reduction in utilization efficiency of lithium ions due to not easily desorbing, generation of gas in the electrode due to side reaction caused by moisture, and increase in electrode expansion coefficient due to the generation of gas (increase in electrode resistance, decrease in output characteristics) Is easily suppressed.
酸素元素含量を上記の値以下に調整する方法は何ら限定されない。例えば、植物起源の炭素前駆体を所定の温度で酸処理した後に揮発性有機物と混合して1050℃〜1400℃の温度で不活性ガス雰囲気下に焼成することにより、酸素元素含量を上記の値以下に調整することができる。酸素元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 A method for adjusting the oxygen element content to the above value or less is not limited. For example, a carbon precursor of plant origin is acid-treated at a predetermined temperature, mixed with a volatile organic substance, and baked in an inert gas atmosphere at a temperature of 1050 ° C. to 1400 ° C. The following can be adjusted. Details of the measurement of the oxygen element content are as described in the examples.
<植物起源の炭素前駆体>
本発明の難黒鉛化炭素質材料は、好ましくは植物起源の炭素前駆体に由来する。本発明では、「植物起源の炭素前駆体」とは、炭化前の植物起源物質、または炭化後の植物起源物質(植物由来のチャー)を意味する。原料となる植物(以下、「植物原料」と称することがある)は、特に限定されるものではない。例えば、椰子殻、珈琲豆、茶葉、サトウキビ、果実(例えば、みかん、バナナ)、藁、籾殻、広葉樹、針葉樹および竹が例示される。この例示は、本来の用途に供した後の廃棄物(例えば、使用済みの茶葉)、或いは植物原料の一部(例えば、バナナまたはみかんの皮)を包含する。これらの植物は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。これらの植物の中でも、大量入手が容易な椰子殻が好ましい。
<Plant-derived carbon precursor>
The hardly graphitized carbonaceous material of the present invention is preferably derived from a plant-derived carbon precursor. In the present invention, “plant-derived carbon precursor” means a plant-derived material before carbonization, or a plant-derived material after carbonization (char derived from plants). The plant as a raw material (hereinafter sometimes referred to as “plant raw material”) is not particularly limited. Examples include coconut shells, peas, tea leaves, sugar cane, fruits (eg, tangerines, bananas), cocoons, rice husks, hardwoods, conifers, and bamboo. Examples of this include waste (e.g. used tea leaves) after subjecting it to its intended use, or part of a plant material (e.g. banana or tangerine peel). These plants can be used alone or in combination of two or more. Among these plants, coconut shells that are easily available in large quantities are preferred.
椰子殻は、特に限定されるものではない。例えば、パームヤシ(アブラヤシ)、ココヤシ、サラクまたはオオミヤシの椰子殻が挙げられる。これらの椰子殻は、単独または組み合わせて使用することができる。食品、洗剤原料、バイオディーゼル油原料などとして利用され、大量に発生するバイオマス廃棄物である、ココヤシおよびパームヤシの椰子殻が特に好ましい。 The coconut shell is not particularly limited. For example, palm coconut (coconut palm), coconut palm, salak or coconut palm can be mentioned. These coconut shells can be used alone or in combination. Coconut palm and palm palm coconut shells, which are biomass wastes that are used as foods, detergent raw materials, biodiesel oil raw materials and the like and are generated in large quantities, are particularly preferable.
植物原料を炭化する方法、即ち、植物由来のチャーを製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば、植物原料を300℃以上の不活性ガス雰囲気下で熱処理(以下、「仮焼成」と称することがある)することによって行われる。 The method for carbonizing the plant material, that is, the method for producing the plant-derived char is not particularly limited. For example, it is performed by heat-treating the plant material in an inert gas atmosphere of 300 ° C. or higher (hereinafter sometimes referred to as “temporary firing”).
また、チャー(例えば、椰子殻チャー)の形態で入手することも可能である。 It can also be obtained in the form of char (eg, coconut shell char).
本発明の難黒鉛化炭素質材料の原料として、植物起源の適度な微小空隙を有する炭素前駆体を用いることにより、難黒鉛化炭素質材料の内部にクラスター化リチウムを多く吸蔵できる微小細孔が形成される。また、本発明の難黒鉛化炭素質材料を含む電極の膨張率が低いことには、該難黒鉛化炭素質材料が有する多くの微小細孔が、充放電に伴う電極活物質の体積変化を一部吸収することが寄与していると考えられる。 As a raw material of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, by using a carbon precursor having moderate microvoids of plant origin, micropores capable of occluding a large amount of clustered lithium inside the non-graphitizable carbonaceous material. It is formed. In addition, the low expansion coefficient of the electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is that many micropores of the non-graphitizable carbonaceous material cause the volume change of the electrode active material accompanying charge / discharge. Partial absorption is considered to be contributing.
<平均面間隔d002>
本発明の難黒鉛化炭素質材料は、広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された(002)面の平均面間隔d002が、0.36nm〜0.42nmであることが好ましく、0.38nm〜0.40nmであることがより好ましく、0.381nm〜0.389nmであることが特に好ましい。(002)面の平均面間隔d002が上記範囲内であると、リチウムイオンが炭素質材料に挿入される際の抵抗が大きくなったり出力時の抵抗が大きくなったりすることによるリチウムイオン電池としての入出力特性の低下が抑制されやすい。また、難黒鉛化炭素質材料が膨張収縮を繰り返すことに起因する電池材料としての安定性の低下が抑制されやすい。更には、リチウムイオンの拡散抵抗は小さくなるものの難黒鉛化炭素質材料の体積が大きくなることによる体積あたりの実行容量の低下が回避されやすい。平均面間隔を上記範囲に調整するためには、例えば、難黒鉛化炭素質材料を与える炭素前駆体の焼成を1050〜1400℃の範囲の温度で行えばよい。また、ポリスチレンなどの熱分解性樹脂と混合して焼成する方法、1050〜1400℃で焼成された難黒鉛化炭素質材料に炭化水素系ガスなどのCVD処理を施す方法を用いることもできる。ここで、平均面間隔d002の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Average surface distance d002 >
The non-graphitizable carbonaceous material of the present invention preferably has an average interplanar spacing d 002 of (002) plane of 0.36 nm to 0.42 nm calculated using the Bragg equation by wide-angle X-ray diffraction. It is more preferably 0.38 nm to 0.40 nm, and particularly preferably 0.381 nm to 0.389 nm. When the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane is within the above range, the lithium ion battery has an increased resistance when lithium ions are inserted into the carbonaceous material or an increased output resistance. It is easy to suppress the deterioration of input / output characteristics. In addition, a decrease in stability as a battery material due to the repeated expansion and contraction of the non-graphitizable carbonaceous material is easily suppressed. Furthermore, although the diffusion resistance of lithium ions is reduced, a decrease in effective capacity per volume due to an increase in the volume of the non-graphitizable carbonaceous material is easily avoided. In order to adjust the average spacing to the above range, for example, the carbon precursor that gives the non-graphitizable carbonaceous material may be fired at a temperature in the range of 1050 to 1400 ° C. Moreover, the method of baking by mixing with thermally decomposable resin, such as a polystyrene, and the method of giving CVD processing, such as hydrocarbon gas, to the non-graphitizable carbonaceous material baked at 1050-1400 degreeC can also be used. Here, the details of the measurement of the average surface distance d002 are as described in the examples.
<真密度ρBt>
本発明の難黒鉛化炭素質材料は、電池における質量あたりの容量を高くする観点から、ブタノール法による真密度ρBtが、1.40〜1.70g/cm3であることが好ましく、1.42〜1.65g/cm3であることがより好ましく、1.44〜1.60g/cm3であることが特に好ましい。上記範囲の真密度は、例えば植物原料から難黒鉛化炭素質材料を製造する際の焼成工程温度を1050〜1400℃とすることにより得ることができる。ここで、真密度ρBtの測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<True density ρ Bt >
The non-graphitizable carbonaceous material of the present invention preferably has a true density ρ Bt by the butanol method of 1.40 to 1.70 g / cm 3 from the viewpoint of increasing the capacity per mass in the battery. more preferably 42~1.65g / cm 3, particularly preferably 1.44~1.60g / cm 3. The true density in the above range can be obtained, for example, by setting the firing process temperature when producing a non-graphitizable carbonaceous material from plant raw materials to 1050 to 1400 ° C. Here, the details of the measurement of the true density ρ Bt are as described in the examples.
<カリウム元素含量および鉄元素含量>
本発明の難黒鉛化炭素質材料のカリウム元素含量は、脱ドープ容量を大きくする観点および非脱ドープ容量を小さくする観点から、0.1質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以下であることがより好ましく、0.03質量%以下であることが更に好ましい。難黒鉛化炭素質材料がカリウム元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。また、本発明の難黒鉛化炭素質材料の鉄元素含量は、脱ドープ容量を大きくする観点および非脱ドープ容量を小さくする観点から、0.02質量%以下であることが好ましく、0.015質量%以下であることがより好ましく、0.01質量%以下であることが更に好ましい。難黒鉛化炭素質材料が鉄元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。ここで、カリウム元素または鉄元素を実質的に含有しないとは、カリウム元素含量または鉄元素含量が、後述の蛍光X線分析(例えば島津製作所製「LAB CENTER XRF−1700」を用いた分析)の検出限界値以下であることを意味する。カリウム元素含量および鉄元素含量が上記の値以下であると、難黒鉛化炭素質材料を用いた非水電解質二次電池において、十分な脱ドープ容量および非脱ドープ容量が得られやすい。更に、これらの金属元素が電解液中に溶出して再析出した際に短絡することに起因する非水電解質二次電池の安全性の問題が回避されやすい。カリウム元素含量および鉄元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Potassium element content and iron element content>
The potassium element content of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is preferably 0.1% by mass or less from the viewpoint of increasing the dedoping capacity and decreasing the non-dedoping capacity, and is 0.05% by mass. More preferably, it is more preferably 0.03% by mass or less. It is particularly preferred that the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no potassium element. Further, the iron element content of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is preferably 0.02% by mass or less from the viewpoint of increasing the dedoping capacity and decreasing the non-dedoping capacity, The content is more preferably at most mass%, further preferably at most 0.01 mass%. It is particularly preferable that the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no iron element. Here, the phrase “substantially containing no potassium element or iron element” means that the potassium element content or the iron element content is determined by the fluorescent X-ray analysis described later (for example, analysis using “LAB CENTER XRF-1700” manufactured by Shimadzu Corporation). It means that it is below the detection limit value. When the potassium element content and the iron element content are not more than the above values, sufficient dedoping capacity and undoping capacity are easily obtained in the nonaqueous electrolyte secondary battery using the non-graphitizable carbonaceous material. Furthermore, it is easy to avoid the safety problem of the nonaqueous electrolyte secondary battery resulting from short-circuiting when these metal elements are eluted and re-deposited in the electrolytic solution. Details of the measurement of the potassium element content and the iron element content are as described in the examples.
<吸湿量>
本発明の難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、好ましくは10000ppm以下、より好ましくは9000ppm以下、特に好ましくは8000ppm以下である。吸湿量が少ないほど、難黒鉛化炭素質材料に吸着する水分が減り、難黒鉛化炭素質材料に吸着するリチウムイオンが増加するので好ましい。また、吸湿量が少ないほど、吸着した水分とリチウムイオンとの反応による自己放電を低減でき、更に、吸着した水分とリチウムイオンとの反応による副反応生成物やガス発生を抑制できるので好ましい。難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、例えば、難黒鉛化炭素質材料に含まれる酸素原子の量を減らすことにより、減らすことができる。難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、例えば、カールフィッシャーなどを用いて測定される。吸湿量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Moisture absorption>
The moisture absorption of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is preferably 10,000 ppm or less, more preferably 9000 ppm or less, and particularly preferably 8000 ppm or less. The smaller the moisture absorption amount, the more the moisture adsorbed on the non-graphitizable carbonaceous material decreases, and the more lithium ions adsorbed on the non-graphitizable carbonaceous material increase. Further, it is preferable that the amount of moisture absorption is small because self-discharge due to the reaction between adsorbed moisture and lithium ions can be reduced, and further, side reaction products and gas generation due to the reaction between adsorbed moisture and lithium ions can be suppressed. The moisture absorption amount of the non-graphitizable carbonaceous material can be reduced, for example, by reducing the amount of oxygen atoms contained in the non-graphitizable carbonaceous material. The moisture absorption of the non-graphitizable carbonaceous material is measured using, for example, a Karl Fischer. Details of the measurement of the amount of moisture absorption are as described in the examples.
<比表面積>
本発明の難黒鉛化炭素質材料は、窒素吸着BET3点法により求めた比表面積が、1〜75m2/gであることが好ましく、2〜60m2/gであることがより好ましく、3〜50m2/gであることが特に好ましい。比表面積が上記範囲内であると、難黒鉛化炭素質材料を用いて製造した非水電解質二次電池において、電解液と難黒鉛化炭素質材料との過剰な副反応が抑制されつつリチウムイオンが難黒鉛化炭素質材料にドープされやすく、更にリチウムイオンを難黒鉛化炭素質材料から脱ドープするための接触面積が高く保持されやすいため、高い充電容量と高い出力特性とが両立されやすい。比表面積は、例えば、後述する脱灰工程の温度を制御することによって調整することができる。
<Specific surface area>
Non-graphitizable carbonaceous material of the present invention has a specific surface area determined by nitrogen adsorption BET3 point method is preferably from 1~75m 2 / g, more preferably 2~60m 2 / g, 3~ Particularly preferred is 50 m 2 / g. When the specific surface area is within the above range, in a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured using a non-graphitizable carbonaceous material, lithium ions are suppressed while excessive side reaction between the electrolyte and the non-graphitizable carbonaceous material is suppressed. Is easy to be doped into the non-graphitizable carbonaceous material, and furthermore, the contact area for dedoping lithium ions from the non-graphitizable carbonaceous material is likely to be kept high, so that both high charge capacity and high output characteristics are easily achieved. The specific surface area can be adjusted, for example, by controlling the temperature of the decalcification step described later.
<難黒鉛化炭素質材料の製造方法>
本発明の難黒鉛化炭素質材料の製造方法は、植物起源の炭素前駆体を酸処理する工程、および酸処理した炭素前駆体を1050℃〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成する工程を含む。
<Method for producing non-graphitizable carbonaceous material>
The method for producing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention comprises a step of acid-treating a plant-derived carbon precursor, and a step of firing the acid-treated carbon precursor in an inert gas atmosphere at 1050 ° C. to 1400 ° C. Including.
<植物起源の炭素前駆体>
「植物起源の炭素前駆体」とは、先に記載したように、炭化前の植物起源物質または炭化後の植物起源物質(植物由来のチャー)を意味する。原料となる植物(植物原料)は、特に限定されるものではない。先に例示したような植物を、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、大量入手が容易な椰子殻が好ましい。
<Plant-derived carbon precursor>
The “plant-derived carbon precursor” means a plant-derived material before carbonization or a plant-derived material after carbonization (char derived from plants) as described above. The plant (plant raw material) used as a raw material is not specifically limited. Plants as exemplified above can be used alone or in combination of two or more. Among these, coconut shells that can be easily obtained in large quantities are preferable.
椰子殻は、特に限定されるものではない。先に例示したような椰子殻を、単独または組み合わせて使用することができる。食品、洗剤原料またはバイオディーゼル油原料などとして利用され、大量に発生するバイオマス廃棄物である、ココヤシおよびパームヤシの椰子殻が特に好ましい。 The coconut shell is not particularly limited. The coconut shells as exemplified above can be used alone or in combination. Coconut palm and palm palm coconut shells, which are used as foods, detergent raw materials, biodiesel oil raw materials and the like and are biomass wastes generated in large quantities, are particularly preferable.
植物原料を炭化する方法、即ち、植物由来のチャーを製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば、植物原料を300℃以上の不活性ガス雰囲気下で仮焼成することによって行われる。 The method for carbonizing the plant material, that is, the method for producing the plant-derived char is not particularly limited. For example, it is performed by calcining a plant material in an inert gas atmosphere at 300 ° C. or higher.
また、チャー(例えば、椰子殻チャー)の形態で入手することも可能である。 It can also be obtained in the form of char (eg, coconut shell char).
一般に、植物原料は、アルカリ金属元素(例えば、カリウムおよびナトリウム)、アルカリ土類金属元素(例えば、マグネシウムおよびカルシウム)、遷移金属元素(例えば、鉄および銅)並びに非金属元素(例えば、リン)などを多く含んでいる。このような金属元素および非金属元素を多く含んだ難黒鉛化炭素質材料を負極として用いると、非水電解質二次電池の電気化学的な特性や安全性に好ましくない影響を与えることがある。 Generally, plant raw materials include alkali metal elements (eg, potassium and sodium), alkaline earth metal elements (eg, magnesium and calcium), transition metal elements (eg, iron and copper), and non-metallic elements (eg, phosphorus). Contains a lot. When such a non-graphitizable carbonaceous material containing a large amount of metal elements and non-metal elements is used as the negative electrode, it may adversely affect the electrochemical characteristics and safety of the non-aqueous electrolyte secondary battery.
<酸処理>
従って、本発明の難黒鉛化炭素質材料の製造方法は、植物起源の炭素前駆体を酸処理する工程を含む。ここで、植物起源の炭素前駆体を酸処理することにより、前記炭素前駆体中の金属元素および/または非金属元素の含量を低下させることを、以下、脱灰とも称する。
<Acid treatment>
Therefore, the method for producing a hardly graphitized carbonaceous material of the present invention includes a step of acid-treating a plant-derived carbon precursor. Here, reducing the content of the metal element and / or the non-metal element in the carbon precursor by acid treatment of the plant-derived carbon precursor is hereinafter also referred to as decalcification.
酸処理の方法、即ち、脱灰の方法は、特に限定されない。例えば、塩酸または硫酸などの鉱酸、或いは酢酸またはギ酸などの有機酸などを含む酸性水を用いて金属分を抽出脱灰する方法(液相脱灰)、または塩化水素などのハロゲン化合物を含有した高温の気相に暴露させて脱灰する方法(気相脱灰)を用いることができる。 The acid treatment method, that is, the decalcification method is not particularly limited. For example, a method of extracting and demineralizing metal using acidic water containing mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid, or organic acid such as acetic acid or formic acid (liquid phase demineralization), or containing halogen compounds such as hydrogen chloride A method of deashing by exposing to a high temperature gas phase (vapor phase deashing) can be used.
<液相脱灰>
液相脱灰としては、植物起源の炭素前駆体を有機酸水溶液中に浸漬し、植物起源の炭素前駆体から、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素、遷移金属元素および/または非金属元素を溶出させて除去することが好ましい。
<Liquid phase demineralization>
In liquid phase demineralization, a plant-derived carbon precursor is immersed in an organic acid aqueous solution, and an alkali metal element, an alkaline earth metal element, a transition metal element and / or a non-metal element is extracted from the plant-derived carbon precursor. It is preferable to remove by elution.
これらの金属元素を含んだ植物起源の炭素前駆体を炭化すると、炭化時に必要な炭素質が分解される場合がある。また、リンなどの非金属元素は酸化し易いので、炭化物の表面の酸化度が変化し、炭化物の性状が大きく変化するため、好ましくない。更に、炭素前駆体を炭化した後に液相脱灰を行うと、リン、カルシウム、マグネシウム、カリウムおよび鉄については十分に除去することができない場合がある。また、炭化物中の金属元素および/または非金属元素の含量によって、液相脱灰実施時間や液相脱灰後の炭化物中の金属元素および/または非金属元素の残存量が大きく異なる。従って、炭素前駆体中の金属元素および/または非金属元素の含量を、炭化前に十分に除去しておくことが好ましい。即ち、液相脱灰では、「植物起源の炭素前駆体」として、炭化前の植物起源物質を使用することが好ましい。 When carbonaceous plant-derived carbon precursors containing these metal elements are carbonized, carbon necessary for carbonization may be decomposed. Further, since non-metallic elements such as phosphorus are easily oxidized, the degree of oxidation on the surface of the carbide changes and the properties of the carbide change greatly, which is not preferable. Furthermore, when liquid phase decalcification is performed after carbonizing the carbon precursor, phosphorus, calcium, magnesium, potassium and iron may not be sufficiently removed. Further, depending on the content of the metal element and / or non-metal element in the carbide, the liquid-phase deashing time and the remaining amount of the metal element and / or non-metal element in the carbide after the liquid-phase deashing vary greatly. Therefore, it is preferable that the content of the metal element and / or non-metal element in the carbon precursor is sufficiently removed before carbonization. That is, in liquid phase decalcification, it is preferable to use a plant-derived material before carbonization as a “plant precursor carbon precursor”.
液相脱灰において使用される有機酸は、リン、硫黄およびハロゲンなどの不純物源となる元素を含まないことが好ましい。有機酸がリン、硫黄およびハロゲンなどの元素を含まない場合には、液相脱灰後の水洗を省略し、有機酸が残存する炭素前駆体を炭化した場合であっても、炭素材として好適に用いることできる炭化物が得られるため有利である。また、使用後の有機酸の廃液処理を特別な装置を用いることなく比較的容易に行うことができるため有利である。 It is preferable that the organic acid used in the liquid phase decalcification does not contain an element serving as an impurity source such as phosphorus, sulfur and halogen. When the organic acid does not contain elements such as phosphorus, sulfur and halogen, it is suitable as a carbon material even if the water precursor after liquid phase decalcification is omitted and the carbon precursor in which the organic acid remains is carbonized. This is advantageous because a carbide that can be used for the above is obtained. Further, it is advantageous because the waste liquid treatment of the organic acid after use can be performed relatively easily without using a special apparatus.
有機酸の例としては、飽和カルボン酸、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、酒石酸およびクエン酸など、不飽和カルボン酸、例えばアクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸およびフマル酸など、芳香族カルボン酸、例えば安息香酸、フタル酸およびナフトエン酸などが挙げられる。入手可能性、酸性度による腐食および人体への影響の観点から、酢酸、シュウ酸およびクエン酸が好ましい。 Examples of organic acids include saturated carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, tartaric acid and citric acid, unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid and fumaric acid Carboxylic acids such as benzoic acid, phthalic acid and naphthoic acid. Acetic acid, oxalic acid and citric acid are preferred from the viewpoint of availability, corrosion due to acidity, and influence on human body.
本発明では、有機酸は、溶出する金属化合物の溶解度、廃棄物の処理、および環境適合性などの観点から、水性溶液と混合して有機酸水溶液として用いる。水性溶液としては、水、および水と水溶性有機溶媒との混合物などが挙げられる。水溶性有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、プロピレングリコールまたはエチレングリコールなどのアルコールが挙げられる。 In the present invention, the organic acid is mixed with an aqueous solution and used as an organic acid aqueous solution from the viewpoints of solubility of the eluted metal compound, waste disposal, environmental compatibility, and the like. Examples of the aqueous solution include water and a mixture of water and a water-soluble organic solvent. Examples of the water-soluble organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, propylene glycol, and ethylene glycol.
有機酸水溶液中の酸の濃度としては、特に限定されるものではない。用いる酸の種類に応じて濃度を調節して用いることができる。本発明では、通常、有機酸水溶液の総量に基づいて0.001質量%〜20質量%、より好ましくは0.01質量%〜18質量%、特に好ましくは0.02質量%〜15質量%の範囲の酸濃度の有機酸水溶液を用いる。酸濃度が上記範囲内であれば、適切な金属元素および/または非金属元素の溶出速度が得られるため実用的な時間で液相脱灰を行うことが可能となる。また、炭素前駆体における酸の残留量が少なくなるので、その後の製品への影響も少なくなる。 The concentration of the acid in the organic acid aqueous solution is not particularly limited. The concentration can be adjusted according to the type of acid used. In the present invention, usually 0.001% to 20% by mass, more preferably 0.01% to 18% by mass, and particularly preferably 0.02% to 15% by mass based on the total amount of the organic acid aqueous solution. An organic acid aqueous solution having an acid concentration in the range is used. If the acid concentration is within the above range, an appropriate metal element and / or nonmetal element elution rate can be obtained, so that liquid phase deashing can be performed in a practical time. Moreover, since the residual amount of acid in the carbon precursor is reduced, the influence on the subsequent product is also reduced.
有機酸水溶液のpHは、好ましくは3.5以下、より好ましくは3以下である。有機酸水溶液のpHが上記の値以下であると、金属元素および/または非金属元素の有機酸水溶液への溶解速度が低下することなく、金属元素および/または非金属元素の除去が効率的に行われやすい。 The pH of the organic acid aqueous solution is preferably 3.5 or less, more preferably 3 or less. When the pH of the aqueous organic acid solution is not more than the above value, the removal of the metallic element and / or the nonmetallic element is efficiently performed without decreasing the dissolution rate of the metallic element and / or the nonmetallic element in the aqueous organic acid solution. Easy to be done.
炭素前駆体を浸漬する際の有機酸水溶液の温度は、特に限定されない。好ましくは45℃〜120℃、より好ましくは50℃〜110℃、特に好ましくは60℃〜100℃の範囲である。炭素前駆体を浸漬する際の有機酸水溶液の温度が、上記範囲内であれば、使用する酸の分解が抑制され、実用的な時間での液相脱灰の実施が可能となる金属元素の溶出速度が得られやすいため好ましい。また、特殊な装置を用いずに液相脱灰を行いやすいため好ましい。 The temperature of the organic acid aqueous solution when dipping the carbon precursor is not particularly limited. Preferably it is 45 to 120 ° C, more preferably 50 to 110 ° C, particularly preferably 60 to 100 ° C. If the temperature of the organic acid aqueous solution at the time of immersing the carbon precursor is within the above range, the decomposition of the acid to be used is suppressed, and the liquid element deashing can be performed in a practical time. It is preferable because the elution rate is easily obtained. Moreover, it is preferable because liquid phase demineralization can be easily performed without using a special apparatus.
炭素前駆体を有機酸水溶液に浸漬する時間としては、用いる酸に応じて適宜調節することができる。本発明では、浸漬する時間は、経済性および脱灰効率の観点から、通常1〜100時間、好ましくは2〜80時間、より好ましくは2.5〜50時間の範囲である。 The time for immersing the carbon precursor in the organic acid aqueous solution can be appropriately adjusted according to the acid used. In the present invention, the immersion time is usually in the range of 1 to 100 hours, preferably 2 to 80 hours, more preferably 2.5 to 50 hours, from the viewpoint of economy and decalcification efficiency.
有機酸水溶液の質量に対する浸漬する炭素前駆体の質量の割合は、用いる有機酸水溶液の種類、濃度および温度などに応じて適宜調節することが可能であり、通常0.1質量%〜200質量%、好ましくは1質量%〜150質量%、より好ましくは1.5質量%〜120質量%の範囲である。上記範囲内であれば、有機酸水溶液に溶出した金属元素および/または非金属元素が有機酸水溶液から析出しにくく、炭素前駆体への再付着が抑制されやすいため好ましい。また、上記範囲内であれば、容積効率が適切となるため経済的観点から好ましい。 The ratio of the mass of the carbon precursor to be immersed with respect to the mass of the organic acid aqueous solution can be appropriately adjusted according to the type, concentration and temperature of the organic acid aqueous solution to be used, and is usually 0.1% by mass to 200% by mass. The range is preferably 1% by mass to 150% by mass, and more preferably 1.5% by mass to 120% by mass. If it is in the said range, since the metal element and / or nonmetallic element which were eluted to organic acid aqueous solution are hard to precipitate from organic acid aqueous solution, and reattachment to a carbon precursor is easy to be suppressed, it is preferable. Moreover, if it is in the said range, since volume efficiency becomes appropriate, it is preferable from an economical viewpoint.
液相脱灰を行う雰囲気としては、特に限定されず、浸漬に使用する方法に応じて異なっていてよい。本発明では、液相脱灰は、通常、大気雰囲気中で実施する。 It does not specifically limit as atmosphere which performs liquid phase demineralization, According to the method used for immersion, you may differ. In the present invention, liquid phase demineralization is usually performed in an air atmosphere.
これらの操作は、好ましくは1回〜8回、より好ましくは2回〜5回繰り返して行ってよい。 These operations may be repeated preferably 1 to 8 times, more preferably 2 to 5 times.
本発明では、液相脱灰後、必要に応じて洗浄工程および/または乾燥工程を行ってよい。 In this invention, you may perform a washing | cleaning process and / or a drying process as needed after liquid phase demineralization.
<気相脱灰>
気相脱灰としては、植物起源の炭素前駆体を、ハロゲン化合物を含む気相中で熱処理することが好ましい。気相脱灰では、熱処理時に植物起源の炭素前駆体の急激な熱分解反応を伴うと、熱分解成分の発生により気相脱灰効率が低下するとともに、発生した熱分解成分により熱処理装置内が汚染され、安定運転に支障が生じることがある。これらの観点から、「植物起源の炭素前駆体」として、炭化後の植物起源物質を使用することが好ましい。
<Gas phase demineralization>
As the vapor phase decalcification, it is preferable to heat-treat the plant-derived carbon precursor in a vapor phase containing a halogen compound. In vapor phase deashing, if a pyrogenic reaction of a plant-derived carbon precursor is accompanied during heat treatment, the efficiency of vapor phase demineralization is reduced due to the generation of pyrolysis components, and the heat treatment components cause the inside of the heat treatment apparatus to Contaminated and may interfere with stable operation. From these viewpoints, it is preferable to use a plant-derived material after carbonization as the “plant-derived carbon precursor”.
気相脱灰で使用されるハロゲン化合物は特に限定されない。例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、臭化ヨウ素、フッ化塩素(ClF)、塩化ヨウ素(ICl)、臭化ヨウ素(IBr)、塩化臭素(BrCl)およびそれらの混合物を使用することができる。熱分解によりこれらのハロゲン化合物を発生する化合物、またはそれらの混合物を用いることもできる。供給安定性および使用するハロゲン化合物の安定性の観点から、塩化水素を使用することが好ましい。 The halogen compound used in the gas phase deashing is not particularly limited. For example, fluorine, chlorine, bromine, iodine, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, hydrogen bromide, iodine bromide, chlorine fluoride (ClF), iodine chloride (ICl), iodine bromide (IBr), bromine chloride (BrCl) And mixtures thereof can be used. A compound that generates these halogen compounds by thermal decomposition, or a mixture thereof can also be used. From the viewpoint of supply stability and stability of the halogen compound used, it is preferable to use hydrogen chloride.
気相脱灰では、ハロゲン化合物と不活性ガスとを混合して使用してもよい。不活性ガスは、植物起源の炭素前駆体を構成する炭素成分と反応しないガスであれば特に限定されない。例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、またはそれらの混合ガスを使用することができる。供給安定性および経済性の観点から、窒素を使用することが好ましい。 In vapor phase deashing, a halogen compound and an inert gas may be mixed and used. An inert gas will not be specifically limited if it is a gas which does not react with the carbon component which comprises the carbon precursor of plant origin. For example, nitrogen, helium, argon, krypton, or a mixed gas thereof can be used. From the viewpoint of supply stability and economy, it is preferable to use nitrogen.
気相脱灰において、ハロゲン化合物と不活性ガスとの混合比は、十分な脱灰が達成できる限り、限定されるものではない。例えば、安全性、経済性および炭素前駆体中への残留性の観点から、不活性ガスに対するハロゲン化合物の量は、好ましくは0.01〜10.0体積%であり、より好ましくは0.05〜8.0体積%であり、特に好ましくは0.1〜5.0体積%である。 In the gas phase deashing, the mixing ratio of the halogen compound and the inert gas is not limited as long as sufficient deashing can be achieved. For example, from the viewpoint of safety, economy, and persistence in the carbon precursor, the amount of the halogen compound with respect to the inert gas is preferably 0.01 to 10.0% by volume, more preferably 0.05. It is -8.0 volume%, Most preferably, it is 0.1-5.0 volume%.
気相脱灰の温度は、脱灰の対象である植物起源の炭素前駆体に応じて変えてよいが、所望の酸素元素含量および比表面積が得られやすい観点から、例えば500〜950℃、好ましくは600〜940℃、より好ましくは650〜940℃、特に好ましくは850〜930℃である。脱灰温度が上記範囲内であると、良好な脱灰効率が得られて十分に脱灰されやすく、ハロゲン化合物による賦活が回避されやすい。 The temperature of the vapor phase demineralization may vary depending on the plant-derived carbon precursor to be demineralized, but from the viewpoint of easily obtaining the desired oxygen element content and specific surface area, for example, 500 to 950 ° C., preferably Is 600 to 940 ° C, more preferably 650 to 940 ° C, and particularly preferably 850 to 930 ° C. When the deashing temperature is within the above range, good deashing efficiency is obtained, and the deashing is easily performed sufficiently, and activation by the halogen compound is easily avoided.
気相脱灰の時間は、特に限定されるものではない。反応設備の経済効率、および炭素分の構造保持性の観点から、例えば5〜300分であり、好ましくは10〜200分であり、より好ましくは20〜150分である。 The time for vapor phase demineralization is not particularly limited. From the viewpoint of the economic efficiency of the reaction equipment and the carbon structure retention, it is, for example, 5 to 300 minutes, preferably 10 to 200 minutes, more preferably 20 to 150 minutes.
気相脱灰の対象となる植物起源の炭素前駆体の平均粒子径は、特に限定されるものではない。平均粒子径が小さすぎる場合、除去されたカリウムなどを含む気相と、植物起源の炭素前駆体とを分離することが困難になり得ることから、粒子径の平均値の下限は100μm以上が好ましく、300μm以上がより好ましく、500μm以上が特に好ましい。また、粒子径の平均値の上限は、混合ガス気流中での炭素前駆体の流動性の観点から、10000μm以下が好ましく、8000μm以下がより好ましく、5000μm以下が特に好ましい。ここで、平均粒子径の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 The average particle diameter of the plant-derived carbon precursor to be subjected to vapor phase demineralization is not particularly limited. If the average particle size is too small, it may be difficult to separate the vapor phase containing removed potassium and the carbon precursor of plant origin, so the lower limit of the average particle size is preferably 100 μm or more. 300 μm or more is more preferable, and 500 μm or more is particularly preferable. The upper limit of the average value of the particle diameter is preferably 10,000 μm or less, more preferably 8000 μm or less, and particularly preferably 5000 μm or less from the viewpoint of the fluidity of the carbon precursor in the mixed gas stream. Here, the details of the measurement of the average particle diameter are as described in the examples.
気相脱灰に用いる装置は、植物起源の炭素前駆体とハロゲン化合物を含む気相とを混合しながら加熱できる装置であれば、特に限定されない。例えば、流動炉を用い、流動床などによる連続式またはバッチ式の層内流通方式を用いることができる。気相の供給量(流動量)も特に限定されない。混合ガス気流中での炭素前駆体の流動性の観点から、例えば植物起源の炭素前駆体1g当たり好ましくは1mL/分以上、より好ましくは5mL/分以上、特に好ましくは10mL/分以上の気相を供給する。 The apparatus used for vapor phase demineralization is not particularly limited as long as it can be heated while mixing a carbon precursor derived from a plant and a vapor phase containing a halogen compound. For example, using a fluidized furnace, a continuous or batch type in-bed flow system using a fluidized bed or the like can be used. The supply amount (flow amount) of the gas phase is not particularly limited. From the viewpoint of the fluidity of the carbon precursor in the mixed gas stream, for example, the gas phase is preferably 1 mL / min or more, more preferably 5 mL / min or more, particularly preferably 10 mL / min or more per 1 g of the carbon precursor of plant origin. Supply.
気相脱灰においては、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中での熱処理(以下において「ハロゲン熱処理」と称することがある)の後に、更にハロゲン化合物非存在下での熱処理(以下において「気相脱酸処理」と称することがある)を行うことが好ましい。前記ハロゲン熱処理により、ハロゲンが植物起源の炭素前駆体に含まれるため、気相脱酸処理により植物起源の炭素前駆体に含まれているハロゲンを除去することが好ましい。具体的には、気相脱酸処理は、ハロゲン化合物を含まない不活性ガス雰囲気中で通常は500℃〜940℃、好ましくは600〜940℃、より好ましくは650〜940℃、特に好ましくは850〜930℃で熱処理することによって行う。この熱処理の温度は、先行のハロゲン熱処理の温度と同じか、またはそれよりも高い温度で行うことが好ましい。例えば、ハロゲン熱処理後に、ハロゲン化合物の供給を遮断して熱処理を行うことにより、気相脱酸処理を行うことができる。また、気相脱酸処理の時間も特に限定されるものではない。好ましくは5分〜300分であり、より好ましくは10分〜200分であり、特に好ましくは10分〜100分である。 In vapor phase deashing, after heat treatment in an inert gas atmosphere containing a halogen compound (hereinafter sometimes referred to as “halogen heat treatment”), further heat treatment in the absence of a halogen compound (hereinafter referred to as “vapor phase”). It is preferable to perform “deoxidation treatment”. Since halogen is contained in the plant-derived carbon precursor by the halogen heat treatment, it is preferable to remove the halogen contained in the plant-derived carbon precursor by gas phase deoxidation treatment. Specifically, the gas phase deoxidation treatment is usually performed at 500 ° C. to 940 ° C., preferably 600 to 940 ° C., more preferably 650 to 940 ° C., and particularly preferably 850 in an inert gas atmosphere containing no halogen compound. The heat treatment is performed at ˜930 ° C. The temperature of this heat treatment is preferably the same as or higher than the temperature of the preceding halogen heat treatment. For example, after the halogen heat treatment, the vapor phase deoxidation treatment can be performed by performing the heat treatment while shutting off the supply of the halogen compound. Further, the time for the vapor phase deoxidation treatment is not particularly limited. It is preferably 5 minutes to 300 minutes, more preferably 10 minutes to 200 minutes, and particularly preferably 10 minutes to 100 minutes.
本発明における酸処理は、植物起源の炭素前駆体に含まれているカリウムおよび/または鉄などを除去(脱灰)するものである。酸処理後に得られる植物起源の炭素前駆体に含まれるカリウム元素含量は、好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下、更に好ましくは0.03質量%以下に低減される。特に好ましくは、カリウム元素含量は、難黒鉛化炭素質材料が実質的に含有しない程度まで低減される。また、酸処理後に得られる炭素前駆体に含まれる鉄元素含量は、好ましくは0.02質量%以下、より好ましくは0.015質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以下に低減される。特に好ましくは、鉄元素含量は、難黒鉛化炭素質材料が実質的に含有しない程度まで低減される。ここで、カリウム元素または鉄元素を実質的に含有しないとは、カリウム元素含量または鉄元素含量が、後述の蛍光X線分析(例えば島津製作所製「LAB CENTER XRF−1700」を用いた分析)の検出限界値以下であることを意味する。カリウム元素含量および鉄元素含量が上記の値以下であると、先に記載した通り、十分な脱ドープ容量および非脱ドープ容量が得られやすく、非水電解質二次電池の安全性の問題が回避されやすい。カリウム元素含量および鉄元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 The acid treatment in the present invention is to remove (decalcify) potassium and / or iron contained in the plant-derived carbon precursor. The potassium element content contained in the plant-derived carbon precursor obtained after the acid treatment is preferably reduced to 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less, and further preferably 0.03% by mass or less. The Particularly preferably, the potassium element content is reduced to such an extent that the hardly graphitized carbonaceous material does not substantially contain. Further, the content of iron element contained in the carbon precursor obtained after the acid treatment is preferably 0.02% by mass or less, more preferably 0.015% by mass or less, and further preferably 0.01% by mass or less. . Particularly preferably, the iron element content is reduced to such an extent that the hardly graphitized carbonaceous material does not substantially contain. Here, the phrase “substantially containing no potassium element or iron element” means that the potassium element content or the iron element content is determined by the fluorescent X-ray analysis described later (for example, analysis using “LAB CENTER XRF-1700” manufactured by Shimadzu Corporation). It means that it is below the detection limit value. If the potassium element content and the iron element content are less than the above values, as described above, sufficient dedoping capacity and undoping capacity are easily obtained, and safety problems of nonaqueous electrolyte secondary batteries are avoided. Easy to be. Details of the measurement of the potassium element content and the iron element content are as described in the examples.
本発明における酸処理では、脱灰と同時に炭素成分の一部が除去される。具体的には、液相脱灰であれば炭素成分の一部が溶出により除去され、気相脱灰であれば炭素成分の一部が塩素賦活により除去される。この除去された部分が、後述の焼成工程後にクラスター化リチウムの吸蔵ポイントをもたらす。 In the acid treatment in the present invention, a part of the carbon component is removed simultaneously with deashing. Specifically, in the case of liquid phase deashing, a part of the carbon component is removed by elution, and in the case of gas phase deashing, a part of the carbon component is removed by chlorine activation. This removed portion provides an occlusion point for clustered lithium after the firing step described below.
本発明において酸処理は少なくとも1回行う。同じまたは異なる酸を用いて2回以上酸処理を行ってもよい。 In the present invention, the acid treatment is performed at least once. The acid treatment may be performed twice or more using the same or different acids.
酸処理の対象である植物起源の炭素前駆体は、炭化前の植物起源物質または炭化後の植物起源物質であるが、酸処理を液相脱灰によって行う場合は、炭素成分の溶出の増加、即ち、リチウム吸蔵ポイントの増加の観点から、液相脱灰を、炭化前の植物原料そのものに行うことが好ましい。 The plant-derived carbon precursor that is the subject of acid treatment is a plant-derived material before carbonization or a plant-derived material after carbonization, but when acid treatment is performed by liquid phase decalcification, an increase in elution of carbon components, That is, from the viewpoint of increasing the lithium occlusion point, it is preferable to perform liquid phase decalcification on the plant raw material itself before carbonization.
酸処理後の炭素前駆体がまだ炭化処理に付されていない炭素前駆体である場合、即ち、炭化前の植物原料を酸処理した後の炭素前駆体である場合は、次いで、炭化処理を施す。炭化方法は、先に記載したように、特に限定されるものではない。例えば、酸処理された炭化前の植物原料を、300℃以上の不活性ガス雰囲気下で仮焼成することによって行われる。 If the carbon precursor after acid treatment is a carbon precursor that has not been subjected to carbonization treatment, that is, if it is a carbon precursor after acid treatment of the plant raw material before carbonization, then carbonization treatment is performed. . The carbonization method is not particularly limited as described above. For example, it is performed by pre-baking an acid-treated plant material before carbonization in an inert gas atmosphere of 300 ° C. or higher.
植物起源の炭素前駆体は、必要に応じて粉砕および分級され、その平均粒子径が調整される。粉砕工程および分級工程は、酸処理の後、実施することが好ましい。 Plant-derived carbon precursors are pulverized and classified as necessary, and the average particle size thereof is adjusted. The pulverization step and the classification step are preferably performed after the acid treatment.
<粉砕>
粉砕工程では、植物起源の炭素前駆体を、焼成工程後の平均粒子径が例えば1〜30μmの範囲になるように粉砕することが、電極作製時の塗工性の観点から好ましい。即ち、本発明の難黒鉛化炭素質材料の平均粒子径(Dv50)を、例えば1〜30μmの範囲になるように調整する。難黒鉛化炭素質材料の平均粒子径が1μm以上であると、微粉が増加して比表面積が増加し、電解液との反応性が高くなって、充電しても放電しない容量である不可逆容量が増加し、正極の容量が無駄になる割合が増加する傾向が抑制されやすい。また、得られた難黒鉛化炭素質材料を用いて負極を製造した際に、炭素質材料の間に形成される空隙が十分確保されやすく、電解液中のリチウムイオンの良好な移動が確保されやすい。本発明の炭素質材料の平均粒子径(Dv50)は、好ましくは1μm以上、より好ましくは1.5μm以上、特に好ましくは2μm以上である。一方、平均粒子径が30μm以下であると、粒子内でのリチウムイオンの拡散自由行程が少なく、急速な充放電が可能となりやすいため好ましい。更に、リチウムイオン二次電池では、入出力特性の向上には電極面積を大きくすることが重要であり、そのため電極調製時に集電板への活物質の塗工厚みを薄くする必要がある。塗工厚みを薄くするには、活物質の平均粒子径を小さくする必要がある。このような観点から、平均粒子径は30μm以下であることが好ましく、より好ましくは19μm以下であり、更に好ましくは17μm以下であり、更に好ましくは16μm以下であり、特に好ましくは15μm以下である。
<Crushing>
In the pulverization step, the plant-derived carbon precursor is preferably pulverized so that the average particle size after the calcination step is in the range of, for example, 1 to 30 μm, from the viewpoint of coatability during electrode production. That is, the average particle diameter (Dv 50 ) of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is adjusted to be in the range of 1 to 30 μm, for example. When the average particle diameter of the non-graphitizable carbonaceous material is 1 μm or more, the fine powder increases, the specific surface area increases, the reactivity with the electrolyte increases, and the irreversible capacity is the capacity that does not discharge even when charged. , And the tendency of increasing the proportion of wasted positive electrode capacity tends to be suppressed. In addition, when a negative electrode is produced using the obtained non-graphitizable carbonaceous material, it is easy to ensure sufficient gaps formed between the carbonaceous materials, and good migration of lithium ions in the electrolyte is ensured. Cheap. The average particle diameter (Dv 50 ) of the carbonaceous material of the present invention is preferably 1 μm or more, more preferably 1.5 μm or more, and particularly preferably 2 μm or more. On the other hand, it is preferable that the average particle diameter is 30 μm or less because the diffusion free process of lithium ions in the particles is small and rapid charge / discharge is likely to be possible. Further, in the lithium ion secondary battery, it is important to increase the electrode area for improving the input / output characteristics. For this reason, it is necessary to reduce the coating thickness of the active material on the current collector plate during electrode preparation. In order to reduce the coating thickness, it is necessary to reduce the average particle diameter of the active material. From such a viewpoint, the average particle size is preferably 30 μm or less, more preferably 19 μm or less, still more preferably 17 μm or less, still more preferably 16 μm or less, and particularly preferably 15 μm or less.
なお、植物起源の炭素前駆体は、後述する本焼成の条件により、0〜20%程度収縮する。そのため、焼成後の平均粒子径が1〜30μmとなるようにするためには、植物起源の炭素前駆体の平均粒子径を、所望する焼成後の平均粒子径よりも0〜20%程度大きい粒子径となるように調整することが好ましい。従って、粉砕後の平均粒子径が、好ましくは1〜36μm、より好ましくは1〜22.8μm、更に好ましくは1〜20.4μm、更に好ましくは1〜19.2μm、特に好ましくは1〜18μmとなるように粉砕を行うことが好ましい。 In addition, the carbon precursor of plant origin contracts by about 0 to 20% depending on the conditions of the main firing described later. Therefore, in order for the average particle diameter after firing to be 1 to 30 μm, the average particle diameter of the plant-derived carbon precursor is 0 to 20% larger than the desired average particle diameter after firing. It is preferable to adjust so that it may become a diameter. Therefore, the average particle size after pulverization is preferably 1 to 36 μm, more preferably 1 to 22.8 μm, still more preferably 1 to 20.4 μm, still more preferably 1 to 19.2 μm, and particularly preferably 1 to 18 μm. It is preferable to perform pulverization.
炭素前駆体は、後述する焼成工程を実施しても溶解しないため、粉砕工程の順番は特に限定されない。酸処理における炭素前駆体の回収率(収率)を考慮すると、酸処理後に実施することが好ましく、炭素質材料の比表面積を十分に低減させる観点からは、焼成工程の前に実施することが好ましい。しかしながら、酸処理前または焼成工程後に粉砕工程を実施することも排除されない。 Since the carbon precursor does not dissolve even when the firing step described later is performed, the order of the pulverization step is not particularly limited. In view of the recovery rate (yield) of the carbon precursor in the acid treatment, it is preferable to carry out after the acid treatment, and from the viewpoint of sufficiently reducing the specific surface area of the carbonaceous material, it may be carried out before the firing step. preferable. However, it is not excluded to perform the pulverization step before the acid treatment or after the baking step.
粉砕工程に用いる粉砕機は特に限定されるものではない。例えば、ジェットミル、ボールミル、ハンマーミル、ミキサーミル、ビーズミルまたはロッドミルなどを使用することができる。微粉の発生が少ない観点からは、分級機能を備えたジェットミルが好ましい。ボールミル、ハンマーミル、ミキサーミル、ビーズミルまたはロッドミルなどを用いる場合は、粉砕工程後に分級を行うことで微粉を取り除くことができる。 The crusher used for a crushing process is not specifically limited. For example, a jet mill, a ball mill, a hammer mill, a mixer mill, a bead mill or a rod mill can be used. From the viewpoint of generating less fine powder, a jet mill having a classification function is preferable. When using a ball mill, a hammer mill, a mixer mill, a bead mill, a rod mill or the like, fine powder can be removed by classification after the pulverization step.
<分級>
分級工程によって、炭素質材料の平均粒子径をより正確に調整することが可能となる。例えば、粒子径が1μm未満の粒子を除くことが可能となる。
<Classification>
By the classification step, the average particle diameter of the carbonaceous material can be adjusted more accurately. For example, particles having a particle diameter of less than 1 μm can be removed.
分級によって粒子径1μm未満の粒子を除く場合、本発明の難黒鉛化炭素質材料において、粒子径1μm未満の粒子の含量が3体積%以下となるようにすることが好ましい。粒子径1μm未満の粒子の除去は、粉砕後に行うのであれば特に限定されないが、粉砕において分級と同時に行うことが好ましい。本発明の難黒鉛化炭素質材料において、粒子径1μm未満の粒子の含量は、電解液と難黒鉛化炭素質材料との副反応を抑制し、不可逆容量を低下させる観点から、3体積%以下であることが好ましく、2.5体積%以下であることがより好ましく、2.0体積%以下であることが特に好ましい。 When removing particles having a particle diameter of less than 1 μm by classification, it is preferable that the content of particles having a particle diameter of less than 1 μm is 3% by volume or less in the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention. The removal of particles having a particle diameter of less than 1 μm is not particularly limited as long as it is performed after pulverization, but it is preferably performed simultaneously with classification in pulverization. In the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, the content of particles having a particle size of less than 1 μm is 3% by volume or less from the viewpoint of suppressing side reactions between the electrolyte and the non-graphitizable carbonaceous material and reducing the irreversible capacity. It is preferable that it is 2.5 volume% or less, and it is especially preferable that it is 2.0 volume% or less.
分級方法は、特に限定されない。例えば、篩を用いた分級、湿式分級または乾式分級が挙げられる。湿式分級機としては、例えば、重力分級、慣性分級、水力分級または遠心分級などの原理を利用した分級機が挙げられる。乾式分級機としては、沈降分級、機械的分級または遠心分級などの原理を利用した分級機が挙げられる。 The classification method is not particularly limited. Examples include classification using a sieve, wet classification, or dry classification. Examples of the wet classifier include a classifier using a principle such as gravity classification, inertia classification, hydraulic classification, or centrifugal classification. Examples of the dry classifier include a classifier using a principle such as sedimentation classification, mechanical classification, or centrifugal classification.
粉砕工程と分級工程は、1つの装置を用いて実施することもできる。例えば、乾式の分級機能を備えたジェットミルを用いて、粉砕工程と分級工程を実施することができる。更に、粉砕機と分級機とが独立した装置を用いることもできる。この場合、粉砕と分級とを連続して行うこともできるが、粉砕と分級とを不連続に行うこともできる。 The pulverization step and the classification step can be performed using one apparatus. For example, the pulverization step and the classification step can be performed using a jet mill having a dry classification function. Furthermore, an apparatus in which the pulverizer and the classifier are independent can be used. In this case, pulverization and classification can be performed continuously, but pulverization and classification can also be performed discontinuously.
<焼成>
場合により粉砕および分級した後、酸処理および炭化処理を施した炭素前駆体を焼成することにより、本発明の難黒鉛化炭素質材料を製造することができる。焼成工程は、室温から所定の焼成温度まで昇温した後に、焼成温度で焼成を行う工程である。上記炭素前駆体を(a)1050〜1400℃で焼成してもよいし(本焼成)、または上記炭素前駆体を(b)350〜1050℃未満で焼成(予備焼成)した後、更に1050〜1400℃で焼成(本焼成)、または(c)1050〜1400℃で焼成(本焼成)した後、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で500〜1000℃で熱処理(CVD処理)してもよい。以下に、予備焼成、本焼成、およびCVD処理の手順の一例を順に説明する。
<Baking>
After optionally pulverizing and classifying, the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention can be produced by firing the carbon precursor that has been subjected to acid treatment and carbonization treatment. The firing step is a step of firing at a firing temperature after the temperature is raised from room temperature to a predetermined firing temperature. The carbon precursor may be calcined at (a) 1050 to 1400 ° C. (main calcining), or the carbon precursor is calcined at (b) less than 350 to 1050 ° C. (preliminary calcining), and then further 1050 After baking at 1400 ° C. (main baking) or (c) baking at 1050 to 1400 ° C. (main baking), heat treatment (CVD processing) at 500 to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound. Good. Below, an example of the procedure of preliminary baking, main baking, and a CVD process is demonstrated in order.
<予備焼成>
本発明の難黒鉛化炭素質材料の製造方法における予備焼成工程は、例えば酸処理および炭化処理を施した炭素前駆体を350〜1050℃未満の温度で焼成することによって行うことができる。予備焼成により揮発分(例えば、CO2、CO、CH4およびH2など)およびタール分を除去することによって、本焼成におけるそれらの発生を低減させ、焼成器の負担を軽減することができる。予備焼成温度は、通常は350〜1050℃未満、好ましくは400〜1050℃未満である。予備焼成は、通常の予備焼成の手順に従って行うことができる。具体的には、予備焼成は、不活性ガス雰囲気中で行うことができ、不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンなどを挙げることができる。また、予備焼成は、減圧下で行うこともでき、例えば10KPa以下で行うことができる。予備焼成の時間は特に限定されるものではなく、通常は0.5〜10時間、好ましくは1〜5時間である。
<Pre-baking>
The preliminary firing step in the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention can be performed, for example, by firing a carbon precursor subjected to acid treatment and carbonization treatment at a temperature of less than 350 to 1050 ° C. By removing volatile components (for example, CO 2 , CO, CH 4, H 2, etc.) and tar components by pre-calcination, their generation in the main calcination can be reduced, and the burden on the calciner can be reduced. The pre-baking temperature is usually less than 350 to 1050 ° C, preferably less than 400 to 1050 ° C. Pre-baking can be performed according to a normal pre-baking procedure. Specifically, the preliminary firing can be performed in an inert gas atmosphere, and examples of the inert gas include nitrogen or argon. Pre-baking can also be performed under reduced pressure, for example, 10 KPa or less. The pre-baking time is not particularly limited, and is usually 0.5 to 10 hours, preferably 1 to 5 hours.
なお、本発明の難黒鉛化炭素質材料の製造方法において予備焼成を行う場合は、予備焼成工程で炭素前駆体へのタール成分および炭化水素系ガスの被覆が起こると考えられる。この炭素質被膜により、難黒鉛化炭素質材料の比表面積が好ましく減少すると考えられる。 In addition, when pre-baking is performed in the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, it is considered that the carbon precursor is covered with a tar component and a hydrocarbon gas in the pre-baking step. This carbonaceous film is considered to favorably reduce the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material.
<本焼成>
本発明の難黒鉛化炭素質材料の製造方法における本焼成工程は、通常の本焼成の手順に従って行うことができ、本焼成後に難黒鉛化炭素質材料が得られる。
<Main firing>
The main-firing step in the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention can be performed according to a normal main-firing procedure, and a non-graphitizable carbonaceous material is obtained after the main-firing.
本焼成温度は、通常は1050〜1400℃であり、好ましくは1100〜1380℃であり、より好ましくは1150〜1350℃である。本焼成は、不活性ガス雰囲気中で行うことができ、不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンなどを挙げることができる。また、ハロゲンガスを含有する不活性ガス中で本焼成を行うことも可能である。更に、本焼成は、減圧下で、例えば10KPa以下で行うことも可能である。 The main firing temperature is usually from 1050 to 1400 ° C, preferably from 1100 to 1380 ° C, more preferably from 1150 to 1350 ° C. The main firing can be performed in an inert gas atmosphere, and examples of the inert gas include nitrogen and argon. In addition, the main baking can be performed in an inert gas containing a halogen gas. Furthermore, the main firing can be performed under reduced pressure, for example, at 10 KPa or less.
本焼成工程で炭素前駆体を熱処理する際、炭素前駆体自体から一酸化炭素および水素などのガスが生じる。これらのガスは高い反応性を有し、クラスター化リチウムを吸蔵できる炭素結晶間の空隙を破壊するために、熱処理中に生じるガスと炭素前駆体との反応を制御することが重要となる。例えば、WO2017/022486では、気相脱灰または液相脱灰を行った後に熱処理を行うことで充電時にクラスター化リチウムをより多く吸蔵できる難黒鉛化炭素質材料を得ている。WO2017/022486によって確かに高い充電容量および高い充放電効率を有する非水電解質二次電池用の炭素質材料を得ることはできるが、本発明では更に焼成時の熱分解ガスを積極的に除去することで、更に、高い出力特性を得ることができることを見出した。炭素前駆体から熱分解ガスを積極的に除去しながら焼成する手法は特に限定されないが、例えば本焼成中の不活性ガスの供給量を多くして熱処理を行う、または、本焼成時の試料の積層高さを低減することで試料内に滞留するガスを積極的に排除する方法が挙げられる。これらの方法により、炭素前駆体自体から生じる反応性のガスを、炭素前駆体と反応する前に除去することが可能となる。そのため、より制御された炭素構造を有する難黒鉛化炭素質材料を製造することができる。本焼成の時間は特に限定されるものではなく、例えば0.05〜10時間、好ましくは0.05〜8時間、より好ましくは0.05〜6時間である。 When the carbon precursor is heat-treated in the main firing step, gases such as carbon monoxide and hydrogen are generated from the carbon precursor itself. These gases are highly reactive, and in order to destroy voids between carbon crystals that can occlude clustered lithium, it is important to control the reaction between the gas generated during the heat treatment and the carbon precursor. For example, in WO2017 / 022486, a non-graphitizable carbonaceous material that can occlude a larger amount of clustered lithium during charging is obtained by performing heat treatment after performing vapor phase decalcification or liquid phase demineralization. Although it is possible to obtain a carbonaceous material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having high charge capacity and high charge / discharge efficiency by WO2017 / 022486, the present invention further positively removes pyrolysis gas during firing. Thus, it has been found that higher output characteristics can be obtained. The method of firing while actively removing the pyrolysis gas from the carbon precursor is not particularly limited. For example, the heat treatment is performed by increasing the supply amount of the inert gas during the firing, or the sample at the time of the firing is prepared. There is a method of positively removing the gas staying in the sample by reducing the stacking height. By these methods, it is possible to remove the reactive gas generated from the carbon precursor itself before reacting with the carbon precursor. Therefore, a non-graphitizable carbonaceous material having a more controlled carbon structure can be produced. The time for the main baking is not particularly limited, and is, for example, 0.05 to 10 hours, preferably 0.05 to 8 hours, and more preferably 0.05 to 6 hours.
本発明では、炭素前駆体を焼成する際、揮発性有機物と混合して焼成することができる。揮発性有機物と混合して焼成することにより、炭素前駆体から得られる難黒鉛化炭素質材料の比表面積を、非水電解質二次電池、例えばリチウムイオン二次電池用負極にとってより好適な比表面積とすることができる。 In the present invention, when the carbon precursor is fired, it can be fired by mixing with a volatile organic substance. The specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material obtained from the carbon precursor by mixing with a volatile organic substance and firing is more suitable for a nonaqueous electrolyte secondary battery, for example, a negative electrode for a lithium ion secondary battery. It can be.
<揮発性有機物>
本発明において使用できる揮発性有機物は、800℃で灰化した場合に残炭率が灰化前の揮発性有機物の質量に基づいて5質量%未満である常温で固体の揮発性有機物であれば特に限定されないが、炭素前駆体から製造される難黒鉛化炭素質材料の比表面積を低減させることのできる揮発物質(例えば、炭化水素系ガスやタール成分)を発生させるものが好ましい。揮発性有機物における、比表面積を低減させることのできる揮発物質の含量は特に限定されるものではないが、揮発性有機物の質量に基づいて、通常は1〜20質量%、好ましくは3〜15質量%である。なお、本明細書において、常温とは25℃を指す。
<Volatile organic matter>
The volatile organic substance that can be used in the present invention is a volatile organic substance that is solid at room temperature when it is incinerated at 800 ° C. and the residual carbon ratio is less than 5% by mass based on the mass of the volatile organic substance before incineration. Although it does not specifically limit, What generate | occur | produces the volatile substance (For example, hydrocarbon type gas and a tar component) which can reduce the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material manufactured from a carbon precursor is preferable. Although the content of the volatile substance capable of reducing the specific surface area in the volatile organic substance is not particularly limited, it is usually 1 to 20% by mass, preferably 3 to 15% by mass based on the mass of the volatile organic substance. %. In addition, in this specification, normal temperature refers to 25 degreeC.
揮発性有機物としては、熱可塑性樹脂や低分子有機化合物を挙げることができる。より具体的には、熱可塑性樹脂として、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(メタ)アクリル酸またはポリ(メタ)アクリル酸エステルなどを挙げることができ、低分子有機化合物として、トルエン、キシレン、メシチレン、スチレン、ナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンなどを挙げることができる。揮発し、焼成温度で熱分解した場合に炭素前駆体の表面を酸化賦活しない観点から、熱可塑性樹脂としてはポリスチレン、ポリエチレンまたはポリプロピレンが好ましく、低分子有機化合物としてはナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンが好ましい。常温下で揮発性が小さいために安全上好ましい観点から、ナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンを使用することが更に好ましい。 Examples of volatile organic substances include thermoplastic resins and low molecular organic compounds. More specifically, examples of the thermoplastic resin include polystyrene, polyethylene, polypropylene, poly (meth) acrylic acid or poly (meth) acrylic acid ester, and low molecular organic compounds include toluene, xylene, mesitylene, Examples thereof include styrene, naphthalene, phenanthrene, anthracene, and pyrene. In view of not volatilizing and oxidatively activating the surface of the carbon precursor when pyrolyzed at the firing temperature, the thermoplastic resin is preferably polystyrene, polyethylene or polypropylene, and the low molecular organic compound is naphthalene, phenanthrene, anthracene or pyrene. preferable. It is more preferable to use naphthalene, phenanthrene, anthracene or pyrene from the viewpoint of safety because of low volatility at room temperature.
残炭率は、試料を不活性ガス中で強熱した後の強熱残分の炭素量を定量することにより測定することができる。強熱とは、揮発性有機物およそ1g〔この正確な質量をW1(g)とする〕を坩堝にいれ、1分間に20リットルの窒素を流しながら坩堝を電気炉にて10℃/分で800℃まで昇温し、その後800℃で1時間保持することを意味する。このときの残存物を強熱残分とし、その質量をW2(g)とする。 The residual carbon ratio can be measured by quantifying the carbon content of the ignition residue after the sample is ignited in an inert gas. Ignition is about 1 g of volatile organic matter (this exact mass is W 1 (g)) in a crucible, and 20 liters of nitrogen is allowed to flow for 1 minute in an electric furnace at 10 ° C./min. It means that the temperature is raised to 800 ° C. and then held at 800 ° C. for 1 hour. Let the residue at this time be an ignition residue, and let the mass be W 2 (g).
次いで上記強熱残分について、JIS M8819に定められた方法に準拠して元素分析を行い、炭素の質量割合P1(%)を測定する。残炭率P2(%)は以下の式により算出する。
炭素前駆体と揮発性有機物とを混合して焼成する場合、好ましくは、炭素前駆体と揮発性有機物とを97:3〜40:60の質量比で混合する。この混合比は、より好ましくは95:5〜60:40、特に好ましくは93:7〜80:20である。混合比を上記範囲内とすることによって、難黒鉛化炭素質材料の比表面積を十分に低減させやすい。一方で、比表面積の低減効果が飽和して揮発性有機物を無駄に消費することを回避しやすい。 When the carbon precursor and the volatile organic substance are mixed and fired, the carbon precursor and the volatile organic substance are preferably mixed at a mass ratio of 97: 3 to 40:60. This mixing ratio is more preferably 95: 5 to 60:40, particularly preferably 93: 7 to 80:20. By setting the mixing ratio within the above range, it is easy to sufficiently reduce the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material. On the other hand, it is easy to avoid wasteful consumption of volatile organic substances due to saturation of the specific surface area reduction effect.
炭素前駆体と揮発性有機物との混合は、炭素前駆体の粉砕前または粉砕後のいずれの段階で行ってもよい。炭素前駆体の粉砕前に混合する場合は、炭素前駆体と揮発性有機物を同時に粉砕装置に計量供給することにより、粉砕と混合を同時に行うことができる。炭素前駆体の粉砕後に揮発性有機物を混合することも好ましい。この場合の混合方法は、両者が均一に混合される手法であればどのような混合方法であってもよい。 Mixing of the carbon precursor and the volatile organic substance may be performed at any stage before or after the carbon precursor is pulverized. When mixing before pulverization of the carbon precursor, pulverization and mixing can be performed simultaneously by metering and supplying the carbon precursor and the volatile organic substance to the pulverizer. It is also preferable to mix a volatile organic substance after pulverization of the carbon precursor. The mixing method in this case may be any mixing method as long as both are uniformly mixed.
揮発性有機物は粒子の形状で混合されることが好ましいが、粒子の形や平均粒子径は特に限定されない。粉砕された炭素前駆体に均一に分散させる観点からは、揮発性有機物の平均粒子径は、好ましくは0.1〜2000μm、より好ましくは1〜1000μm、特に好ましくは2〜600μmである。 The volatile organic substance is preferably mixed in the form of particles, but the particle shape and average particle diameter are not particularly limited. From the viewpoint of uniformly dispersing in the pulverized carbon precursor, the average particle diameter of the volatile organic material is preferably 0.1 to 2000 μm, more preferably 1 to 1000 μm, and particularly preferably 2 to 600 μm.
炭素前駆体と揮発性有機物との混合物は、本発明の難黒鉛化炭素質材料についての効果が得られる限りにおいて、即ち、難黒鉛化炭素質材料の比表面積が低減する限りにおいて、炭素前駆体および揮発性有機物以外の他の成分を含んでもよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、金属系材料、合金系材料または酸化物系材料を含んでよい。他の成分の含量は特に限定されるものではなく、炭素前駆体と揮発性有機物との混合物100質量部に対して、好ましくは50質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下であり、更に好ましくは20質量部以下であり、特に好ましくは10質量部以下である。 The mixture of the carbon precursor and the volatile organic substance is used as long as the effect of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is obtained, that is, as long as the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material is reduced. And other components other than volatile organic substances. For example, natural graphite, artificial graphite, metal material, alloy material or oxide material may be included. The content of the other components is not particularly limited, and is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 30 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass of the mixture of the carbon precursor and the volatile organic substance. More preferably, it is 20 mass parts or less, Most preferably, it is 10 mass parts or less.
<CVD処理>
本発明では本焼成工程の後に、炭化水素化合物を用いるCVD処理を施してもよい。CVD処理とは、熱分解された炭化水素化合物で、本焼成工程で得られた難黒鉛化炭素質材料を被覆する化学的蒸着(CVD、Chemical Vapor Deposition)処理である。CVD処理の条件は、上記化学的蒸着が達成される限り特に限定されないが、例えば炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で500〜1000℃で熱処理する方法により行ってよい。CVD処理工程において、例えば500〜1000℃での熱処理によって、炭化水素化合物が熱分解され、生じる熱分解物が難黒鉛化炭素質材料に添着し、難黒鉛化炭素質材料の表面を被覆する。これにより、以下のメカニズムに何ら限定されないが、難黒鉛化炭素質材料のクラスター化リチウムが吸蔵できる炭素結晶間の空隙を維持しつつ比表面積を低減させることができるため、吸湿量を大幅に低下させることができると考えられる。そのため、高い充電容量を維持しつつ、充放電効率を高めることができると考えられる。また、CVD処理により、リチウムイオンの吸蔵を阻害し得る−OH基または−COOH基などの難黒鉛化炭素質材料表面の官能基が、熱分解された炭化水素化合物のラジカルと反応し、除去されると考えられる。そのため、炭素質材料における酸素元素含量が低下し、充放電時の不可逆的な副反応が抑制されることにより、充電容量および充放電効率が向上すると考えられる。
<CVD process>
In the present invention, a CVD process using a hydrocarbon compound may be performed after the main firing step. The CVD process is a chemical vapor deposition (CVD) process that coats the non-graphitizable carbonaceous material obtained in the main firing step with a thermally decomposed hydrocarbon compound. The conditions for the CVD treatment are not particularly limited as long as the chemical vapor deposition is achieved. For example, the CVD treatment may be performed by a method of heat treatment at 500 to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound. In the CVD process, the hydrocarbon compound is thermally decomposed, for example, by a heat treatment at 500 to 1000 ° C., and the resulting pyrolyzed product adheres to the non-graphitizable carbonaceous material and covers the surface of the non-graphitizable carbonaceous material. As a result, the mechanism is not limited to the following mechanism, but the specific surface area can be reduced while maintaining the voids between the carbon crystals that can be occluded by the clustered lithium of the non-graphitizable carbonaceous material. It is thought that it can be made. Therefore, it is considered that the charge / discharge efficiency can be increased while maintaining a high charge capacity. In addition, the functional group on the surface of the non-graphitizable carbonaceous material such as —OH group or —COOH group that can inhibit the occlusion of lithium ions reacts with the radical of the thermally decomposed hydrocarbon compound and is removed by the CVD process. It is thought. Therefore, it is thought that the charge capacity and charge / discharge efficiency are improved by reducing the oxygen element content in the carbonaceous material and suppressing irreversible side reactions during charge / discharge.
CVD処理工程において使用する炭化水素化合物は、主に炭素原子と水素原子から構成される化合物である。炭化水素化合物としては、例えば低分子有機炭化水素化合物などが挙げられる。CVD処理工程において、1種類の炭化水素化合物を使用してもよいし、2種以上の炭化水素化合物を組み合わせて使用してもよい。炭化水素化合物が主に炭素原子と水素原子から構成されるとは、炭化水素化合物における炭素原子と水素原子の合計量が、炭化水素化合物の総質量に基づいて、好ましくは75質量%以上、より好ましくは80質量%以上、更に好ましくは85質量%以上であることを意味する。 The hydrocarbon compound used in the CVD process is a compound mainly composed of carbon atoms and hydrogen atoms. As a hydrocarbon compound, a low molecular organic hydrocarbon compound etc. are mentioned, for example. In the CVD process, one type of hydrocarbon compound may be used, or two or more types of hydrocarbon compounds may be used in combination. The hydrocarbon compound mainly composed of carbon atoms and hydrogen atoms means that the total amount of carbon atoms and hydrogen atoms in the hydrocarbon compound is preferably 75% by mass or more based on the total mass of the hydrocarbon compound. It means preferably 80% by mass or more, more preferably 85% by mass or more.
低分子有機炭化水素化合物としては、例えば炭素数が1〜20の炭化水素化合物が挙げられる。炭化水素化合物の炭素数は、好ましくは2〜18、より好ましくは3〜16である。炭化水素化合物は、飽和炭化水素化合物または不飽和炭化水素化合物でもよく、鎖状の炭化水素化合物でも、環式の炭化水素化合物でもよい。不飽和炭化水素化合物の場合、不飽和結合は二重結合でも三重結合でもよく、1分子に含まれる不飽和結合の数も特に限定されるものではない。例えば、鎖状の炭化水素化合物は、脂肪族炭化水素化合物であり、直鎖状または分枝状のアルカン、アルケン、またはアルキンを挙げることができる。環式の炭化水素化合物としては、脂環式炭化水素化合物(例えば、シクロアルカン、シクロアルケン、シクロアルキン)または芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。具体的には、脂肪族炭化水素化合物としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセンまたはアセチレンなどを挙げることができる。脂環式炭化水素化合物としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロプロパン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、デカリン、ノルボルネン、メチルシクロヘキサン、またはノルボルナジエンなどを挙げることができる。更に、芳香族炭化水素化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、クメン、ブチルベンゼン、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルキシレン、p−tert−ブチルスチレン、エチルスチレンなどの単環芳香族化合物、およびナフタレン、フェナントレン、アントラセン、ピレンなどの3環〜6環の縮合多環芳香族化合物を挙げることができるが、好ましくは縮合多環芳香族化合物、より好ましくはナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンである。ここで、前記炭化水素化合物は、任意の置換基を有していてよい。置換基は特に限定されるものではないが、例えば炭素数1〜4のアルキル基(好ましくは炭素数1〜2のアルキル基)、炭素数2〜4のアルケニル基(好ましくは炭素数2のアルケニル基)、炭素数3〜8のシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜6のシクロアルキル基)が挙げられる。 Examples of the low molecular organic hydrocarbon compound include hydrocarbon compounds having 1 to 20 carbon atoms. Carbon number of a hydrocarbon compound becomes like this. Preferably it is 2-18, More preferably, it is 3-16. The hydrocarbon compound may be a saturated hydrocarbon compound or an unsaturated hydrocarbon compound, and may be a chain hydrocarbon compound or a cyclic hydrocarbon compound. In the case of an unsaturated hydrocarbon compound, the unsaturated bond may be a double bond or a triple bond, and the number of unsaturated bonds contained in one molecule is not particularly limited. For example, the chain hydrocarbon compound is an aliphatic hydrocarbon compound, and can include a linear or branched alkane, alkene, or alkyne. Examples of the cyclic hydrocarbon compound include alicyclic hydrocarbon compounds (for example, cycloalkane, cycloalkene, cycloalkyne) and aromatic hydrocarbon compounds. Specifically, examples of the aliphatic hydrocarbon compound include methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, octane, nonane, decane, ethylene, propylene, butene, pentene, hexene, and acetylene. Examples of the alicyclic hydrocarbon compound include cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, cyclopropane, cyclopentene, cyclohexene, cycloheptene, cyclooctene, decalin, norbornene, methylcyclohexane, and norbornadiene. Furthermore, aromatic hydrocarbon compounds include benzene, toluene, xylene, mesitylene, cumene, butylbenzene, styrene, α-methylstyrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, vinylxylene, p- Examples thereof include monocyclic aromatic compounds such as tert-butylstyrene and ethylstyrene, and condensed polycyclic aromatic compounds having 3 to 6 rings such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, and pyrene. A group compound, more preferably naphthalene, phenanthrene, anthracene or pyrene. Here, the hydrocarbon compound may have an arbitrary substituent. The substituent is not particularly limited, and for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (preferably an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms) or an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms (preferably alkenyl having 2 carbon atoms). Group) and a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms (preferably a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms).
CVD処理工程において、炭化水素化合物を気体状態で連続的に供給することが、CVD処理を均一に行い、炭素質材料の所望の特性を得やすい観点から好ましい。CVD処理を行う温度で気体状態となる炭化水素化合物を用いるか、または、CVD処理の前工程において気体状態とした炭化水素化合物をCVD処理工程に供給して行ってもよい。例えば500〜1000℃の温度で気体状態となる炭化水素化合物を用い、該温度で熱処理してCVD処理を行うことが、生産性および炭化水素化合物と難黒鉛化炭素質材料との混合性の観点から好ましい。上記観点からは、炭化水素化合物の沸点は、CVD処理を行う温度以下であることが好ましい。 In the CVD process, it is preferable to continuously supply the hydrocarbon compound in a gas state from the viewpoint of performing the CVD process uniformly and easily obtaining desired characteristics of the carbonaceous material. A hydrocarbon compound that is in a gaseous state at the temperature at which the CVD treatment is performed may be used, or a hydrocarbon compound that is in a gaseous state in the previous step of the CVD treatment may be supplied to the CVD treatment step. For example, using a hydrocarbon compound that is in a gaseous state at a temperature of 500 to 1000 ° C. and performing the CVD treatment by heat treatment at the temperature, the viewpoint of productivity and the mixing property between the hydrocarbon compound and the non-graphitizable carbonaceous material To preferred. From the above viewpoint, the boiling point of the hydrocarbon compound is preferably equal to or lower than the temperature at which the CVD treatment is performed.
CVD処理工程は、好ましくは、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で行ってよい。CVD処理工程において使用する不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンなどを挙げることができる。本焼成工程とCVD処理工程とで、同じ不活性ガスを使用してもよいし、異なる不活性ガスを使用してもよい。製造工程を簡単にし、製造効率を高める観点からは、本焼成工程とCVD処理工程とで同じ不活性ガスを使用することが好ましい。 The CVD treatment step may be preferably performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound. Examples of the inert gas used in the CVD process include nitrogen and argon. The same inert gas may be used in the main baking step and the CVD treatment step, or different inert gases may be used. From the viewpoint of simplifying the manufacturing process and increasing the manufacturing efficiency, it is preferable to use the same inert gas in the main baking process and the CVD treatment process.
CVD処理工程を、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で行う場合、炭化水素化合物と不活性ガスとの混合比は、特に限定されない。例えば、安全性、経済性および焼成炉内の汚染性の観点から、不活性ガスに対する炭化水素化合物の量は、好ましくは1〜60体積%であり、より好ましくは5〜50体積%であり、特に好ましくは10〜45体積%である。炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で熱処理を行う本実施態様の製造方法によれば、炭素質材料から酸素元素を効率的に除去しやすい。 When the CVD treatment step is performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound, the mixing ratio of the hydrocarbon compound and the inert gas is not particularly limited. For example, from the viewpoint of safety, economy, and contamination in the firing furnace, the amount of the hydrocarbon compound with respect to the inert gas is preferably 1 to 60% by volume, more preferably 5 to 50% by volume, Especially preferably, it is 10 to 45 volume%. According to the manufacturing method of this embodiment in which heat treatment is performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound, it is easy to efficiently remove oxygen elements from the carbonaceous material.
CVD処理工程における熱処理温度は、炭素質材料や使用する炭化水素化合物の種類などにより変えてよいが、所望の炭素構造を得る観点から、好ましくは500〜1000℃、より好ましくは600〜900℃、更に好ましくは700〜850℃である。熱処理温度が低すぎると、炭素質材料から酸素元素が十分に除去されにくく、熱処理温度が高すぎると、充電容量に寄与しない炭化水素化合物由来の炭素構造が多く付着して充電容量が低下しやすい。 The heat treatment temperature in the CVD treatment step may vary depending on the carbonaceous material and the type of hydrocarbon compound used, but from the viewpoint of obtaining a desired carbon structure, preferably 500 to 1000 ° C, more preferably 600 to 900 ° C, More preferably, it is 700-850 degreeC. If the heat treatment temperature is too low, the oxygen element is not sufficiently removed from the carbonaceous material, and if the heat treatment temperature is too high, the carbon structure derived from a hydrocarbon compound that does not contribute to the charge capacity adheres and the charge capacity tends to decrease. .
CVD処理工程を、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で行う場合、炭化水素化合物を含む不活性ガス気流の供給量は、特に限定されないが、炭素質材料50gあたり好ましくは0.1L/分以上、より好ましくは0.3L/分以上、特に好ましくは0.5L/分以上である。上記の下限値以上の供給量で熱処理を行うと、均一に炭素被覆がされやすいため好ましい。供給量の上限値は、好ましくは10L/分以下であり、より好ましくは5L/分以下である。上記の上限値以下の供給量で熱処理を行うと、供給した炭化水素化合物が効率よく作用しやすいため好ましい。 When the CVD treatment step is performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound, the supply amount of the inert gas stream containing the hydrocarbon compound is not particularly limited, but is preferably 0.1 L / min per 50 g of the carbonaceous material. Above, more preferably 0.3 L / min or more, particularly preferably 0.5 L / min or more. It is preferable to perform the heat treatment at a supply amount equal to or higher than the above lower limit value because carbon coating is easily performed uniformly. The upper limit of the supply amount is preferably 10 L / min or less, more preferably 5 L / min or less. It is preferable to perform the heat treatment at a supply amount equal to or less than the above upper limit value because the supplied hydrocarbon compound easily acts efficiently.
<非水電解質二次電池用負極>
本発明の非水電解質二次電池用負極は、本発明の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる。
<Negative electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery>
The negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary batteries of the present invention comprises the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention.
<負極電極の製造>
本発明の難黒鉛化炭素質材料を含む負極電極材は、難黒鉛化炭素質材料に結合剤(バインダー)を添加し、適当な溶媒を適量添加し、混練して電極合剤とした後に、金属板などからなる集電板に電極合剤を塗布し、乾燥し、加圧成形することにより製造することができる。本発明の難黒鉛化炭素質材料を用いることにより、特に導電助剤を添加しなくとも高い導電性を有する電極を製造することができる。しかしながら、更に高い導電性を付与するために、必要に応じて、電極合剤の調製時に導電助剤を添加することもできる。
<Manufacture of negative electrode>
The negative electrode material containing the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, after adding a binder (binder) to the non-graphitizable carbonaceous material, adding an appropriate amount of an appropriate solvent, kneading to make an electrode mixture, It can be manufactured by applying an electrode mixture to a current collector plate made of a metal plate, etc., drying, and pressure forming. By using the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, an electrode having high conductivity can be produced without adding a conductive auxiliary agent. However, in order to impart higher conductivity, a conductive aid can be added as necessary when preparing the electrode mixture.
導電助剤としては、導電性のカーボンブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、およびナノチューブなどを用いることができる。導電助剤の添加量は、使用する導電助剤の種類によっても異なるが、好ましくは0.5〜10質量%〔ここで、活物質(難黒鉛化炭素質材料)量+結合剤量+導電助剤量=100質量%とする〕であり、より好ましくは0.5〜7質量%、特に好ましくは0.5〜5質量%である。導電助剤の添加量を上記範囲内とすることによって、電極合剤中での導電助剤の分散が悪化することなく、期待する導電性が得られやすい。 As the conductive assistant, conductive carbon black, vapor grown carbon fiber (VGCF), nanotubes, and the like can be used. The addition amount of the conductive auxiliary agent varies depending on the type of conductive auxiliary agent to be used, but is preferably 0.5 to 10% by mass [wherein the amount of active material (non-graphitizable carbonaceous material) + the amount of binder + conductivity Auxiliary amount = 100 mass%], more preferably 0.5-7 mass%, particularly preferably 0.5-5 mass%. By setting the addition amount of the conductive assistant within the above range, the expected conductivity can be easily obtained without deteriorating the dispersion of the conductive assistant in the electrode mixture.
添加する結合剤としては、電解液と反応しないものであれば特に限定されることはない。例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、ポリテトラフルオロエチレン、およびSBR(スチレン・ブタジエン・ラバー)とCMC(カルボキシメチルセルロース)との混合物などを挙げることができる。中でもPVDFは、活物質表面に付着したPVDFがリチウムイオン移動を阻害することが少なく、良好な入出力特性が得られるために好ましい。結合剤の添加量は、使用する結合剤の種類によっても異なるが、PVDF系の結合剤では、難黒鉛化炭素質材料、結合剤および導電助剤の総質量に基づいて、好ましくは3〜13質量%であり、より好ましくは3〜10質量%である。結合剤の添加量を上記範囲内とすることによって、得られる電極の抵抗が大きくなって電池の内部抵抗が大きくなり、電池特性が低下したり、負極粒子同士および負極粒子と集電板との結合が不十分になったりする問題を回避しやすい。 The binder to be added is not particularly limited as long as it does not react with the electrolytic solution. Examples thereof include PVDF (polyvinylidene fluoride), polytetrafluoroethylene, and a mixture of SBR (styrene butadiene rubber) and CMC (carboxymethyl cellulose). Among these, PVDF is preferable because PVDF attached to the surface of the active material hardly inhibits lithium ion migration and provides favorable input / output characteristics. The amount of the binder added varies depending on the type of the binder used, but in the case of a PVDF-based binder, it is preferably 3 to 13 based on the total mass of the non-graphitizable carbonaceous material, the binder and the conductive additive. It is mass%, More preferably, it is 3-10 mass%. By making the addition amount of the binder within the above range, the resistance of the obtained electrode is increased, the internal resistance of the battery is increased, the battery characteristics are deteriorated, or the negative electrode particles and the negative electrode particles and the current collector plate It is easy to avoid problems such as insufficient coupling.
PVDFを溶解してスラリーを形成するためには、溶媒として、N−メチルピロリドン(NMP)などの極性溶媒が好ましく用いられる。また、SBRなどの水性エマルジョン、またはCMCなどの水溶液を形成するためには、溶媒として、水が好ましく使用される。溶媒として水を使用する結合剤では、SBRとCMCとの混合物など、複数の結合剤を混合して使用することが多い。溶媒の添加量は、使用する難黒鉛化炭素質材料、結合剤および導電助剤の総質量(100質量部とする)に基づいて、好ましくは10〜200質量部、より好ましくは50〜150質量部である。 In order to dissolve PVDF to form a slurry, a polar solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP) is preferably used as a solvent. In order to form an aqueous emulsion such as SBR or an aqueous solution such as CMC, water is preferably used as a solvent. In a binder that uses water as a solvent, a plurality of binders such as a mixture of SBR and CMC are often mixed and used. The addition amount of the solvent is preferably 10 to 200 parts by mass, more preferably 50 to 150 parts by mass based on the total mass (100 parts by mass) of the non-graphitizable carbonaceous material, binder and conductive additive used. Part.
電極活物質層は集電板の両面に形成するのが基本であるが、必要に応じて片面でもよい。活物質層(片面当たり)の厚みは、好ましくは10〜100μmであり、より好ましくは20〜90μm、特に好ましくは20〜80μmである。この厚みを上記範囲内とすることによって、集電板やセパレータなどが少なくて済むため高容量化が実現しやすい一方で、対極と対向する電極面積を広く確保できるため高い入出力特性が得られやすい。 The electrode active material layer is basically formed on both sides of the current collector plate, but may be on one side if necessary. The thickness of the active material layer (per one side) is preferably 10 to 100 μm, more preferably 20 to 90 μm, and particularly preferably 20 to 80 μm. By setting this thickness within the above range, it is easy to achieve high capacity because fewer current collectors and separators are required, while high input / output characteristics can be obtained because a large electrode area facing the counter electrode can be secured. Cheap.
<非水電解質二次電池>
本発明の非水電解質二次電池は、例えば、リチウムイオン二次電池、ナトリウムイオン二次電池、リチウム硫黄電池、全固体電池、および有機ラジカル電池などを包含し、本発明の非水電解質二次電池用負極を含んでなる。本発明の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる非水電解質二次電池用負極を用いて製造され、満充電された非水電解質二次電池は、高い充電容量とともに高い充放電効率を示す。
<Nonaqueous electrolyte secondary battery>
The nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention includes, for example, a lithium ion secondary battery, a sodium ion secondary battery, a lithium sulfur battery, an all-solid battery, and an organic radical battery, and the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention. It comprises a negative electrode for a battery. The fully charged nonaqueous electrolyte secondary battery produced using the negative electrode for a nonaqueous electrolyte secondary battery comprising the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention exhibits high charge / discharge efficiency with a high charge capacity.
本発明の難黒鉛化炭素質材料を用いて、非水電解質二次電池用の負極を形成した場合、正極材、セパレータ、および電解液など電池を構成する他の材料は特に限定されることはない。非水溶媒二次電池として従来使用され、或いは提案されている種々の材料を使用することが可能である。 When the non-graphite carbonaceous material of the present invention is used to form a negative electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, other materials constituting the battery, such as a positive electrode material, a separator, and an electrolyte solution, are particularly limited. Absent. Various materials conventionally used or proposed as non-aqueous solvent secondary batteries can be used.
例えば、正極材としては、層状酸化物系〔LiMO2[Mは金属を表す]と表されるもので、例えば、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、またはLiNixCoyMozO2(ここでx、y、zは組成比を表わす)〕、オリビン系(LiMPO4[Mは金属を表す]で表され、例えばLiFePO4など)、およびスピネル系(LiM2O4[Mは金属を表す]で表され、例えばLiMn2O4など)の複合金属カルコゲン化合物が好ましく、これらのカルコゲン化合物を必要に応じて混合してもよい。これらの正極材を適当なバインダーと電極に導電性を付与するための炭素材料とともに成形して、導電性の集電材上に層形成することにより正極が形成される。 For example, as the cathode material, layered oxide [LiMO 2 [M represents a metal] those represented as, for example, LiCoO 2, LiNiO 2, LiMnO 2, or LiNi x Co y Mo z O 2 ( where , X, y, z represent the composition ratio)], olivine system (LiMPO 4 [M represents a metal], for example, LiFePO 4 etc.), and spinel system (LiM 2 O 4 [M represents a metal And a metal complex chalcogen compound such as LiMn 2 O 4 is preferable, and these chalcogen compounds may be mixed as necessary. These positive electrode materials are molded together with a suitable binder and a carbon material for imparting conductivity to the electrodes, and a positive electrode is formed by forming a layer on the conductive current collector.
これらの正極および負極と組み合わせて用いられる非水溶媒型電解液は、一般に非水溶媒に電解質を溶解することにより形成される。非水溶媒としては、例えば、プロピレンカーボネート、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、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、γ−ブチルラクトン、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、または1,3−ジオキソランなどの有機溶媒を、単独でまたは二種以上組み合わせて用いることができる。また、電解質としては、LiClO4、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiAsF6、LiCl、LiBr、LiB(C6H5)4、またはLiN(SO3CF3)2などが用いられる。 The nonaqueous solvent electrolyte used in combination with these positive electrode and negative electrode is generally formed by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent. Examples of the non-aqueous solvent include organic solvents such as propylene carbonate, ethylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, dimethoxyethane, diethoxyethane, γ-butyllactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, sulfolane, and 1,3-dioxolane. A solvent can be used individually or in combination of 2 or more types. As the electrolyte, LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiAsF 6 , LiCl, LiBr, LiB (C 6 H 5 ) 4 , or LiN (SO 3 CF 3 ) 2 is used.
非水電解質二次電池は、一般に上記のようにして形成した正極と負極とを必要に応じて不織布またはその他の多孔質材料などからなる透液性セパレータを介して対向させ、電解液中に浸漬させることにより形成される。セパレータとしては、二次電池に通常用いられる不織布またはその他の多孔質材料からなる透過性セパレータを用いることができる。或いはセパレータの代わりに、もしくはセパレータと一緒に、電解液を含浸させたポリマーゲルからなる固体電解質を用いることもできる。 A non-aqueous electrolyte secondary battery is generally immersed in an electrolytic solution, with a positive electrode and a negative electrode formed as described above facing each other through a liquid-permeable separator made of a nonwoven fabric or other porous material as necessary. Is formed. As a separator, the permeable separator which consists of a nonwoven fabric normally used for a secondary battery or another porous material can be used. Alternatively, a solid electrolyte made of a polymer gel impregnated with an electrolytic solution can be used instead of or together with the separator.
本明細書において「満充電された非水電解質二次電池」とは、本発明の非水電解質二次電池を組み立て、金属リチウムの析出が7Li核−固体NMR分析で確認される直前までリチウムを負極に充電(ドープ)された非水電解質二次電池のことであり、通常、一定の電流値で負極活物質の質量あたり580〜700mAh/gの範囲まで充電された非水電解質二次電池のことを意味する。 In the present specification, the “fully charged nonaqueous electrolyte secondary battery” means that the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is assembled, and lithium is precipitated until just before the deposition of metallic lithium is confirmed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis. Is a non-aqueous electrolyte secondary battery that is charged (doped) into the negative electrode, and is normally charged to a range of 580 to 700 mAh / g per mass of the negative electrode active material at a constant current value. Means that.
<化学シフト値の主共鳴ピーク位置>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料について、満充電状態となるまでリチウムを充電(ドープ)し、7Li核−固体NMR分析を行ったときに観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置は、115ppmより大きく、好ましくは117ppmより大きく、より好ましくは119ppmより大きい。
<Main resonance peak position of chemical shift value>
About the non-graphitized carbonaceous material in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, lithium was charged (dope) until it was fully charged, and lithium chloride observed when 7 Li nucleus-solid NMR analysis was performed The main resonance peak position of the reference chemical shift value is greater than 115 ppm, preferably greater than 117 ppm, and more preferably greater than 119 ppm.
先に記載した通り、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きいということは、電池の充電容量が高いこと、および「放電容量/充電容量」から計算される充放電効率が高いことを意味する。充放電効率が高いことにより、電池体積あたりの容量やコスト面で有利となる。塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppm以下である炭素質材料では、本発明の難黒鉛化炭素質材料のように、高い充電容量および高い充放電効率の両方をもたらすことは極めて困難である。 As described above, the fact that the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride is larger than 115 ppm means that the charge capacity of the battery is high and charge / discharge calculated from “discharge capacity / charge capacity”. Means high efficiency. High charge / discharge efficiency is advantageous in terms of capacity per battery volume and cost. A carbonaceous material having a main resonance peak position of a chemical shift value based on lithium chloride of 115 ppm or less provides both a high charge capacity and a high charge / discharge efficiency like the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention. Is extremely difficult.
前記主共鳴ピーク位置を上記の値より大きい値に調整するためには、例えば、炭素を含む材料を一酸化炭素や水素などの熱分解ガスを積極的に除去しながら1050℃〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用すればよい。7Li核−固体NMR分析の詳細は、実施例に記載する通りである。 In order to adjust the main resonance peak position to a value larger than the above value, for example, a material containing carbon is removed at a temperature of 1050 ° C. to 1400 ° C. while actively removing pyrolysis gas such as carbon monoxide and hydrogen. A non-graphitizable carbonaceous material produced by firing in an active gas atmosphere may be used for the negative electrode. Details of the 7 Li nucleus-solid NMR analysis are as described in the examples.
<電極の膨張率>
本発明の非水電解質二次電池について、難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極の満充電時における膨張率は、充電前の負極の厚みに基づいて107%以下である。膨張率が107%を超える場合、電極内で活物質同士の接触不良が生じ、電極抵抗が高くなるため、良好な出力特性(高い放電容量維持率)を有する非水電解質二次電池は得られない。
膨張率は、好ましくは106%以下、特に好ましくは105%以下である。膨張率が上記上限値以下であると、電極内における活物質(難黒鉛化炭素質材料)同士の導電パスおよびリチウムイオンの拡散が良好に確保されやすいため、低い電極抵抗が得られやすく、良好な出力特性が得られやすい。
<Expansion coefficient of electrode>
Regarding the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, the expansion rate of the negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material at the time of full charge is 107% or less based on the thickness of the negative electrode before charging. When the expansion coefficient exceeds 107%, contact failure between the active materials occurs in the electrode, and the electrode resistance becomes high. Therefore, a non-aqueous electrolyte secondary battery having good output characteristics (high discharge capacity retention rate) is obtained. Absent.
The expansion coefficient is preferably 106% or less, particularly preferably 105% or less. When the expansion coefficient is less than or equal to the above upper limit value, it is easy to ensure good conduction paths and lithium ion diffusion between the active materials (non-graphitizable carbonaceous materials) in the electrode, so that low electrode resistance is easily obtained and good Easy output characteristics.
電極膨張率を上記の値以下に調整するためには、例えば、炭素を含む材料を一酸化炭素や水素などの熱分解ガスを積極的に除去しながら1050℃〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用すればよい。前記方法で製造された難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極では、炭素結晶層間だけでなく炭素結晶間の空隙に多くのリチウムイオンが充電されるため、炭素結晶層間のみにリチウムイオンが充電される従来の負極より、有意に小さい電極膨張率がもたらされると考えられる。膨張率の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 In order to adjust the electrode expansion coefficient to the above value or less, for example, in an inert gas atmosphere at 1050 ° C. to 1400 ° C. while actively removing pyrolysis gas such as carbon monoxide and hydrogen from a material containing carbon. What is necessary is just to use the non-graphitizable carbonaceous material manufactured by baking with a negative electrode. In the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material manufactured by the above method, many lithium ions are charged not only between the carbon crystal layers but also in the gaps between the carbon crystals, so that the lithium ions are charged only between the carbon crystal layers. It is thought that the electrode expansion coefficient is significantly smaller than the conventional negative electrode. The details of the measurement of the expansion coefficient are as described in the examples.
<酸素元素含量>
本発明の非水電解質二次電池において、難黒鉛化炭素質材料の酸素元素含量は少ないほどよい。酸素元素含量は、好ましくは0.30質量%以下、より好ましくは0.28質量%以下である。難黒鉛化炭素質材料が酸素元素を実質的に含有しないことが更に好ましい。ここで、酸素元素を実質的に含有しないとは、酸素元素含量が、後述の酸素元素含量の測定法(不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法)の検出限界である10−6質量%以下であることを意味する。先に記載した通り、酸素元素含量が上記の値以下であると、リチウムイオンと酸素との反応によりリチウムイオンが消費されることによるリチウムイオンの利用効率の低下、酸素が空気中水分を誘引して水が吸着され、容易に脱離しないことによるリチウムイオンの利用効率の低下、水分由来の副反応に起因する電極内のガス発生、および当該ガス発生による電極膨張率の増加(電極抵抗の増大、出力特性の低下)が抑制されやすい。
<Oxygen element content>
In the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention, it is better that the non-graphitizable carbonaceous material has a lower oxygen element content. The oxygen element content is preferably 0.30% by mass or less, more preferably 0.28% by mass or less. More preferably, the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no oxygen element. Here, “substantially free of oxygen element” means that the oxygen element content is 10 −6 % by mass, which is the detection limit of the method for measuring the oxygen element content (inert gas melting-non-dispersed infrared absorption method) described later. It means the following. As described above, when the oxygen element content is less than the above value, the lithium ion is consumed due to the reaction between lithium ions and oxygen, the utilization efficiency of lithium ions is reduced, and oxygen attracts moisture in the air. As a result, water is adsorbed and does not easily desorb, resulting in a decrease in lithium ion utilization efficiency, gas generation in the electrode due to moisture-induced side reactions, and an increase in electrode expansion coefficient due to the gas generation (increase in electrode resistance). , Deterioration of output characteristics) is easily suppressed.
また、先に記載したように、酸素元素含量の調整方法は何ら限定されない。例えば、植物起源の炭素前駆体を所定の温度で酸処理した後に揮発性有機物と混合して1050℃〜1400℃の温度で不活性ガス雰囲気下に焼成することにより、酸素元素含量を上記の値以下に調整することができる。酸素元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。 Further, as described above, the method for adjusting the oxygen element content is not limited at all. For example, a carbon precursor of plant origin is acid-treated at a predetermined temperature, mixed with a volatile organic substance, and baked in an inert gas atmosphere at a temperature of 1050 ° C. to 1400 ° C. The following can be adjusted. Details of the measurement of the oxygen element content are as described in the examples.
<植物起源の炭素前駆体>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料は、好ましくは、植物起源の炭素前駆体に由来する。本発明では、「植物起源の炭素前駆体」とは、炭化前の植物起源物質、または炭化後の植物起源物質(植物由来のチャー)を意味する。先に記載した通り、植物原料は、特に限定されるものではない。先に記載したような植物を、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。中でも、大量入手が容易な椰子殻が好ましい。
<Plant-derived carbon precursor>
The non-graphitizable carbonaceous material in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably derived from a plant-derived carbon precursor. In the present invention, “plant-derived carbon precursor” means a plant-derived material before carbonization, or a plant-derived material after carbonization (char derived from plants). As described above, the plant material is not particularly limited. Plants as described above can be used alone or in combination of two or more. Of these, coconut shells that are easily available in large quantities are preferred.
椰子殻は、特に限定されるものではない。先に例示したような椰子殻を、単独または組み合わせて使用することができる。食品、洗剤原料またはバイオディーゼル油原料などとして利用され、大量に発生するバイオマス廃棄物である、ココヤシおよびパームヤシの椰子殻が特に好ましい。 The coconut shell is not particularly limited. The coconut shells as exemplified above can be used alone or in combination. Coconut palm and palm palm coconut shells, which are used as foods, detergent raw materials, biodiesel oil raw materials and the like and are biomass wastes generated in large quantities, are particularly preferable.
植物原料を炭化する方法、即ち、植物由来のチャーを製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば、植物原料を300℃以上の不活性ガス雰囲気下で仮焼成することによって行われる。 The method for carbonizing the plant material, that is, the method for producing the plant-derived char is not particularly limited. For example, it is performed by calcining a plant material in an inert gas atmosphere at 300 ° C. or higher.
また、チャー(例えば、椰子殻チャー)の形態で入手することも可能である。 It can also be obtained in the form of char (eg, coconut shell char).
<平均面間隔d002>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料は、広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された(002)面の平均面間隔d002が、0.36nm〜0.42nmであることが好ましく、0.38nm〜0.40nmであることがより好ましく、0.381nm〜0.389nmであることが特に好ましい。(002)面の平均面間隔d002が上記範囲内であると、先に記載した通り、リチウムイオン電池としての入出力特性の低下が抑制されやすく、電池材料としての安定性の低下が抑制されやすく、体積あたりの実行容量の低下が回避されやすい。平均面間隔を上記範囲に調整するためには、例えば、難黒鉛化炭素質材料を与える炭素前駆体の焼成温度を1050〜1400℃の範囲で行えばよい。また、ポリスチレンなどの熱分解性樹脂と混合して焼成する方法を用いることもできる。平均面間隔d002の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Average surface distance d002 >
The non-graphitizable carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has an average interplanar spacing d 002 of (002) plane calculated using the Bragg equation by wide-angle X-ray diffraction method is 0.36 nm to 0.00. It is preferably 42 nm, more preferably 0.38 nm to 0.40 nm, and particularly preferably 0.381 nm to 0.389 nm. When the average spacing d 002 of (002) plane is within the above range, as described above, easy reduction of the input-output characteristics of the lithium ion battery is suppressed, decrease in the stability of the cell material is suppressed It is easy to avoid a decrease in execution capacity per volume. In order to adjust the average spacing to the above range, for example, the firing temperature of the carbon precursor that gives the non-graphitizable carbonaceous material may be in the range of 1050 to 1400 ° C. Moreover, it is also possible to use a method of mixing and baking with a thermally decomposable resin such as polystyrene. The details of the measurement of the average surface distance d 002 are as described in the examples.
<真密度ρBt>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料は、電池における質量あたりの容量を高くする観点から、ブタノール法による真密度ρBtが、1.40〜1.70g/cm3であることが好ましく、1.42〜1.65/cm3であることがより好ましく、1.44〜1.60/cm3であることが特に好ましい。上記範囲の真密度は、例えば焼成工程温度を1050〜1400℃とすることにより得ることができる。真密度ρBtの測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<True density ρ Bt >
The non-graphitized carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a true density ρ Bt by the butanol method of 1.40 to 1.70 g / cm 3 from the viewpoint of increasing the capacity per mass in the battery. Preferably, it is 1.42-1.65 / cm 3 , more preferably 1.44-1.60 / cm 3 . The true density in the above range can be obtained, for example, by setting the firing process temperature to 1050 to 1400 ° C. Details of the measurement of the true density ρ Bt are as described in the examples.
<カリウム元素含量および鉄元素含量>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料のカリウム元素含量は、先に記載した通り、0.1質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以下であることがより好ましく、0.03質量%以下であることが更に好ましく、難黒鉛化炭素質材料がカリウム元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。また、本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料の鉄元素含量は、先に記載した通り、0.02質量%以下であることが好ましく、0.015質量%以下であることがより好ましく、0.01質量%以下であることが更に好ましく、難黒鉛化炭素質材料が鉄元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。ここで、カリウム元素または鉄元素を実質的に含有しないとは、カリウム元素含量または鉄元素含量が、後述の蛍光X線分析(例えば島津製作所製「LAB CENTER XRF−1700」を用いた分析)の検出限界値以下であることを意味する。カリウム元素含量および鉄元素含量が上記の値以下であると、先に記載した通り、十分な脱ドープ容量および非脱ドープ容量が得られやすく、非水電解質二次電池の安全性の問題が回避されやすい。カリウム元素含量および鉄元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Potassium element content and iron element content>
As described above, the potassium element content of the non-graphitizable carbonaceous material in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably 0.1% by mass or less, and 0.05% by mass or less. More preferably, it is 0.03 mass% or less, and it is especially preferable that a non-graphitizable carbonaceous material does not contain a potassium element substantially. In addition, the iron element content of the non-graphitizable carbonaceous material in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably 0.02% by mass or less, as described above, and 0.015% by mass or less. It is more preferable that the content is 0.01% by mass or less, and it is particularly preferable that the non-graphitizable carbonaceous material does not substantially contain an iron element. Here, the phrase “substantially containing no potassium element or iron element” means that the potassium element content or the iron element content is determined by the fluorescent X-ray analysis described later (for example, analysis using “LAB CENTER XRF-1700” manufactured by Shimadzu Corporation). It means that it is below the detection limit value. If the potassium element content and the iron element content are less than the above values, as described above, sufficient dedoping capacity and undoping capacity are easily obtained, and safety problems of nonaqueous electrolyte secondary batteries are avoided. Easy to be. Details of the measurement of the potassium element content and the iron element content are as described in the examples.
<吸湿量>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、好ましくは10000ppm以下、より好ましくは9000ppm以下、特に好ましくは8000ppm以下である。先に記載した通り、吸湿量が少ないほど、難黒鉛化炭素質材料に吸着するリチウムイオンが増加し、吸着した水分とリチウムイオンとの反応による自己放電を低減できるので、好ましい。難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、例えば、難黒鉛化炭素質材料に含まれる酸素原子の量を減らすことにより、減らすことができる。難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、例えば、カールフィッシャーなどを用いて測定することができる。吸湿量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Moisture absorption>
The moisture absorption of the non-graphitizable carbonaceous material in the nonaqueous electrolyte secondary battery of the present invention is preferably 10,000 ppm or less, more preferably 9000 ppm or less, and particularly preferably 8000 ppm or less. As described above, the smaller the amount of moisture absorption, the more lithium ions adsorbed on the non-graphitizable carbonaceous material, and this is preferable because self-discharge due to the reaction between the adsorbed moisture and lithium ions can be reduced. The moisture absorption amount of the non-graphitizable carbonaceous material can be reduced, for example, by reducing the amount of oxygen atoms contained in the non-graphitizable carbonaceous material. The amount of moisture absorption of the non-graphitizable carbonaceous material can be measured using, for example, a Karl Fischer. Details of the measurement of the amount of moisture absorption are as described in the examples.
<比表面積>
本発明の非水電解質二次電池における難黒鉛化炭素質材料は、窒素吸着BET3点法により求めた比表面積が、1〜75m2/gであることが好ましく、2〜60m2/gであることがより好ましく、3〜50m2/gであることが特に好ましい。先に記載した通り、比表面積が上記範囲内であると、難黒鉛化炭素質材料を用いて製造した非水電解質二次電池において、電解液と難黒鉛化炭素質材料との過剰な副反応が抑制されつつリチウムイオンが難黒鉛化炭素質材料にドープされやすく、更にリチウムイオンを難黒鉛化炭素質材料から脱ドープするための接触面積が高く保持されやすいため、高い充電容量と高い出力特性とが両立されやすい。比表面積は、例えば、先に記載した脱灰工程の温度を制御することによって調整することができる。
<Specific surface area>
Non-graphitizable carbonaceous material in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention has a specific surface area determined by nitrogen adsorption BET3 point method is preferably from 1~75m 2 / g, is 2~60m 2 / g It is more preferable, and it is especially preferable that it is 3-50 m < 2 > / g. As described above, when the specific surface area is within the above range, in the nonaqueous electrolyte secondary battery produced using the non-graphitizable carbonaceous material, excessive side reaction between the electrolyte and the non-graphitizable carbonaceous material. Lithium ions are easily doped into the non-graphitizable carbonaceous material while suppressing lithium ions, and the contact area for dedoping lithium ions from the non-graphitizable carbonaceous material is easy to maintain, resulting in high charge capacity and high output characteristics. And are easy to balance. The specific surface area can be adjusted, for example, by controlling the temperature of the decalcification step described above.
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。なお、以下に難黒鉛化炭素質材料の物性値の測定法を記載するが、実施例を含めて、本明細書中に記載する物性値は、以下の方法により求めた値に基づくものである。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but these do not limit the scope of the present invention. In addition, although the measuring method of the physical-property value of a hardly graphitized carbonaceous material is described below, the physical-property value described in this specification including an Example is based on the value calculated | required by the following method. .
<7Li核−固体NMR分析による化学シフト値の主共鳴ピーク位置の測定>
リチウムイオンが満充電状態でドープされた難黒鉛化炭素質材料を含む負極をセルから取り出し、電解液を拭き取った負極を全てNMR用サンプル管に充填した。7Li核−固体NMR分析による化学シフト値の主共鳴ピーク位置の測定は、BRUKER製「核磁気共鳴装置AVANCE300」を用いて行った。測定に際して、塩化リチウムを基準物質とし、これを0ppmに設定した。
<Measurement of main resonance peak position of chemical shift value by 7 Li nucleus-solid NMR analysis>
The negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material doped with lithium ions in a fully charged state was taken out of the cell, and all the negative electrode from which the electrolytic solution had been wiped was filled in an NMR sample tube. The measurement of the main resonance peak position of the chemical shift value by 7 Li nucleus-solid NMR analysis was performed using “Nuclear Magnetic Resonance Device AVANCE300” manufactured by BRUKER. In the measurement, lithium chloride was used as a reference material, and this was set to 0 ppm.
<酸素元素含量の測定>
株式会社堀場製作所製「酸素・窒素・水素分析装置EMGA−930」を用いて酸素元素含量の測定を行った。
この装置の検出方法は、酸素:不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法(NDIR)、窒素:不活性ガス融解−熱伝導度法(TCD)、水素:不活性ガス融解−非分散型赤外線吸収法(NDIR)であり、校正は、(酸素・窒素)Niカプセル、TiH2(H標準試料)、およびSS−3(N、O標準試料)により行った。前処理として250℃で約10分間脱水処理を施した試料20mgを、Niカプセルに量り取り、元素分析装置内で30秒間脱ガスした後、測定を行った。3検体を分析し、その平均値を分析値とした。
<Measurement of oxygen element content>
The oxygen element content was measured using an “oxygen / nitrogen / hydrogen analyzer EMGA-930” manufactured by HORIBA, Ltd.
The detection method of this apparatus is oxygen: inert gas melting-non-dispersive infrared absorption method (NDIR), nitrogen: inert gas melting-thermal conductivity method (TCD), hydrogen: inert gas melting-non-dispersive infrared ray. It was an absorption method (NDIR), and calibration was performed with (oxygen / nitrogen) Ni capsules, TiH 2 (H standard sample), and SS-3 (N, O standard sample). As a pretreatment, 20 mg of a sample subjected to dehydration at 250 ° C. for about 10 minutes was weighed into a Ni capsule, degassed for 30 seconds in an elemental analyzer, and then measured. Three samples were analyzed, and the average value was taken as the analysis value.
<(002)面の平均面間隔d002の測定>
株式会社リガク製「MiniFlex II」を用いて、難黒鉛化炭素質材料粉末を試料ホルダーに充填し、Niフィルターにより単色化したCuKα線を線源とし、X線回折図形を得た。回折図形のピーク位置は重心法(回折線の重心位置を求め、これに対応する2θ値でピーク位置を求める方法)により求め、標準物質用高純度シリコン粉末の(111)面の回折ピークを用いて補正した。CuKα線の波長を0.15418nmとし、以下に示すBraggの公式によりd002を算出した。
Using “MiniFlex II” manufactured by Rigaku Corporation, an X-ray diffraction pattern was obtained using CuKα rays monochromatized by a Ni filter by filling a non-graphitizable carbonaceous material powder in a sample holder. The peak position of the diffraction pattern is obtained by the barycentric method (a method of obtaining the barycentric position of the diffraction line and obtaining the peak position by the corresponding 2θ value), and using the diffraction peak on the (111) plane of the high-purity silicon powder for standard materials. Corrected. The wavelength of the CuKα ray was 0.15418 nm, and d 002 was calculated according to the Bragg formula shown below.
<ブタノール法による真密度ρBtの測定>
真密度は、JIS R 7212に定められた方法に従い、ブタノール法により測定した。内容積約40mLの側管付比重瓶の質量(m1)を正確に量った。次に、その底部に試料を約10mmの厚さになるように平らに入れた後、その質量(m2)を正確に量った。これに1−ブタノールを静かに加えて、底から20mm程度の深さにした。次に比重瓶に軽い振動を加えて、大きな気泡の発生がなくなったのを確かめた後、真空デシケーター中に入れ、徐々に排気して2.0〜2.7kPaとした。その圧力で20分間以上保ち、気泡の発生が止まった後に、取り出し、更に1−ブタノールを満たし、栓をして恒温水槽(30±0.03℃に調節してあるもの)に15分間以上浸し、1−ブタノールの液面を標線に合わせた。次に、これを取り出して外部をよくぬぐって室温まで冷却した後、質量(m4)を正確に量った。次に、同じ比重瓶に1−ブタノールだけを満たし、前記と同じようにして恒温水槽に浸し、標線を合わせた後、質量(m3)を量った。また使用直前に沸騰させて溶解した気体を除いた蒸留水を比重瓶にとり、前記と同様に恒温水槽に浸し、標線を合わせた後、質量(m5)を量った。
真密度ρBtは次の式により計算した。
The true density was measured by a butanol method according to a method defined in JIS R 7212. The mass (m 1 ) of a specific gravity bottle with a side tube having an internal volume of about 40 mL was accurately measured. Next, the sample was put flat on the bottom so as to have a thickness of about 10 mm, and the mass (m 2 ) was accurately measured. To this, 1-butanol was gently added to a depth of about 20 mm from the bottom. Next, light vibration was applied to the specific gravity bottle, and it was confirmed that no large bubbles were generated. Then, the bottle was placed in a vacuum desiccator and gradually evacuated to 2.0 to 2.7 kPa. Hold at that pressure for 20 minutes or more, and after the generation of bubbles has stopped, take it out, fill it with 1-butanol, plug it and immerse it in a constant temperature water bath (adjusted to 30 ± 0.03 ° C) for 15 minutes or more. The liquid level of 1-butanol was adjusted to the marked line. Next, this was taken out, wiped outside well and cooled to room temperature, and then the mass (m 4 ) was accurately measured. Next, the same specific gravity bottle was filled with only 1-butanol, immersed in a constant temperature water bath in the same manner as described above, and after aligning the marked lines, the mass (m 3 ) was measured. Moreover, distilled water excluding the gas that had been boiled and dissolved immediately before use was taken in a specific gravity bottle, immersed in a constant temperature water bath in the same manner as described above, and after aligning the marked lines, the mass (m 5 ) was measured.
The true density ρ Bt was calculated by the following formula.
<カリウム元素含量および鉄元素含量の測定>
カリウム元素含量および鉄元素含量の測定は、下記方法により実施した。予め所定のカリウム元素および鉄元素を含有する炭素試料を調製し、蛍光X線分析装置を用いて、カリウムKα線の強度とカリウム元素含量との関係、および鉄Kα線の強度と鉄元素含量との関係に関する検量線を作成した。次いで、試料について蛍光X線分析におけるカリウムKα線および鉄Kα線の強度を測定し、先に作成した検量線よりカリウム元素含量および鉄元素含量を求めた。蛍光X線分析は、株式会社島津製作所製「LAB CENTER XRF−1700」を用いて、下記手順で行った。上部照射方式用ホルダーを用い、試料測定面積を直径20mmの円周内とした。被測定試料の設置は、内径25mmのポリエチレン製容器の中に被測定試料0.5gを入れ、裏をプランクトンネットで押さえ、測定表面をポリプロピレン製フィルムで覆うことにより行った。X線源は40kV、60mAに設定した。カリウムについては、分光結晶にLiF(200)、検出器にガスフロー型比例係数管を使用し、2θが90〜140°の範囲を、走査速度8°/分で測定した。鉄については、分光結晶にLiF(200)、検出器にシンチレーションカウンターを使用し、2θが56〜60°の範囲を、走査速度8°/分で測定した。
<Measurement of potassium element content and iron element content>
The potassium element content and the iron element content were measured by the following methods. A carbon sample containing a predetermined potassium element and iron element is prepared in advance, and using a fluorescent X-ray analyzer, the relationship between the intensity of potassium Kα ray and the potassium element content, and the intensity of iron Kα ray and iron element content A calibration curve for the relationship was created. Subsequently, the intensity | strength of the potassium K alpha ray and iron K alpha ray in a fluorescent X ray analysis was measured about the sample, and the potassium element content and the iron element content were calculated | required from the analytical curve created previously. The fluorescent X-ray analysis was performed by the following procedure using “LAB CENTER XRF-1700” manufactured by Shimadzu Corporation. Using the upper irradiation system holder, the sample measurement area was within the circumference of 20 mm in diameter. The sample to be measured was placed by placing 0.5 g of the sample to be measured in a polyethylene container having an inner diameter of 25 mm, pressing the back with a plankton net, and covering the measurement surface with a polypropylene film. The X-ray source was set to 40 kV and 60 mA. For potassium, LiF (200) was used for the spectroscopic crystal and a gas flow proportional coefficient tube was used for the detector, and 2θ was measured in the range of 90 to 140 ° at a scanning speed of 8 ° / min. For iron, LiF (200) was used for the spectroscopic crystal, and a scintillation counter was used for the detector, and 2θ was measured in the range of 56 to 60 ° at a scanning speed of 8 ° / min.
<吸湿量の測定>
粒子径約5〜50μmに粉砕した難黒鉛化炭素質材料10gをサンプル管に入れ、133Paの減圧下、120℃にて2時間事前乾燥し、50mmφのガラス製シャーレに移し、25℃、湿度50%の恒温恒湿槽にて、所定時間暴露した。サンプル1gを取り、カールフィッシャー(三菱化学アナリテック社製)にて、250℃に加熱し、窒素気流下に水分量を測定した。
<Measurement of moisture absorption>
10 g of a non-graphitizable carbonaceous material pulverized to a particle size of about 5 to 50 μm is placed in a sample tube, pre-dried at 120 ° C. for 2 hours under reduced pressure of 133 Pa, transferred to a glass petri dish of 50 mmφ, 25 ° C., humidity 50 % Exposure in a constant temperature and humidity chamber. 1 g of a sample was taken, heated to 250 ° C. by Karl Fischer (manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech Co., Ltd.), and the water content was measured under a nitrogen stream.
<レーザー散乱法による平均粒子径の測定>
植物由来のチャー、炭素前駆体、および揮発性有機物の平均粒子径(粒度分布)は、下記方法により測定した。試料を、界面活性剤(和光純薬工業株式会社製「Toriton X100」)を0.3質量%含む水溶液に投入し、超音波洗浄器で10分以上処理し、水溶液中に分散させた。この分散液を用いて粒度分布を測定した。粒度分布測定は、粒子径・粒度分布測定器(日機装株式会社製「マイクロトラックM T3000」)を用いて行った。Dv50は、累積体積が50%となる粒子径であり、この値を平均粒子径とした。
<Measurement of average particle size by laser scattering method>
The average particle diameter (particle size distribution) of plant-derived char, carbon precursor, and volatile organic substance was measured by the following method. The sample was put into an aqueous solution containing 0.3% by mass of a surfactant (“Toriton X100” manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), treated with an ultrasonic cleaner for 10 minutes or more, and dispersed in the aqueous solution. The particle size distribution was measured using this dispersion. The particle size distribution measurement was performed using a particle size / particle size distribution measuring instrument (“Microtrack MT3000” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). Dv 50 is the particle diameter at which the cumulative volume is 50%, and this value was taken as the average particle diameter.
実施例1(気相脱灰、揮発性有機物添加、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
椰子殻を500℃で乾留した後に破砕し、平均粒子径約2mmの椰子殻チャーを得た。この椰子殻チャー100gに対して、塩化水素ガス1体積%を含む窒素ガスを18L/分の流量で供給しながら、870℃で30分間ハロゲン熱処理を実施し、その後、塩化水素ガスの供給のみを停止し、窒素ガスを18L/分の流量で供給しながら、更に870℃で30分間熱処理することにより気相脱酸処理を実施し、炭素前駆体を得た。
得られた炭素前駆体を、ミキサーミル(ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、MM400)を用いて平均粒子径6μmに粉砕した後、ナノジェットマイザー(株式会社アイシンナノテクノロジーズ製)を用いて分級し、平均粒子径5μmの炭素前駆体(1)を得た。
Example 1 (gas phase demineralization, addition of volatile organic substances, full cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
The coconut shell was subjected to dry distillation at 500 ° C. and then crushed to obtain coconut shell char having an average particle diameter of about 2 mm. While supplying nitrogen gas containing 1% by volume of hydrogen chloride gas at a flow rate of 18 L / min to 100 g of this coconut shell char, halogen heat treatment was performed at 870 ° C. for 30 minutes, and then only hydrogen chloride gas was supplied. Then, while supplying nitrogen gas at a flow rate of 18 L / min, a gas phase deoxidation treatment was carried out by further heat treatment at 870 ° C. for 30 minutes to obtain a carbon precursor.
The obtained carbon precursor was pulverized to an average particle size of 6 μm using a mixer mill (manufactured by Vander Scientific Co., Ltd., MM400), and then classified using Nanojet Mizer (manufactured by Aisin Nanotechnology Co., Ltd.). A carbon precursor (1) having an average particle diameter of 5 μm was obtained.
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
上記のように調製した炭素前駆体5gと、ポリスチレン(積水化成品工業株式会社製、平均粒子径400μm、残炭率1.2%)0.5gとを混合した。この混合物5.5gを試料層高さが約2mmとなるよう黒鉛製鞘に入れ、株式会社モトヤマ製管状炉中、毎分5Lの窒素流量下、毎分10℃の昇温速度で1290℃まで昇温した後、30分間保持し、自然冷却した。炉内温度が200℃以下に低下したことを確認し、炉内から難黒鉛化炭素質材料を取り出した。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.9gであり、回収率は89%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、7Li核−固体NMR分析による化学シフト値の主共鳴ピーク位置の測定、酸素元素含量の測定、(002)面の平均面間隔d002の測定、ブタノール法による真密度ρBtの測定、カリウム元素含量および鉄元素含量の測定、並びに吸湿量の測定を行った。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
5 g of the carbon precursor prepared as described above and 0.5 g of polystyrene (manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd., average particle diameter of 400 μm, residual carbon ratio of 1.2%) were mixed. 5.5 g of this mixture is placed in a graphite sheath so that the sample layer height is about 2 mm, and up to 1290 ° C. at a rate of 10 ° C. per minute under a nitrogen flow rate of 5 L / min in a tube furnace manufactured by Motoyama Co., Ltd. After raising the temperature, it was kept for 30 minutes and cooled naturally. After confirming that the furnace temperature had dropped to 200 ° C. or lower, the non-graphitizable carbonaceous material was taken out from the furnace. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.9 g, and the recovery rate was 89%.
For the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, the measurement of the main resonance peak position of the chemical shift value by 7 Li nucleus-solid NMR analysis, the measurement of the oxygen element content, the average interplanar spacing d 002 of the (002) plane Measurement, measurement of true density ρ Bt by butanol method, measurement of potassium element content and iron element content, and measurement of moisture absorption were performed. The results are shown in Table 1.
<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料94質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)6質量部およびNMP(N−メチルピロリドン)90質量部を混合し、スラリーを得た。厚さ14μmの銅箔の片面に、得られたスラリーを塗布し、乾燥後プレスして、厚さ70〜80μmの電極を得た。得られた電極の密度は、0.9〜1.1g/cm3であった。
負極を作用極とし、金属リチウムを対極および参照極として使用した。溶媒として、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを、体積比で3:7となるように混合して用いた。この溶媒に、濃度が1mol/LとなるようLiPF6を溶解し、電解液として用いた。セパレータにはガラス繊維不織布を使用した。アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを作製した。
上記構成の負極ハーフセルについて、充放電試験装置(東洋システム株式会社製、「TOSCAT」)を用いて充放電試験を行った。リチウムのドーピングは、活物質質量に対し、金属リチウムが析出しない所定の容量まで30mA/gの速度で行い、終了した。このときの容量(mAh/g)を充電容量とした。ここで、「金属リチウムが析出しない所定の容量」とは、Li−NMRで金属リチウムの析出が見られない上限の充電容量(mAh/g)を指す。
<Estimation of full-cell negative electrode full charge capacity>
94 parts by mass of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, 6 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride) and 90 parts by mass of NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of a copper foil having a thickness of 14 μm, dried and pressed to obtain an electrode having a thickness of 70 to 80 μm. The density of the obtained electrode was 0.9 to 1.1 g / cm 3 .
A negative electrode was used as a working electrode, and metallic lithium was used as a counter electrode and a reference electrode. As a solvent, ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were mixed and used at a volume ratio of 3: 7. LiPF 6 was dissolved in this solvent to a concentration of 1 mol / L and used as an electrolyte. A glass fiber nonwoven fabric was used for the separator. A coin cell was produced in a glove box under an argon atmosphere.
About the negative electrode half cell of the said structure, the charging / discharging test was done using the charging / discharging test apparatus (The Toyo System Co., Ltd. make, "TOSCAT"). Lithium doping was performed at a rate of 30 mA / g up to a predetermined capacity at which no metallic lithium was deposited with respect to the active material mass, and was terminated. The capacity (mAh / g) at this time was defined as the charge capacity. Here, the “predetermined capacity at which metallic lithium does not precipitate” refers to the upper limit charging capacity (mAh / g) at which metallic lithium is not precipitated by Li-NMR.
<フルセル評価>
・正極の作製
正極活物質としての三元系酸化物(LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2)92質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)3質量部、アセチレンブラック5質量部およびNMP(N−メチルピロリドン)120質量部を混合し、スラリーを得た。厚さ20μmのアルミニウム箔の片面に、得られたスラリーを塗布し、乾燥後プレスして正極を得た。得られた電極の密度は、2.4〜2.6g/cm3であった。この電極を直径14mmの円板状に打ち抜き、正極板を得た。
<Full cell evaluation>
-Preparation of positive electrode 92 parts by mass of a ternary oxide (LiNi 1/3 Co 1/3 Mn 1/3 O 2 ) as a positive electrode active material, 3 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride), 5 parts by mass of acetylene black, 120 parts by mass of NMP (N-methylpyrrolidone) was mixed to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to one side of an aluminum foil having a thickness of 20 μm, dried and pressed to obtain a positive electrode. The density of the obtained electrode was 2.4 to 2.6 g / cm 3 . This electrode was punched into a disk shape having a diameter of 14 mm to obtain a positive electrode plate.
・正極ハーフセルの作製
得られた正極に対して、金属リチウムを対極および参照極として使用した。溶媒として、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを、体積比で3:7となるように混合して用いた。この溶媒に、濃度が1mol/LとなるようLiPF6を溶解し、電解液として用いた。セパレータにはガラス繊維不織布を使用した。アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを作製した。
上記構成の正極ハーフセルについて、充放電試験装置(東洋システム株式会社製、「TOSCAT」)を用いて充放電試験を行った。正極からのリチウム脱ドーピングは、活物質質量に対して15mA/gの速度で、リチウム電位に対して4.2Vになるまで行い、このときの容量を充電容量とした。次いで、正極へのリチウムドーピングは、活物質質量に対して15mA/gの速度で、リチウム電位に対して3.0Vになるまで行い、このときの容量を放電容量とした。得られた充電容量は174mAh/g、放電容量は154mAh/g、「放電容量/充電容量」の百分率で算出される充放電効率(初期の充放電効率)は88.5%であった。
-Preparation of positive electrode half cell Metal lithium was used as a counter electrode and a reference electrode with respect to the obtained positive electrode. As a solvent, ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were mixed and used at a volume ratio of 3: 7. LiPF 6 was dissolved in this solvent to a concentration of 1 mol / L and used as an electrolyte. A glass fiber nonwoven fabric was used for the separator. A coin cell was produced in a glove box under an argon atmosphere.
About the positive electrode half cell of the said structure, the charging / discharging test was done using the charging / discharging test apparatus (The Toyo System Co., Ltd. make, "TOSCAT"). Lithium dedoping from the positive electrode was performed at a rate of 15 mA / g with respect to the mass of the active material until 4.2 V with respect to the lithium potential, and the capacity at this time was defined as the charge capacity. Next, lithium doping to the positive electrode was performed at a rate of 15 mA / g with respect to the active material mass until 3.0 V with respect to the lithium potential, and the capacity at this time was defined as the discharge capacity. The obtained charge capacity was 174 mAh / g, the discharge capacity was 154 mAh / g, and the charge / discharge efficiency (initial charge / discharge efficiency) calculated as a percentage of “discharge capacity / charge capacity” was 88.5%.
・フルセルの作製および評価
直径15mmの負極面内から正極(直径14mm)がはみ出さないように、ガラス繊維不織布からなるセパレータを介して負極および正極の合剤塗工面を対向させた。このとき、対向面積あたりの負極充電容量(mAh)と正極充電容量(mAh)の比率(負極容量/正極容量)は1となるよう調整した。溶媒として、エチレンカーボネートとメチルエチルカーボネートとを、体積比で3:7となるように混合して用いた。この溶媒に、濃度が1mol/LとなるようLiPF6を溶解し、電解液として用いた。アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを作製した。
-Production and evaluation of full cell The mixture coating surface of the negative electrode and the positive electrode was opposed to each other through a separator made of a glass fiber nonwoven fabric so that the positive electrode (diameter 14 mm) did not protrude from the negative electrode surface having a diameter of 15 mm. At this time, the ratio (negative electrode capacity / positive electrode capacity) of the negative electrode charge capacity (mAh) and the positive electrode charge capacity (mAh) per facing area was adjusted to 1. As a solvent, ethylene carbonate and methyl ethyl carbonate were mixed and used at a volume ratio of 3: 7. LiPF 6 was dissolved in this solvent to a concentration of 1 mol / L and used as an electrolyte. A coin cell was produced in a glove box under an argon atmosphere.
・充放電試験
上記構成のコインセル(フルセル)について、充放電試験装置(東洋システム株式会社製、「TOSCAT」)を用いて充放電試験を行った。まず、充電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、4.2Vになるまで行い、このときの容量を充電容量とした。次いで、放電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、2.0Vになるまで行い、このときの容量を放電容量とした。また、「充電容量−放電容量」の差分で算出される値を不可逆容量、「放電容量/充電容量」の百分率で算出される値を充放電効率(初期の充放電効率)とした。得られた充電容量、放電容量、不可逆容量および充放電効率を表1に示す。
-Charging / discharging test About the coin cell (full cell) of the said structure, the charging / discharging test was done using the charging / discharging test apparatus (The Toyo System Co., Ltd. make, "TOSCAT"). First, charging was performed at a rate of 30 mA / g with respect to the mass of the negative electrode active material until 4.2 V was reached, and the capacity at this time was defined as the charging capacity. Next, discharge was performed at a rate of 30 mA / g with respect to the mass of the negative electrode active material until 2.0 V was reached, and the capacity at this time was defined as the discharge capacity. Moreover, the value calculated by the difference of “charge capacity−discharge capacity” was irreversible capacity, and the value calculated by the percentage of “discharge capacity / charge capacity” was the charge / discharge efficiency (initial charge / discharge efficiency). Table 1 shows the obtained charge capacity, discharge capacity, irreversible capacity, and charge / discharge efficiency.
・出力特性試験
上記構成のコインセル(フルセル)について、まず、充電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、4.2Vになるまで行い、次いで、放電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、2.0Vになるまで行い、このときの容量を放電容量(A)とした。更に、充電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、4.2Vになるまで行い、次いで、放電を、負極活物質質量に対して150mA/gの速度で、2.0Vになるまで行い、このときの容量を放電容量(B)とした。「放電容量(B)/放電容量(A)」の百分率で算出される値を放電容量維持率とした。電極抵抗が低いほどリチウムイオンが負極から脱ドープされやすく、この放電容量維持率は高い値を示すため、出力特性が高いと言える。得られた出力特性(放電容量維持率)を表1に示す。
-Output characteristic test About the coin cell (full cell) of the said structure, charge is first performed at the speed | rate of 30 mA / g with respect to the negative electrode active material mass until it becomes 4.2V, Then, discharge is carried out to the negative electrode active material mass. On the other hand, it was carried out at a rate of 30 mA / g until it reached 2.0 V, and the capacity at this time was defined as the discharge capacity (A). Further, charging is performed at a rate of 30 mA / g with respect to the mass of the negative electrode active material until 4.2 V is reached, and then discharging is performed at 2.0 mA at a rate of 150 mA / g with respect to the mass of the negative electrode active material. The capacity at this time was defined as the discharge capacity (B). A value calculated as a percentage of “discharge capacity (B) / discharge capacity (A)” was defined as a discharge capacity maintenance ratio. As the electrode resistance is lower, lithium ions are more easily dedope from the negative electrode, and this discharge capacity retention rate shows a higher value, so it can be said that the output characteristics are higher. The obtained output characteristics (discharge capacity retention ratio) are shown in Table 1.
・電極膨張率
上記構成のコインセル(フルセル)について、充電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、4.2Vになるまで行い、放電を、負極活物質質量に対して30mA/gの速度で、2.0Vになるまで行った。この充放電サイクルを5回繰り返した後、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを分解して負極を取り出し、取り出した負極をジエチルカーボネートで洗浄後、乾燥した。乾燥後の負極厚み(D)を測定し、充放電前に測定した負極厚み(C)との比〔「厚み(D)/厚み(C)」の百分率〕を求め、電極膨張率とした。なお、負極厚み(C)および負極厚み(D)はそれぞれ、合剤層と銅箔との合計厚みを数か所測定し、各合計厚みから銅箔厚みを減算することにより求めた負極厚みの平均値である。得られた電極膨張率を表1に示す。
-Electrode expansion coefficient About the coin cell (full cell) of the said structure, it charges until it becomes 4.2V at the speed | rate of 30 mA / g with respect to negative electrode active material mass, and discharge is 30 mA / with respect to negative electrode active material mass. It carried out until it became 2.0V at the speed | rate of g. After this charge / discharge cycle was repeated 5 times, the coin cell was disassembled in a glove box under an argon atmosphere, the negative electrode was taken out, and the taken out negative electrode was washed with diethyl carbonate and dried. The thickness (D) of the negative electrode after drying was measured, and the ratio [percentage of “thickness (D) / thickness (C)” to the negative electrode thickness (C) measured before charging / discharging was determined as the electrode expansion coefficient. In addition, the negative electrode thickness (C) and the negative electrode thickness (D) are respectively the negative electrode thicknesses obtained by measuring the total thickness of the mixture layer and the copper foil in several places and subtracting the copper foil thickness from each total thickness. Average value. The obtained electrode expansion coefficient is shown in Table 1.
実施例2(気相脱灰、揮発性有機物添加、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
気相脱酸処理までは実施例1と同様に行い、炭素前駆体を得た。
得られた炭素前駆体を、乾式ビーズミル(アシザワ・ファインテック製SDA5)を用いて、ビーズ径3mmφ、ビーズ充填率75%、および原料フィード量1kg/時の条件下で粉砕し、平均粒子径2.7μmの炭素前駆体(2)を得た。
Example 2 (gas phase demineralization, addition of volatile organic substances, full cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
Until the vapor phase deoxidation treatment, the same procedure as in Example 1 was performed to obtain a carbon precursor.
The obtained carbon precursor was pulverized using a dry bead mill (SDA5 manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.) under the conditions of a bead diameter of 3 mmφ, a bead filling rate of 75%, and a raw material feed rate of 1 kg / hour. A carbon precursor (2) of .7 μm was obtained.
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
上記のように調製した炭素前駆体を用いたこと以外は実施例1と同様に、本焼成を行い、難黒鉛化炭素質材料を調製した。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.9gであり、回収率は89%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Except having used the carbon precursor prepared as mentioned above, it baked like Example 1 and the non-graphitizable carbonaceous material was prepared. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.9 g, and the recovery rate was 89%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of full-cell negative electrode full charge capacity>
Except for using the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, a negative electrode was prepared and a coin cell using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode was prepared in the same manner as in Example 1. The charge / discharge test was conducted using a charge / discharge test apparatus.
<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. The characteristic values obtained are shown in Table 1.
実施例3(気相脱灰、CVD処理、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
実施例2と同じ炭素前駆体(2)を用いた。
Example 3 (gas phase demineralization, CVD treatment, full cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
The same carbon precursor (2) as in Example 2 was used.
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
揮発性有機物であるポリスチレンを用いなかったこと以外は実施例2と同様に、本焼成を実施した。次いで、得られた炭素質材料3gを石英製のインナーケースに入れ、回転式管状炉中、毎分0.1Lの窒素流量下、毎分20℃の速度で780℃まで昇温した。780℃到達後、気化させたヘキサンガスを毎分0.04Lの流量で窒素ガスに混合し、窒素/ヘキサン混合ガスを30分間管状炉内に流通させCVD処理を行った。その後、ヘキサンガス気流を停止し、毎分0.1Lの窒素流量下、更に30分間熱処理し、自然冷却した。炉内温度が200℃以下に低下したことを確認し、炉内から難黒鉛化炭素質材料を取り出した。回収された難黒鉛化炭素質材料は2.95gであり、回収率は98%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
The main baking was performed in the same manner as in Example 2 except that polystyrene, which is a volatile organic substance, was not used. Next, 3 g of the obtained carbonaceous material was put in an inner case made of quartz, and the temperature was raised to 780 ° C. at a rate of 20 ° C. per minute under a nitrogen flow rate of 0.1 L per minute in a rotary tube furnace. After reaching 780 ° C., the vaporized hexane gas was mixed with nitrogen gas at a flow rate of 0.04 L / min, and the nitrogen / hexane mixed gas was circulated in the tubular furnace for 30 minutes for CVD treatment. Thereafter, the hexane gas flow was stopped, and heat treatment was further performed for 30 minutes under a nitrogen flow rate of 0.1 L / min, followed by natural cooling. After confirming that the furnace temperature had dropped to 200 ° C. or lower, the non-graphitizable carbonaceous material was taken out from the furnace. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 2.95 g, and the recovery rate was 98%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of full-cell negative electrode full charge capacity>
Except for using the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, a negative electrode was prepared and a coin cell using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode was prepared in the same manner as in Example 1. The charge / discharge test was conducted using a charge / discharge test apparatus.
<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. The characteristic values obtained are shown in Table 1.
実施例4(液相脱灰、CVD処理、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
約5mm角のフィリピン国ミンダナオ島産椰子殻チップ100gを7.4質量%クエン酸水溶液150gに浸漬し、80℃に加温し、4時間加熱した。次いで室温まで冷却し、ろ過により脱液した。この操作を5回行い、脱灰を行った。脱灰した椰子殻を1Torr下、80℃で24時間乾燥した。脱灰および乾燥後の椰子殻チップ20gを坩堝に入れ、光洋サーモ製KTF1100炉(内径70mmΦ)を用いて、酸素含量15ppmの窒素気流3L/分(0.012m/秒)の流量下、10℃/分で750℃まで昇温し、60分間保持した後、6時間かけて冷却し、炉内温度が50℃以下に低下したことを確認し、炉内から炭素前駆体を取り出した。
得られた炭素前駆体を、乾式ビーズミル(アシザワ・ファインテック製SDA5)を用いて、ビーズ径3mmφ、ビーズ充填率75%および原料フィード量1kg/時の条件下で粉砕し、平均粒子径2.7μmの炭素前駆体(3)を得た。
Example 4 (Liquid phase demineralization, CVD treatment, full cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
An approximately 5 mm square coconut shell chip of Mindanao Island, Philippines, 100 g was immersed in 150 g of a 7.4% by mass citric acid aqueous solution, heated to 80 ° C., and heated for 4 hours. Subsequently, it cooled to room temperature and liquid-removed by filtration. This operation was performed 5 times and decalcification was performed. The decalcified coconut shell was dried at 80 ° C. for 24 hours under 1 Torr. 20 g of coconut shell chips after deashing and drying were put into a crucible, and 10 ° C. under a flow rate of nitrogen flow of 3 L / min (0.012 m / sec) with an oxygen content of 15 ppm using a KTF1100 furnace (inner diameter 70 mmΦ) manufactured by Koyo Thermo. The temperature was raised to 750 ° C./minute and held for 60 minutes, and then cooled for 6 hours. After confirming that the furnace temperature had dropped to 50 ° C. or less, the carbon precursor was taken out from the furnace.
The obtained carbon precursor was pulverized using a dry bead mill (SDA5 manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.) under the conditions of a bead diameter of 3 mmφ, a bead filling rate of 75%, and a raw material feed rate of 1 kg / hour. A carbon precursor (3) of 7 μm was obtained.
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
炭素前駆体(3)を用いたこと以外は実施例3と同様に、本焼成およびCVD処理を行い、難黒鉛化炭素質材料を調製した。回収された難黒鉛化炭素質材料は2.95gであり、回収率は98%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Except for using the carbon precursor (3), in the same manner as in Example 3, firing and CVD treatment were performed to prepare a non-graphitizable carbonaceous material. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 2.95 g, and the recovery rate was 98%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of full-cell negative electrode full charge capacity>
Except for using the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, a negative electrode was prepared and a coin cell using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode was prepared in the same manner as in Example 1. The charge / discharge test was conducted using a charge / discharge test apparatus.
<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. The characteristic values obtained are shown in Table 1.
比較例1(気相脱灰、試料層高さの変更、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
実施例1と同じ炭素前駆体(1)を用いた。
Comparative Example 1 (gas phase demineralization, change in sample layer height, full cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
The same carbon precursor (1) as in Example 1 was used.
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
上記のように調製した炭素前駆体75gと、ポリスチレン(積水化成品工業株式会社製、平均粒子径400μm、残炭率1.2%)7.5gとを混合した。この混合物82.5gを試料層高が約30mmとなるよう黒鉛製鞘に入れ、株式会社モトヤマ製管状炉中、毎分1Lの窒素流量下、毎分10℃の昇温速度で1290℃まで昇温した後、30分間保持し、自然冷却した。炉内温度が200℃以下に低下したことを確認し、炉内から難黒鉛化炭素質材料を取り出した。回収された難黒鉛化炭素質材料は73.4gであり、回収率は89%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
75 g of the carbon precursor prepared as described above and 7.5 g of polystyrene (manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd., average particle size 400 μm, residual carbon ratio 1.2%) were mixed. 82.5 g of this mixture is placed in a graphite sheath so that the sample layer height is about 30 mm, and the temperature is increased to 1290 ° C. at a rate of 10 ° C. per minute under a 1 L / min nitrogen flow rate in a tube furnace manufactured by Motoyama Co., Ltd. After warming, it was kept for 30 minutes and naturally cooled. After confirming that the furnace temperature had dropped to 200 ° C. or lower, the non-graphitizable carbonaceous material was taken out from the furnace. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 73.4 g, and the recovery rate was 89%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of full-cell negative electrode full charge capacity>
Except for using the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, a negative electrode was prepared and a coin cell using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode was prepared in the same manner as in Example 1. The charge / discharge test was conducted using a charge / discharge test apparatus.
<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. The characteristic values obtained are shown in Table 1.
比較例2(気相脱灰、試料層高さの変更、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
実施例2と同じ炭素前駆体(2)を用いた。
Comparative example 2 (gas phase demineralization, change of sample layer height, full cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
The same carbon precursor (2) as in Example 2 was used.
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
炭素前駆体(2)を用いたこと以外は比較例1と同様に、本焼成を行い、難黒鉛化炭素質材料を調製した。回収された難黒鉛化炭素質材料は72gであり、回収率は87%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Except for using the carbon precursor (2), the same firing was performed as in Comparative Example 1 to prepare a hardly graphitized carbonaceous material. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 72 g, and the recovery rate was 87%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of full-cell negative electrode full charge capacity>
Except for using the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, a negative electrode was prepared and a coin cell using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode was prepared in the same manner as in Example 1. The charge / discharge test was conducted using a charge / discharge test apparatus.
<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. The characteristic values obtained are shown in Table 1.
比較例3(気相脱灰、揮発性有機物添加せず、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
実施例2と同じ炭素前駆体(2)を用いた。
Comparative example 3 (gas phase demineralization, volatile organic substances not added, full cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
The same carbon precursor (2) as in Example 2 was used.
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
揮発性有機物であるポリスチレンを用いなかったこと以外は実施例2と同様に、本焼成を行い、難黒鉛化炭素質材料を調製した。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.75gであり、回収率は95%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Except that polystyrene, which is a volatile organic substance, was not used, main firing was performed in the same manner as in Example 2 to prepare a non-graphitizable carbonaceous material. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.75 g, and the recovery rate was 95%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of full-cell negative electrode full charge capacity>
Except for using the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, a negative electrode was prepared and a coin cell using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode was prepared in the same manner as in Example 1. The charge / discharge test was conducted using a charge / discharge test apparatus.
<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. The characteristic values obtained are shown in Table 1.
比較例4(炭化後の液相脱灰、CVD処理、フルセル評価)
<炭素前駆体の調製>
約5mm角のフィリピン国ミンダナオ島産椰子殻チップ20gを坩堝に入れ、光洋サーモ製KTF1100炉(内径70mmΦ)を用いて、酸素含量15ppmの窒素気流3L/分(0.012m/秒)の流量下、10℃/分で750℃まで昇温し、60分間保持した後、6時間かけて冷却し、炉内温度が50℃以下に低下したことを確認し、炉内から炭化物を取り出した。得られた炭化物を35質量%塩酸水溶液に1時間浸漬した後、80℃の水で1時間洗浄する操作を2回行い、脱灰を行った。脱灰した椰子殻を1Torr下、80℃で24時間乾燥した。
得られた脱灰および乾燥後の炭素前駆体を、乾式ビーズミル(アシザワ・ファインテック製SDA5)を用いて、ビーズ径3mmφ、ビーズ充填率75%および原料フィード量1kg/時の条件下で粉砕し、平均粒子径2.7μmの炭素前駆体(4)を得た。
Comparative Example 4 (liquid phase decalcification after carbonization, CVD treatment, full cell evaluation)
<Preparation of carbon precursor>
About 20 mm square coconut shell chips from Mindanao Island, Philippines, are put in a crucible and using a KTF1100 furnace (inner diameter 70 mmΦ) manufactured by Koyo Thermo under a flow of nitrogen of 3 L / min (0.012 m / sec) with an oxygen content of 15 ppm. The temperature was raised to 750 ° C. at 10 ° C./min, held for 60 minutes, then cooled over 6 hours, and it was confirmed that the furnace temperature had dropped to 50 ° C. or less, and the carbide was taken out from the furnace. The obtained carbide was immersed in a 35% by mass hydrochloric acid aqueous solution for 1 hour, and then washed with 80 ° C. water for 1 hour twice to perform deashing. The decalcified coconut shell was dried at 80 ° C. for 24 hours under 1 Torr.
The obtained decalcified and dried carbon precursor was pulverized using a dry bead mill (SDA5 manufactured by Ashizawa Finetech Co., Ltd.) under the conditions of a bead diameter of 3 mmφ, a bead filling rate of 75%, and a feed rate of 1 kg / hour. A carbon precursor (4) having an average particle diameter of 2.7 μm was obtained.
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
炭素前駆体(4)を用いたこと以外は実施例4と同様に、本焼成およびCVD処理を行い、難黒鉛化炭素質材料を調製した。回収された難黒鉛化炭素質材料は2.95gであり、回収率は98%であった。
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料について、実施例1と同様に特性値を測定した。結果を表1に示す。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
Except for using the carbon precursor (4), in the same manner as in Example 4, firing and CVD treatment were performed to prepare a non-graphitizable carbonaceous material. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 2.95 g, and the recovery rate was 98%.
The characteristic values of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above were measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of full-cell negative electrode full charge capacity>
Except for using the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, a negative electrode was prepared and a coin cell using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode was prepared in the same manner as in Example 1. The charge / discharge test was conducted using a charge / discharge test apparatus.
<フルセル評価>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
Full cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above was used. The characteristic values obtained are shown in Table 1.
比較例5(カーボトロンPJ、フルセル評価)
<カーボトロンPJの特性値の測定>
カーボトロンPJの特性値を、実施例1と同様に測定した。結果を表1に示す。
Comparative Example 5 (Carbotron PJ, full cell evaluation)
<Measurement of characteristic value of Carbotron PJ>
The characteristic value of Carbotron PJ was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
クレハ社製カーボトロンPJを用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of full-cell negative electrode full charge capacity>
A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1 except that Kureha's Carbotron PJ was used, a coin cell using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode was produced, and a charge / discharge test apparatus was used for the produced negative electrode half cell. The charge / discharge test was conducted.
<フルセル評価>
クレハ社製カーボトロンPJを用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
A full cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that Kureha's Carbotron PJ was used. The characteristic values obtained are shown in Table 1.
比較例6〔カーボトロンPS(F)、フルセル評価〕
<カーボトロンPS(F)の特性値の測定>
カーボトロンPS(F)の特性値を、実施例1と同様に測定した。結果を表1に示す。
Comparative Example 6 [Carbotron PS (F), full cell evaluation]
<Measurement of the characteristic value of Carbotron PS (F)>
The characteristic value of Carbotron PS (F) was measured in the same manner as in Example 1. The results are shown in Table 1.
<フルセル用、負極満充電容量の見積もり>
クレハ社製カーボトロンPS(F)を用いたこと以外は実施例1と同様に、負極を作製し、金属リチウムを対極および参照極として使用したコインセルを作製し、作製した負極ハーフセルについて、充放電試験装置を用いて充放電試験を行った。
<Estimation of full-cell negative electrode full charge capacity>
A negative electrode was prepared in the same manner as in Example 1 except that Kureha Carbotron PS (F) was used, a coin cell using metallic lithium as a counter electrode and a reference electrode was prepared, and a charge / discharge test was performed on the prepared negative electrode half cell. A charge / discharge test was performed using the apparatus.
<フルセル評価>
クレハ社製カーボトロンPS(F)を用いたこと以外は実施例1と同様に、フルセル評価を実施した。得られた特性値を表1に示す。
<Full cell evaluation>
A full cell evaluation was performed in the same manner as in Example 1 except that Kureha Carbotron PS (F) was used. The characteristic values obtained are shown in Table 1.
表1に示されているとおり、満充電して用いる非水電解質二次電池の負極に、特定の7Li核−固体NMR分析の化学シフト値および特定の電極膨張率をもたらす本発明の難黒鉛化炭素質材料(実施例1〜4)を使用することにより、高い充電容量および高い充放電効率に加えて高い出力特性も達成された。 As shown in Table 1, the non-electrolyte secondary battery used in a fully charged state is provided with a specific 7 Li nucleus-solid NMR analysis chemical shift value and a specific electrode expansion coefficient according to the present invention. In addition to high charge capacity and high charge / discharge efficiency, high output characteristics were also achieved by using the carbonized carbonaceous materials (Examples 1 to 4).
一方、特定の7Li核−固体NMR分析の化学シフト値をもたらさない難黒鉛化炭素質材料を使用した場合(比較例1〜3)、特定の7Li核−固体NMR分析の化学シフト値も特定の電極膨張率ももたらさない難黒鉛化炭素質材料を使用した場合(比較例4〜5)、および特定の電極膨張率をもたらさない難黒鉛化炭素質材料を使用した場合(比較例6)、高い充電容量および高い充放電効率と高い放電容量維持率とを併せ持つ非水電解質二次電池を製造することはできず、そのような非水電解質二次電池は、低い充放電効率および低い放電容量維持率(即ち低い出力特性)しか有さなかった。 On the other hand, when a non-graphitizable carbonaceous material that does not give a chemical shift value of a specific 7 Li nucleus-solid NMR analysis is used (Comparative Examples 1 to 3), the chemical shift value of a specific 7 Li nucleus-solid NMR analysis is also When a non-graphitizable carbonaceous material that does not cause a specific electrode expansion coefficient is used (Comparative Examples 4 to 5), and when a non-graphitizable carbonaceous material that does not provide a specific electrode expansion coefficient is used (Comparative Example 6) It is not possible to manufacture a non-aqueous electrolyte secondary battery having a high charge capacity and a high charge / discharge efficiency and a high discharge capacity maintenance rate. Such a non-aqueous electrolyte secondary battery has a low charge / discharge efficiency and a low discharge. It had only capacity retention (ie low output characteristics).
本発明の難黒鉛化炭素質材料を含んでなる、満充電して用いる非水電解質二次電池は、高い充電容量および高い充放電効率に加えて、低い電極抵抗による高い出力特性を有する。従って、例えばハイブリッド自動車(HEV)および電気自動車(EV)などの車載用途に好適に用いることができる。 The non-aqueous electrolyte secondary battery that is fully charged and comprises the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention has high output characteristics due to low electrode resistance in addition to high charge capacity and high charge / discharge efficiency. Therefore, it can be suitably used for in-vehicle applications such as a hybrid vehicle (HEV) and an electric vehicle (EV).
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