JPH09161848A - Carbon electrode material for lithium secondary battery, method for producing the same, and lithium secondary battery using the same - Google Patents
Carbon electrode material for lithium secondary battery, method for producing the same, and lithium secondary battery using the sameInfo
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- JPH09161848A JPH09161848A JP7323265A JP32326595A JPH09161848A JP H09161848 A JPH09161848 A JP H09161848A JP 7323265 A JP7323265 A JP 7323265A JP 32326595 A JP32326595 A JP 32326595A JP H09161848 A JPH09161848 A JP H09161848A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
用炭素電極材料、その製造方法およびそれを用いたリチ
ウム二次電池に関する。TECHNICAL FIELD The present invention relates to a carbon electrode material for a lithium secondary battery, a method for producing the same, and a lithium secondary battery using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】電子機器のポータブル化、またその高性
能化によって高エネルギー密度の電池に対するニーズは
ますます高まっている。そのなかにリチウム二次電池が
ある。これはリチウムイオンの担持体として機能する酸
化還元電位の異なる2種類の層間化合物をそれぞれ正負
極材料に用いる。2. Description of the Related Art The need for batteries with high energy density is increasing more and more due to portable electronic devices and higher performance thereof. Among them is a lithium secondary battery. This uses two types of intercalation compounds having different redox potentials, each of which functions as a lithium ion carrier, for the positive and negative electrode materials.
【0003】その負極には、黒鉛もしくは乱層構造を有
する炭素材料が用いられている。その中で特に高い放電
容量とその電位平坦性より黒鉛材料が有望視されてい
る。(特公昭62−23433等) [発明の詳細な説明]For the negative electrode, graphite or a carbon material having a turbostratic structure is used. Among them, graphite materials are regarded as promising because of their particularly high discharge capacity and their potential flatness. (Japanese Patent Publication No. 62-23433, etc.) [Detailed Description of the Invention]
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかし黒鉛は優れた充
放電特性を有しているが、第1サイクルにおいて顕著な
不可逆容量低下が存在する。この原因についてはすべて
明らかではないが、その原因のひとつとしては、黒鉛表
面での溶媒や支持電解質の分解であることが報告されて
いる。この分解反応は、分解生成物が炭素表面に堆積
し、表面から溶媒などへ直接電子が移動できなくなる厚
さまでそれが成長するまで継続する。また、黒鉛の場合
には溶媒分子とリチウムイオンがコインターカレート
し、黒鉛層が剥げ落ちて新しい黒鉛表面が現れ、電解液
と反応する場合があり、そのため大きな不可逆容量低下
が生じる(ジャーナルオブエレクトロケミカルソサイア
ティー、vol.137、2009(1990))。However, although graphite has excellent charge / discharge characteristics, there is a significant reduction in irreversible capacity in the first cycle. Although the cause of this is not entirely clear, one of the causes has been reported to be the decomposition of the solvent or supporting electrolyte on the graphite surface. This decomposition reaction continues until the decomposition products are deposited on the carbon surface and grow to such a thickness that electrons cannot move directly from the surface to the solvent or the like. In the case of graphite, solvent molecules and lithium ions may be co-intercalated, the graphite layer may peel off and a new graphite surface may appear, which may react with the electrolytic solution, resulting in a large loss of irreversible capacity (Journal of Electrochemical Society, vol. 137, 2009 (1990)).
【0005】不可逆容量低下は、それを補償する正極剤
の余分な添加によるエネルギー密度の減少、被膜による
内部抵抗の増大などを引き起こすため、それを軽減する
ことが望ましいが、これまではその軽減のための有効な
手段は見いだされていなかった。The decrease in irreversible capacity causes a decrease in energy density due to an excessive addition of a positive electrode agent for compensating for it, and an increase in internal resistance due to the coating film, so it is desirable to reduce it, but until now, it has been possible to reduce it. No effective means for it was found.
【0006】本発明者は、この問題を解決する一つの方
法として、シランカップリング剤による炭素表面の改質
を見いだし、その結果、炭素表面での分解反応が顕著に
抑制できることを明らかにした(特願平7−19994
0)。The present inventor has found that one method of solving this problem is to modify the carbon surface with a silane coupling agent, and as a result, the decomposition reaction on the carbon surface can be significantly suppressed ( Japanese Patent Application No. 7-19994
0).
【0007】しかし、この際生成する被膜のイオン導電
性は、必ずしも高くなく、放電容量の大きな低下を招く
ことがあることがわかった。However, it has been found that the ionic conductivity of the coating film formed at this time is not necessarily high, which may cause a large decrease in discharge capacity.
【0008】本発明は、こうした実情の下に炭素電極材
料のさらなる表面改質を行い、イオン伝導性、充放電効
率に優れたリチウム二次電池用炭素電極材料、その製造
方法およびそれを用いたリチウム二次電池を提供するこ
とを目的とするものである。Under the above circumstances, the present invention further modifies the surface of the carbon electrode material to obtain a carbon electrode material for a lithium secondary battery, which is excellent in ionic conductivity and charge / discharge efficiency, a method for producing the same, and the same. It is intended to provide a lithium secondary battery.
【0009】[0009]
【課題を解決するための手段】本発明者は上記の課題を
解決すべく、負極用炭素材料の表面改質について鋭意研
究を行った結果、炭素電極材料を非プロトン性有機溶媒
に不溶性で、かつリチウムイオン伝導性の皮膜で被覆す
ることが有効であることを見いだし本発明を完成させ
た。Means for Solving the Problems In order to solve the above problems, the present inventor has conducted diligent research on the surface modification of a carbon material for a negative electrode. As a result, the carbon electrode material is insoluble in an aprotic organic solvent, Moreover, they have found that coating with a lithium ion conductive film is effective and completed the present invention.
【0010】すなわち、本発明は、(1)非プロトン性
有機溶媒に不溶性で、かつリチウムイオン伝導性の皮膜
で被覆したことを特徴とするリチウム二次電池用炭素電
極材料、(2)炭素電極材料上に、少なくとも1種以上
の高分子固体電解質のマトリクスとして機能する化合物
を吸着させ、次いでそれに少なくとも1種以上の架橋性
化合物を反応させて炭素電極材料を皮膜で被覆すること
を特徴とする請求項1記載のリチウム電池用炭素電極材
料の製造方法、および(3)負極として前記(1)記載
の炭素電極材料を用いることを特徴とするリチウム二次
電池に関する。That is, the present invention provides (1) a carbon electrode material for a lithium secondary battery, which is coated with a film that is insoluble in an aprotic organic solvent and has a lithium ion conductivity, and (2) a carbon electrode. It is characterized in that at least one compound that functions as a matrix of a polymer solid electrolyte is adsorbed on the material, and then at least one crosslinkable compound is reacted therewith to coat the carbon electrode material with a film. A method for producing a carbon electrode material for a lithium battery according to claim 1, and (3) a lithium secondary battery using the carbon electrode material according to (1) as a negative electrode.
【0011】本発明の炭素電極材料の皮膜は、非プロト
ン性溶媒に不溶であるから、その溶媒を含む電解質と接
しても炭素電極材料から脱離することなく安定して電極
表面に保持される。そして、この皮膜により炭素電極表
面での前記の分解反応を抑制することができる一方リチ
ウムイオン伝導性は保持されるので、この電極を使用し
たリチウム二次電池の充放電効率を向上することができ
る。Since the film of the carbon electrode material of the present invention is insoluble in an aprotic solvent, it is stably retained on the electrode surface without being detached from the carbon electrode material even when it comes into contact with the electrolyte containing the solvent. . The film can suppress the decomposition reaction on the surface of the carbon electrode while maintaining the lithium ion conductivity, so that the charging / discharging efficiency of the lithium secondary battery using this electrode can be improved. .
【0012】上記皮膜は、非プロトン性溶媒に不溶性で
炭素電極材料上に確実に保持され、かつリチウムイオン
を伝導する作用を有する材質から構成されていればよ
い。しかし、本発明において皮膜材料として好ましいの
は、高分子固体電解質のマトリクスとして機能する化合
物とそれを架橋する化合物との反応物から構成される。
上記高分子固体電解質のマトリクスとして機能する化合
物は、分子内に疎水基を骨格として持ち、かつ、少なく
とも1つの末端が架橋性の官能基を持っているもので、
たとえば下記式で示されるような末端に架橋性基を有す
るポリエーテル、ポリアクリロニトリルが好ましい。The above-mentioned film may be made of a material that is insoluble in an aprotic solvent, is reliably held on the carbon electrode material, and has a function of conducting lithium ions. However, in the present invention, the coating material is preferably composed of a reaction product of a compound that functions as a matrix of the polymer solid electrolyte and a compound that crosslinks the compound.
The compound functioning as a matrix of the above-mentioned solid polymer electrolyte has a hydrophobic group in the molecule as a skeleton, and at least one end has a crosslinkable functional group,
For example, a polyether having a crosslinkable group at the terminal as shown by the following formula and polyacrylonitrile are preferable.
【0013】R1O(EO)mR2、R1O(PO)mR2、
R1O[(EO)m(PO)n]R2、R1O[(EO)
m(TFPO)n]R2、R1O[(TFPO)m(EO)n
(TFPO)m]R2、R3[(OE)mOR2]p、R
3[(OP)nOR2]p、R3[(OE)m(OP)nO
R2]p、R3[(OE)m(OTFPO)nOR2]p、R1
(CH2CH(CN))mR2 [上記式中、R1、R2は水素、炭素数1〜16のアルキ
ル基(ただし、R1、R2が同時にアルキル基ではな
い)、またはアルケニル基、アクリロイル基、メタクリ
ロイル基、エポキシ含有基などポリエーテルなどに架橋
性を付与する官能基、R3は炭素数1〜16の脂肪族炭
化水素残基、Eはエチレン単位、Pはプロピレン単位、
TFPOはトリフルオロプロピレンオキシド単位、m≧
1、n≧1、P=2〜8の整数] 上記R1、R2がアルケニル基の場合には、アリル、クロ
チル、ビニルなどが好ましい。また、アルケニル基はア
ルキル基、ハロゲン、とくにフッ素などで置換されてい
てもよく、たとえば2,2,3,4,4−パーフルオロ
−3−ブテニル、3−パーフルオロオクチル−2−プロ
ペニルなどが好ましい。またR3の脂肪族炭化水素残基
は、多価アルコールの残基であり、好ましいものとして
グリセリン、ペンタエリスリトール、トリメチロールエ
タン、ジペンタエリスリトール、マンニトール、D−ソ
ルビトール、トリペンタエリスリトールなどの炭素水素
残基を挙げることができる。またR3にはアルキル基な
どが置換されていてもよい。R 1 O (EO) m R 2 , R 1 O (PO) m R 2 ,
R 1 O [(EO) m (PO) n ] R 2 , R 1 O [(EO)
m (TFPO) n ] R 2 , R 1 O [(TFPO) m (EO) n
(TFPO) m ] R 2 , R 3 [(OE) m OR 2 ] p , R
3 [(OP) n OR 2 ] p , R 3 [(OE) m (OP) n O
R 2 ] p , R 3 [(OE) m (OTFPO) n OR 2 ] p , R 1
(CH 2 CH (CN)) m R 2 [wherein R 1 and R 2 are hydrogen, an alkyl group having 1 to 16 carbon atoms (wherein R 1 and R 2 are not simultaneously an alkyl group), or an alkenyl Group, an acryloyl group, a methacryloyl group, a functional group that imparts crosslinkability to a polyether such as an epoxy-containing group, R 3 is an aliphatic hydrocarbon residue having 1 to 16 carbon atoms, E is an ethylene unit, P is a propylene unit,
TFPO is a trifluoropropylene oxide unit, m ≧
1, n ≧ 1, P = integer of 2 to 8] When R 1 and R 2 are alkenyl groups, allyl, crotyl, vinyl and the like are preferable. The alkenyl group may be substituted with an alkyl group, halogen, especially fluorine, and examples thereof include 2,2,3,4,4-perfluoro-3-butenyl and 3-perfluorooctyl-2-propenyl. preferable. Further, the aliphatic hydrocarbon residue of R 3 is a residue of a polyhydric alcohol, and preferable examples thereof include carbon hydrogen such as glycerin, pentaerythritol, trimethylolethane, dipentaerythritol, mannitol, D-sorbitol and tripentaerythritol. Residues can be mentioned. Further, R 3 may be substituted with an alkyl group or the like.
【0014】高分子固体電解質のマトリクス化合物とし
て好ましい具体例を挙げると、たとえば、ポリエチレン
グリコール、ポリプロピレングリコール、ポルエチレン
グリコール・ポリプロピレングリコールのコポリマー、
ポリアクリロニトリル等のポリマー、ポリエチレングリ
コールモノセチルエーテル、ポリエチレングリコールモ
ノオレイルエーテル、ポリエチレングリコールモノドデ
シルエーテル、ポリエチレングリコールモノヘキサドデ
シルエーテル、ポリエチレングリコールモノステアリン
酸等の界面活性剤を挙げることができる。Specific preferred examples of the matrix compound for the polymer solid electrolyte include, for example, polyethylene glycol, polypropylene glycol, copolymers of polyethylene glycol / polypropylene glycol,
Examples thereof include polymers such as polyacrylonitrile, and surfactants such as polyethylene glycol monocetyl ether, polyethylene glycol monooleyl ether, polyethylene glycol monododecyl ether, polyethylene glycol monohexadecyl ether, and polyethylene glycol monostearic acid.
【0015】その中で炭素への吸着性からポリプロピレ
ングリコールとポリエチレングリコール・ポリプロピレ
ングリコールのコポリマーが好ましい。ここでポリプロ
ピレングリコールは、ジオール型、トリオール型のどち
らでもよい。またポリエチレングリコール・ポリプロピ
レングリコールのコポリマー中のポリエチレングリコー
ルの比率は50%以下がよい。また両者ともその平均分
子量は、1000以上、より好ましくは2000以上が
望ましい。Among them, a copolymer of polypropylene glycol and polyethylene glycol / polypropylene glycol is preferable because of its adsorptivity to carbon. Here, the polypropylene glycol may be either a diol type or a triol type. The proportion of polyethylene glycol in the polyethylene glycol / polypropylene glycol copolymer is preferably 50% or less. The average molecular weight of both is preferably 1,000 or more, more preferably 2,000 or more.
【0016】また、上記高分子固体電解質のマトリクス
として機能する化合物の持つ官能基と反応して該化合物
を非プロトン性有機溶媒に不溶化する架橋性化合物とし
ては、前記R1、R2の官能基と反応性の官能基、たとえ
ば水酸基、ビニル基、アクリロイル基、メタクリロイル
基、エポキシ基、アミノ基、イソシアネート基、アルコ
キシ基などを有するものを使用できる。The crosslinkable compound which reacts with the functional group of the compound functioning as the matrix of the polymer solid electrolyte to insolubilize the compound in the aprotic organic solvent is the functional group of R 1 and R 2 . Those having a functional group reactive with, for example, a hydroxyl group, a vinyl group, an acryloyl group, a methacryloyl group, an epoxy group, an amino group, an isocyanate group or an alkoxy group can be used.
【0017】このような架橋性化合物として、とくに好
ましいのは下記式で表されるシランカップリング剤であ
る。As such a crosslinkable compound, a silane coupling agent represented by the following formula is particularly preferable.
【0018】R4Si(R5)nX3-n [式中、R4、R5は炭素数1〜16のアミノ基、エポキ
シ基、メルカプト基で置換されていてもよいアルキル
基、ビニル基、ハロゲン、Xは低級アルキルアルコキシ
基などの加水分解性基] 本発明において使用できるシランカップリング剤として
は、メチルトリメトキシシラン、エチルトリメトキシシ
ラン、プロピルトリメトキシシラン、ブチルトリメトキ
シシラン、ヘキシルトリメトキシシラン、デシルトリメ
トキシシラン、ドデシルトリメトキシシラン、ヘキサデ
シルトリメトキシシラン等がある。またメトキシ基の代
わりにエトキシ基を持つもの、ジメチルジメトキシシラ
ン等アルキル基が二つ置換しているものも用いることが
できる。R 4 Si (R 5 ) n X 3-n [wherein R 4 and R 5 are alkyl groups which may be substituted with an amino group having 1 to 16 carbon atoms, an epoxy group or a mercapto group, vinyl Group, halogen, X is a hydrolyzable group such as a lower alkylalkoxy group] Examples of the silane coupling agent usable in the present invention include methyltrimethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, propyltrimethoxysilane, butyltrimethoxysilane and hexyl. Examples include trimethoxysilane, decyltrimethoxysilane, dodecyltrimethoxysilane, and hexadecyltrimethoxysilane. Further, those having an ethoxy group instead of the methoxy group and those having two alkyl groups substituted such as dimethyldimethoxysilane can be used.
【0019】末端にアミノ基を持つものとしては、3−
アミノプロピルメトキシシラン、3−アミノプロピルト
リエトキシシラン、N−3(アミノエチル)3−アミノ
プロピルトリメトキシシラン等がある。Those having an amino group at the terminal include 3-
Examples include aminopropylmethoxysilane, 3-aminopropyltriethoxysilane and N-3 (aminoethyl) 3-aminopropyltrimethoxysilane.
【0020】末端にエポキシ基を有するものとしては、
(3−グリシドキシプロピル)メチルジエトキシシラ
ン、3−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン等が
ある。これらのものを単独もしくは混合して用いること
ができる。As those having an epoxy group at the terminal,
Examples include (3-glycidoxypropyl) methyldiethoxysilane and 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane. These may be used alone or in combination.
【0021】次に、本発明の炭素電極材料の製造方法に
ついて説明する。Next, the method for producing the carbon electrode material of the present invention will be described.
【0022】本発明の炭素電極材料は、リチウム二次電
池の負極として利用されて負極活物質としてのリチウム
を吸蔵するために用いられる。このような炭素電極材料
のための原料炭素材料としては、天然黒鉛、有機樹脂、
および石油、石炭系ピッチ等の炭化、または黒鉛化物を
用いることができる。なかでも放電容量が大きいことか
ら黒鉛化が進んだものが好ましい。具体的には、粉末X
線回折のピークからフランクリン(Franklin)の式(日
本学術振興会第117委員会、炭素36、25(196
3))を用いて求められる黒鉛化度が0.4以上である
ことが好ましい。0.4未満では、充放電時の電位の平
坦性が悪くなることがある。The carbon electrode material of the present invention is used as a negative electrode of a lithium secondary battery and is used to occlude lithium as a negative electrode active material. Raw carbon materials for such carbon electrode materials include natural graphite, organic resins,
Further, carbonization of petroleum, coal-based pitch or the like, or graphitization can be used. Among them, those having advanced graphitization are preferable because they have a large discharge capacity. Specifically, powder X
From the peak of line diffraction, Franklin's formula (Japan Society for the Promotion of Science 117th Committee, Carbon 36, 25 (196
The degree of graphitization obtained using 3)) is preferably 0.4 or more. If it is less than 0.4, the flatness of the potential during charge / discharge may be deteriorated.
【0023】炭素材料の形態としては、特に制限はな
く、上記のものを原料とした粉砕物や繊維化したもの、
またフィルム化したもの等を挙げることができる。The form of the carbon material is not particularly limited, and a pulverized product or a fibrous product obtained by using the above material as a raw material,
Moreover, the thing etc. which were made into a film can be mentioned.
【0024】上記炭素材料は、その表面を非プロトン性
有機溶媒に不溶性で、かつリチウムイオン伝導性の皮膜
で被覆処理される。The surface of the carbon material is insoluble in an aprotic organic solvent and coated with a lithium ion conductive film.
【0025】この処理は、まず、前記の高分子固体電解
質のマトリクスとして機能する化合物を炭素材料表面に
吸着させ、次いでシランカップリング剤などの架橋性化
合物により前記マトリクス化合物を架橋させることによ
って行われる。前段の高分子固体電解質のマトリクスの
吸着は、炭素材料を前記マトリクスの水溶液もしくは有
機溶媒溶液中に0℃〜60℃で浸漬するなどの方法によ
って行うことが好ましい。また、後段の反応は、好まし
くは前段の吸着に引き続きその溶液中にシランカップリ
ング剤などの架橋性化合物を添加し、反応温度0〜15
0℃にて前記マトリクスを架橋させるのが好ましい。ま
た、マトリクスを吸着させた炭素材料を50〜200℃
に加熱し、これに架橋性化合物の溶媒溶液をスプレーす
るなどの方法によって行うこともできる。架橋性化合物
の処理溶液中での濃度は、0.5〜5wt%が好まし
い。This treatment is carried out by first adsorbing the compound functioning as the matrix of the polymer solid electrolyte on the surface of the carbon material, and then by crosslinking the matrix compound with a crosslinking compound such as a silane coupling agent. . The adsorption of the matrix of the polymer solid electrolyte in the first stage is preferably performed by a method of immersing the carbon material in an aqueous solution of the matrix or an organic solvent solution at 0 ° C to 60 ° C. In the latter reaction, preferably, after the adsorption in the first step, a crosslinking compound such as a silane coupling agent is added to the solution, and the reaction temperature is 0 to 15
It is preferred to crosslink the matrix at 0 ° C. In addition, the carbon material having the matrix adsorbed is heated to 50 to 200 ° C.
It can also be carried out by a method such as heating to, and spraying a solvent solution of the crosslinkable compound on this. The concentration of the crosslinkable compound in the treatment solution is preferably 0.5 to 5 wt%.
【0026】このような処理を行った炭素材料表面に
は、固体電解質マトリクスとなるポリマーと架橋性化合
物による皮膜が生成しこれが保護膜として機能するた
め、負極として用いた場合、被膜のイオン伝導性が保た
れたまま、表面での分解反応が抑制され、不可逆な容量
低下が減少するとともに充放電効率が上昇する。On the surface of the carbon material which has been subjected to such treatment, a film of a polymer which becomes a solid electrolyte matrix and a crosslinkable compound is formed and functions as a protective film. Therefore, when used as a negative electrode, the ionic conductivity of the film is increased. While the above is maintained, the decomposition reaction on the surface is suppressed, the irreversible capacity decrease is reduced, and the charge / discharge efficiency is increased.
【0027】なお、炭素材料からなる負極への固体電解
質マトリクスポリマーと架橋性化合物の付着量は、炭素
材料の比表面積により変化するため、一義的に定めるこ
とはできないが、炭素材料の重量を基準として、それぞ
れ通常0.5〜10wt%、好ましくは1.5〜7.5
wt%である。0.5wt%未満では被覆量が少なすぎ
て効果が出ず、10wt%を越えると各炭素粒子間ある
いは集電体との電子移動及び/又はイオン伝導が阻害さ
れ、充放電特性が悪くなるので好ましくない。こうして
得られた炭素電極材料は、リチウム二次電池用負極とし
て好適である。The amount of the solid electrolyte matrix polymer and the crosslinkable compound attached to the negative electrode made of a carbon material cannot be uniquely determined because it changes depending on the specific surface area of the carbon material. Respectively, usually 0.5 to 10 wt%, preferably 1.5 to 7.5.
wt%. If it is less than 0.5% by weight, the coating amount is too small to exert an effect, and if it exceeds 10% by weight, electron transfer and / or ionic conduction between carbon particles or with a current collector is hindered, and charge / discharge characteristics are deteriorated. Not preferable. The carbon electrode material thus obtained is suitable as a negative electrode for a lithium secondary battery.
【0028】本発明のリチウム二次電池は、基本的には
正極、負極および電解質から構成される。The lithium secondary battery of the present invention basically comprises a positive electrode, a negative electrode and an electrolyte.
【0029】負極には、前記、本発明の被覆処理された
炭素電極材料が使用される。For the negative electrode, the coated carbon electrode material of the present invention is used.
【0030】本発明に用いられる正極としては、特に限
定はなく、公知のものを使用できる。例えば、リチウム
化した金属−カルコゲン結合物、特に遷移金属−カルコ
ゲン結合物、金属ハライドなどを挙げることができる。
カルコゲンは周期律表の第6群に属する酸素、硫黄、セ
レン、テルルおよびポロニウムなどである。好ましい遷
移金属としてはコバルト、ニッケル、マンガン、鉄、ク
ロム、チタン、バナジウムおよびモリブデンなどを挙げ
ることができる。中でも化合物としてはLiCoO2、
LiNiO2、LiMnO4、LiCo0.92Sn0.08O2
およびLiCo1-xNixO2などが好ましい。The positive electrode used in the present invention is not particularly limited, and known ones can be used. For example, a lithiated metal-chalcogen bond, particularly a transition metal-chalcogen bond, a metal halide and the like can be mentioned.
Chalcogens include oxygen, sulfur, selenium, tellurium and polonium belonging to the 6th group of the periodic table. Preferred transition metals include cobalt, nickel, manganese, iron, chromium, titanium, vanadium and molybdenum. Among them, the compound is LiCoO 2 ,
LiNiO 2 , LiMnO 4 , LiCo 0.92 Sn 0.08 O 2
And LiCo 1-x Ni x O 2 and the like are preferable.
【0031】本発明に用られる電解質としては、公知の
液体電解質または固体電解質を用いることができる。た
とえば、液体電解質としては、LiClO4、LiP
F6、LiBF4、LiCF3SO3、LiAsF6等のリ
チウム塩を含むエチレンカーボネート、プロピレンカー
ボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネー
ト、メチルエチルカーボネート、ジメトキシエタン、テ
トラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン、γ
−ブチロラクトン等の非プロトン性有機溶媒、もしくは
それらを混合したものを挙げることができる。As the electrolyte used in the present invention, a known liquid electrolyte or solid electrolyte can be used. For example, as the liquid electrolyte, LiClO 4 , LiP
F 6, LiBF 4, LiCF 3 SO 3, ethylene carbonate containing lithium salt LiAsF 6, etc., propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methylethyl carbonate, dimethoxyethane, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, gamma
An aprotic organic solvent such as butyrolactone or a mixture thereof may be mentioned.
【0032】また固体電解質としては、上述のリチウム
塩とポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシド、
ポリアクリロニトリル、またはポリエチレンオキシド鎖
を有するポリエーテルの(メタ)アクリレートの複合体
もしくはそれらに可塑剤として上述の非プロトン性有機
溶媒を添加したもの等が挙げられる。As the solid electrolyte, the above-mentioned lithium salt and polyethylene oxide, polypropylene oxide,
Examples thereof include polyacrylonitrile, a (meth) acrylate complex of a polyether having a polyethylene oxide chain, or those obtained by adding the above-mentioned aprotic organic solvent as a plasticizer.
【0033】このような固体電解質の作製法としては特
に制限はないが、たとえば、(1)高分子化合物、リチ
ウム塩および可塑剤を混合し、加熱して溶融する方法、
(2)適当な混合用有機溶剤に高分子化合物、リチウム
塩および可塑剤を溶解させた後、混合用の有機溶剤を蒸
発させる方法、並びに(3)モノマー、リチウム塩およ
び可塑剤を混合し、それに紫外線、電子線または分子線
などを照射してポリマーを形成させる方法等を挙げるこ
とができる。The method for producing such a solid electrolyte is not particularly limited. For example, (1) a method in which a polymer compound, a lithium salt and a plasticizer are mixed and heated and melted,
(2) A method of dissolving the polymer compound, the lithium salt and the plasticizer in an appropriate organic solvent for mixing, and then evaporating the organic solvent for mixing, and (3) mixing the monomer, the lithium salt and the plasticizer, Examples thereof include a method of irradiating with ultraviolet rays, electron beams or molecular beams to form a polymer.
【0034】[0034]
【発明の実施の形態】以下に本発明を実施例および比較
例によってさらに詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples.
【0035】実施例1 ポリプロピレングリコール(平均分子量4000)25
mgを添加した5mlの水中に人造黒鉛(東洋炭素社製
LX−012J−10)0.5gを加え1晩撹拌する。
これにヘキシルトリメトキシシラン(東レダウコーニン
グ)0.05g、3−アミノプロピルトリエトキシシラ
ン0.05g(信越シリコーン)を溶解させ、さらに一
晩撹拌した、これを瀘過、洗浄し、100℃で2時間放
置し、最後に80℃で真空乾燥した。この時のポリプロ
ピレングリコールの付着量は5wt%、シランカップリ
ング剤の付着量は約4wt%であった。Example 1 Polypropylene glycol (average molecular weight 4000) 25
0.5 g of artificial graphite (LX-012J-10 manufactured by Toyo Tanso Co., Ltd.) is added to 5 ml of water containing mg, and the mixture is stirred overnight.
Hexyltrimethoxysilane (Toray Dow Corning) 0.05g and 3-aminopropyltriethoxysilane 0.05g (Shin-Etsu Silicone) were dissolved in this, and the mixture was further stirred overnight. This was filtered, washed, and at 100 ° C. It was left for 2 hours and finally vacuum dried at 80 ° C. At this time, the amount of polypropylene glycol attached was 5 wt% and the amount of silane coupling agent attached was about 4 wt%.
【0036】調製した粉末200mg、バインダーとし
てポリフッ化ビニリデン8.3mg、溶媒としてN−メ
チルピロリドンを用いて混合した。溶媒を80℃で蒸発
させた後、プレスし所定の大きさに打ち抜き電極を作製
した。200 mg of the prepared powder, 8.3 mg of polyvinylidene fluoride as a binder, and N-methylpyrrolidone as a solvent were mixed. After the solvent was evaporated at 80 ° C., it was pressed and punched into a predetermined size to prepare an electrode.
【0037】この炭素電極を試験極に、対極にリチウム
メタル、電解液に1Mの過塩素酸リチウムを含むプロピ
レンカーボネート/エチレンカーボネート混合溶液を用
いて0−1.5Vの範囲で充放電試験を行った。得られ
た第1サイクルでの充放電効率と放電容量の結果を表1
に示す。Using this carbon electrode as a test electrode, lithium metal as a counter electrode, and a propylene carbonate / ethylene carbonate mixed solution containing 1 M lithium perchlorate as an electrolytic solution, a charge / discharge test was conducted in the range of 0 to 1.5 V. It was Table 1 shows the results of the obtained charge / discharge efficiency and discharge capacity in the first cycle.
Shown in
【0038】実施例2 シランカップリング剤として3−アミノプロピルトリエ
トキシシラン0.1gのみを用いて実施例1と同様に人
造黒鉛粉末の表面改質を行った。Example 2 The artificial graphite powder was surface-modified in the same manner as in Example 1 except that only 0.1 g of 3-aminopropyltriethoxysilane was used as the silane coupling agent.
【0039】調製した炭素粉末を用いて実施例1と同様
の条件で充放電試験を行った。得られた結果を表1に示
す。Using the prepared carbon powder, a charge / discharge test was conducted under the same conditions as in Example 1. Table 1 shows the obtained results.
【0040】実施例3 あらかじめ平均分子量3000、4000のポリプロピ
レングリコールをそれぞれ10、15mgずつ人造黒鉛
に吸着させ、次いでそれにシランカップリング剤として
ヘキシルトリメトキシシラン0.05g、3−アミノプ
ロピルトリエトキシシラン0.05gを反応させ実施例
1と同様に人造黒鉛粉末の表面改質を行った。Example 3 Polypropylene glycol having an average molecular weight of 3000 or 4000 was adsorbed on artificial graphite in an amount of 10 or 15 mg in advance, and then hexyltrimethoxysilane 0.05 g or 3-aminopropyltriethoxysilane 0 was added as a silane coupling agent thereto. The artificial graphite powder was surface-modified in the same manner as in Example 1 by reacting 0.05 g.
【0041】調製した炭素粉末を用いて実施例1と同様
の条件で充放電試験を行った。得られた結果を表1に示
す。A charging / discharging test was conducted under the same conditions as in Example 1 using the prepared carbon powder. Table 1 shows the obtained results.
【0042】実施例4 あらかじめポリエチレングリコール・ポリプロピレング
リコールのコポリマー(平均分子量1750、ポリエチ
レングリコールの比率10%)0.5mlを加え吸着さ
せ、それにヘキシルトリメトキシシラン0.05g、3
−アミノトリエトキシシラン0.05gを反応させ実施
例1と同様に人造黒鉛の表面改質を行った。Example 4 0.5 ml of a polyethylene glycol / polypropylene glycol copolymer (average molecular weight: 1750, polyethylene glycol ratio 10%) was added in advance and adsorbed thereto, and hexyltrimethoxysilane 0.05 g, 3
A surface modification of artificial graphite was carried out in the same manner as in Example 1 by reacting 0.05 g of aminotriethoxysilane.
【0043】調製した炭素粉末を用いて実施例1と同様
の条件で充放電試験を行った。得られた結果を表1に示
す。Using the prepared carbon powder, a charge / discharge test was conducted under the same conditions as in Example 1. Table 1 shows the obtained results.
【0044】比較例 あらかじめポリエーテル化合物を吸着させないで、実施
例1と同様にしてヘキシルトリメトキシシラン0.05
g、3−アミノプロピルトリエトキシシラン0.05g
で処理して得た人造黒鉛粉末を実施例1と同様の条件で
充放電試験を行った。得られた結果を表1に示す。COMPARATIVE EXAMPLE Hexyltrimethoxysilane 0.05 was prepared in the same manner as in Example 1 without adsorbing the polyether compound in advance.
g, 3-aminopropyltriethoxysilane 0.05 g
The artificial graphite powder obtained by treatment in Example 1 was subjected to a charge / discharge test under the same conditions as in Example 1. Table 1 shows the obtained results.
【0045】[0045]
【表1】 [Table 1]
【0046】表1よりあらかじめ固体電解質のマトリク
スとなるポリプロピレングリコールを吸着させ、それに
シランカップリング剤を反応させ表面改質を施した炭素
材料を負極として用いたリチウム2次電池は、固体電解
質のマトリクスとなる化合物を吸着させない場合と比較
して放電容量が増加し、充放電効率も上昇していること
がわかる。As shown in Table 1, a lithium secondary battery using a carbon material, which has been surface-modified by adsorbing polypropylene glycol, which serves as a matrix of a solid electrolyte in advance, and reacting it with a silane coupling agent, has a solid electrolyte matrix. It can be seen that the discharge capacity is increased and the charge / discharge efficiency is also increased as compared with the case where the compound that becomes
【0047】[0047]
【発明の効果】あらかじめ固体電解質のマトリクスとな
る化合物を吸着させ、その後、架橋性化合物を反応させ
表面改質した炭素材料を負極として用いることにより、
第1サイクルでの充放電効率、放電容量に優れたリチウ
ム2次電池を提供することが可能となった。EFFECT OF THE INVENTION By previously adsorbing a compound serving as a matrix of a solid electrolyte and then using a carbon material surface-modified by reacting a crosslinkable compound as a negative electrode,
It has become possible to provide a lithium secondary battery having excellent charge / discharge efficiency and discharge capacity in the first cycle.
Claims (6)
リチウムイオン伝導性の皮膜で被覆したことを特徴とす
るリチウム二次電池用炭素電極材料。1. A carbon electrode material for a lithium secondary battery, which is coated with a film that is insoluble in an aprotic organic solvent and has a lithium ion conductivity.
子固体電解質のマトリクスとして機能する化合物をあら
かじめ炭素電極材料上に吸着させ、それに少なくとも1
種以上の架橋性化合物を反応させることにより形成され
たことを特徴とする請求項1記載のリチウム二次電池用
炭素電極材料。2. The film is prepared by previously adsorbing at least one compound that functions as a matrix of a polymer solid electrolyte onto a carbon electrode material, and at least one compound is adsorbed on the carbon electrode material.
The carbon electrode material for a lithium secondary battery according to claim 1, which is formed by reacting one or more crosslinkable compounds.
機能する化合物が、ポリエーテル化合物である請求項2
記載のリチウム二次電池用炭素電極材料。3. The compound which functions as a matrix of the polymer solid electrolyte is a polyether compound.
A carbon electrode material for a lithium secondary battery as described above.
ある請求項2記載のリチウム二次電池用炭素電極材料。4. The carbon electrode material for a lithium secondary battery according to claim 2, wherein the crosslinkable compound is a silane coupling agent.
の高分子固体電解質のマトリクスとして機能する化合物
を吸着させ、次いでそれに少なくとも1種以上の架橋性
化合物を反応させて炭素電極材料を皮膜で被覆すること
を特徴とする請求項1記載のリチウム電池用炭素電極材
料の製造方法。5. A carbon electrode material is formed into a film by adsorbing at least one or more kinds of compounds functioning as a matrix of a polymer solid electrolyte on the carbon electrode material, and then reacting it with at least one or more kinds of crosslinkable compounds. The method for producing a carbon electrode material for a lithium battery according to claim 1, characterized by coating.
を用いることを特徴とするリチウム二次電池。6. A lithium secondary battery, wherein the carbon electrode material according to claim 1 is used as a negative electrode.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7323265A JPH09161848A (en) | 1995-12-12 | 1995-12-12 | Carbon electrode material for lithium secondary battery, method for producing the same, and lithium secondary battery using the same |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09161848A true JPH09161848A (en) | 1997-06-20 |
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-
1995
- 1995-12-12 JP JP7323265A patent/JPH09161848A/en active Pending
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