JP2019175775A - Negative electrode material for non-aqueous secondary battery, negative electrode for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低温出力特性及び高温保存特性に優れた非水系二次電池用負極材に関する。
また、本発明は、この非水系二次電池用負極材を含む非水系二次電池用負極及び非水系二
次電池に関する。
The present invention relates to a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery excellent in low temperature output characteristics and high temperature storage characteristics.
The present invention also relates to a non-aqueous secondary battery negative electrode and a non-aqueous secondary battery including the non-aqueous secondary battery negative electrode material.
近年、電子機器の小型化に伴い、高容量の二次電池に対する需要が高まってきている。
特に、ニッケル・カドミウム電池や、ニッケル・水素電池に比べ、よりエネルギー密度が
高く、急速充放電特性に優れた非水系二次電池、とりわけリチウムイオン二次電池が注目
されている。特に、リチウムイオンを吸蔵・放出できる正極及び負極、並びにLiPF6
やLiBF4等のリチウム塩を溶解させた非水電解液からなる非水系リチウム二次電池が
開発され、実用化されている。
In recent years, demand for high-capacity secondary batteries has increased with the downsizing of electronic devices.
In particular, non-aqueous secondary batteries having higher energy density and excellent rapid charge / discharge characteristics, particularly lithium ion secondary batteries, are attracting attention as compared to nickel / cadmium batteries and nickel / hydrogen batteries. In particular, positive and negative electrodes capable of inserting and extracting lithium ions, and LiPF 6
And non-aqueous lithium secondary batteries made of a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt such as LiBF 4 is dissolved have been developed and put into practical use.
この非水系リチウム二次電池の負極材としては種々のものが提案されているが、高容量
であること、放電電位の平坦性に優れていること等の理由から、天然黒鉛やコークス等の
黒鉛化で得られる人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズピッチ、黒鉛化炭素繊維等の黒鉛質の炭
素材が用いられている。また、一部の電解液に対して比較的安定しているなどの理由で非
晶質の炭素材も用いられている。更には、黒鉛粒子の表面に非晶質炭素を被覆あるいは付
着させ、黒鉛による高容量かつ不可逆容量が小さいという特性と、非晶質炭素による電解
液との安定性に優れるという特性との2つの特性を併せもたせた炭素材も用いられている
。
Various negative electrode materials have been proposed for this non-aqueous lithium secondary battery, but graphite such as natural graphite and coke is used because of its high capacity and excellent discharge potential flatness. Graphite carbon materials such as artificial graphite, graphitized mesophase pitch, and graphitized carbon fiber obtained by crystallization are used. An amorphous carbon material is also used because it is relatively stable with respect to some electrolyte solutions. Furthermore, the amorphous carbon is coated or adhered to the surface of the graphite particles, and there are two characteristics: a high capacity and low irreversible capacity due to graphite, and excellent stability with an electrolyte solution due to amorphous carbon. Carbon materials with combined characteristics are also used.
特許文献1には、黒鉛粒子と黒鉛化可能なバインダーの黒鉛化物とが複合化した負極材
が負極の集電体上の活物質層を高密度化した場合においても、初期サイクル時の充放電不
可逆容量が小さく、優れた充放電後負荷特性に優れることが開示されている。
In Patent Document 1, even when the negative electrode material in which the graphite particles and the graphitized material of the graphitizable binder are combined densifies the active material layer on the negative electrode current collector, charge / discharge during the initial cycle is performed. It is disclosed that the irreversible capacity is small and the load characteristics after charge / discharge are excellent.
また、負極材として種々の黒鉛系の炭素材が用いられているが、更に、黒鉛そのものの
加工プロセスを改良したものとして、特許文献2には、炭素材の積算細孔容積が特定の範
囲であり、かつ細孔径と体積基準平均粒子径の比(PD/d50(%))が特定の範囲で
あるものが低温出力特性に優れることが開示されている。
In addition, various graphite-based carbon materials are used as the negative electrode material. Further, as an improvement of the processing process of graphite itself, Patent Document 2 discloses that the accumulated pore volume of the carbon material is within a specific range. In addition, it is disclosed that those having a pore diameter / volume-based average particle diameter ratio (PD / d50 (%)) in a specific range are excellent in low-temperature output characteristics.
本発明者等の検討によれば、前記特許文献1に記載の非水系二次電池用負極材では、低
温出力特性が不十分であると言う問題がある事を見出した。また、前記特許文献2に記載
の非水系二次電池用負極材では、高温保存時に悪影響を与える特定の径の微細孔に由来す
る表面積が高いため、高温保存特性が不十分であるという問題があることを見出した。即
ち、本発明の課題は、低温出力特性及び高温保存特性に優れた非水系二次電池用負極材、
並びにこれを含む非水系二次電池用負極及び非水系二次電池を提供することにある。
According to the study by the present inventors, the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries described in Patent Document 1 has been found to have a problem that the low-temperature output characteristics are insufficient. In addition, the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries described in Patent Document 2 has a problem that the high-temperature storage characteristics are insufficient because the surface area derived from micropores having a specific diameter that adversely affects high-temperature storage is high. I found out. That is, the object of the present invention is to provide a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery excellent in low-temperature output characteristics and high-temperature storage characteristics,
Another object is to provide a negative electrode for a non-aqueous secondary battery and a non-aqueous secondary battery including the same.
本発明者等は上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、黒鉛質物が複合化した球形化
黒鉛であり、かつ特定の物性を有する非水系二次電池用負極材により上記課題を解決し得
ることを見出した。即ち、本発明の要旨は以下の通りである。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors are able to solve the above problems with a negative electrode material for non-aqueous secondary batteries which is a spheroidized graphite in which a graphite material is compounded and has specific physical properties. I found. That is, the gist of the present invention is as follows.
[1]黒鉛質物が複合化した球形化黒鉛であり、かつペレット密度が1.10〜1.60
g/cc以下である非水系二次電池用負極材。
[1] Spherical graphite in which a graphite material is combined, and the pellet density is 1.10 to 1.60.
The negative electrode material for non-aqueous secondary batteries which is g / cc or less.
[2]前記ペレット密度と体積基準平均粒子径(d50)の関係が下記式(1)を満たす
、[1]に記載の非水系二次電池用負極材。
式(1)
[ペレット密度(g/cc)]≦0.0138×[d50(μm)]+1.42
[2] The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to [1], wherein the relationship between the pellet density and the volume-based average particle diameter (d50) satisfies the following formula (1).
Formula (1)
[Pellet density (g / cc)] ≦ 0.0138 × [d50 (μm)] + 1.42
[3]体積基準平均粒子径(d50)が4〜30μmである、[1]又は[2]に記載の
非水系二次電池用負極材。
[3] The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to [1] or [2], wherein the volume-based average particle diameter (d50) is 4 to 30 μm.
[4]ラマンR値が0.25以下である、[1]乃至[3]のいずれか1つに記載の非水
系二次電池用負極材。
[4] The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [3], which has a Raman R value of 0.25 or less.
[5]前記球形化黒鉛の少なくとも一部が黒鉛質物により被覆されたものである、[1]
乃至[4]のいずれか1つに記載の非水系二次電池用負極材。
[5] At least a part of the spheroidized graphite is coated with a graphite material. [1]
Thru | or the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries as described in any one of [4].
[6]前記球形化黒鉛が天然黒鉛を含む、[1]乃至[5]のいずれか1つに記載の非水
系二次電池用負極材。
[6] The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [5], wherein the spheroidized graphite includes natural graphite.
[7][タップ密度(g/cc)]/[比表面積(m2/g)]が0.25〜1.25で
ある、[1]乃至[6]のいずれか1つに記載の非水系二次電池用負極材。
[7] [Tap density (g / cc)] / [specific surface area (m 2 / g)] is 0.25 to 1.25, according to any one of [1] to [6] Negative electrode material for water-based secondary batteries.
[8]タップ密度が0.80〜1.50g/ccである、[1]乃至[7]のいずれか1
つに記載の非水系二次電池用負極材。
[8] Any one of [1] to [7], wherein the tap density is 0.80 to 1.50 g / cc.
The negative electrode material for non-aqueous secondary batteries described in 1.
[9]比表面積が1.00〜12.0m2/gである、[1]乃至[8]のいずれか1つ
に記載の非水系二次電池用負極材。
[9] The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [8], which has a specific surface area of 1.00 to 12.0 m 2 / g.
[10]集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを備える非水系二次電池用負極で
あって、該活物質層が[1]乃至[9]のいずれか1つに記載の非水系二次電池用負極材
を含有する、非水系二次電池用負極。
[10] A negative electrode for a non-aqueous secondary battery comprising a current collector and an active material layer formed on the current collector, wherein the active material layer is any one of [1] to [9] A negative electrode for a non-aqueous secondary battery, comprising the negative electrode material for a non-aqueous secondary battery described in 1.
[11]正極及び負極、並びに電解質を備える非水系二次電池であって、該負極が[10
]に記載の非水系二次電池用負極である、非水系二次電池。
[11] A non-aqueous secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the negative electrode is [10
] The nonaqueous secondary battery which is a negative electrode for nonaqueous secondary batteries as described in above.
本発明によれば、低温出力特性及び高温保存特性に優れた非水系二次電池用負極材、並
びにこれを含む非水系二次電池用負極及び非水系二次電池を提供される。
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries excellent in the low temperature output characteristic and the high temperature storage characteristic, and the negative electrode for non-aqueous secondary batteries and a non-aqueous secondary battery containing this are provided.
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本
発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。なお、本
発明において、「〜」を用いてその前後に数値又は物性値を挟んで表現する場合、その前
後の値を含むものとして用いることとする。
Hereinafter, the present invention will be described in detail, but the present invention is not limited to the following description, and can be arbitrarily modified and implemented without departing from the gist of the present invention. In addition, in this invention, when expressing by putting a numerical value or a physical-property value before and behind using "-", it shall use as what includes the value before and behind.
〔非水系二次電池用負極材〕
本発明の非水系二次電池用負極材(以下、単に「本発明の負極材」と称することがある
。)は、黒鉛質物が複合化した球形化黒鉛であり、かつペレット密度が1.10〜1.6
0g/ccであるものである。
[Non-aqueous secondary battery anode material]
The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery of the present invention (hereinafter sometimes simply referred to as “the negative electrode material of the present invention”) is spheroidized graphite in which a graphite material is compounded, and the pellet density is 1.10. ~ 1.6
0 g / cc.
本発明の非水系二次電池用負極材は、高容量で、低温入出力特性及び高温保存特性をよ
り高い水準で両立できるという効果を奏する。本発明の負極材がこのような効果を奏する
理由は定かではないが、前記特許文献1に記載されている負極材では、黒鉛と黒鉛質物が
複合化する際に黒鉛質物によって黒鉛中の細孔が埋まり、これら細孔内の負極材表面にお
けるLiイオンの挿入・脱離が阻害されるため低温入出力特性が悪化し、さらに、高温保
存時には電解液がこれら細孔内の表面に接触して分解されるため保存特性が悪化していた
ものと考えられる。これに対し、本発明の負極材は、Liイオンの挿入・脱離サイトが多
く、Liイオンの挿入・脱離反応性に優れる黒鉛の少なくとも一部が黒鉛質物により被覆
することにより低温入出力特性が向上すると推定される。特に、黒鉛と黒鉛質物が複合化
した負極材において、ペレット密度が上記特定の範囲であることはより緻密な構造を有す
ることを意味し、その結果として、高温保存時においても細孔内への電解液の侵入を防ぐ
ため分解副反応が起こらず、高温保存特性が向上するものと推定される。これらの結果、
低温入出力特性及び高温保存特性の両立が達成されるものと推定される。
The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to the present invention has an effect of being able to achieve both high capacity, low temperature input / output characteristics and high temperature storage characteristics at a higher level. The reason why the negative electrode material of the present invention has such an effect is not clear, but in the negative electrode material described in Patent Document 1, pores in the graphite are formed by the graphite material when the graphite and the graphite material are combined. As a result, the low-temperature input / output characteristics deteriorate due to the inhibition of Li ion insertion / desorption on the surface of the negative electrode material in these pores. Furthermore, during storage at high temperatures, the electrolyte contacts the surfaces of these pores. It is considered that the storage characteristics were deteriorated due to decomposition. On the other hand, the negative electrode material of the present invention has many Li ion insertion / desorption sites, and at least a part of graphite excellent in Li ion insertion / desorption reactivity is coated with a graphite material, so that low-temperature input / output characteristics can be obtained. Is estimated to improve. In particular, in the negative electrode material in which graphite and a graphite material are combined, the pellet density in the above specific range means that it has a denser structure, and as a result, even when stored at high temperatures, It is presumed that decomposition side reaction does not occur in order to prevent the electrolyte from entering, and the high temperature storage characteristics are improved. These results
It is estimated that both low temperature input / output characteristics and high temperature storage characteristics can be achieved.
[黒鉛]
本発明の負極材は表面の少なくとも一部に黒鉛質物を有する黒鉛を含む。リチウムイオ
ン二次電池に用いる場合、この黒鉛としては、表面の少なくとも一部に黒鉛質物を有する
ものであれば特に制限されないが、リチウムイオンを吸蔵・放出することが可能なものを
用いることが好ましい。黒鉛として、具体的には、鱗片状、塊状又は板状の天然黒鉛や石
油コークス、石炭ピッチコークス、石炭ニードルコークス及びメソフェーズピッチ等を2
500℃以上に加熱して製造する人造黒鉛等を挙げることができる。
[graphite]
The negative electrode material of the present invention contains graphite having a graphite material on at least a part of its surface. When used in a lithium ion secondary battery, the graphite is not particularly limited as long as it has a graphite material on at least a part of its surface, but it is preferable to use a material capable of occluding and releasing lithium ions. . Specific examples of graphite include scale-like, massive or plate-like natural graphite, petroleum coke, coal pitch coke, coal needle coke, and mesophase pitch.
Examples thereof include artificial graphite produced by heating to 500 ° C. or higher.
また、これらの黒鉛に力学的エネルギー処理を与えることが、黒鉛が球形化されるとい
う観点から好ましく、また、黒鉛のLiイオンの挿入・脱離サイトとして働くエッジ量が
増えることにより低温入出力特性が向上するため好ましい。力学的エネルギー処理は、例
えば、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有する装置を用い、そのロ
ーターを高速回転することにより、その内部に導入した天然黒鉛又は人造黒鉛に対し、衝
撃圧縮、摩擦及びせん断力等の機械的作用を繰り返し与えることで製造することができる
。
In addition, it is preferable to apply mechanical energy treatment to these graphites from the viewpoint that the graphite is spheroidized, and the low-temperature input / output characteristics are increased by increasing the amount of edges that act as Li ion insertion / desorption sites in the graphite. Is preferable. The mechanical energy treatment uses, for example, a device having a rotor with a large number of blades installed inside the casing, and rotates the rotor at a high speed, so that the natural graphite or artificial graphite introduced therein is subjected to impact compression and friction. And it can manufacture by giving mechanical actions, such as shear force, repeatedly.
本発明の負極材において、黒鉛として球形化黒鉛を含むことが、充填性が上がり活物質
層を高密度化できることにより高容量化できるため好ましく、また、電極体にしたときの
粒子間空隙の形状が整うため、電解液の移動がスムーズになり急速充放電特性が向上する
ため好ましい。このような球形化黒鉛は、各種の黒鉛に対して球形化処理を行うことによ
り得ることができる。この球形化処理の方法としては、例えば、せん断力や圧縮力を与え
ることによって機械的に球形に近づける方法、複数の微粒子をバインダー又は粒子自身の
有する付着力によって造粒する機械的・物理的処理方法等が挙げられる。
In the negative electrode material of the present invention, it is preferable that spheroidized graphite is included as graphite because the packing property is increased and the active material layer can be densified, so that the capacity can be increased. Therefore, it is preferable because the electrolyte solution moves smoothly and the rapid charge / discharge characteristics are improved. Such spheroidized graphite can be obtained by spheroidizing various types of graphite. Examples of the spheroidizing method include, for example, a method in which a shearing force or a compressive force is applied to mechanically approximate a spherical shape, and a mechanical / physical processing in which a plurality of fine particles are granulated by the adhesive force of the binder or the particles themselves. Methods and the like.
更に、本発明の負極材は、黒鉛として、前記の球形化黒鉛に対し、石油系や石炭系のタ
ールやピッチ、ポリビニルアルコール、ポリアクリルニトリル、フェノール樹脂、セルロ
ース等の樹脂を必要により溶媒等を用いて混合し、非酸化性雰囲気で通常2500℃〜3
300℃、好ましくは2600℃〜3200℃、より好ましくは2700〜3100℃で
焼成することにより、黒鉛質物が複合化した球形化黒鉛、好ましくは球形化黒鉛の少なく
とも一部が黒鉛質物により被覆された黒鉛を得ることができる。本発明の負極材は、この
ような黒鉛質物が複合化した球形化黒鉛を用いることにより、高温保存特性を更に向上さ
せている。
Furthermore, the negative electrode material of the present invention is made of graphite, and a resin such as petroleum-based or coal-based tar or pitch, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, phenol resin, cellulose or the like is added to the above spheroidized graphite. Used and mixed, usually 2500 ° C ~ 3 in non-oxidizing atmosphere
By baking at 300 ° C., preferably 2600 ° C. to 3200 ° C., more preferably 2700 to 3100 ° C., at least a part of the spheroidized graphite is coated with the graphite, and preferably at least part of the spheroidized graphite is coated with the graphite. Graphite can be obtained. The negative electrode material of the present invention further improves the high-temperature storage characteristics by using spheroidized graphite in which such a graphite material is combined.
特に、本発明の負極材において、黒鉛と黒鉛質物との質量比は(〔[黒鉛質物の質量]
/[黒鉛の質量]〕×100)は、好ましくは0.1%以上、より好ましくは1%以上、
更に好ましくは3%以上、特に好ましくは5%以上、最も好ましいのは6%以上である。
一方、好ましくは50%以下、より好ましくは45%以下、更に好ましくは40%以下で
ある。この質量比が上記範囲であると、低温出力特性や高温保存時に影響を与える比表面
積を低減することができる傾向にあるため、低温入出力特性や高温保存特性の両立を図る
点で好ましい。なお、上記の質量比は焼成収率から求めることができる。
In particular, in the negative electrode material of the present invention, the mass ratio of graphite to graphite is ([[mass of graphite]
/ [Mass of graphite] × 100) is preferably 0.1% or more, more preferably 1% or more,
More preferably, it is 3% or more, particularly preferably 5% or more, and most preferably 6% or more.
On the other hand, it is preferably 50% or less, more preferably 45% or less, and still more preferably 40% or less. If the mass ratio is within the above range, the low temperature output characteristics and the specific surface area that affects high temperature storage tend to be reduced, which is preferable in terms of achieving both low temperature input / output characteristics and high temperature storage characteristics. In addition, said mass ratio can be calculated | required from a baking yield.
[物性]
本発明の負極材は以下の特定範囲のペレット密度を有する。また、本発明の負極材は、
以下の各物性を満足していることが好ましい。
[Physical properties]
The negative electrode material of the present invention has the following specific range of pellet density. The negative electrode material of the present invention is
It is preferable that the following physical properties are satisfied.
<ペレット密度>
本発明の負極材は、高温保存特性の観点から1.10g/cc以上であり、低温出力特
性の観点から1.60g/cc以下である。これらをより良好なものとする観点から、本
発明の負極材のペレット密度は、1.20g/cc以上であることが好ましく、1.30
g/cc以上であることがより好ましく、1.40g/cc以上であることが更に好まし
く、1.45g/cc以上であることが特に好ましく、一方、1.58g/cc以下であ
ることが好ましく、1.56g/cc以下であることがより好ましい。本発明において、
負極材のペレット密度は以下の方法により測定することができる。
<Pellet density>
The negative electrode material of the present invention is 1.10 g / cc or more from the viewpoint of high temperature storage characteristics, and 1.60 g / cc or less from the viewpoint of low temperature output characteristics. From the viewpoint of making these more favorable, the pellet density of the negative electrode material of the present invention is preferably 1.20 g / cc or more, and 1.30.
g / cc or more is more preferable, 1.40 g / cc or more is further preferable, 1.45 g / cc or more is particularly preferable, and 1.58 g / cc or less is preferable. More preferably, it is 1.56 g / cc or less. In the present invention,
The pellet density of the negative electrode material can be measured by the following method.
内径φ10の金型に押し冶具としてφ10、長さ35mmのシャフト及び受け冶具とし
てφ10、長さ6mmのシャフトの2種類の冶具を挿入後、挟み込んだ時の荷重と高さ(
厚み)を測定可能な装置(例えば、三菱ケミカルアナリテック製粉体抵抗測定システム)
にセットし、油圧ポンプで15kgfの荷重を加え、冶具高さを測定する。次に、押し冶
具のみを取り出して複合粒子0.6gを加え、再度押し冶具を挿入する。金型を油圧ジャ
ッキ(例えばアズワン製ハイプレッシャージャッキJ−1)にセットし、圧力弁を締めて
882kgf/cm2までゆっくり加圧し、2426kgf/cm2まで速やかに加圧し
た後、3秒間保持し、油圧ジャッキから手を離して60秒待ち、圧力弁を緩めて減圧する
。その後、挟み込んだ時の荷重と高さを測定可能な装置に再度セットし、油圧ポンプで1
5kgfの荷重を加え、加圧後の冶具高さを測定する。併せて加圧後の複合粒子の重量を
測定し、前述の冶具高さの差分と重量から算出される密度をペレット密度として定義する
。
Load and height when sandwiched after inserting two kinds of jigs: φ10, 35 mm long shaft and φ10, 6 mm long shaft as receiving jig into a mold with inner diameter φ10
(Thickness measurement system manufactured by Mitsubishi Chemical Analytech)
And apply a load of 15 kgf with a hydraulic pump, and measure the jig height. Next, only the pushing jig is taken out, 0.6 g of composite particles are added, and the pushing jig is inserted again. Set the mold hydraulic jack (e.g. AS ONE manufactured by High Pressure Jack J-1), slowly pressurized to 882kgf / cm 2 by tightening the pressure valve after pressure quickly warm to 2426kgf / cm 2, holding for 3 seconds Release the hydraulic jack, wait 60 seconds, loosen the pressure valve and reduce the pressure. After that, set the load and height on the device that can be measured again.
A load of 5 kgf is applied and the jig height after pressurization is measured. In addition, the weight of the composite particles after pressurization is measured, and the density calculated from the difference between the jig height and the weight is defined as the pellet density.
<体積基準平均粒子径(平均粒子径d50)>
本発明の負極材は、体積基準平均粒子径(「平均粒子径d50」とも記載する。)は好
ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは4μm以上、特に好ま
しくは5μm以上である。また、好ましくは50μm以下、より好ましくは40μm以下
、更に好ましくは30μm以下、特に好ましくは25μm以下、最も好ましくは20μm
以下である。平均粒子径d50が小さすぎると、不可逆容量の増加、初期電池容量の損失
を招く傾向があり、一方、平均粒子径d50が大きすぎるとスラリー塗布における筋引き
等の工程不都合の発生、急速充放電特性の低下、低温入出力特性の低下を招く場合がある
。
<Volume standard average particle diameter (average particle diameter d50)>
The negative electrode material of the present invention has a volume-based average particle diameter (also referred to as “average particle diameter d50”) of preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, still more preferably 4 μm or more, and particularly preferably 5 μm or more. Also, it is preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, still more preferably 30 μm or less, particularly preferably 25 μm or less, and most preferably 20 μm.
It is as follows. If the average particle size d50 is too small, the irreversible capacity tends to increase and the initial battery capacity is lost. On the other hand, if the average particle size d50 is too large, process inconveniences such as striping in slurry coating occur, rapid charge / discharge. It may cause deterioration of characteristics and low temperature input / output characteristics.
平均粒子径d50は、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート
(例として、ツィーン20(登録商標)が挙げられる)の0.2質量%水溶液10mLに
、複合粒子0.01gを懸濁させ、これを測定サンプルとして市販のレーザー回折/散乱
式粒度分布測定装置(例えばHORIBA製LA−920)に導入し、測定サンプルに2
8kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、前記測定装置において体積基準のメ
ジアン径として測定したものであると定義する。
The average particle diameter d50 is obtained by suspending 0.01 g of composite particles in 10 mL of a 0.2% by mass aqueous solution of polyoxyethylene sorbitan monolaurate (for example, Tween 20 (registered trademark)) as a surfactant. This was introduced as a measurement sample into a commercially available laser diffraction / scattering type particle size distribution measuring apparatus (for example, LA-920 manufactured by HORIBA).
It is defined as a volume-based median diameter measured by the measurement apparatus after irradiating an 8 kHz ultrasonic wave at an output of 60 W for 1 minute.
<ペレット密度と体積基準平均粒子径(d50)の関係>
本発明の負極材は、前記ペレット密度と体積基準平均粒子径(d50)の関係が下記式
(1)を満たすことが低温入出特性及び高温保存特性を両立する観点で好ましい。また、
本発明の負極材は、同様の理由で式(1−1)を満たすことがより好ましく、式(1−2
)を満たすことが更に好ましい。
式(1)
[ペレット密度(g/cc)]≦0.0138×[d50(μm)]+1.42
式(1−1)
[ペレット密度(g/cc)]≦0.0138×[d50(μm)]+1.41
式(1−2)
[ペレット密度(g/cc)]≦0.0138×[d50(μm)]+1.40
<Relationship between pellet density and volume-based average particle diameter (d50)>
In the negative electrode material of the present invention, the relationship between the pellet density and the volume-based average particle diameter (d50) preferably satisfies the following formula (1) from the viewpoint of achieving both low temperature input / output characteristics and high temperature storage characteristics. Also,
The negative electrode material of the present invention more preferably satisfies the formula (1-1) for the same reason, and the formula (1-2)
It is more preferable to satisfy | fill.
Formula (1)
[Pellet density (g / cc)] ≦ 0.0138 × [d50 (μm)] + 1.42
Formula (1-1)
[Pellet density (g / cc)] ≦ 0.0138 × [d50 (μm)] + 1.41
Formula (1-2)
[Pellet density (g / cc)] ≦ 0.0138 × [d50 (μm)] + 1.40
<ラマンR値>
本発明におけるラマンR値は、本発明の負極材についてラマン分光法により得られるラ
マンスペクトルにおける1580cm−1付近のピークPAの強度IAと、1360cm
−1付近のピークPBの強度IBとを測定したときの強度比(IB/IA)として定義す
る。なお、「1580cm−1付近」とは1580〜1620cm−1の範囲を、「13
60cm−1付近」とは1350〜1370cm−1の範囲を指す。
<Raman R value>
Raman R value in the present invention, the intensity I A of the peak P A in the vicinity of 1580 cm -1 in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy for the negative electrode material of the present invention, 1360 cm
The intensity I B of the vicinity of the peak P B -1 is defined as the intensity ratio as measured (I B / I A). “Near 1580 cm −1 ” means a range of 1580 to 1620 cm −1 , “13
The 60cm around -1 "refers to the range of 1350 -1.
本発明の負極材のラマンR値は、好ましくは0.01以上、より好ましくは0.02以
上、更に好ましくは0.03以上、特に好ましくは、0.05以上である。また、通常0
.25以下、好ましくは0.20以下、より好ましくは0.17以下、更に好ましくは0
.15以下である。このラマンR値が小さすぎることは負極材表面の結晶性が高すぎるこ
とを示しており、Liイオンが挿入・脱離しにくくなることにより低温入出力特性が低下
する場合がある。一方、ラマンR値が大き過ぎると不可逆容量の影響の増大、電解液との
副反応の増大により、リチウムイオン二次電池の初期充放電効率の低下やガス発生量の増
大を招き、電池容量が低下する傾向がある。
The Raman R value of the negative electrode material of the present invention is preferably 0.01 or more, more preferably 0.02 or more, still more preferably 0.03 or more, and particularly preferably 0.05 or more. Usually 0
. 25 or less, preferably 0.20 or less, more preferably 0.17 or less, still more preferably 0
. 15 or less. If the Raman R value is too small, it indicates that the crystallinity of the negative electrode material surface is too high, and the low-temperature input / output characteristics may deteriorate due to the difficulty in inserting and desorbing Li ions. On the other hand, if the Raman R value is too large, the influence of the irreversible capacity increases and the side reaction with the electrolyte increases, leading to a decrease in the initial charge / discharge efficiency of the lithium ion secondary battery and an increase in the amount of gas generated. There is a tendency to decrease.
ラマンスペクトルはラマン分光器により測定される。具体的には、測定対象粒子を測定
セル内へ自然落下させることで試料充填し、測定セル内にアルゴンイオンレーザー光を照
射しながら、測定セルをこのレーザー光と垂直な面内で回転させながら測定を行う。
アルゴンイオンレーザー光の波長 :514.5nm
試料上のレーザーパワー :25mW
分解能 :4cm−1
測定範囲 :1100cm−1〜1730cm−1
ピーク強度測定、ピーク半値幅測定 :バックグラウンド処理、スムージング処理(単純
平均によるコンボリューション5ポイント)
The Raman spectrum is measured by a Raman spectrometer. Specifically, the sample particles are naturally dropped into the measurement cell to fill the sample, and the measurement cell is rotated in a plane perpendicular to the laser beam while irradiating the measurement cell with an argon ion laser beam. Measure.
Argon ion laser light wavelength: 514.5 nm
Laser power on sample: 25 mW
Resolution: 4cm -1
Measurement range: 1100 cm −1 to 1730 cm −1
Peak intensity measurement, peak half-width measurement: Background processing, smoothing processing (5 points of convolution by simple averaging)
<タップ密度>
本発明の負極材のタップ密度は、タップ密度は、好ましくは0.8g/cm3以上、よ
り好ましくは0.85g/cm3以上、更に好ましくは0.88g/cm3以上、特に好
ましくは0.9g/cm3以上、最も好ましくは0.93g/cm3以上、好ましくは1
.5g/cm3以下であり、より好ましくは1.4g/cm3以下であり、更に好ましく
は1.3g/cm3以下である。負極材のタップ密度は、上記下限値以上であると極板化
作製時のスジ引き等の工程性が良好になり、負極材層の充填性が上がるため圧延性が良好
で高密度の負極シートが形成し易くなり高密度化が可能になり、電極体にしたときの粒子
間空隙の形状が整うため電解液の移動がスムーズになり急速充放電特性が向上するといっ
た観点から好ましく、また、上記上限値以下であると粒子の表面や内部に適度な空間を有
するため低温入出力特性や急速充放電特性に優れる観点から好ましい。
<Tap density>
The tap density of the negative electrode material of the present invention is preferably 0.8 g / cm 3 or more, more preferably 0.85 g / cm 3 or more, still more preferably 0.88 g / cm 3 or more, particularly preferably 0. .9g / cm 3 or more, most preferably 0.93 g / cm 3 or more, preferably 1
. 5 g / cm 3 or less, more preferably 1.4 g / cm 3 or less, further preferably 1.3 g / cm 3 or less. When the tap density of the negative electrode material is equal to or more than the above lower limit, the processability such as streaking during the production of the electrode plate is improved, and the filling property of the negative electrode material layer is improved, so that the rollability is good and the high density negative electrode sheet. Is preferable from the viewpoint that the electrolyte solution moves smoothly and the rapid charge / discharge characteristics are improved because the shape of the interparticle voids when the electrode body is formed is easy. It is preferable from the viewpoint of being excellent in low-temperature input / output characteristics and rapid charge / discharge characteristics because it has an appropriate space on the surface and inside of the particles if it is not more than the upper limit.
なお、このタップ密度は、粉体密度測定器タップデンサーKYT−3000(株式会社
セイシン企業製)を用いて測定される。具体的には、20ccのタップセルに試料を落下
させ、セルに満杯に充填した後、ストローク長10mmのタップを1000回行い、その
ときの密度をタップ密度とする。
This tap density is measured using a powder density measuring instrument tap denser KYT-3000 (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.). Specifically, after dropping the sample into a 20 cc tap cell and filling the cell fully, tap with a stroke length of 10 mm is performed 1000 times, and the density at that time is defined as the tap density.
<比表面積(BET−SA)>
本発明の負極材は、BET法による比表面積(BET−SA)が、好ましくは1m2/
g以上、より好ましくは1.5m2/g以上、更に好ましくは2m2/g以上、特に好ま
しいのは2.5m2/g以上であり、一方、好ましくは12m2/g以下、より好ましく
は10m2/g以下、更に好ましくは8m2/g以下、特に好ましくは6m2/g以下で
ある。BET−SAがこの範囲を上記下限値以上であると、Liイオンが出入りする部位
が確保され、リチウムイオン二次電池の急速充放電特性や低温入出力特性が良好となる傾
向にあり、一方、比表面積がこの範囲を上回ると上記上限値以下であると活物質の電解液
に対する活性が過剰となり過ぎず、電解液との副反応が抑えられて電池の初期充放電効率
の低下やガス発生量の増大を防ぎ、電池容量が向上する傾向がある。
<Specific surface area (BET-SA)>
The negative electrode material of the present invention preferably has a specific surface area (BET-SA) by the BET method of 1 m 2 /
g or more, more preferably 1.5 m 2 / g or more, still more preferably 2 m 2 / g or more, particularly preferably 2.5 m 2 / g or more, while preferably 12 m 2 / g or less, more preferably It is 10 m 2 / g or less, more preferably 8 m 2 / g or less, particularly preferably 6 m 2 / g or less. When the BET-SA is above this range, the portion where Li ions enter and exit is secured, and the rapid charge / discharge characteristics and low temperature input / output characteristics of the lithium ion secondary battery tend to be good, When the specific surface area exceeds this range, the activity of the active material with respect to the electrolytic solution is not excessive when the specific surface area is below the above upper limit value, and side reactions with the electrolytic solution are suppressed, and the initial charge / discharge efficiency of the battery is reduced and the amount of gas generated The battery capacity tends to be improved.
なお、本発明の負極材において、BET−SAはマウンテック社製マクソーブを用いて
測定することができる。具体的には、試料に対して窒素流通下100℃、3時間の予備減
圧乾燥を行なった後、液体窒素温度まで冷却し、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.
3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着
BET1点法によって測定することができる。
In addition, in the negative electrode material of the present invention, BET-SA can be measured using a Maxorb manufactured by Mountec. Specifically, the sample was subjected to preliminary vacuum drying at 100 ° C. for 3 hours under a nitrogen flow, and then cooled to the liquid nitrogen temperature, and the value of the relative pressure of nitrogen with respect to atmospheric pressure was 0.00.
Using a nitrogen helium mixed gas adjusted to be 3 accurately, measurement can be performed by a nitrogen adsorption BET one-point method using a gas flow method.
[製造方法]
本発明の非水系二次電池用負極材は、黒鉛質物が複合化した球形化黒鉛であり、かつ前
記ペレット密度が特定の範囲であるものとなるように製造できる方法であれば、その製造
方法は特に制限されないが、具体例としては、d50が80μm以下となるように粒度調
整とし1nmから150nmの微細孔量を調整した鱗片状天然黒鉛を、造粒剤の存在下で
球形化(造粒)処理する際に生成する微粉を、球形化処理した黒鉛(以降、球形化黒鉛と
称すことがある。)となる母材に付着、及び/又は球形化黒鉛の粒子に内包しながら球形
化処理する事で緻密な粒子構造を有する球形化黒鉛を得る。その後、黒鉛質物の原料とな
る有機化合物で被覆することにより、より構造が緻密化され、ペレット密度を所定の範囲
に調整する方法が挙げられる。
[Production method]
The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery of the present invention is a spheroidized graphite in which a graphite material is compounded, and can be manufactured so that the pellet density is in a specific range. Although there is no particular limitation, as a specific example, flaky natural graphite having a particle size adjusted so that d50 is 80 μm or less and adjusted to have a fine pore amount of 1 nm to 150 nm is spheroidized (granulated in the presence of a granulating agent). ) The spheronization treatment is performed while the fine powder generated during the treatment adheres to the base material which becomes the spheroidized graphite (hereinafter sometimes referred to as spheroidized graphite) and / or is encapsulated in the particles of the spheroidized graphite. By doing so, spheroidized graphite having a dense particle structure is obtained. Thereafter, the structure is further densified by coating with an organic compound as a raw material for the graphite material, and a method of adjusting the pellet density to a predetermined range can be mentioned.
具体的には、黒鉛に対し、少なくとも衝撃、圧縮、摩擦、及びせん断力のいずれかの力
学的エネルギーを付与して原料炭素材を造粒する造粒工程を有し、前記造粒工程を、下記
1)、2)及び3)の条件を満足する造粒剤の存在下で行うが好ましい。
1)前記原料炭素材を造粒する工程時に造粒剤が液体である。
2)造粒剤が液状の有機化合物を含む。
3)造粒剤として有機溶剤を含まないか、有機溶剤を含む場合、有機溶剤の内、少なくと
も1種は引火点を有さない、又は引火点を有するときには該引火点が5℃以上であるもの
を用いる。
Specifically, it has a granulation step of granulating the raw material carbon material by imparting at least one of mechanical energy of impact, compression, friction, and shear force to graphite, and the granulation step, It is preferable to carry out in the presence of a granulating agent that satisfies the following conditions 1), 2) and 3).
1) A granulating agent is a liquid at the time of granulating the said raw material carbon material.
2) The granulating agent contains a liquid organic compound.
3) When an organic solvent is not included as a granulating agent or an organic solvent is included, at least one of the organic solvents does not have a flash point, or when it has a flash point, the flash point is 5 ° C or higher. Use things.
上記造粒工程を有すれば、必要に応じて別の工程を更に有していてもよい。別の工程は
単独で実施してもよいし、複数工程を同時に実施してもよい。一実施形態としては、以下
の第1工程乃至第5工程を含むものが挙げられる。以下、これらの工程について説明する
。
(第1工程)原料炭素材の粒度を調整する工程
(第2工程)原料炭素材と造粒剤とを混合する工程
(第3工程)原料炭素材を造粒する工程
(第4工程)造粒剤を除去する工程
(第5工程)造粒炭素材に黒鉛質物を添着する工程
If it has the said granulation process, you may further have another process as needed. Another process may be implemented independently and multiple processes may be implemented simultaneously. As one embodiment, one including the following first to fifth steps may be mentioned. Hereinafter, these steps will be described.
(1st process) The process of adjusting the particle size of raw material carbon material (2nd process) The process of mixing raw material carbon material and a granulating agent (3rd process) The process of granulating raw material carbon material (4th process) Step of removing granules (fifth step) Step of adhering a graphite material to the granulated carbon material
(第1工程)原料炭素材の粒度を調整する工程
本発明の非水系二次電池用負極材の製造に用いる原料炭素材は、前述した黒鉛が使用さ
れる。
(1st process) The process which adjusts the particle size of raw material carbon material The graphite mentioned above is used for the raw material carbon material used for manufacture of the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries of this invention.
原料炭素材は第1工程において次のような粒度に調整することが好ましい。即ち、得ら
れる原料炭素材の平均粒子径(d50)は、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μ
m以上、更に好ましくは3μm以上であり、一方、好ましくは80μm以下、より好まし
くは50μm以下、更に好ましくは35μm以下、特に好ましくは20μm以下、とりわ
け好ましくは10μm以下、最も好ましくは8μm以下である。
The raw carbon material is preferably adjusted to the following particle size in the first step. That is, the average particle diameter (d50) of the obtained raw material carbon material is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm.
m or more, more preferably 3 μm or more. On the other hand, it is preferably 80 μm or less, more preferably 50 μm or less, still more preferably 35 μm or less, particularly preferably 20 μm or less, particularly preferably 10 μm or less, and most preferably 8 μm or less.
d50が上記範囲にある場合、球形化黒鉛のLiイオンの挿入・脱離サイトとして利用
できるエッジの量が増大するため低温出力特性やサイクル特性が向上する傾向にある。さ
らに、球形化黒鉛の円形度を高く調整することができるため、Liイオン拡散の屈曲度を
下げられるため粒子間空隙中の電解液移動がスムーズになり、急速充放電特性が向上する
。また、d50が上記範囲にある場合、造粒工程中に生成する微粉を、造粒された黒鉛(
以降、造粒炭素材と称す。)となる母材に付着或いは母材の内部に包む込みながら造粒す
ることが可能になる。この結果、球形化度が高く微粉が少なく、4nmから150nmの
細孔が十分に大きな造粒炭素材を得ることができる。
When d50 is in the above range, the amount of edges that can be used as Li ion insertion / desorption sites in the spheroidized graphite increases, so the low-temperature output characteristics and cycle characteristics tend to be improved. Furthermore, since the circularity of the spheroidized graphite can be adjusted to be high, the bending degree of Li ion diffusion can be lowered, so that the electrolyte solution moves smoothly in the interparticle voids, and the rapid charge / discharge characteristics are improved. Moreover, when d50 is in the above range, the fine powder generated during the granulation step is reduced to granulated graphite (
Hereinafter, it is referred to as a granulated carbon material. It is possible to perform granulation while adhering to or enclosing the base material. As a result, a granulated carbon material having a high degree of spheroidization, a small amount of fine powder, and sufficiently large pores of 4 nm to 150 nm can be obtained.
原料炭素材のd50を上記範囲に調整する方法として、例えば(天然)黒鉛粒子を粉砕
及び/又は分級する方法が挙げられる。
As a method for adjusting the d50 of the raw material carbon material to the above range, for example, there is a method of pulverizing and / or classifying (natural) graphite particles.
粉砕に用いる装置に特に制限はないが、例えば、粗粉砕機としてはせん断式ミル、ジョ
ークラッシャー、衝撃式クラッシャー、コーンクラッシャー等が挙げられ、中間粉砕機と
してはロールクラッシャー、ハンマーミル等が挙げられ、微粉砕機としては、機械式粉砕
機、気流式粉砕機、旋回流式粉砕機等が挙げられる。具体的には、ボールミル、振動ミル
、ピンミル、攪拌ミル、ジェットミル、サイクロンミル、ターボミル等が挙げられる。特
に、d50が10μm以下の黒鉛粒子を得る場合には、気流式粉砕機や旋回流式粉砕機を
用いることが好ましい。
There are no particular restrictions on the apparatus used for pulverization, for example, the coarse pulverizer includes a shearing mill, jaw crusher, impact crusher, cone crusher, etc., and the intermediate pulverizer includes a roll crusher, hammer mill, etc. Examples of the fine pulverizer include a mechanical pulverizer, an airflow pulverizer, and a swirl flow pulverizer. Specific examples include a ball mill, a vibration mill, a pin mill, a stirring mill, a jet mill, a cyclone mill, and a turbo mill. In particular, when obtaining graphite particles having a d50 of 10 μm or less, it is preferable to use an airflow pulverizer or a swirl flow pulverizer.
分級処理に用いる装置としては特に制限はないが、例えば、乾式篩い分けの場合は、回
転式篩い、動揺式篩い、旋動式篩い、振動式篩い等を用いることができ、乾式気流式分級
の場合は、重力式分級機、慣性力式分級機、遠心力式分級機(クラシファイア、サイクロ
ン等)を用いることができ、また、湿式篩い分け、機械的湿式分級機、水力分級機、沈降
分級機、遠心式湿式分級機等を用いることができる。
There is no particular limitation on the apparatus used for classification, but for example, in the case of dry sieving, a rotary sieving, a swaying sieving, a rotating sieving, a vibrating sieving, etc. can be used. In this case, gravity classifier, inertial classifier, centrifugal classifier (classifier, cyclone, etc.) can be used, wet sieving, mechanical wet classifier, hydraulic classifier, sedimentation classifier A centrifugal wet classifier or the like can be used.
また、第一工程で得られる、原料炭素材としては以下のような物性を満足することが好
ましい。
Further, it is preferable that the raw material carbon material obtained in the first step satisfies the following physical properties.
原料炭素材のX線広角回折法による002面の面間隔(d002)及び結晶子の大きさ
(Lc)は、通常、d002が3.37Å以下でLcが900Å以上であり、d002が
3.36Å以下でLcが950Å以上であることが好ましい。d002及びLcは、炭素
材バルクの結晶性を示す値であり、d002の値が小さいほど、またLcが大きいほど、
結晶性が高い炭素材であることを示し、黒鉛層間に入るリチウムの量が理論値に近づくの
で容量が増加する。結晶性が低過ぎると高結晶性黒鉛を電極に用いた場合の、高容量で、
かつ不可逆容量が低いという優れた電池特性が発現しにくくなる傾向にある。d002と
Lcは、上記範囲が組み合わされていることが特に好ましい。
The surface spacing (d002) of the 002 plane and the crystallite size (Lc) of the raw carbon material by X-ray wide angle diffraction method are usually such that d002 is 3.37 mm or less, Lc is 900 mm or more, and d002 is 3.36 mm. In the following, it is preferable that Lc is 950 mm or more. d002 and Lc are values indicating the crystallinity of the carbon material bulk. The smaller the value of d002 and the larger Lc,
This indicates that the carbon material has high crystallinity, and the capacity increases because the amount of lithium entering the graphite layer approaches the theoretical value. If the crystallinity is too low, high capacity when using high crystalline graphite for the electrode,
In addition, excellent battery characteristics such as low irreversible capacity tend to be hardly exhibited. It is particularly preferable that d002 and Lc are combined in the above ranges.
X線回折は次の手法により測定する。まず、炭素粉末に総量の約15重量%のX線標準
高純度シリコン粉末を加えて混合したものを材料とし、グラファイトモノクロメーターで
単色化したCuKα線を線源とし、反射式ディフラクトメーター法で広角X線回折曲線を
測定する。その後、学振法を用いて面間隔(d002)及び結晶子の大きさ(Lc)を求
める。
X-ray diffraction is measured by the following method. First, carbon powder was mixed with about 15% by weight of X-ray standard high-purity silicon powder, and the material was CuKα rays monochromatized with a graphite monochromator. The reflection diffractometer method was used. A wide-angle X-ray diffraction curve is measured. Thereafter, the interplanar spacing (d002) and the crystallite size (Lc) are obtained using the Gakushin method.
原料炭素材の充填構造は、粒子の大きさ、形状、粒子間相互作用力の程度等によって左
右されるが、本発明では充填構造を定量的に議論する指標の一つとしてタップ密度を適用
することも可能である。本発明者らの検討では、真密度と平均粒子径がほぼ等しい黒鉛質
粒子では、形状が球状で粒子表面が平滑であるほど、タップ密度が高い値を示すことが確
認されている。すなわち、タップ密度を上げるためには、粒子の形状を球状に近づけ、粒
子表面の平滑さを保つことが重要である。粒子形状が球状に近づき粒子表面が平滑である
と、粉体の充填性も大きく向上する。原料炭素材のタップ密度は、好ましくは0.1g/
cm3以上であり、より好ましくは0.15g/cm3以上であり、更に好ましくは0.
2g/cm3以上であり、特に好ましくは0.3g/cm3以上である。タップ密度は実
施例で後述する方法により測定する。
The filling structure of the raw material carbon material depends on the size, shape, degree of interaction force between particles, etc., but in the present invention, tap density is applied as one of the indicators for quantitatively discussing the filling structure. It is also possible. In the study by the present inventors, it has been confirmed that, in the case of graphite particles having a true density and an average particle diameter substantially equal, the tap density increases as the shape is spherical and the particle surface is smoother. That is, in order to increase the tap density, it is important to keep the particle shape close to a sphere and to keep the particle surface smooth. When the particle shape approaches a spherical shape and the particle surface is smooth, the powder filling property is greatly improved. The tap density of the raw carbon material is preferably 0.1 g /
cm 3 or more, more preferably 0.15 g / cm 3 or more, and still more preferably 0.
It is 2 g / cm 3 or more, particularly preferably 0.3 g / cm 3 or more. The tap density is measured by the method described later in the examples.
原料炭素材のアルゴンイオンレーザーラマンスペクトルは粒子の表面の性状を現す指標
として利用されている。原料炭素材のアルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける
1580cm−1付近のピーク強度に対する1360cm−1付近のピーク強度比である
ラマンR値は、好ましくは0.05以上0.9以下であり、より好ましくは0.05以上
0.7以下であり、更に好ましくは0.05以上0.5以下である。R値は炭素粒子の表
面近傍(粒子表面から100Å位まで)の結晶性を表す指標であり、R値が小さいほど結
晶性が高い、あるいは結晶状態が乱れていないことを示す。ラマンスペクトルは以下に示
す方法により測定する。具体的には、測定対象粒子をラマン分光器測定セル内へ自然落下
させることで試料充填し、測定セル内にアルゴンイオンレーザー光を照射すると共に、測
定セルをこのレーザー光と垂直な面内で回転させながら測定を行なう。なお、アルゴンイ
オンレーザー光の波長は514.5nmとする。
The argon ion laser Raman spectrum of the raw carbon material is used as an index indicating the surface properties of the particles. Raman R value is the peak intensity ratio in the vicinity of 1360 cm -1 to the peak intensity near 1580 cm -1 in the argon ion laser Raman spectrum of the raw carbon material is preferably 0.05 to 0.9, more preferably 0 .05 or more and 0.7 or less, more preferably 0.05 or more and 0.5 or less. The R value is an index representing the crystallinity in the vicinity of the surface of the carbon particle (from the particle surface to about 100 °), and the smaller the R value, the higher the crystallinity or the disordered crystal state. The Raman spectrum is measured by the method shown below. Specifically, the sample particles are naturally dropped into a Raman spectrometer measurement cell, the sample is filled, and the measurement cell is irradiated with an argon ion laser beam, and the measurement cell is placed in a plane perpendicular to the laser beam. Measure while rotating. Note that the wavelength of the argon ion laser light is 514.5 nm.
(第2工程)原料炭素材と造粒剤とを混合する工程
本発明の実施形態で用いる造粒剤は、1)前記原料炭素材を造粒する工程時に液体、2
)造粒剤が液状の有機化合物を含む、及び3)造粒剤が有機溶剤を含まないか、有機溶剤
を含む場合、有機溶剤の内、少なくとも1種は引火点を有さない、又は引火点を有すると
きには該引火点が5℃以上、の条件を満足するものであることが好ましい。
(2nd process) The process which mixes raw material carbon material and a granulating agent The granulating agent used by embodiment of this invention is liquid at the process of granulating the said raw material carbon material, 2
3) When the granulating agent contains a liquid organic compound, and 3) The granulating agent does not contain an organic solvent or contains an organic solvent, at least one of the organic solvents does not have a flash point or is flammable. When it has a point, it is preferable that the flash point satisfies the condition of 5 ° C. or higher.
上記要件を満たす造粒剤を有することで、続く第3工程における原料炭素材を造粒する
工程の際に、原料炭素材間を造粒剤が液架橋することにより、原料炭素材間に液架橋内の
毛管負圧と液の表面張力によって生じる引力が粒子間に液架橋付着力として働くため、原
料炭素材間の液架橋付着力が増大し、原料炭素材がより強固に付着することが可能となる
。
By having a granulating agent that satisfies the above requirements, the granulating agent liquid-crosslinks between the raw material carbon materials in the subsequent step of granulating the raw material carbon material in the third step, so that the liquid between the raw material carbon materials. The attractive force generated by the capillary negative pressure in the bridge and the surface tension of the liquid acts as the liquid cross-linking adhesion between the particles, so the liquid cross-linking adhesion between the raw carbon materials increases, and the raw carbon material adheres more firmly. It becomes possible.
本発明においては、原料炭素材間を造粒剤が液架橋することによる原料炭素材間の液架
橋付着力の強さはγcosθの値に比例する(ここで、γ:液の表面張力、θ:液と粒子
の接触角)。すなわち、原料炭素材を造粒する際に、造粒剤は原料炭素材との濡れ性が高
いことが好ましく、具体的にはγcosθ>0となるようにcosθ>0となる造粒剤を
選択するのが好ましく、造粒剤の下記測定方法で測定した黒鉛との接触角θが90°未満
であることが好ましい。
In the present invention, the strength of the liquid cross-linking adhesive force between the raw material carbon materials due to the liquid agent cross-linking between the raw material carbon materials is proportional to the value of γ cos θ (where γ: surface tension of the liquid, θ : Contact angle between liquid and particles). That is, when granulating the raw material carbon material, it is preferable that the granulating agent has high wettability with the raw material carbon material. Specifically, a granulating agent that satisfies cos θ> 0 is selected so that γ cos θ> 0. The contact angle θ with the graphite measured by the following measuring method of the granulating agent is preferably less than 90 °.
(黒鉛との接触角θの測定方法)
HOPG表面に1.2μLの造粒剤を滴下し、濡れ広がりが収束して一秒間の接触角θ
の変化率が3%以下となったとき(定常状態ともいう)の接触角を接触角測定装置(協和
界面社製自動接触角計DM−501)にて測定する。ここで、25℃における粘度が50
0cP以下の造粒剤を用いる場合には25℃における値を、25℃における粘度が500
cPより大きい造粒剤を用いる場合には、粘度が500cP以下となる温度まで加温した
温度における接触角θの測定値とする。
(Measurement method of contact angle θ with graphite)
When 1.2 μL of granulating agent is dropped on the HOPG surface, the wetting spread converges and the contact angle θ for one second
The contact angle when the change rate of 3% or less (also referred to as a steady state) is measured with a contact angle measuring device (automatic contact angle meter DM-501 manufactured by Kyowa Interface Co., Ltd.). Here, the viscosity at 25 ° C. is 50
When a granulating agent of 0 cP or less is used, the value at 25 ° C. is set so that the viscosity at 25 ° C. is 500.
When a granulating agent larger than cP is used, the measured value of the contact angle θ at a temperature heated to a temperature at which the viscosity is 500 cP or less is used.
さらに、原料炭素材と造粒剤の接触角θが0°に近いほど、γcosθ値が大きくなる
ため、黒鉛粒子間の液架橋付着力が増大し、黒鉛粒子同士がより強固に付着することが可
能となる。従って、前記造粒剤の黒鉛との接触角θは85°以下であることがより好まし
く、80°以下であることが更に好ましく、50°以下であることがこと更に好ましく、
30°以下であることが特に好ましく、20°以下であることが最も好ましい。
Furthermore, as the contact angle θ between the raw carbon material and the granulating agent is closer to 0 °, the γ cos θ value increases, so that the liquid-crosslinking adhesion between graphite particles increases and the graphite particles adhere more firmly. It becomes possible. Therefore, the contact angle θ of the granulating agent with graphite is more preferably 85 ° or less, further preferably 80 ° or less, and further preferably 50 ° or less,
It is particularly preferably 30 ° or less, and most preferably 20 ° or less.
表面張力(γ)が大きい造粒剤を使用することによっても、γcosθ値が大きくなり
黒鉛粒子の付着力は向上するため、γは好ましくは0以上、より好ましくは15以上、更
に好ましくは30以上である。造粒剤の表面張力(γ)は、表面張力計(例えば、協和界
面科学株式会社製DCA−700)を用いてWilhelmy法により測定することがで
きる。
Even when a granulating agent having a large surface tension (γ) is used, the γ cos θ value is increased and the adhesion of graphite particles is improved. Therefore, γ is preferably 0 or more, more preferably 15 or more, and further preferably 30 or more. It is. The surface tension (γ) of the granulating agent can be measured by a Wilhelmy method using a surface tension meter (for example, DCA-700 manufactured by Kyowa Interface Science Co., Ltd.).
また、粒子の移動に伴う液橋の伸びに対する抵抗成分として粘性力が働き、その大きさ
は粘度に比例する。このため、原料炭素材を造粒する造粒工程時において液体であれば造
粒剤の粘度は特段限定されないが、造粒工程時において1cP以上であることが好ましい
。
In addition, a viscous force acts as a resistance component against the elongation of the liquid bridge accompanying the movement of particles, and the magnitude thereof is proportional to the viscosity. For this reason, if it is a liquid at the time of the granulation process which granulates a raw material carbon material, the viscosity of a granulating agent will not be specifically limited, However, It is preferable that it is 1 cP or more at the time of a granulation process.
造粒剤の、25℃における粘度は1cP以上100000cP以下であることが好まし
く、5cP以上10000cP以下であることがより好ましく、10cP以上8000c
P以下であることが更に好ましく、50cP以上6000cP以下であることが特に好ま
しい。粘度が上記範囲内にあると、原料炭素材を造粒する際に、ローターやケーシングと
の衝突等の衝撃力による付着粒子の脱離を防ぐことが可能となる。
The granule has a viscosity at 25 ° C. of preferably 1 cP or more and 100,000 cP or less, more preferably 5 cP or more and 10,000 cP or less, and more preferably 10 cP or more and 8000 c.
P or less is more preferable, and 50 cP or more and 6000 cP or less is particularly preferable. When the viscosity is within the above range, it is possible to prevent the adhered particles from being detached due to an impact force such as a collision with the rotor or casing when the raw carbon material is granulated.
本発明で用いる造粒剤の粘度は、レオメーター(例えば、Rheometric Sc
ientific社製ARES)を用い、カップに測定対象(ここでは造粒剤)を適量入
れ、所定の温度に調節して測定する。せん断速度100s−1におけるせん断応力が0.
1Pa以上の場合にはせん断速度100s−1で測定した値を、せん断速度100s−1
におけるせん断応力が0.1Pa未満の場合には1000s−1で測定した値を、せん断
速度1000s−1におけるせん断応力が0.1Pa未満の場合にはせん断応力が0.1
Pa以上となるせん断速度で測定した値を、本明細における粘度と定義する。なお、用い
るスピンドルを低粘度流体に適した形状とすることでもせん断応力を0.1Pa以上とす
ることができる。
The viscosity of the granulating agent used in the present invention is a rheometer (for example, Rheometric Sc.
A measurement target (a granulating agent in this case) is put in a cup using AENT) and measured at a predetermined temperature. The shear stress at a shear rate of 100 s −1 is 0.
In the case of 1 Pa or more, the value measured at a shear rate of 100 s −1 is used as the shear rate of 100 s −1.
Shear stress when the shear stress is less than 0.1Pa a value measured by 1000 s -1 when the shear stress is less than 0.1Pa, at a shear rate of 1000 s -1 in 0.1
A value measured at a shear rate of Pa or higher is defined as a viscosity in the present specification. Note that the shear stress can be set to 0.1 Pa or more by making the spindle to be used a shape suitable for a low-viscosity fluid.
また造粒剤の、前記原料炭素材と造粒材を混合する際の粘度は1cP以上1000cP
以下であることが好ましく、5cP以上800cP以下であることがより好ましく、10
cP以上600cP以下であることが更に好ましく、20cP以上500cP以下である
ことが特に好ましい。粘度が上記範囲内にあると、原料炭素材に造粒材が均一に付着し、
原料炭素材を造粒する際に、ローターやケーシングとの衝突等の衝撃力による付着粒子の
脱離を防ぐことが可能となり、低温入出力特性や高温保存特性に優れた負極材を製造する
ことが可能となるため好ましい。前記原料炭素材を造粒する工程時における粘度は、後述
する有機溶剤の添加や、混合温度の制御により調整することができる。
The viscosity of the granulating agent when mixing the raw material carbon material and the granulating material is 1 cP or more and 1000 cP.
Is preferably 5 cP or more and 800 cP or less, more preferably 10 cP or less.
More preferably, it is cP or more and 600 cP or less, and particularly preferably 20 cP or more and 500 cP or less. When the viscosity is within the above range, the granulated material uniformly adheres to the raw carbon material,
When granulating raw material carbon material, it is possible to prevent adhesion particles from detaching due to impact force such as collision with rotor or casing, and to produce negative electrode material with excellent low temperature input / output characteristics and high temperature storage characteristics Is preferable. The viscosity at the time of granulating the raw material carbon material can be adjusted by adding an organic solvent described later and controlling the mixing temperature.
また、本発明の実施形態で用いる造粒剤は、液状の有機化合物を含むものである。これ
により、微細孔を低減でき、ペレット密度の値がより低くなる傾向にあるため、低温入出
力特性及び高温保存特性に優れた負極材を製造することができる。例えば、石油系や石炭
系の重質油やタールやピッチ、ポリビニルアルコール、ポリアクリルニトリル、フェノー
ル樹脂、セルロース等の樹脂が挙げられ、必要により水系溶媒、もしくは引火点を有さな
い、あるいは引火点を有するときは引火点が5℃以上の有期溶剤等を用いて希釈すること
ができる。
The granulating agent used in the embodiment of the present invention contains a liquid organic compound. Thereby, since a micropore can be reduced and the value of a pellet density tends to become lower, the negative electrode material excellent in the low temperature input / output characteristic and the high temperature storage characteristic can be manufactured. For example, petroleum-based or coal-based heavy oil, tar, pitch, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, phenol resin, cellulose resin, etc. are included, and water-based solvent or flash point is not necessary or flash point if necessary. Can be diluted with a solvent having a flash point of 5 ° C. or higher.
さらに、本発明の実施形態で用いる造粒剤は、有機溶剤を含まないか、有機溶剤を含む
場合、有機溶剤の内、少なくとも1種は引火点を有さない、あるいは引火点を有するとき
は引火点が5℃以上のものである。これにより、続く第3工程における原料炭素材を造粒
する際に、衝撃や発熱に誘発される造粒剤の引火、火災、及び爆発の危険を防止すること
ができるため、安定的に効率よく製造を実施することができる。
Furthermore, when the granulating agent used in the embodiment of the present invention does not contain an organic solvent or contains an organic solvent, at least one of the organic solvents does not have a flash point or has a flash point. The flash point is 5 ° C or higher. As a result, when granulating the raw material carbon material in the subsequent third step, it is possible to prevent the risk of ignition, fire, and explosion of the granulating agent induced by impact or heat generation, so that it can be stably and efficiently performed. Manufacturing can be carried out.
引火点5℃以上の有機溶剤としては、流動パラフィン等のパラフィン系オイルやオレフ
ィン系オイルやナフテン系オイルや芳香族系オイル等の合成油、植物系油脂類や動物系脂
肪族類やエステル類や高級アルコール類等の天然油;キシレン、イソプロピルベンゼン、
エチルベンゼン、プロピルベンゼン等のアルキルベンゼン;メチルナフタレン、エチルナ
フタレン、プロピルナフタレン等のアルキルナフタレン;スチレン等のアリルベンゼン、
アリルナフタレン等の芳香族炭化水素類;オクタン、ノナン、デカン等の脂肪族炭化水素
類;メチルイソブチルケトン、ジイソブチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン類や、
酢酸プロピル、酢酸ブチル、酢酸イソブチル、酢酸アミル等のエステル類;メタノール、
エタノール、プロパノール、ブタノール、イソプロピルアルコール、イソブチルアルコー
ル、エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレン
グリコール、テトラエチレングリコール、グリセリン等のアルコール類;エチレングリコ
ールモノメチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコール
モノブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテル、トリエチレングリコー
ルモノブチルエーテル、テトラエチレングリコールモノブチルエーテル、メトキシプロパ
ノール、メトキシプロピル−2−アセテート、メトキシメチルブタノール、メトキシブチ
ルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、ジプロピレングリコールジメチ
ルエーテル、ジエチレングリコールエチルメチルエーテル、トリエチレングリコールジメ
チルエーテル、トリプロピレングリコールジメチルエーテル、テトラエチレングリコール
ジメチルエーテル、エチレングリコールモノフェニルエーテル等のグリコール類誘導体類
;1,4−ジオキサン等のエーテル類;ジメチルホルムアミド、ピリジン、2−ピロリド
ン、N−メチル−2−ピロリドン等の含窒素有機化合物;ジメチルスルホキシド等の含硫
黄有機化合物;ジクロロメタン、クロロホルム、四塩化炭素、ジクロロエタン、トリクロ
ロエタン、クロロベンゼン等の含ハロゲン有機化合物、及びそれらこれらの混合物等が挙
げられ、例えばトルエンのような引火点が低い化合物は含まれない。これらの有機溶剤は
単体で造粒剤としても用いることができる。なお、本明細書において、引火点は、公知の
方法により測定できる。
Organic solvents with a flash point of 5 ° C or higher include paraffinic oils such as liquid paraffin, olefinic oils, naphthenic oils and aromatic oils, vegetable oils, animal aliphatics, esters, Natural oils such as higher alcohols; xylene, isopropylbenzene,
Alkylbenzenes such as ethylbenzene and propylbenzene; alkylnaphthalenes such as methylnaphthalene, ethylnaphthalene and propylnaphthalene; allylbenzenes such as styrene;
Aromatic hydrocarbons such as allylnaphthalene; aliphatic hydrocarbons such as octane, nonane and decane; ketones such as methyl isobutyl ketone, diisobutyl ketone and cyclohexanone;
Esters such as propyl acetate, butyl acetate, isobutyl acetate, amyl acetate; methanol,
Ethanol, propanol, butanol, isopropyl alcohol, isobutyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, tetraethylene glycol, glycerin and other alcohols; ethylene glycol monomethyl ether, ethylene glycol monoethyl ether, ethylene glycol monobutyl ether, Diethylene glycol monobutyl ether, triethylene glycol monobutyl ether, tetraethylene glycol monobutyl ether, methoxypropanol, methoxypropyl-2-acetate, methoxymethylbutanol, methoxybutyl acetate, diethylene glycol dimethyl ether, dipropylene glycol dimethyl ether, diethylene glycol Glycol derivatives such as ethyl ethyl ether, triethylene glycol dimethyl ether, tripropylene glycol dimethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether, ethylene glycol monophenyl ether; ethers such as 1,4-dioxane; dimethylformamide, pyridine, 2- Nitrogen-containing organic compounds such as pyrrolidone and N-methyl-2-pyrrolidone; Sulfur-containing organic compounds such as dimethyl sulfoxide; Halogen-containing organic compounds such as dichloromethane, chloroform, carbon tetrachloride, dichloroethane, trichloroethane, chlorobenzene, and mixtures thereof And a compound having a low flash point such as toluene is not included. These organic solvents can be used alone as a granulating agent. In the present specification, the flash point can be measured by a known method.
原料炭素材と造粒剤を混合する方法として、例えば、原料炭素材と造粒剤とをミキサー
やニーダーを用いて混合する方法や、有機化合物を低粘度希釈溶媒(有機溶剤)に溶解さ
せた造粒剤と原料炭素材を混合した後に該希釈溶媒(有機溶剤)を除去する方法等が挙げ
られる。これらの中でも、球形化黒鉛の構造を緻密化することができるため、原料炭素材
と造粒剤とをミキサーやニーダーを用いて混合する方法が好ましい。また、続く第3工程
にて原料炭素材を造粒する際に、造粒装置に造粒剤と原料炭素材とを投入して、原料炭素
材と造粒剤を混合する工程と造粒する工程とを同時に行う方法も挙げられる。
As a method of mixing the raw carbon material and the granulating agent, for example, a method of mixing the raw carbon material and the granulating agent using a mixer or a kneader, or an organic compound dissolved in a low viscosity diluent solvent (organic solvent). Examples thereof include a method of removing the dilution solvent (organic solvent) after mixing the granulating agent and the raw material carbon material. Among these, since the structure of the spheroidized graphite can be densified, a method of mixing the raw carbon material and the granulating agent using a mixer or a kneader is preferable. In addition, when the raw material carbon material is granulated in the subsequent third step, the granulation device and the raw material carbon material are added to the granulating apparatus, and the raw material carbon material and the granulating agent are mixed and granulated. The method of performing a process simultaneously is also mentioned.
造粒剤の添加量は、原料炭素材100重量部に対して好ましくは0.1重量部以上、よ
り好ましくは1重量部以上、更に好ましくは3重量部以上、より更に好ましくは6重量部
以上、こと更に好ましくは10重量部以上、特に好ましくは12重量部以上、最も好まし
くは15重量部以上であり、好ましくは1000重量部以下、より好ましくは100重量
部以下、更に好ましくは80重量部以下、特に好ましくは50重量部以下、最も好ましく
は30重量部以下である。上記範囲内にあると、粒子間付着力の低下による球形化度の低
下や、装置への原料炭素材の付着による生産性の低下といった問題が生じ難くなる。
The amount of the granulating agent added is preferably 0.1 parts by weight or more, more preferably 1 part by weight or more, still more preferably 3 parts by weight or more, and still more preferably 6 parts by weight or more with respect to 100 parts by weight of the raw carbon material. More preferably 10 parts by weight or more, particularly preferably 12 parts by weight or more, most preferably 15 parts by weight or more, preferably 1000 parts by weight or less, more preferably 100 parts by weight or less, still more preferably 80 parts by weight or less. Particularly preferred is 50 parts by weight or less, and most preferred is 30 parts by weight or less. Within the above range, problems such as a decrease in spheroidization due to a decrease in adhesion between particles and a decrease in productivity due to adhesion of the raw carbon material to the apparatus are less likely to occur.
(第3工程)原料炭素材を造粒する工程(原料炭素材に対して球形化処理を行う工程)
炭素材は、原料炭素材に衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与えることにより
球形化処理(以下、造粒とも称する)を施したものであることが好ましい。また、該球形
化黒鉛は、複数の鱗片状又は鱗状黒鉛、及び磨砕された黒鉛微粉からなるものであること
が好ましく、特に複数の鱗片状黒鉛からなるものであることが特に好ましい。
(Third step) Step of granulating raw material carbon material (step of spheroidizing raw material carbon material)
The carbon material is preferably one obtained by subjecting the raw material carbon material to a spheroidizing treatment (hereinafter also referred to as granulation) by giving mechanical action such as impact compression, friction, shearing force and the like. Further, the spheroidized graphite is preferably composed of a plurality of scaly or scaly graphites and ground graphite fine powder, and particularly preferably composed of a plurality of scaly graphites.
本発明は、少なくとも衝撃、圧縮、摩擦、及びせん断力のいずれかの力学的エネルギー
を付与して原料炭素材を造粒する造粒工程を有することが好ましい。この工程に用いる装
置としては、例えば、衝撃力を主体に、原料炭素材の相互作用も含めた圧縮、摩擦、せん
断力等の機械的作用を繰り返し与える装置を用いることができる。
The present invention preferably has a granulation step of granulating the raw material carbon material by applying at least one of mechanical energy of impact, compression, friction and shear force. As an apparatus used in this step, for example, an apparatus that repeatedly gives mechanical action such as compression, friction, shearing force including interaction of raw material carbon materials mainly with impact force can be used.
具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのロータ
ーが高速回転することによって、内部に導入された原料炭素材に対して衝撃、圧縮、摩擦
、せん断力等の機械的作用を与え、表面処理を行なう装置が好ましい。また、原料炭素材
を循環させることによって機械的作用を繰り返し与える機構を有するものであるのが好ま
しい。
Specifically, it has a rotor with a large number of blades installed inside the casing, and the rotor rotates at a high speed, so that the raw material carbon material introduced inside is a machine such as impact, compression, friction, shear force, etc. An apparatus that imparts a functional effect and performs surface treatment is preferable. Moreover, it is preferable to have a mechanism that repeatedly gives mechanical action by circulating the raw carbon material.
このような装置としては、例えば、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所
社製)、クリプトロン、クリプトロンオーブ(アーステクニカ社製)、CFミル(宇部興
産社製)、メカノフュージョンシステム、ノビルタ、ファカルティ(ホソカワミクロン社
製)、シータコンポーザ(徳寿工作所社製)、COMPOSI(日本コークス工業製)等
が挙げられる。これらの中で、奈良機械製作所社製のハイブリダイゼーションシステムが
好ましい。
As such an apparatus, for example, a hybridization system (manufactured by Nara Machinery Co., Ltd.), kryptron, kryptron orb (manufactured by Earth Technica), CF mill (manufactured by Ube Industries), mechano-fusion system, nobilta, faculty ( Hosokawa Micron Co., Ltd.), Theta Composer (manufactured by Tokuju Kogakusho Co., Ltd.), COMPOSI (manufactured by Nippon Coke Industries), and the like. Among these, a hybridization system manufactured by Nara Machinery Co., Ltd. is preferable.
前記装置を用いて処理する場合、例えば、回転するローターの周速度は好ましくは30
m/秒以上、より好ましくは50m/秒以上、更に好ましくは60m/秒以上、特に好ま
しくは70m/秒以上、最も好ましくは80m/秒以上であり、好ましくは100m/秒
以下である。上記範囲内であると、より効率的に球形化と同時に微粉の母材への付着や母
材による内包を行うことができるため好ましい。
When processing using the apparatus, for example, the peripheral speed of the rotating rotor is preferably 30.
m / sec or more, more preferably 50 m / sec or more, further preferably 60 m / sec or more, particularly preferably 70 m / sec or more, most preferably 80 m / sec or more, and preferably 100 m / sec or less. Within the above range, it is preferable because the fine powder can be adhered to the base material and enclosed by the base material at the same time as the spheroidization.
また、原料炭素材に機械的作用を与える処理は、単に原料炭素材を通過させるだけでも
可能であるが、原料炭素材を30秒以上、装置内を循環又は滞留させて処理するのが好ま
しく、より好ましくは1分以上、更に好ましくは3分以上、特に好ましくは5分以上、装
置内を循環又は滞留させて処理する。
In addition, the treatment that gives mechanical action to the raw carbon material can be performed simply by passing the raw carbon material, but it is preferable to circulate or retain the raw carbon material in the apparatus for 30 seconds or more, More preferably, the treatment is performed by circulating or staying in the apparatus for 1 minute or more, more preferably 3 minutes or more, particularly preferably 5 minutes or more.
また造粒剤の、前記原料炭素材を造粒する工程時における粘度は1cP以上であること
が好ましく、5cP以上であることがより好ましく、10cP以上であることが更に好ま
しく、20cP以上であることが特に好ましく、一方、1000cP以下であることが好
ましく、800cP以下であることがより好ましく、600cP以下であることが更に好
ましく、500cP以下であることが特に好ましい。粘度が上記範囲内にあると、造粒剤
の存在下で原料炭素材を造粒する際に、ローターやケーシングとの衝突等の衝撃力による
付着粒子の脱離を防ぐことが可能となり、また、球形化黒鉛の構造が緻密化され、最終的
に得られる負極材のペレット密度の値が小さくなる傾向にあり、低温入出力特性及び高温
保存特性に優れた負極材を製造することが可能となるため好ましい。前記原料炭素材を造
粒する工程時における粘度は、有機溶剤の添加や、造粒処理温度の制御により調整するこ
とができる。
Further, the viscosity of the granulating agent during the step of granulating the raw material carbon material is preferably 1 cP or more, more preferably 5 cP or more, further preferably 10 cP or more, and 20 cP or more. Is preferably 1000 cP or less, more preferably 800 cP or less, still more preferably 600 cP or less, and particularly preferably 500 cP or less. When the viscosity is within the above range, when the raw carbon material is granulated in the presence of a granulating agent, it becomes possible to prevent the adhered particles from being detached due to impact force such as collision with the rotor or casing. The structure of the spheroidized graphite is densified, and the final density of the negative electrode material tends to decrease the pellet density, making it possible to produce a negative electrode material with excellent low-temperature input / output characteristics and high-temperature storage characteristics. Therefore, it is preferable. The viscosity at the time of granulating the raw carbon material can be adjusted by adding an organic solvent or controlling the granulation temperature.
また原料炭素材を造粒する工程においては、原料炭素材を、その他の物質存在下で造粒
してもよく、その他の物質としては、例えばリチウムと合金化可能な金属或いはその酸化
物、鱗片状黒鉛、鱗状黒鉛、磨砕された黒鉛微粉、非晶質炭素、及び生コークス等が挙げ
られる。原料炭素材以外の物質と併せて造粒することで様々なタイプの粒子構造の非水系
二次電池用負極材を製造できる。
Further, in the step of granulating the raw material carbon material, the raw material carbon material may be granulated in the presence of other substances. Examples of other substances include metals that can be alloyed with lithium or oxides thereof, scales, and the like. Examples thereof include flake graphite, scaly graphite, ground graphite fine powder, amorphous carbon, and raw coke. Various types of particle structure negative electrode materials for non-aqueous secondary batteries can be manufactured by granulating together with substances other than the raw carbon material.
また、原料炭素材や造粒剤や上記その他の物質は上記装置内に一度に全量投入してもよ
く、分けて逐次投入してもよく、連続投入してもよい。また、原料炭素材や造粒剤や上記
その他の物質は上記装置内に同時に投入してもよく、混合して投入してもよく、別々に投
入してもよい。原料炭素材と造粒剤と上記その他の物質を同時に混合してもよいし、原料
炭素材と造粒剤を混合したものに上記その他の物質を添加してもよいし、その他の物質と
造粒剤を混合したものに原料炭素材を添加してもよい。粒子設計に併せて、別途適切なタ
イミングで添加・混合することができる。
In addition, the raw material carbon material, the granulating agent, and the other substances may be charged all at once into the apparatus, may be sequentially charged separately, or may be continuously charged. In addition, the raw carbon material, the granulating agent and the other substances may be charged simultaneously into the apparatus, may be mixed and may be charged separately. The raw material carbon material, the granulating agent, and the above-mentioned other substances may be mixed simultaneously, or the above-mentioned other substances may be added to the mixture of the raw carbon material and the granulating agent. A raw material carbon material may be added to a mixture of granules. In addition to the particle design, it can be added and mixed separately at an appropriate timing.
炭素材の球形化処理の際には、球形化処理中に生成する微粉を母材に付着、及び/又は
球形化粒子に内包しながら球形化処理することがより好ましい。球形化処理中に生成する
微粉を母材に付着、及び/又は球形化粒子に内包しながら球形化処理することにより、4
nmから150nmの細孔が十分に大きく、粒子内空隙構造がより緻密化された造粒炭素
材を得ることができる。このため、Liイオンの挿入・脱離サイトとして利用できるエッ
ジの量が増大し、且つ電解液が粒子内空隙へと有効且つ効率的に行き渡り、粒子内のLi
イオン挿入脱離サイトを効率的に利用できるようになるため、良好な低温出力特性やサイ
クル特性を示す傾向がある。また、母材に付着する微粉は球形化処理中に生成したものに
限らず、鱗片状黒鉛粒度調整の際に同時に微粉を含むよう調整してもよいし、別途適切な
タイミングで添加・混合してもよい。
In the spheroidizing treatment of the carbon material, it is more preferable to spheroidize the fine powder generated during the spheroidizing treatment while adhering to the base material and / or enclosing it in the spheroidized particles. By attaching the fine powder generated during the spheroidizing treatment to the base material and / or encapsulating it in the spheroidized particles, the spheroidizing treatment is performed.
It is possible to obtain a granulated carbon material having sufficiently large pores of nm to 150 nm and a finer pore structure within the particle. For this reason, the amount of edges that can be used as Li ion insertion / desorption sites is increased, and the electrolyte is effectively and efficiently distributed to the voids in the particles.
Since ion insertion / desorption sites can be used efficiently, there is a tendency to exhibit good low-temperature output characteristics and cycle characteristics. In addition, the fine powder adhering to the base material is not limited to that generated during the spheronization treatment, and may be adjusted so as to include fine powder at the same time as the scaly graphite particle size adjustment, or added and mixed separately at an appropriate timing. May be.
微粉を母材に付着、及び球形化粒子に内包させるために、鱗片状黒鉛粒子−鱗片状黒鉛
粒子間、鱗片状黒鉛粒子−微粉粒子間、及び微粉粒子−微粉粒子間の付着力を強くするこ
とが好ましい。粒子間の付着力として、具体的には、粒子間介在物を介さないファンデル
ワールス力や静電引力、粒子間介在物を介する物理的及び/又は化学的架橋力等が挙げら
れる。
In order to attach fine powder to the base material and encapsulate it in the spheroidized particles, the adhesion between the flaky graphite particles and the flaky graphite particles, between the flaky graphite particles and the fine powder particles, and between the fine powder particles and the fine powder particles is strengthened. It is preferable. Specific examples of the adhesion force between particles include van der Waals force and electrostatic attraction without intervening inclusions, and physical and / or chemical crosslinking force via interparticle inclusions.
ファンデルワールス力は、平均粒子径(d50)が100μmを境に小さくなるほど[
自重]<[付着力]となる。このため、球形化黒鉛の原料となる鱗片状黒鉛(原料炭素材
)の平均粒子径(d50)が小さいほど粒子間付着力が増し、微粉が母材に付着、及び球
形化粒子に内包された状態となりやすく好ましい。鱗片状黒鉛の平均粒子径(d50)は
、好ましくは1μm以上、より好ましくは2μm以上、更に好ましくは3μm以上で、好
ましくは80μm以下、より好ましくは50μm以下、更に好ましくは35μm以下、特
に好ましくは20μm以下、とりわけ好ましくは10μm以下、最も好ましくは8μm以
下である。
The Van der Waals force decreases as the average particle diameter (d50) decreases with 100 μm as the boundary [
Self-weight] <[Adhesion]. For this reason, the smaller the average particle diameter (d50) of the flaky graphite (raw carbon material) that is the raw material of the spheroidized graphite, the greater the interparticle adhesion force, and the fine powder adheres to the base material and is encapsulated in the spheroidized particles. It is preferable because it tends to be in a state. The average particle diameter (d50) of the flaky graphite is preferably 1 μm or more, more preferably 2 μm or more, further preferably 3 μm or more, preferably 80 μm or less, more preferably 50 μm or less, still more preferably 35 μm or less, particularly preferably. It is 20 μm or less, particularly preferably 10 μm or less, and most preferably 8 μm or less.
粒子間介在物を介する物理的及び/又は化学的架橋力としては、液体性介在物、固体性
介在物、を介する物理的及び/又は化学的架橋力が挙げられる。上記化学的架橋力として
は、粒子と粒子間介在物との間で化学反応、焼結、メカノケミカル効果等により、共有結
合、イオン結合、水素結合等が形成された場合の架橋力が挙げられる。
Examples of the physical and / or chemical cross-linking force through interparticle inclusions include physical and / or chemical cross-linking force through liquid inclusions and solid inclusions. Examples of the chemical cross-linking force include the cross-linking force when a covalent bond, an ionic bond, a hydrogen bond, or the like is formed between a particle and an inclusion between particles due to a chemical reaction, sintering, a mechanochemical effect, or the like. .
(第4工程)造粒剤の一部及び有機溶剤を除去する工程
本発明においては、前記造粒剤の一部及び有機溶剤を除去する工程を有していることが
好ましい。造粒剤の一部及び有機溶剤を除去する方法としては、例えば、溶剤により洗浄
する方法や、熱処理により造粒剤の一部及び有機溶剤を揮発・分解除去する方法が挙げら
れる。
(4th process) The process of removing a part of granulating agent and organic solvent In this invention, it is preferable to have the process of removing a part of said granulating agent and organic solvent. Examples of the method for removing a part of the granulating agent and the organic solvent include a method of washing with a solvent and a method of volatilizing and decomposing and removing a part of the granulating agent and the organic solvent by heat treatment.
このときの熱処理温度は、好ましくは60℃以上、より好ましくは100℃以上、更に
好ましくは200℃以上、特に好ましくは300℃以上、とりわけ好ましくは400℃以
上、最も好ましくは500℃であり、好ましくは1500℃以下、より好ましくは100
0℃以下、更に好ましくは800℃以下である。熱処理温度が上記範囲内にあると、十分
に造粒剤を揮発・分解除去でき生産性を向上できる。
The heat treatment temperature at this time is preferably 60 ° C. or higher, more preferably 100 ° C. or higher, further preferably 200 ° C. or higher, particularly preferably 300 ° C. or higher, particularly preferably 400 ° C. or higher, and most preferably 500 ° C., preferably Is 1500 ° C. or lower, more preferably 100 ° C.
0 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or lower. When the heat treatment temperature is within the above range, the granulating agent can be sufficiently volatilized and decomposed to improve productivity.
熱処理時間は、好ましくは0.5〜48時間、より好ましくは1〜40時間、更に好ま
しくは2〜30時間、特に好ましくは3〜24時間である。熱処理時間が上記範囲内にあ
ると、十分に造粒剤を揮発・分解除去でき生産性を向上できる。
The heat treatment time is preferably 0.5 to 48 hours, more preferably 1 to 40 hours, still more preferably 2 to 30 hours, and particularly preferably 3 to 24 hours. When the heat treatment time is within the above range, the granulating agent can be sufficiently volatilized and decomposed to improve productivity.
熱処理の雰囲気は、大気雰囲気等の活性雰囲気、もしくは、窒素雰囲気やアルゴン雰囲
気等の不活性雰囲気があげられ、200℃〜300℃で熱処理する場合には特段制限はな
いが、300℃以上で熱処理を行う場合には、黒鉛表面の酸化を防止する観点で、窒素雰
囲気やアルゴン雰囲気等の不活性雰囲気が好ましい。
The atmosphere of the heat treatment includes an active atmosphere such as an air atmosphere or an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere and an argon atmosphere. When heat treatment is performed at 200 ° C. to 300 ° C., there is no particular limitation, but the heat treatment is performed at 300 ° C. or more. When performing the above, an inert atmosphere such as a nitrogen atmosphere or an argon atmosphere is preferable from the viewpoint of preventing oxidation of the graphite surface.
(第5工程)造粒炭素材に黒鉛質物を添着する工程
本発明では、造粒炭素材に、黒鉛質物を添着する工程を有する。この工程によれば、表
面の少なくとも一部に黒鉛質物を有する黒鉛が得られるため、これを用いた非水系二次電
池用負極と電解液との副反応が少なく高容量で高温保存特性に優れた非水系二次電池用負
極材を得ることができる。
(5th process) The process of adhering a graphite material to a granulated carbon material In this invention, it has the process of adhering a graphite material to a granulated carbon material. According to this process, since graphite having a graphite material on at least a part of the surface is obtained, there is little side reaction between the negative electrode for a non-aqueous secondary battery using this and the electrolytic solution, and high capacity and excellent high temperature storage characteristics are obtained. In addition, a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery can be obtained.
造粒炭素材への黒鉛質物の添着(複合化)処理は黒鉛質物となる有機化合物と、造粒炭
素材を混合し、非酸化性雰囲気下、好ましくは窒素、アルゴン、二酸化炭素等の流通下に
加熱して、有機化合物を黒鉛質物化させる処理である。黒鉛質物となる具体的な有機化合
物としては、石油系や石炭系の重質油やタールやピッチ、具体的には軟質ないし硬質の種
々のコールタールピッチや石炭液化油等の炭素系重質油、原油の常圧又は減圧蒸留残渣油
等の石油系重質油、ナフサ分解によるエチレン製造の副生物である分解系重質油等種々の
ものを用いることができる。
The addition (combination) of the graphite material to the granulated carbon material involves mixing the organic compound that becomes the graphite material and the granulated carbon material, and in a non-oxidizing atmosphere, preferably under the flow of nitrogen, argon, carbon dioxide, etc. Is a treatment for converting the organic compound into a graphite material. Specific organic compounds that become graphite materials include petroleum-based and coal-based heavy oils, tars and pitches, specifically carbon-based heavy oils such as various soft to hard coal tar pitches and coal liquefied oils. Various oils such as petroleum heavy oil such as crude oil at normal or reduced pressure distillation residue and cracked heavy oil which is a by-product of ethylene production by naphtha cracking can be used.
また、分解系重質油を熱処理することで得られるエチレンタールピッチ、FCCデカン
トオイル、アシュランドピッチ等の熱処理ピッチ等を挙げることができる。さらにポリ塩
化ビニル、ポリビニルアセテート、ポリビニルブチラール、ポリビニルアルコール等のビ
ニル系高分子と3−メチルフェノールホルムアルデヒド樹脂、3,5−ジメチルフェノー
ルホルムアルデヒド樹脂等の置換フェノール樹脂、アセナフチレン、デカシクレン、アン
トラセン等の芳香族炭化水素、フェナジンやアクリジン等の窒素環化合物、チオフェン等
のイオウ環化合物等を挙げることができる。また、固相で炭素化を進行させる有機化合物
としては、セルロース等の天然高分子、ポリ塩化ビニリデンやポリアクリロニトリル等の
鎖状ビニル樹脂、ポリフェニレン等の芳香族系ポリマー;フルフリルアルコール樹脂、フ
ェノール−ホルムアルデヒド樹脂、ポリイミド樹脂等の熱硬化性樹脂;フルフリルアルコ
ールのような熱硬化性樹脂原料等を挙げることができる。これらの中でも、ソフトカーボ
ンである石油系や石炭系の重質油やタールやピッチが好ましい。
Moreover, heat treatment pitches such as ethylene tar pitch, FCC decant oil, and Ashland pitch obtained by heat-treating cracked heavy oil can be exemplified. Furthermore, vinyl polymers such as polyvinyl chloride, polyvinyl acetate, polyvinyl butyral, and polyvinyl alcohol, substituted phenol resins such as 3-methylphenol formaldehyde resin and 3,5-dimethylphenol formaldehyde resin, and aromatics such as acenaphthylene, decacyclene, and anthracene Examples thereof include hydrocarbons, nitrogen ring compounds such as phenazine and acridine, sulfur ring compounds such as thiophene, and the like. Examples of organic compounds that promote carbonization in the solid phase include natural polymers such as cellulose, chain vinyl resins such as polyvinylidene chloride and polyacrylonitrile, aromatic polymers such as polyphenylene; furfuryl alcohol resins, phenol- Examples thereof include thermosetting resins such as formaldehyde resin and polyimide resin; thermosetting resin raw materials such as furfuryl alcohol. Among these, petroleum-based and coal-based heavy oil, tar, and pitch, which are soft carbons, are preferable.
造粒炭素材と黒鉛質物となる有機化合物とを混合する方法として、例えば、原料炭素材
と造粒剤とをミキサーやニーダーを用いて混合する方法や有機化合物を低粘度希釈溶媒(
有機溶剤)に溶解させた造粒剤と原料炭素材を混合した後に該希釈溶媒(有機溶剤)を除
去する方法等が挙げられる。これらの中でも、有機化合物中の黒鉛質物となる成分が多い
ほど微細孔をより効率的に低減できるため、原料炭素材と造粒剤とをミキサーやニーダー
を用いて混合する方法が好ましい。
As a method of mixing the granulated carbon material and the organic compound that becomes the graphite material, for example, a method of mixing the raw carbon material and the granulating agent using a mixer or a kneader, or a low viscosity diluent solvent (
Examples thereof include a method of removing the diluted solvent (organic solvent) after mixing the granulating agent dissolved in the organic solvent) and the raw material carbon material. Among these, since the fine pores can be more efficiently reduced as the amount of the graphite compound in the organic compound increases, a method of mixing the raw carbon material and the granulating agent using a mixer or a kneader is preferable.
また、造粒炭素材と黒鉛質物となる有機化合物とを混合する際の、黒鉛質物となる有機
化合物の粘度は1cP以上1000cP以下であることが好ましく、5cP以上800c
P以下であることがより好ましく、10cP以上600cP以下であることが更に好まし
く、20cP以上500cP以下であることが特に好ましい。粘度が上記範囲内にあると
、造粒炭素材の微細孔に黒鉛質物となる有機化合物が入り込み、焼成・黒鉛化により黒鉛
質物となることによって本微細孔を低減でき、高容量で高温保存特性に優れた負極材を製
造することが可能となるため好ましい。
In addition, when the granulated carbon material and the organic compound that becomes the graphite material are mixed, the viscosity of the organic compound that becomes the graphite material is preferably 1 cP or more and 1000 cP or less, preferably 5 cP or more and 800 cP.
It is more preferably P or less, further preferably 10 cP or more and 600 cP or less, and particularly preferably 20 cP or more and 500 cP or less. When the viscosity is within the above range, the fine pores of the granulated carbon material enter into the fine pores of the granulated carbon material, and the fine pores can be reduced by becoming a graphitic matter by firing and graphitization. It is preferable because a negative electrode material excellent in resistance can be produced.
造粒炭素材と黒鉛質物となる有機化合物とを混合する際の混合温度は、通常有機化合物
の軟化点以上であり、好ましくは軟化点より10℃以上高い温度、より好ましくは軟化点
より20℃以上高い温度、更に好ましくは30℃以上高い温度、特に好ましくは50℃以
上高い温度、通常450℃以下、好ましくは250℃以下で行われる。加熱温度が低すぎ
ると、黒鉛質物前駆体となる有機化合物の粘度が高くなって混合が困難となり被覆形態が
不均一となる虞があり、加熱温度が高すぎると黒鉛質物前駆体となる有機化合物の揮発と
重縮合によって混合系の粘度が高くなって被覆形態が不均一となる恐れがある。
The mixing temperature at the time of mixing the granulated carbon material and the organic compound that becomes the graphite is usually not lower than the softening point of the organic compound, preferably higher than the softening point by 10 ° C., more preferably 20 ° C. higher than the softening point. It is carried out at a higher temperature, more preferably at a temperature of 30 ° C. or higher, particularly preferably at a temperature of 50 ° C. or higher, usually 450 ° C. or lower, preferably 250 ° C. or lower. If the heating temperature is too low, the viscosity of the organic compound that becomes the graphite precursor may become high, making mixing difficult and the coating form non-uniform, and if the heating temperature is too high, the organic compound that becomes the graphite precursor Volatilization and polycondensation may increase the viscosity of the mixed system and make the coating form non-uniform.
加熱温度(焼成温度)は混合物の調製に用いた有機化合物により異なるが、通常は25
00℃以上、好ましくは2600℃以上、より好ましくは2700℃以上に加熱して黒鉛
表面の少なくとも一部に黒鉛質物を添着させる。加熱温度の上限は有機化合物の炭化物が
、混合物中の鱗片状黒鉛の結晶構造と同等の結晶構造に達しない温度であり、加熱温度の
上限は通常は33000℃、好ましくは3200℃、より好ましくは3100℃である。
The heating temperature (firing temperature) varies depending on the organic compound used to prepare the mixture, but is usually 25.
It is heated to 00 ° C. or higher, preferably 2600 ° C. or higher, more preferably 2700 ° C. or higher, to attach the graphite material to at least a part of the graphite surface. The upper limit of the heating temperature is a temperature at which the carbide of the organic compound does not reach a crystal structure equivalent to that of the scaly graphite in the mixture, and the upper limit of the heating temperature is usually 33000 ° C, preferably 3200 ° C, more preferably 3100 ° C.
上述したような処理を行った後、次いで解砕、粉砕及び分級処理を適宜組み合わせて施
すことにより、炭素質物複合炭素材とすることができる。また、形状は任意であるが、平
均粒子径は、通常2〜50μmであり、5〜35μmが好ましく、特に8〜30μmであ
る。
After performing the treatment as described above, the carbonaceous material composite carbon material can be obtained by appropriately combining crushing, pulverization and classification treatment. Although the shape is arbitrary, the average particle size is usually 2 to 50 μm, preferably 5 to 35 μm, particularly 8 to 30 μm.
〔非水系二次電池用負極〕
本発明の非水系二次電池用負極(以下、「本発明の負極」と称する場合がある。)は、
集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを備え、該活物質層が本発明の負極材を含
有するものである。
[Negative electrode for non-aqueous secondary battery]
The negative electrode for a non-aqueous secondary battery of the present invention (hereinafter, may be referred to as “the negative electrode of the present invention”).
A current collector and an active material layer formed on the current collector are provided, and the active material layer contains the negative electrode material of the present invention.
本発明の負極材を用いて負極を作製するには、負極材に結着樹脂を配合したものを水性
又は有機系媒体でスラリーとし、必要によりこれに増粘材を加えて集電体に塗布し、乾燥
すればよい。
In order to produce a negative electrode using the negative electrode material of the present invention, a mixture of a negative electrode material and a binder resin is made into a slurry with an aqueous or organic medium, and if necessary, a thickener is added thereto and applied to a current collector. And then dry.
結着樹脂としては、非水電解液に対して安定で、かつ非水溶性のものを用いるのが好ま
しい。例えば、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム及びエチレン・プロピレンゴ
ム等のゴム状高分子;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポ
リイミド、ポリアクリル酸、及び芳香族ポリアミド等の合成樹脂;スチレン・ブタジエン
・スチレンブロック共重合体やその水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン、スチ
レン共重合体、スチレン・イソプレン及びスチレンブロック共重合体並びにその水素化物
等の熱可塑性エラストマー;シンジオタクチック−1,2−ポリブタジエン、エチレン・
酢酸ビニル共重合体、及びエチレンと炭素数3〜12のα−オレフィンとの共重合体等の
軟質樹脂状高分子;ポリテトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニデンフル
オライド、ポリペンタフルオロプロピレン及びポリヘキサフルオロプロピレン等のフッ素
化高分子等を用いることができる。有機系媒体としては、例えば、N−メチルピロリドン
及びジメチルホルムアミドを用いることができる。
As the binder resin, it is preferable to use a resin that is stable with respect to the non-aqueous electrolyte and water-insoluble. For example, rubbery polymers such as styrene / butadiene rubber, isoprene rubber and ethylene / propylene rubber; synthetic resins such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyimide, polyacrylic acid, and aromatic polyamide; Polymers and hydrogenated products thereof, thermoplastic elastomers such as styrene / ethylene / butadiene, styrene copolymers, styrene / isoprene and styrene block copolymers and hydrides thereof; syndiotactic-1,2-polybutadiene, ethylene /
Soft resinous polymer such as vinyl acetate copolymer and copolymer of ethylene and α-olefin having 3 to 12 carbon atoms; polytetrafluoroethylene / ethylene copolymer, polyvinylidene fluoride, polypentafluoro Fluorinated polymers such as propylene and polyhexafluoropropylene can be used. As the organic medium, for example, N-methylpyrrolidone and dimethylformamide can be used.
結着樹脂は、負極材100重量部に対して通常は0.1重量部以上、好ましくは0.2
重量部以上用いるのが好ましい。結着樹脂の使用量を負極材100重量部に対して0.1
重量部以上とすることで、負極材料相互間や負極材料と集電体との結着力が十分となり、
負極から負極材料が剥離することによる電池容量の減少及びリサイクル特性の悪化を防ぐ
ことができる。
The binder resin is usually 0.1 parts by weight or more, preferably 0.2 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode material.
It is preferable to use at least parts by weight. The amount of binder resin used is 0.1 with respect to 100 parts by weight of the negative electrode material.
By setting the weight part or more, the binding force between the negative electrode materials and between the negative electrode material and the current collector is sufficient,
It is possible to prevent a decrease in battery capacity and deterioration in recycling characteristics due to separation of the negative electrode material from the negative electrode.
また、結着樹脂の使用量は負極材100重量部に対して10重量部以下とするのが好ま
しく、7重量部以下とするのがより好ましい。結着樹脂の使用量を負極材100重量部に
対して10重量部以下とすることにより、負極の容量の減少を防ぎ、かつリチウムイオン
等のアルカリイオンの負極材料への出入が妨げられる等の問題を防ぐことができる。
Further, the amount of the binder resin used is preferably 10 parts by weight or less, more preferably 7 parts by weight or less, with respect to 100 parts by weight of the negative electrode material. By reducing the amount of binder resin used to 10 parts by weight or less with respect to 100 parts by weight of the negative electrode material, it is possible to prevent the capacity of the negative electrode from decreasing and to prevent the entry and exit of alkaline ions such as lithium ions into the negative electrode material. The problem can be prevented.
スラリーに添加する増粘材としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセ
ルロース、ヒドロキシエチルセルロース及びヒドロキシプロピルセルロース等の水溶性セ
ルロース類、ポリビニルアルコール並びにポリエチレングリコール等が挙げられる。これ
らの中でも好ましいのはカルボキシメチルセルロースである。増粘材は負極材料100重
量部に対して、通常0.1〜10重量部、特に0.2〜7重量部となるように用いるのが
好ましい。
Examples of the thickener added to the slurry include water-soluble celluloses such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose and hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, and polyethylene glycol. Among these, carboxymethyl cellulose is preferable. The thickener is preferably used in an amount of usually 0.1 to 10 parts by weight, particularly 0.2 to 7 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the negative electrode material.
負極集電体としては、従来からこの用途に用い得ることが知られている、例えば、銅、
銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン及び炭素等を用いればよい。集電体の形状は通
常はシート状であり、その表面に凹凸をつけたもの、ネット及びパンチングメタル等を用
いることも好ましい。
As a negative electrode current collector, it is conventionally known that it can be used for this purpose, for example, copper,
Copper alloy, stainless steel, nickel, titanium, carbon, or the like may be used. The shape of the current collector is usually a sheet, and it is also preferable to use a surface with irregularities, a net, a punching metal, or the like.
集電体に負極材と結着樹脂のスラリーを塗布・乾燥した後は、加圧して集電体上に形成
された活物質層の密度を大きくして負極活物質層の単位体積当たりの電池容量を大きくす
るのが好ましい。活物質層の密度は1.2〜1.8g/cm3の範囲にあることが好まし
く、1.3〜1.6g/cm3であることがより好ましい。活物質層の密度を上記下限値
以上とすることで、電極の厚みの増大に伴う電池の容量の低下を防ぐことができる。また
、活物質層の密度を上記上限値以下とすることで、電極内の粒子間空隙が減少に伴い空隙
に保持される電解液量が減り、リチウムイオン等のアルカリイオンの移動性が小さくなり
急速充放電性が小さくなるのを防ぐことができる。
After the slurry of the negative electrode material and the binder resin is applied to the current collector and dried, the density of the active material layer formed on the current collector is increased by pressing to increase the battery per unit volume of the negative electrode active material layer. It is preferable to increase the capacity. Density of the active material layer is preferably in the range of 1.2~1.8g / cm 3, more preferably 1.3~1.6g / cm 3. By setting the density of the active material layer to be equal to or higher than the above lower limit value, it is possible to prevent a decrease in battery capacity accompanying an increase in electrode thickness. In addition, by setting the density of the active material layer to be equal to or less than the above upper limit value, the amount of electrolyte solution retained in the voids decreases as the interparticle voids in the electrode decrease, and the mobility of alkali ions such as lithium ions decreases. It is possible to prevent the rapid charge / discharge performance from being reduced.
本発明の負極材を用いて形成した負極活物質層の水銀圧入法による10nm〜1000
00nmの範囲の細孔容量は、0.05mL/gであることが好ましく、0.1ml/g
以上であることがより好ましい。細孔容量を0.05mL/g以上とすることによりリチ
ウムイオン等のアルカリイオンの出入りの面積が大きくなる。
10 nm to 1000 nm of a negative electrode active material layer formed using the negative electrode material of the present invention by a mercury intrusion method.
The pore volume in the range of 00 nm is preferably 0.05 mL / g, 0.1 ml / g
More preferably. By setting the pore volume to 0.05 mL / g or more, the area in and out of alkali ions such as lithium ions is increased.
〔非水系二次電池〕
本発明の非水系二次電池は、正極及び負極、並びに電解質を備える非水系二次電池であ
って、負極として、本発明の負極を用いたものである。特に、本発明の非水系二次電池に
用いる正極及び負極は、通常、Liイオンを吸蔵、放出可能なリチウムイオン二次電池で
あることが好ましい。
[Non-aqueous secondary battery]
The non-aqueous secondary battery of the present invention is a non-aqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and uses the negative electrode of the present invention as the negative electrode. In particular, the positive electrode and the negative electrode used in the non-aqueous secondary battery of the present invention are usually preferably lithium ion secondary batteries capable of inserting and extracting Li ions.
本発明の非水系二次電池は、上記の本発明の負極を用いる以外は、常法に従って製造す
ることができる。特に、本発明の非水系二次電池は、[負極の容量]/[正極の容量]の
値を1.01〜1.5に設計することが好ましく、1.2〜1.4に設計することがより
好ましい。
The non-aqueous secondary battery of the present invention can be produced according to a conventional method except that the negative electrode of the present invention is used. In particular, the non-aqueous secondary battery of the present invention is preferably designed to have a value of [negative electrode capacity] / [positive electrode capacity] of 1.01 to 1.5, and 1.2 to 1.4. It is more preferable.
[正極]
本発明の非水系二次電池の正極の活物質となる正極材としては、例えば、基本組成がL
iCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物、LiNiO2で表されるリチウムニ
ッケル複合酸化物、LiMnO2及びLiMn2O4で表されるリチウムマンガン複合酸
化物等のリチウム遷移金属複合酸化物、二酸化マンガン等の遷移金属酸化物、並びにこれ
らの複合酸化物混合物等を用いればよい。更にはTiS2、FeS2、Nb3S4、Mo
3S4、CoS2、V2O5、CrO3、V3O3、FeO2、GeO2及びLiNi0
.33Mn0.33Co0.33O2、LiFePO4等を用いればよい。
[Positive electrode]
As a positive electrode material that becomes an active material of the positive electrode of the non-aqueous secondary battery of the present invention, for example, the basic composition is L
lithium transition metal composite oxides such as lithium cobalt composite oxide represented by iCoO 2 , lithium nickel composite oxide represented by LiNiO 2 , lithium manganese composite oxide represented by LiMnO 2 and LiMn 2 O 4 , A transition metal oxide such as manganese, a composite oxide mixture thereof, or the like may be used. Furthermore, TiS 2 , FeS 2 , Nb 3 S 4 , Mo
3 S 4 , CoS 2 , V 2 O 5 , CrO 3 , V 3 O 3 , FeO 2 , GeO 2 and LiNi 0
. 33 Mn 0.33 Co 0.33 O 2 , LiFePO 4, or the like may be used.
前記正極材に結着樹脂を配合したものを適当な溶媒でスラリー化して集電体に塗布、乾
燥することにより正極を製造することができる。なお、スラリー中にはアセチレンブラッ
ク、ケッチェンブラック等の導電材を含有させることが好ましい。また、必要に応じて増
粘材を含有させてもよい。なお、結着材及び増粘剤としては、この用途に周知のもの、例
えば負極の製造に用いるものとして例示したものを用いることができる。
A positive electrode can be produced by slurrying a mixture of the positive electrode material and a binder resin with an appropriate solvent, applying the slurry to a current collector, and drying. The slurry preferably contains a conductive material such as acetylene black or ketjen black. Moreover, you may contain a thickener as needed. In addition, as a binder and a thickener, what is well-known for this use, for example, what was illustrated as what is used for manufacture of a negative electrode can be used.
導電材の配合量は正極材100重量部に対し、0.5〜20重量部が好ましく、1〜1
5重量部がより好ましい。また、増粘材の配合量は正極材100重量部に対し、0.2〜
10重量部が好ましく、0.5〜7重量部がより好ましい。更に、正極材100重量部に
対する結着樹脂の配合量は、結着樹脂を水でスラリー化する場合には0.2〜10重量部
が好ましく、0.5〜7重量部がより好ましく、一方、結着樹脂をN−メチルピロリドン
等の結着樹脂を溶解する有機溶媒でスラリー化する場合には0.5〜20重量部が好まし
く、1〜15重量部がより好ましい。
The blending amount of the conductive material is preferably 0.5 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the positive electrode material.
5 parts by weight is more preferred. The blending amount of the thickener is 0.2 to 100 parts by weight of the positive electrode material.
10 parts by weight is preferable, and 0.5 to 7 parts by weight is more preferable. Furthermore, the blending amount of the binder resin with respect to 100 parts by weight of the positive electrode material is preferably 0.2 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 7 parts by weight when the binder resin is slurried with water. When the binder resin is slurried with an organic solvent that dissolves the binder resin such as N-methylpyrrolidone, 0.5 to 20 parts by weight is preferable, and 1 to 15 parts by weight is more preferable.
正極集電体としては、例えば、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニ
オブ及びタンタル等並びにこれらの合金が挙げられる。これらの中でもアルミニウム、チ
タン及びタンタル並びにその合金が好ましく、アルミニウム及びその合金が最も好ましい
。
Examples of the positive electrode current collector include aluminum, titanium, zirconium, hafnium, niobium and tantalum, and alloys thereof. Among these, aluminum, titanium and tantalum and alloys thereof are preferable, and aluminum and alloys thereof are most preferable.
[電解液]
電解液は、従来周知の非水溶媒に種々のリチウム塩を溶解させたものを用いることがで
きる。
[Electrolyte]
As the electrolytic solution, a solution in which various lithium salts are dissolved in a conventionally known non-aqueous solvent can be used.
非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、
プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート及びビニレンカーボネート等の環状カー
ボネート、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジエチルカーボネート
等の鎖状カーボネート、γ−ブチロラクトン等の環状エステル、クラウンエーテル、2−
メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、1,2−ジメチルテトラヒドロフラン
及び1,3−ジオキソラン等の環状エーテル、1,2−ジメトキシエタン等の鎖状エーテ
ル等を用いればよい。通常はこれらの2種以上を混合して用いる。なかでも環状カーボネ
ートと鎖状カーボネート、又はこれに更に他の溶媒を混合して用いることが好ましい。
Examples of the non-aqueous solvent include ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate,
Cyclic carbonates such as propylene carbonate, butylene carbonate and vinylene carbonate, chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate and diethyl carbonate, cyclic esters such as γ-butyrolactone, crown ethers, 2-
Cyclic ethers such as methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, 1,2-dimethyltetrahydrofuran and 1,3-dioxolane, and chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane may be used. Usually, a mixture of two or more of these is used. Of these, it is preferable to use a mixture of a cyclic carbonate and a chain carbonate, or another solvent.
電解液には、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、無水コハク酸、無
水マレイン酸、プロパンスルトン及びジエチルスルホン等の化合物やジフルオロリン酸リ
チウムのようなジフルオロリン酸塩等が添加されていてもよい。更に、ジフェニルエーテ
ル及びシクロヘキシルベンゼン等の過充電防止剤が添加されていてもよい。
Compounds such as vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, succinic anhydride, maleic anhydride, propane sultone and diethyl sulfone, difluorophosphates such as lithium difluorophosphate, and the like may be added to the electrolytic solution. Furthermore, an overcharge inhibitor such as diphenyl ether and cyclohexylbenzene may be added.
非水溶媒に溶解させる電解質としては、例えば、LiClO4、LiPF6、LiBF
4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(CF3CF2SO2)2、
LiN(CF3SO2)(C4F9SO2)及びLiC(CF3SO2)3等が挙げられ
る。電解液中の電解質の濃度は通常0.5〜2mol/Lであり、好ましくは0.6〜1
.5mol/Lである。
Examples of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent include LiClO 4 , LiPF 6 , and LiBF.
4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 ,
LiN (CF 3 SO 2) ( C 4 F 9 SO 2) and LiC (CF 3 SO 2) 3 and the like. The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is usually 0.5 to 2 mol / L, preferably 0.6 to 1
. 5 mol / L.
[セパレータ]
正極と負極との間に介在させるセパレータを用いることが好ましい。このようなセパレ
ータとしては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンの多孔性シートや不織
布を用いることが好ましい。
[Separator]
It is preferable to use a separator interposed between the positive electrode and the negative electrode. As such a separator, it is preferable to use a porous sheet or nonwoven fabric of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.
以下、実施例により本発明の内容を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超え
ない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。なお、以下の実施例における
各種の製造条件や評価結果の値は、本発明の実施態様における上限又は下限の好ましい値
としての意味を持つものであり、好ましい範囲は前記した上限又は下限の値と、下記実施
例の値又は実施例同士の値との組み合わせで規定される範囲であってもよい。
EXAMPLES Hereinafter, the content of the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples unless it exceeds the gist. In addition, the value of various manufacturing conditions and evaluation results in the following examples has a meaning as a preferable value of the upper limit or the lower limit in the embodiment of the present invention, and the preferable range is the above upper limit or lower limit value. A range defined by a combination of values of the following examples or values of the examples may be used.
<電極シートの作製>
実施例又は比較例の負極材を用い、活物質層密度1.50±0.03g/cm3の活物
質層を有する極板を作製する。具体的には、負極材50.00±0.02gに、1質量%
カルボキシメチルセルロースナトリウム塩水溶液を50.00±0.02g(固形分換算
で0.500g)、及び重量平均分子量27万のスチレン・ブタジエンゴム水性ディスパ
ージョン1.00±0.05g(固形分換算で0.5g)を、キーエンス製ハイブリッド
ミキサーで5分間撹拌し、30秒脱泡してスラリーを得る。
<Production of electrode sheet>
An electrode plate having an active material layer with an active material layer density of 1.50 ± 0.03 g / cm 3 is prepared using the negative electrode material of the example or the comparative example. Specifically, the negative electrode material 50.00 ± 0.02 g, 1% by mass
50.00 ± 0.02 g of sodium carboxymethylcellulose aqueous solution (0.500 g in terms of solid content) and 1.00 ± 0.05 g of a styrene / butadiene rubber aqueous dispersion having a weight average molecular weight of 270,000 (0 in terms of solid content) 5 g) is stirred with a KEYENCE hybrid mixer for 5 minutes and degassed for 30 seconds to obtain a slurry.
このスラリーを、集電体である厚さ10μmの銅箔上に、負極材料が9.00±0.3
mg/cm2付着するように、伊藤忠マシニング製小型ダイコーターを用いて幅10cm
に塗布し、直径20cmのローラを用いてロールプレスして、活物質層の密度が1.50
±0.03g/cm3になるよう調整し電極シートを得る。
This slurry was placed on a copper foil having a thickness of 10 μm as a current collector, and the negative electrode material was 9.00 ± 0.3.
Use a small die coater made by ITOCHU machining so that the mg / cm 2 adheres.
And the density of the active material layer is 1.50 by roll pressing using a roller having a diameter of 20 cm.
An electrode sheet is obtained by adjusting to ± 0.03 g / cm 3 .
<非水系二次電池(ラミネート型電池)の作製方法>
上記方法で作製した、負極材料が9.00±0.3mg/cm2付着し、活物質層の密
度が1.50±0.03g/cm3となるように調整した電極シートを4cm×3cmに
切り出し負極とし、NMCからなる正極を同面積で切り出し、負極と正極の間にはセパレ
ータ(多孔性ポリエチレンフィルム製)を置き、組み合わせる。エチレンカーボネートと
エチルメチルカーボネートの混合溶媒(体積比=3:7)に、LiPF6を1.2mol
/L、ビニレンカーボネートを1重量%になるように溶解させた電解液を200μL注液
してラミネート型電池を作製する。
<Production method of non-aqueous secondary battery (laminated battery)>
Produced by the above method, the negative electrode material is 9.00 ± 0.3mg / cm 2 to adhere, 4 cm × 3 cm the adjusted electrode sheet such that the density of the active material layer is 1.50 ± 0.03g / cm 3 A positive electrode made of NMC is cut out in the same area, and a separator (made of a porous polyethylene film) is placed between the negative electrode and the positive electrode and combined. In a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (volume ratio = 3: 7), 1.2 mol of LiPF 6 was added.
/ L, 200 μL of an electrolytic solution in which vinylene carbonate is dissolved to 1% by weight is injected to prepare a laminate type battery.
<低温出力特性>
上記非水電解液二次電池の作製法により作製したラミネート型非水電解液二次電池を用
いて、下記の測定方法で低温出力特性を測定する。
<Low temperature output characteristics>
The low temperature output characteristics are measured by the following measurement method using the laminate type non-aqueous electrolyte secondary battery produced by the method for producing the non-aqueous electrolyte secondary battery.
充放電サイクルを経ていない非水電解液二次電池に対して、25℃で電圧範囲4.1V
〜3.0V、電流値0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電
流値を1Cとする、以下同様)にて3サイクル、電圧範囲4.2V〜3.0V、電流値0
.2Cにて(充電時には4.2Vにて定電圧充電をさらに2.5時間実施)2サイクル、
初期充放電を行う。
A non-aqueous electrolyte secondary battery that has not undergone a charge / discharge cycle, a voltage range of 4.1 V at 25 ° C.
~ 3.0V, current value 0.2C (the rated capacity due to discharge capacity at 1 hour rate is 1C, the current value for discharging in 1 hour is 1C, the same shall apply hereinafter), 3 cycles, voltage range 4.2V-3.0V , Current value 0
. 2 cycles at 2C (at the time of charging, constant voltage charging at 4.2V for another 2.5 hours),
Perform initial charge / discharge.
さらに、SOC50%まで電流値0.2Cで充電を行った後、−30℃の低温環境下で
、1/8C、1/4C、1/2C、1.5C、2Cの各電流値で2秒間定電流放電させ、
各々の条件の放電における2秒後の電池電圧の降下を測定し、それらの測定値から充電上
限電圧を3Vとした際に、2秒間に流すことのできる電流値Iを算出し、3×I(W)と
いう式で計算される値をそれぞれの電池の低温出力特性とする。
Furthermore, after charging at a current value of 0.2 C to SOC 50%, in a low temperature environment of −30 ° C., each current value of 1/8 C, 1/4 C, 1/2 C, 1.5 C, 2 C is 2 seconds. Discharge at constant current,
Measure the drop in battery voltage after 2 seconds in each condition discharge, and calculate the current value I that can flow for 2 seconds when the upper limit of charge voltage is 3 V from those measured values. The value calculated by the formula (W) is defined as the low temperature output characteristic of each battery.
<高温保存特性>
上記非水電解液二次電池の作製法により作製されるラミネート型非水電解液二次電池を
用いて、下記の測定方法で高温保存特性を測定する。
<High temperature storage characteristics>
High temperature storage characteristics are measured by the following measuring method using a laminate type non-aqueous electrolyte secondary battery produced by the method for producing a non-aqueous electrolyte secondary battery.
充放電サイクルを経ていない非水電解液二次電池に対して、25℃で電圧範囲4.1V
〜3.0V、電流値0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電
流値を1Cとする、以下同様)にて3サイクル、電圧範囲4.2V〜3.0V、電流値0
.2Cにて(充電時には4.2Vにて定電圧充電をさらに2.5時間実施)2サイクル、
初期充放電を行う。
A non-aqueous electrolyte secondary battery that has not undergone a charge / discharge cycle, a voltage range of 4.1 V at 25 ° C.
~ 3.0V, current value 0.2C (the rated capacity due to discharge capacity at 1 hour rate is 1C, the current value for discharging in 1 hour is 1C, the same shall apply hereinafter), 3 cycles, voltage range 4.2V-3.0V , Current value 0
. 2 cycles at 2C (at the time of charging, constant voltage charging at 4.2V for another 2.5 hours),
Perform initial charge / discharge.
さらに、SOC80%まで電流値0.2Cで充電を行った後、60℃で2週間保存処理
を行う。その後、電流値0.2Cにて放電を行った後、さらに電流値0.2Cにて充放電
を行い(充電時には4.2Vにて定電圧充電をさらに2.5時間実施)、上記5サイクル
行った後の放電容量(上記、電圧範囲4.1V〜3.0Vにて3サイクル、電圧範囲4.
2V〜3.0V、電流値0.2Cにて2サイクル行った後の放電容量)に対する保存後の
放電容量の比を高温保存特性として%で表す。
Furthermore, after charging at a current value of 0.2 C to SOC 80%, storage processing is performed at 60 ° C. for 2 weeks. Then, after discharging at a current value of 0.2 C, charging and discharging were further performed at a current value of 0.2 C (at the time of charging, constant voltage charging was further performed for 2.5 hours at 4.2 V), and the above five cycles Discharge capacity after being performed (in the voltage range 4.1V to 3.0V, 3 cycles, voltage range 4.
The ratio of the discharge capacity after storage to the discharge capacity after 2 cycles at 2 V to 3.0 V and a current value of 0.2 C is expressed as% as the high temperature storage characteristics.
(実施例1)
d50=100μm、d(002)=3.36Å、(ラマンR値)=0.17である鱗
片状天然黒鉛を粉砕室内部に粉砕羽及び気流式分級機構を有する乾式旋回流式粉砕機にて
循環粉砕し、d50=8.9μm、d(002)=3.36Å、(ラマンR値)=0.2
2、(タップ密度)=0.49g/cm3である天然黒鉛(A1)を得る。得られる天然
黒鉛(A1)100gを造粒剤12gの存在下で、撹拌混合し、造粒剤が均一に添着した
天然黒鉛を得る。得られる造粒剤が均一に添着した天然黒鉛(B1)を奈良機械製作所製
ハイブリダイゼーションシステムNHS−1型へ投入し、ローター周速度85m/秒で1
0分間の機械的作用による球形化処理を行う得られる球形化天然黒鉛(C1)と黒鉛質物
前駆体としてピッチを混合し、不活性ガス中、1000℃で熱処理を施した後、3000
℃で黒鉛化し、焼成物を得る。この焼成物を解砕・分級処理することにより、黒鉛と黒鉛
質物とが複合化した負極材を得る。焼成収率から、得られる負極材において、黒鉛と黒鉛
質物との質量比率(黒鉛:黒鉛質物)は1:0.2であることが確認される。
Example 1
A scaly natural graphite having d50 = 100 μm, d (002) = 3.36 Å, (Raman R value) = 0.17 was crushed in a dry swirl flow crusher having a crushing blade and an airflow classification mechanism inside the crushing chamber. Circulating and grinding, d50 = 8.9 μm, d (002) = 3.36 Å, (Raman R value) = 0.2
2. Natural graphite (A1) having (tap density) = 0.49 g / cm 3 is obtained. 100 g of the obtained natural graphite (A1) is stirred and mixed in the presence of 12 g of the granulating agent to obtain natural graphite with the granulating agent uniformly attached. The obtained natural graphite (B1) uniformly impregnated with the granulating agent is put into a hybridization system NHS-1 type manufactured by Nara Machinery Co., Ltd., and 1 at a rotor peripheral speed of 85 m / sec.
Spherical natural graphite (C1) obtained by spheroidizing by mechanical action for 0 minutes and pitch as a graphite precursor are mixed, heat treated at 1000 ° C. in an inert gas, and then 3000
Graphitizes at 0 ° C. to obtain a fired product. The fired product is crushed and classified to obtain a negative electrode material in which graphite and a graphite material are combined. From the firing yield, it is confirmed that in the obtained negative electrode material, the mass ratio of graphite to graphite (graphite: graphite) is 1: 0.2.
前記測定法にて、得られるサンプルのペレット密度、ラマンR値、d50、BET−S
A、タップ密度、低温出力特性及び高温保存特性を測定する。
The pellet density, Raman R value, d50, BET-S of the sample obtained by the measurement method
Measure A, tap density, low temperature output characteristics and high temperature storage characteristics.
本発明の非水電解液二次電池用負極材、並びにこれを含む非水系二次電池用負極及び非
水系二次電池は、低温出力特性及び高温保存特性に優れるため、車載用途;パワーツール
用途;携帯電話、パソコン等の携帯機器用途等に好適に用いることができる。
The negative electrode material for non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, and the negative electrode for non-aqueous secondary battery and the non-aqueous secondary battery including the same are excellent in low-temperature output characteristics and high-temperature storage characteristics. It can be suitably used for mobile devices such as mobile phones and personal computers.
Claims (11)
cc以下である非水系二次電池用負極材。 It is spheroidized graphite in which a graphite material is compounded, and the pellet density is 1.10 to 1.60 g /
A negative electrode material for a non-aqueous secondary battery that is cc or less.
求項1に記載の非水系二次電池用負極材。
式(1)
[ペレット密度(g/cc)]≦0.0138×[d50(μm)]+1.42 The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the relationship between the pellet density and the volume-based average particle diameter (d50) satisfies the following formula (1).
Formula (1)
[Pellet density (g / cc)] ≦ 0.0138 × [d50 (μm)] + 1.42
二次電池用負極材。 The negative electrode material for nonaqueous secondary batteries according to claim 1 or 2, wherein the volume-based average particle diameter (d50) is 4 to 30 µm.
電池用負極材。 The negative electrode material for nonaqueous secondary batteries according to any one of claims 1 to 3, wherein the Raman R value is 0.25 or less.
至4のいずれか1項に記載の非水系二次電池用負極材。 The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 4, wherein at least a part of the spheroidized graphite is coated with a graphite material.
電池用負極材。 The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the spheroidized graphite includes natural graphite.
、請求項1乃至6のいずれか1項に記載の非水系二次電池用負極材。 7. The non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein [tap density (g / cc)] / [specific surface area (m 2 / g)] is 0.25 to 1.25. Negative electrode material.
載の非水系二次電池用負極材。 The negative electrode material for nonaqueous secondary batteries according to any one of claims 1 to 7, wherein the tap density is 0.80 to 1.50 g / cc.
の非水系二次電池用負極材。 The negative electrode material for a nonaqueous secondary battery according to any one of claims 1 to 8, wherein the specific surface area is 1.00 to 12.0 m 2 / g.
、該活物質層が請求項1乃至9のいずれか1項に記載の非水系二次電池用負極材を含有す
る、非水系二次電池用負極。 A non-aqueous secondary battery negative electrode comprising a current collector and an active material layer formed on the current collector, wherein the active material layer is a non-active material according to any one of claims 1 to 9. A negative electrode for a non-aqueous secondary battery, comprising a negative electrode material for an aqueous secondary battery.
記載の非水系二次電池用負極である、非水系二次電池。 A non-aqueous secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, wherein the negative electrode is the negative electrode for a non-aqueous secondary battery according to claim 10.
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|---|---|---|---|---|
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| WO2024248416A1 (en) * | 2023-06-01 | 2024-12-05 | (주)포스코퓨처엠 | Anode active material for lithium secondary battery, manufacturing method therefor and lithium secondary battery comprising same |
-
2018
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