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JP6974934B2 - Electrode mixture layer for non-aqueous electrolyte secondary battery, electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents
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Electrode mixture layer for non-aqueous electrolyte secondary battery, electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery Download PDF

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Description

本発明は耐酸化性に優れた炭素材料を用いて形成される非水電解質二次電池用電極合剤層、非水電解質二次電池用電極、及び非水電解質二次電池に関する。 The present invention relates to an electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery, an electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and a non-aqueous electrolyte secondary battery formed by using a carbon material having excellent oxidation resistance.

カーボンナノ材料、特に、平均繊維径が1μm以下である極細炭素繊維は、高結晶性、高導電性、高強度、高弾性率、軽量等の優れた特性を有していることから、高性能複合材料のナノフィラーとして使用されている。その用途は、機械的強度向上を目的とした補強用ナノフィラーに留まらず、炭素材料に備わった高導電性を生かし、各種電池やキャパシタの電極への添加材料、電磁波シールド材、静電防止材用の導電性ナノフィラーとして、或いは樹脂向けの静電塗料に配合するナノフィラーとしての用途が検討されている。また、炭素材料としての化学的安定性、熱的安定性、微細構造の特徴を生かし、フラットディスプレー等の電界電子放出材料としての用途も期待されている。その中でも非水電解質二次電池に添加することによる導電性向上が大きく期待されている。 Carbon nanomaterials, especially ultrafine carbon fibers having an average fiber diameter of 1 μm or less, have excellent properties such as high crystallinity, high conductivity, high strength, high elastic modulus, and light weight, and thus have high performance. It is used as a nanofiller for composite materials. Its applications are not limited to reinforcing nanofillers aimed at improving mechanical strength, but by taking advantage of the high conductivity of carbon materials, it is an additive material for electrodes of various batteries and capacitors, electromagnetic shielding materials, and antistatic materials. It is being studied for use as a conductive nanofiller for a resin or as a nanofiller to be blended in an electrostatic coating material for resins. In addition, it is expected to be used as a field electron emission material such as a flat display by taking advantage of its chemical stability, thermal stability, and fine structure as a carbon material. Among them, it is highly expected that the conductivity will be improved by adding it to a non-aqueous electrolyte secondary battery.

リチウムイオン二次電池に代表される非水電解質二次電池は、更なる高エネルギー密度化が求められており、その一つのアプローチとして電池の高電圧化が考えられている。しかし、高電圧下では電池の構成材料である電解液や導電助剤の耐酸化性の問題から、電池の充放電反応とは異なる副反応が起こってしまう。そのため、エネルギー効率が低下してしまったり、ガス発生による安全性の問題が生じたりしてしまうことが懸念されている。 Non-aqueous electrolyte secondary batteries typified by lithium-ion secondary batteries are required to have a higher energy density, and one approach is to increase the voltage of the battery. However, under high voltage, a side reaction different from the charge / discharge reaction of the battery occurs due to the problem of oxidation resistance of the electrolytic solution and the conductive auxiliary agent which are the constituent materials of the battery. Therefore, there is a concern that energy efficiency may be reduced and safety problems may occur due to gas generation.

特許文献1には、電解液の分解反応を抑制するために添加剤を加えることが提唱されているが、導電助剤の耐酸化性については十分な対策がとられていない。 Patent Document 1 proposes the addition of an additive in order to suppress the decomposition reaction of the electrolytic solution, but sufficient measures have not been taken regarding the oxidation resistance of the conductive auxiliary agent.

特開2008−103330号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-10330

非水電解質二次電池は更なる性能向上のため高電圧化の検討が進められている。しかしながら、従来の炭素材料が導電助剤として用いられた非水電解質二次電池をそのまま高電圧で用いると、電解液の分解や導電助剤と電解液との反応などの副反応を生じてしまい、その結果、エネルギー効率が低下してしまうという問題がある。 For non-aqueous electrolyte secondary batteries, studies are underway to increase the voltage in order to further improve the performance. However, if a non-aqueous electrolyte secondary battery in which a conventional carbon material is used as a conductive auxiliary agent is used as it is at a high voltage, side reactions such as decomposition of the electrolytic solution and reaction between the conductive auxiliary agent and the electrolytic solution occur. As a result, there is a problem that the energy efficiency is lowered.

本発明の目的は、高電圧下において、電解液の分解や導電助剤と電解液との反応などの副反応が生じ難い耐酸化性に優れた炭素材料及び炭素系導電助剤、並びにそれを用いた非水電解質二次電池用電極合剤層、非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池を提供することである。 An object of the present invention is a carbon material and a carbon-based conductive auxiliary agent having excellent oxidation resistance, which are less likely to cause side reactions such as decomposition of an electrolytic solution and a reaction between a conductive auxiliary agent and an electrolytic solution under high voltage, and a carbon-based conductive auxiliary agent. It is an object of the present invention to provide the electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery, the electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery, and the non-aqueous electrolyte secondary battery used.

本発明者らは、上記の従来技術に鑑みて鋭意検討を重ねた結果、導電助剤として所定の電気化学特性を示す炭素材料を用いることにより、高電圧下における副反応を抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。 As a result of diligent studies in view of the above-mentioned prior art, the present inventors have found that by using a carbon material exhibiting predetermined electrochemical properties as a conductive auxiliary agent, side reactions under high voltage can be suppressed. The present invention has been completed.

即ち、上記課題を解決する本発明は以下に記載するものである。 That is, the present invention that solves the above problems is described below.

〔1〕 少なくとも炭素材料を含有する非水電解質二次電池用電極合剤層であって、
該非水電解質二次電池用電極合剤層から成る電極を作用極とし、リチウム金属を対極とし、1mol/L濃度のLiPFを含むエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート混合溶液(体積(25℃)比=3/7)を用いて、2.5〜5V(vs.Li/Li+)の範囲で測定したサイクリックボルタモグラム(CV)において、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.6以下である電気化学反応を示さないことを特徴とする非水電解質二次電池用電極合剤層。
[1] An electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing at least a carbon material.
An ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate mixed solution (volume (25 ° C.) ratio =) containing LiPF 6 having a concentration of 1 mol / L, with the electrode composed of the electrode mixture layer for the non-aqueous electrolyte secondary battery as the working electrode and the lithium metal as the counter electrode. In the cyclic voltammogram (CV) measured in the range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +) using 3/7), the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current is 0.6 or less. An electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery, characterized in that it does not exhibit a certain electrochemical reaction.

〔2〕 前記炭素材料が、該炭素材料50質量部とポリフッ化ビニリデン50質量部とから成る100質量部の非水電解質二次電池用電極合剤層を含む電極を作用極とし、リチウム金属を対極とし、1mol/L濃度のLiPFを含む、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート混合溶液(体積(25℃)比=3/7)を用いて、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲で測定したサイクリックボルタモグラム(CV)において、下記式(1)
IA/IB<0.02 ・・・式(1)
(ここでIAは、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内においてサイクリックボルタモグラム測定を行った際に、酸化電流が極大値をとるときの電流値のうち最大のものをいい、IBは、2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内においてサイクリックボルタモグラム測定を行ったときの5Vでの電流値をいう。)
を満たす炭素材料である〔1〕に記載の非水電解質二次電池用電極合剤層。
[2] The carbon material comprises an electrode containing a 100 part mass portion of an electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery composed of 50 parts by mass of the carbon material and 50 parts by mass of polyvinylidene fluoride, and a lithium metal as a working electrode. Using an ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate mixed solution (volume (25 ° C.) ratio = 3/7) containing LiPF 6 having a concentration of 1 mol / L as a counter electrode, 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). ) In the cyclic voltammogram (CV) measured in the potential range of), the following equation (1)
IA / IB <0.02 ・ ・ ・ Equation (1)
(Here, IA is the largest of the current values when the oxidation current reaches the maximum value when the cyclic voltammogram measurement is performed in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). IB refers to the current value at 5 V when cyclic voltamogram measurement is performed within the potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +).)
The electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to [1], which is a carbon material satisfying the above conditions.

〔3〕 前記電極合剤層に含まれる炭素材料のX線回折法で測定した結晶面間隔(d002)が、0.335〜0.340nmである〔1〕又は〔2〕に記載の非水電解質二次電池用電極合剤層。 [3] The non-water-free material according to [1] or [2], wherein the crystal plane spacing (d002) of the carbon material contained in the electrode mixture layer is 0.335 to 0.340 nm measured by an X-ray diffraction method. Electrode mixture layer for electrolyte secondary batteries.

〔4〕 前記電極合剤層に含まれる炭素材料のX線回折法で測定した結晶子長さ(La)が、30〜500nmである〔1〕乃至〔3〕の何れかに記載の非水電解質二次電池用電極合剤層。 [4] The non-aqueous according to any one of [1] to [3], wherein the crystallite length (La) of the carbon material contained in the electrode mixture layer is 30 to 500 nm measured by an X-ray diffraction method. Electrode mixture layer for electrolyte secondary batteries.

〔5〕 前記電極合剤層に含まれる炭素材料の金属含有量が50ppm以下である〔1〕乃至〔4〕の何れかに記載の非水電解質二次電池用電極合剤層。 [5] The electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [4], wherein the metal content of the carbon material contained in the electrode mixture layer is 50 ppm or less.

〔6〕 前記電極合剤層に含まれる炭素材料の最も小さい次元の平均長さが50〜1000nmである〔1〕乃至〔5〕の何れかに記載の非水電解質二次電池用電極合剤層。 [6] The electrode mixture for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [5], wherein the carbon material contained in the electrode mixture layer has an average length of the smallest dimension of 50 to 1000 nm. layer.

〔7〕 前記電極合剤層に含まれる炭素材料が繊維状炭素であり、その平均実効長(L)と平均繊維径(D)との比(L/D)が30以上である〔1〕乃至〔6〕の何れかに記載の非水電解質二次電池用電極合剤層。 [7] The carbon material contained in the electrode mixture layer is fibrous carbon, and the ratio (L / D) of the average effective length (L) to the average fiber diameter (D) is 30 or more [1]. The electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [6] to [6].

〔8〕 前記繊維状炭素が、平均実効長(L)よりも長い実効長を有する繊維状炭素の含有割合が本数基準で48%以下である〔7〕に記載の非水電解質二次電池用電極合剤層。 [8] The non-aqueous electrolyte secondary battery according to [7], wherein the content ratio of the fibrous carbon having an effective length longer than the average effective length (L) is 48% or less based on the number of the fibrous carbons. Electrode mixture layer.

〔9〕 〔1〕乃至〔8〕の何れかに記載の非水電解質二次電池用電極合剤層を有する非水電解質二次電池用電極。 [9] The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having the electrode mixture layer for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [8].

〔10〕 〔1〕乃至〔8〕の何れかに記載の非水電解質二次電池用電極合剤層を有する非水電解質二次電池。 [10] A non-aqueous electrolyte secondary battery having the electrode mixture layer for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of [1] to [8].

本発明によれば、高電圧下における炭素系導電助剤と電解液との反応を抑制して優れたエネルギー効率を達成できる非水電解質二次電池を得ることができる。 According to the present invention, it is possible to obtain a non-aqueous electrolyte secondary battery capable of suppressing the reaction between the carbon-based conductive auxiliary agent and the electrolytic solution under high voltage and achieving excellent energy efficiency.

図1は、実施例1の電極合剤層を構成する繊維状炭素の実効長分布を示すヒストグラムである。FIG. 1 is a histogram showing the effective length distribution of fibrous carbon constituting the electrode mixture layer of Example 1. 図2は、実施例1の電極を用いて2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 2 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Example 1. 図3は、実施例1の電極を用いて2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 3 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +) using the electrodes of Example 1. 図4は、実施例1における電池の充放電測定結果である。FIG. 4 shows the charge / discharge measurement results of the battery in Example 1. 図5は、実施例2の電極合剤層を構成する繊維状炭素の実効長分布を示すヒストグラムである。FIG. 5 is a histogram showing the effective length distribution of the fibrous carbon constituting the electrode mixture layer of Example 2. 図6は、実施例2の電極を用いて2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 6 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Example 2. 図7は、実施例2の電極を用いて2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 7 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +) using the electrodes of Example 2. 図8は、実施例2における電池の充放電測定結果である。FIG. 8 shows the charge / discharge measurement results of the battery in Example 2. 図9は、参考例1の電極合剤層を構成する繊維状炭素の実効長分布を示すヒストグラムである。FIG. 9 is a histogram showing the effective length distribution of the fibrous carbon constituting the electrode mixture layer of Reference Example 1. 図10は、参考例1の電極を用いて2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 10 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Reference Example 1. 図11は、参考例1の電極を用いて2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 11 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Reference Example 1. 図12は、参考例1における電池の充放電測定結果である。FIG. 12 shows the charge / discharge measurement results of the battery in Reference Example 1. 図13は、参考例2の電極合剤層を構成する繊維状炭素の実効長分布を示すヒストグラムである。FIG. 13 is a histogram showing the effective length distribution of the fibrous carbon constituting the electrode mixture layer of Reference Example 2. 図14は、参考例2の電極を用いて2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 14 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Reference Example 2. 図15は、参考例2の電極を用いて2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 15 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Reference Example 2. 図16は、参考例2における電池の充放電測定結果である。FIG. 16 is a battery charge / discharge measurement result in Reference Example 2. 図17は、参考例3の電極合剤層を構成する繊維状炭素の実効長分布を示すヒストグラムである。FIG. 17 is a histogram showing the effective length distribution of the fibrous carbon constituting the electrode mixture layer of Reference Example 3. 図18は、参考例3の電極を用いて2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 18 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Reference Example 3. 図19は、参考例3の電極を用いて2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 19 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Reference Example 3. 図20は、参考例3における電池の充放電測定結果である。FIG. 20 shows the charge / discharge measurement results of the battery in Reference Example 3. 図21は、比較例2の電極を用いて2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 21 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Comparative Example 2. 図22は、比較例2の電極を用いて2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 22 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Comparative Example 2. 図23は、比較例2における電池の充放電測定結果である。FIG. 23 is a battery charge / discharge measurement result in Comparative Example 2. 図24は、比較例1の電極を用いて2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 24 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Comparative Example 1. 図25は、比較例1の電極を用いて2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したサイクリックボルタモグラム(CV曲線)である。FIG. 25 is a cyclic voltammetry (CV curve) measured in a potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +) using the electrode of Comparative Example 1. 図26は、比較例1における電池の充放電測定結果である。FIG. 26 is a battery charge / discharge measurement result in Comparative Example 1.

以下、本発明について説明する。 Hereinafter, the present invention will be described.

1.非水二次電池用電極合剤層
1−1.非水電解質二次電池用電極合剤層の性状
本発明は、炭素材料を含有する非水電解質二次電池用電極合剤層(以下、単に「電極合剤層」ともいう)である。本発明の電極合剤層は、炭素材料以外の活物質、バインダー、及び他の炭素系導電助剤をさらに含んでいても良い。
1. 1. Electrode mixture layer for non-aqueous secondary batteries 1-1. Properties of Electrode Mixture Layer for Non-Aqueous Electrolyte Secondary Battery The present invention is an electrode mixture layer for non-aqueous electrolyte secondary battery containing a carbon material (hereinafter, also simply referred to as “electrode mixture layer”). The electrode mixture layer of the present invention may further contain an active material other than the carbon material, a binder, and other carbon-based conductive auxiliary agents.

本発明の電極合剤層は、該電極合剤層から成る電極を作用極とし、リチウム金属を対極とし、1mol/L濃度のLiPFを含むエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート混合溶液(体積(25℃)比=3/7)を用いて、2.5〜5V(vs.Li/Li+)の範囲で測定したサイクリックボルタモグラム(CV)において、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.6以下である電気化学反応を示さないことを特徴とする。 The electrode mixture layer of the present invention is an ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate mixed solution (volume (25 ° C.)) containing LiPF 6 having a concentration of 1 mol / L, with the electrode composed of the electrode mixture layer as the working electrode and the lithium metal as the counter electrode. ) Ratio = 3/7), in the cyclic voltamogram (CV) measured in the range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +), the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current is 0. It is characterized in that it does not show an electrochemical reaction of 6 or less.

即ち、本発明の電極合剤層は、2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において不可逆な電気化学反応を示さないことを特徴とする。ここで「不可逆な電気化学反応」とは、該電極合剤層からなる電極を作用極とし、対極をとしてリチウム金属を、溶媒として1mol/L濃度のLiPFを含むエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート混合溶液(3/7体積比)を用い、2.5〜5V(vs.Li/Li+)の範囲で測定した、サイクリックボルタモグラム(CV)において、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.6以下であることをいう。 That is, the electrode mixture layer of the present invention is characterized in that it does not show an irreversible electrochemical reaction in the potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +). Here, the "irreversible electrochemical reaction" is an ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate mixture containing LiPF 6 having a concentration of 1 mol / L as a solvent, a lithium metal as a counter electrode, and an electrode made of the electrode mixture layer as a working electrode. In the cyclic voltamogram (CV) measured in the range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +) using a solution (3/7 volume ratio), the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current is 0. It means that it is 6.6 or less.

本発明の電極合剤層は、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.7以下である電気化学反応を示さないことが好ましく、0.8以下である電気化学反応を示さないことがより好ましく、0.85以下である電気化学反応を示さないことがさらに好ましい。還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.6より大きい不可逆な電気化学反応を示さない電極合剤層とすることで、高電圧下において、電解液の分解や導電助剤と電解液との反応などの副反応が生じ難い非水電解質二次電池を提供することができる。 The electrode mixture layer of the present invention preferably does not show an electrochemical reaction in which the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current is 0.7 or less, and does not show an electrochemical reaction of 0.8 or less. Is more preferable, and it is further preferable not to show an electrochemical reaction of 0.85 or less. The integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current is larger than 0.6. By using an electrode mixture layer that does not show an irreversible electrochemical reaction, the electrolyte can be decomposed and the conductive auxiliary agent and the electrolyte can be decomposed under high voltage. It is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which side reactions such as a reaction with and are unlikely to occur.

本発明の電極合剤層の厚さ(膜厚)は特に制限されないが、50μm以上であることが好ましく、70μm以上であることがより好ましく、90μm以上であることがさらに好ましく、100μm以上であることが特に好ましい。膜厚の上限は特に制限されないが、一般に1000μm未満であり、800μm未満であることが特に好ましい。膜厚が50μm未満であると、任意の容量セルを製造しようとした場合、セパレータや集電体を多量に使用することになり、セル内における電極合剤層の体積占有率が低下する。これは、エネルギー密度の観点から好ましくなく、用途がかなり制限されてしまう。膜厚が1000μm以上であると、電極合剤層にクラックが発生し易く、製造が比較的困難である。また、膜厚が1000μm以上であると、Liイオンの輸送が阻害されやすく、抵抗が上昇し易い。電極合剤層の膜厚の測定方法としては特に限定されないが、例えばマイクロメーターを使用して計測することができる。なお、本発明における電極合剤層の厚さは、後述する集電体の厚さを含まない電極合剤層のみの厚さを意味する。 The thickness (thickness) of the electrode mixture layer of the present invention is not particularly limited, but is preferably 50 μm or more, more preferably 70 μm or more, further preferably 90 μm or more, and further preferably 100 μm or more. Is particularly preferred. The upper limit of the film thickness is not particularly limited, but is generally less than 1000 μm, and particularly preferably less than 800 μm. If the film thickness is less than 50 μm, a large amount of separators and current collectors will be used when trying to manufacture an arbitrary capacity cell, and the volume occupancy of the electrode mixture layer in the cell will decrease. This is unfavorable in terms of energy density and severely limits its use. When the film thickness is 1000 μm or more, cracks are likely to occur in the electrode mixture layer, which is relatively difficult to manufacture. Further, when the film thickness is 1000 μm or more, the transport of Li ions is likely to be hindered and the resistance is likely to increase. The method for measuring the film thickness of the electrode mixture layer is not particularly limited, but the film thickness can be measured using, for example, a micrometer. The thickness of the electrode mixture layer in the present invention means the thickness of only the electrode mixture layer, which does not include the thickness of the current collector described later.

1−2.非水電解質二次電池用電極合剤層に含まれる炭素材料
本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は、該炭素材料50質量部とポリフッ化ビニリデン50質量部とから成る100質量部の非水電解質二次電池用電極合剤層を含む電極を作用極とし、リチウム金属を対極とし、1mol/L濃度のLiPFを含む、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート混合溶液(体積(25℃)比=3/7)を用いて、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲で測定したサイクリックボルタモグラム(CV)において、下記式(1)
IA/IB<0.02 ・・・式(1)
(ここでIAは、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内においてサイクリックボルタモグラム測定を行った際に、酸化電流が極大値をとるときの電流値のうち最大のものをいい、IBは、2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内においてサイクリックボルタモグラム測定を行ったときの5Vでの電流値をいう。)
を満たす炭素材料であることが好ましい。
1-2. Carbon material contained in the electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery The carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention is 100 parts by mass consisting of 50 parts by mass of the carbon material and 50 parts by mass of polyvinylidene fluoride. Ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate mixed solution (volume (25 ° C) ratio) containing LiPF 6 having a concentration of 1 mol / L, with the electrode containing the electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery as the working electrode and the lithium metal as the counter electrode. In a cyclic voltammogram (CV) measured in a potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +) using = 3/7), the following equation (1)
IA / IB <0.02 ・ ・ ・ Equation (1)
(Here, IA is the largest of the current values when the oxidation current reaches the maximum value when the cyclic voltammogram measurement is performed in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). IB refers to the current value at 5 V when cyclic voltamogram measurement is performed within the potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +).)
It is preferable that the carbon material satisfies the above conditions.

即ち、本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において電気化学反応を示さないことが好ましい。ここで、「電気化学反応を示さない」とは、該炭素材料50質量部とポリフッ化ビニリデン(株式会社クレハ製、W#7200)50質量部とからなる100質量部の電極合剤層を含む電極を作用極とし、対極としてリチウム金属を用い、溶媒として1mol/L濃度のLiPFを含むエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート混合溶液(体積(25℃)比=3/7、キシダ化学社製)を用い、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲で測定したサイクリックボルタモグラム(CV)において、実質的なピークを有さないことをいう。ここで、「実質的なピークを有さない」とは、上記式(1)を満たすことをいう。 That is, it is preferable that the carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention does not exhibit an electrochemical reaction within the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). Here, "does not show an electrochemical reaction" includes 100 parts by mass of an electrode mixture layer composed of 50 parts by mass of the carbon material and 50 parts by mass of polyvinylidene fluoride (W # 7200, manufactured by Kureha Co., Ltd.). An ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate mixed solution (volume (25 ° C.) ratio = 3/7, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) containing LiPF 6 having a concentration of 1 mol / L as a solvent is prepared by using an electrode as a working electrode and a lithium metal as a counter electrode. It means that there is no substantial peak in the cyclic voltammogram (CV) measured in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). Here, "having no substantial peak" means satisfying the above equation (1).

2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において電気化学反応を示さない電極合剤層とすることで、高電圧下において、電解液の分解や導電助剤と電解液との反応などの副反応が生じ難い非水電解質二次電池を提供することができる。 By forming an electrode mixture layer that does not show an electrochemical reaction within the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +), the electrolytic solution can be decomposed and the conductive auxiliary agent and the electrolytic solution can be decomposed under high voltage. It is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which side reactions such as a reaction with and are unlikely to occur.

本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は結晶性が高いことが好ましい。すなわち、X線回折法で測定した結晶面間隔(d002)が0.335〜0.340nmであることが好ましく、0.335〜0.339nmであることがより好ましい。0.335〜0.340nmの範囲であることにより、黒鉛結晶性が高く、耐酸化性に優れる。 The carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention preferably has high crystallinity. That is, the crystal plane spacing (d002) measured by the X-ray diffraction method is preferably 0.335 to 0.340 nm, and more preferably 0.335 to 0.339 nm. When the range is in the range of 0.335 to 0.340 nm, the graphite crystallinity is high and the oxidation resistance is excellent.

また、本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は、結晶子長さ(La)が10〜500nmであることが好ましく、30〜500nmであることがより好ましく、50〜500nmであることがさらに好ましく、100〜500nmであることがさらにより好ましく、120〜500nmであることが特に好ましい。10nm未満である場合、炭素材料の耐酸化性は十分でない。一方、結晶子サイズは、X線回折法によって測定を行うが、結晶が大きく発達すると測定誤差が大きくなることから、実質的には500nmが測定の限界である。 Further, the carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention preferably has a crystallite length (La) of 10 to 500 nm, more preferably 30 to 500 nm, and more preferably 50 to 500 nm. It is even more preferably 100 to 500 nm, even more preferably 120 to 500 nm. If it is less than 10 nm, the oxidation resistance of the carbon material is not sufficient. On the other hand, the crystallite size is measured by the X-ray diffraction method, but since the measurement error becomes large when the crystal is greatly developed, the measurement limit is practically 500 nm.

本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は、グラフェン(網平面群)の厚さ(Lc)が1.0〜130nmであることが好ましい。1.0nm未満である場合、炭素材料の導電率が著しく低下してしまうため好ましくない。 The carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention preferably has a graphene (net plane group) thickness (Lc) of 1.0 to 130 nm. If it is less than 1.0 nm, the conductivity of the carbon material is significantly lowered, which is not preferable.

本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は、充填密度が低い状態において高い導電性を有することが好ましい。充填密度が低い状態において高い導電性を有する炭素材料は、より低い添加濃度で導電性を付与することができるからである。具体的には、充填密度0.4g/cmで充填した際の粉体体積抵抗は、1Ω・cm以下であることが好ましく、0.5Ω・cm以下であることがより好ましい。1Ω・cmを超える場合、導電性を向上させるのに要する炭素材料の添加量が多くなり好ましくない。下限値は特に限定されないが、一般的には0.0001Ω・cm程度である。 The carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention preferably has high conductivity in a state where the packing density is low. This is because a carbon material having high conductivity in a state where the packing density is low can impart conductivity at a lower addition concentration. Specifically, the powder volume resistance when packed at a packing density of 0.4 g / cm 3 is preferably 1 Ω · cm or less, and more preferably 0.5 Ω · cm or less. If it exceeds 1 Ω · cm, the amount of carbon material added to improve the conductivity is large, which is not preferable. The lower limit is not particularly limited, but is generally about 0.0001 Ω · cm.

本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は、金属元素の含有率が合計で50ppm以下であることが好ましく、30ppm以下であることがより好ましく、20ppm以下であることがさらに好ましい。金属含有率が50ppmを超える場合、金属の触媒作用により電池を劣化させ易くなる。本発明において、金属元素の含有率とは、Li、Na、Ti、Mn、Fe、Ni及びCoの合計含有率を意味する。特に、Feの含有率は5ppm以下であることが好ましく、3ppm以下であることがより好ましく、1ppm以下であることがさらに好ましい。Feの含有率が5ppmを超える場合、特に電池を劣化させ易くなるため好ましくない。 The carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention preferably has a total content of metal elements of 50 ppm or less, more preferably 30 ppm or less, and even more preferably 20 ppm or less. When the metal content exceeds 50 ppm, the battery is likely to be deteriorated due to the catalytic action of the metal. In the present invention, the content of the metal element means the total content of Li, Na, Ti, Mn, Fe, Ni and Co. In particular, the Fe content is preferably 5 ppm or less, more preferably 3 ppm or less, and even more preferably 1 ppm or less. When the Fe content exceeds 5 ppm, the battery is particularly liable to deteriorate, which is not preferable.

本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は、炭素材料中の水素、窒素、灰分の何れもが0.5質量%以下であることが好ましく、0.3質量%以下であることがより好ましい。炭素材料中の水素、窒素、灰分の何れもが0.5質量%以下である場合、グラファイト層の構造欠陥が一段と抑制され、電池中での副反応を抑制できるため好ましい。 The carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention preferably contains 0.5% by mass or less of hydrogen, nitrogen, and ash in the carbon material, and more preferably 0.3% by mass or less. preferable. When the hydrogen, nitrogen, and ash contents in the carbon material are all 0.5% by mass or less, structural defects of the graphite layer are further suppressed, and side reactions in the battery can be suppressed, which is preferable.

本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は、その最も小さい次元の長さが50〜1000nmであることが好ましく、100〜800nmであることがより好ましく、150〜600nmであることがさらに好ましく、200〜500nmであることが特に好ましい。ここで、「最も小さい次元の長さ」とは、炭素材料が細長い繊維状であればその繊維径をいい、球状であれば直径をいい、扁平であれば短径をいう。 The carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention preferably has a length of the smallest dimension of 50 to 1000 nm, more preferably 100 to 800 nm, and even more preferably 150 to 600 nm. , 200-500 nm is particularly preferred. Here, the "minimum dimension length" means the fiber diameter when the carbon material is elongated and fibrous, the diameter when it is spherical, and the minor diameter when it is flat.

本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は、実質的に炭素から構成されるものであり、例えば、黒鉛、グラフェン、カーボンナノホーン、フラーレン、カーボンブラック、活性炭、炭素繊維を挙げることができる。本発明の炭素材料は、その結晶性が高いことを特徴とする。 The carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention is substantially composed of carbon, and examples thereof include graphite, graphene, carbon nanohorn, fullerene, carbon black, activated carbon, and carbon fiber. The carbon material of the present invention is characterized by its high crystallinity.

本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料は、電極合剤層内に導電性のネットワークを形成する効果が高く、電池出力改善、電池耐久性向上の観点から繊維状炭素であることが好ましい。繊維状炭素としては、例えば、カーボンナノチューブ、カーボンナノリボンなどの気相成長炭素材料も含まれるが、結晶性の高い炭素材料である必要から、PAN系よりもピッチを原料とする炭素繊維が好ましい。 The carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention has a high effect of forming a conductive network in the electrode mixture layer, and is preferably fibrous carbon from the viewpoint of improving battery output and battery durability. .. The fibrous carbon includes, for example, a gas phase growth carbon material such as carbon nanotubes and carbon nanoribbons, but since it is necessary to use a highly crystalline carbon material, carbon fibers made from pitch are preferable to PAN-based carbon fibers.

繊維状炭素の平均繊維径は、50〜900nmであることが好ましい。該上限値は、600nm以下であることが好ましく、500nm以下であることがより好ましく、400nm以下であることがさらに好ましく、300nm以下であることがよりさらに好ましく、250nm以下であることが特に好ましく、200nm以下であることが最も好ましい。該下限値は、50nm以上であることが好ましく、100nm以上であることがより好ましく、150nm以上であることがさらに好ましい。
50nm未満であると、嵩密度が非常に小さくハンドリング性に劣る。また、電極合剤層を構成した際、電極強度が低下する傾向がある。900nm超である場合、電極合剤層内において隙間が生じ易くなり、電極密度を高くすることが困難となる場合がある。
ここで、本発明における繊維径は、電界放射型走査電子顕微鏡によって倍率2,000倍にて撮影した写真図より測定された値を意味する。
The average fiber diameter of the fibrous carbon is preferably 50 to 900 nm. The upper limit is preferably 600 nm or less, more preferably 500 nm or less, further preferably 400 nm or less, further preferably 300 nm or less, and particularly preferably 250 nm or less. Most preferably, it is 200 nm or less. The lower limit is preferably 50 nm or more, more preferably 100 nm or more, and further preferably 150 nm or more.
If it is less than 50 nm, the bulk density is very small and the handleability is poor. Further, when the electrode mixture layer is formed, the electrode strength tends to decrease. If it exceeds 900 nm, gaps are likely to occur in the electrode mixture layer, and it may be difficult to increase the electrode density.
Here, the fiber diameter in the present invention means a value measured from a photographic drawing taken at a magnification of 2,000 times by a field emission scanning electron microscope.

繊維状炭素の実効長及びその平均実効長は、1〜100μmであることが好ましく、1〜50μmであることがより好ましく、5〜20μmであることがさらに好ましい。1μm未満である場合、電極合剤層内の導電性、電極の強度、電解液保液性が低くなるため好ましくない。100μm超の場合、繊維状炭素の分散性が損なわれることから好ましくない。即ち、繊維状炭素が長すぎる場合、繊維状炭素が電極合剤層の面内方向に配向し易くなる。その結果、膜厚方向への導電パスを形成し難くなってしまう。 The effective length of the fibrous carbon and its average effective length are preferably 1 to 100 μm, more preferably 1 to 50 μm, and even more preferably 5 to 20 μm. If it is less than 1 μm, the conductivity in the electrode mixture layer, the strength of the electrode, and the electrolyte liquid retention property are lowered, which is not preferable. If it exceeds 100 μm, the dispersibility of the fibrous carbon is impaired, which is not preferable. That is, if the fibrous carbon is too long, the fibrous carbon tends to be oriented in the in-plane direction of the electrode mixture layer. As a result, it becomes difficult to form a conductive path in the film thickness direction.

繊維状炭素の長さは、実際の繊維長ではなく、実効長によって定義される。なぜなら、繊維状炭素は、電極合剤層内において実際の繊維長で導電に寄与しているとは限らないからである。例えば、電極合剤層内で繊維が折れ曲がったり丸まったりして、実際の繊維長で導電に寄与していない場合がある。本発明において、繊維状炭素の実効長は、単体の繊維状炭素に両端が接する最長の線分の長さとして定義される。換言すれば、単体の繊維状炭素が導電することができる最大の直線距離である。即ち、繊維状炭素が完全な直線構造を有する場合は、実効長は実際の繊維長と略等しい。繊維状炭素が分岐構造を有する場合や丸まっている場合は、その単体の繊維状炭素上にある2点間を結ぶ最大の線分の長さをいう。 The length of fibrous carbon is defined by the effective length, not the actual fiber length. This is because the fibrous carbon does not always contribute to the conductivity at the actual fiber length in the electrode mixture layer. For example, the fibers may be bent or curled in the electrode mixture layer, and the actual fiber length may not contribute to the conductivity. In the present invention, the effective length of fibrous carbon is defined as the length of the longest line segment in contact with a single fibrous carbon at both ends. In other words, it is the maximum linear distance at which elemental fibrous carbon can conduct. That is, when the fibrous carbon has a perfect linear structure, the effective length is substantially equal to the actual fiber length. When the fibrous carbon has a branched structure or is rounded, it means the length of the maximum line segment connecting two points on the single fibrous carbon.

本発明の電極合剤層に含まれる繊維状炭素の平均実効長(L)と平均繊維径(D)との比(L/D)は30以上であることが好ましく、40以上であることがより好ましい。比(L/D)を30以上とすることにより、電極合剤層中において導電パスが効率的に形成され、得られる電池のサイクル特性を高くすることができる。30未満の場合、電極合剤層中において導電パスの形成が不十分になり易く、電極合剤層の膜厚方向の抵抗値が十分に低下しない場合がある。比(L/D)の上限値は特に限定されないが、一般に3000以下であり、500以下であることが好ましく、300以下であることがより好ましい。3000を超える場合、繊維状炭素の分散性が損なわれることから好ましくない。 The ratio (L / D) of the average effective length (L) of the fibrous carbon contained in the electrode mixture layer of the present invention to the average fiber diameter (D) is preferably 30 or more, and preferably 40 or more. More preferred. By setting the ratio (L / D) to 30 or more, the conductive path is efficiently formed in the electrode mixture layer, and the cycle characteristics of the obtained battery can be enhanced. If it is less than 30, the formation of the conductive path in the electrode mixture layer tends to be insufficient, and the resistance value of the electrode mixture layer in the film thickness direction may not be sufficiently lowered. The upper limit of the ratio (L / D) is not particularly limited, but is generally 3000 or less, preferably 500 or less, and more preferably 300 or less. If it exceeds 3000, the dispersibility of the fibrous carbon is impaired, which is not preferable.

本発明の電極合剤層は、繊維状炭素が例えば炭素繊維である場合、平均繊維径が50〜900nmであってアスペクト比が30以上の炭素繊維を複数本含有している(以下、単に「炭素繊維集合体」ともいう)ことが好ましい。この炭素繊維集合体は、平均実効長よりも長い実効長を有する炭素繊維の含有割合が、炭素繊維集合体に対して本数基準で48%以下であることが好ましい。48%以下であることで、平均実効長を大きく上回る実効長を有する長い炭素繊維を含有するため、長距離の電子伝導パスの形成に有利である。実効長が平均実効長よりも長い炭素繊維の含有割合は、45%以下であることがより好ましく、42%以下であることがさらに好ましく、40%以下であることがよりさらに好ましく、35%以下であることが特に好ましく、30%以下であることが特に好ましい。実効長が平均実効長よりも長い炭素繊維の含有割合は、5%以上であることが好ましく、10%以上であることがより好ましい。 When the fibrous carbon is, for example, carbon fiber, the electrode mixture layer of the present invention contains a plurality of carbon fibers having an average fiber diameter of 50 to 900 nm and an aspect ratio of 30 or more (hereinafter, simply ". Also referred to as "carbon fiber aggregate") is preferable. In this carbon fiber aggregate, the content ratio of carbon fibers having an effective length longer than the average effective length is preferably 48% or less based on the number of carbon fiber aggregates. When it is 48% or less, it contains long carbon fibers having an effective length far exceeding the average effective length, which is advantageous for forming a long-distance electron conduction path. The content ratio of carbon fibers having an effective length longer than the average effective length is more preferably 45% or less, further preferably 42% or less, further preferably 40% or less, and 35% or less. Is particularly preferable, and 30% or less is particularly preferable. The content ratio of the carbon fibers having an effective length longer than the average effective length is preferably 5% or more, and more preferably 10% or more.

本発明における炭素繊維集合体は、区間を5μmとして区分した際の炭素繊維の実効長の最頻値が炭素繊維集合体の平均実効長よりも小さいことが好ましい。即ち、炭素繊維の集合体の実効長分布(本数基準)において、最も高いピークトップの実効長が、平均実効長より小さいことが好ましい。また、実効長分布(本数基準)において、ピークトップは1つであることが好ましい。このような分布を有する炭素繊維を用いることにより、実効長の長い炭素繊維によって長距離の導電パスを形成するとともに、実効長の短い炭素繊維によって実効長の長い炭素繊維が面内方向へ配向することを阻害する作用を高くすることができる。その結果、電極合剤層の膜厚方向への導電パスを形成し易くなる。 In the carbon fiber aggregate in the present invention, it is preferable that the mode of the effective length of the carbon fiber when the section is divided into 5 μm is smaller than the average effective length of the carbon fiber aggregate. That is, in the effective length distribution (based on the number of carbon fibers) of the aggregates of carbon fibers, it is preferable that the effective length of the highest peak top is smaller than the average effective length. Further, in the effective length distribution (based on the number of lines), it is preferable that there is only one peak top. By using carbon fibers having such a distribution, long-distance conductive paths are formed by carbon fibers having a long effective length, and carbon fibers having a long effective length are oriented in the in-plane direction by carbon fibers having a short effective length. It is possible to increase the action of inhibiting this. As a result, it becomes easy to form a conductive path in the film thickness direction of the electrode mixture layer.

1−3. 炭素材料の製造方法
本発明の電極合剤層に含まれる炭素材料として好ましい形態である炭素繊維の製造方法について以下に説明する。本発明の電極合剤層に含まれる炭素繊維の製造方法は特に限定されないが、例えば次に記載する(1)〜(4)の工程を経ることにより製造することができる。
(1)熱可塑性樹脂及び炭素前駆体から成る樹脂組成物を溶融状態で成形することにより、炭素前駆体を繊維化して樹脂複合繊維を得る工程、
(2)前記樹脂複合繊維を安定化し、樹脂複合安定化繊維を得る安定化工程、
(3)樹脂複合安定化繊維から前記熱可塑性樹脂を除去して安定化繊維のみを分離する熱可塑性樹脂除去工程、
(4)安定化繊維を不活性雰囲気下で加熱して炭素化乃至黒鉛化して炭素繊維を得る炭化焼成工程。
1-3. Method for Producing Carbon Material A method for producing carbon fiber, which is a preferable form as a carbon material contained in the electrode mixture layer of the present invention, will be described below. The method for producing the carbon fiber contained in the electrode mixture layer of the present invention is not particularly limited, but the carbon fiber can be produced, for example, by going through the steps (1) to (4) described below.
(1) A step of forming a resin composition composed of a thermoplastic resin and a carbon precursor in a molten state to fiberize the carbon precursor to obtain a resin composite fiber.
(2) Stabilization step of stabilizing the resin composite fiber to obtain the resin composite stabilized fiber,
(3) A thermoplastic resin removing step of removing the thermoplastic resin from the resin composite stabilized fiber and separating only the stabilized fiber.
(4) A carbonization firing step of heating stabilized fibers in an inert atmosphere to carbonize or graphitize them to obtain carbon fibers.

<熱可塑性樹脂>
本発明の電極合剤層に含まれる炭素繊維の製造方法で使用する熱可塑性樹脂は、樹脂複合繊維を製造することができるとともに、熱可塑性樹脂除去工程において容易に除去される必要がある。このような熱可塑性樹脂としては、ポリオレフィン、ポリメタクリレート、ポリメチルメタクリレート等のポリアクリレート系ポリマー、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリエステル、ポリアミド、ポリエステルカーボネート、ポリサルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリケトン、ポリ乳酸が例示される。これらの中でも、ポリオレフィンが好ましく用いられる。
<Thermoplastic resin>
The thermoplastic resin used in the method for producing carbon fibers contained in the electrode mixture layer of the present invention can produce resin composite fibers and needs to be easily removed in the thermoplastic resin removing step. Examples of such thermoplastic resins include polyacrylate polymers such as polyolefins, polymethacrylates and polymethylmethacrylates, polystyrenes, polycarbonates, polyarylates, polyesters, polyamides, polyester carbonates, polysulfones, polyimides, polyetherimides, polyketones and polylactic acid. Is exemplified. Among these, polyolefin is preferably used.

ポリオレフィンの具体例としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ−4−メチルペンテン−1、及びこれらを含む共重合体が挙げられる。熱可塑性樹脂除去工程において除去し易いという観点からは、ポリエチレンを用いることが好ましい。ポリエチレンとしては、高圧法低密度ポリエチレン、気相法・溶液法・高圧法直鎖状低密度ポリエチレンなどの低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレンなどの単独重合体又はエチレンとα−オレフィンとの共重合体;エチレン・酢酸ビニル共重合体などのエチレンと他のビニル系単量体との共重合体が挙げられる。 Specific examples of the polyolefin include polyethylene, polypropylene, poly-4-methylpentene-1, and a copolymer containing these. From the viewpoint of easy removal in the thermoplastic resin removing step, it is preferable to use polyethylene. Examples of polyethylene include low-density polyethylene such as high-pressure low-density polyethylene, vapor-phase method / solution method / high-pressure linear low-density polyethylene, medium-density polyethylene, homopolymers such as high-density polyethylene, or ethylene and α-olefin. Polymers: Polyethylenes such as polyethylene / vinyl acetate copolymers and other vinyl-based monomers.

本発明で使用する熱可塑性樹脂は、JIS K 7210(1999年度)に準拠して測定されたメルトマスフローレート(MFR)が0.1〜10g/10minであることが好ましく、0.1〜5g/10minであることがより好ましく、0.1〜3g/10minであることが特に好ましい。MFRが上記範囲であると、熱可塑性樹脂中にメソフェーズピッチを良好にミクロ分散することができる。また、樹脂複合繊維を成形する際に、繊維が引き延ばされることにより、炭素前駆体の分子配向性を制御して得られる炭素繊維の結晶性を向上させるとともに、得られる炭素繊維の繊維径をより小さくすることができる。本発明で使用する熱可塑性樹脂は、炭素前駆体と容易に溶融混練できるという点から、非晶性の場合はガラス転移温度が250℃以下、結晶性の場合は融点が300℃以下であることが好ましい。 The thermoplastic resin used in the present invention preferably has a melt mass flow rate (MFR) of 0.1 to 10 g / 10 min measured in accordance with JIS K 7210 (1999), preferably 0.1 to 5 g / min. It is more preferably 10 min, and particularly preferably 0.1 to 3 g / 10 min. When the MFR is in the above range, the mesophase pitch can be satisfactorily microdispersed in the thermoplastic resin. Further, when the resin composite fiber is formed, the fiber is stretched to control the molecular orientation of the carbon precursor to improve the crystallinity of the obtained carbon fiber and to reduce the fiber diameter of the obtained carbon fiber. It can be made smaller. The thermoplastic resin used in the present invention has a glass transition temperature of 250 ° C. or lower in the case of amorphous and a melting point of 300 ° C. or lower in the case of crystalline from the viewpoint that it can be easily melt-kneaded with the carbon precursor. Is preferable.

<炭素前駆体>
炭素前駆体としてはメソフェーズピッチを用いることが好ましい。以下、炭素前駆体としてメソフェーズピッチを用いる場合について説明する。メソフェーズピッチとは溶融状態において光学的異方性相(液晶相)を形成しうるピッチである。本発明で使用するメソフェーズピッチとしては、石炭や石油の蒸留残渣を原料とするものや、ナフタレン等の芳香族炭化水素を原料とするものが挙げられる。例えば、石炭由来のメソフェーズピッチは、コールタールピッチの水素添加・熱処理を主体とする処理、水素添加・熱処理・溶剤抽出を主体とする処理等により得られる。
<Carbon precursor>
It is preferable to use a mesophase pitch as the carbon precursor. Hereinafter, a case where a mesophase pitch is used as the carbon precursor will be described. The mesophase pitch is a pitch that can form an optically anisotropic phase (liquid crystal phase) in a molten state. Examples of the mesophase pitch used in the present invention include those using a distillation residue of coal or petroleum as a raw material and those using an aromatic hydrocarbon such as naphthalene as a raw material. For example, the coal-derived mesophase pitch can be obtained by a treatment mainly for hydrogenation / heat treatment of coal tar pitch, a treatment mainly for hydrogenation / heat treatment / solvent extraction, or the like.

メソフェーズピッチの光学的異方性含有量(メソフェーズ率)は、80%以上であることが好ましく、90%以上であることがより好ましい。 The optically anisotropic content (mesophase ratio) of the mesophase pitch is preferably 80% or more, and more preferably 90% or more.

また、上記メソフェーズピッチは、軟化点が100〜400℃であることが好ましく、150〜350℃であることがより好ましい。 The mesophase pitch preferably has a softening point of 100 to 400 ° C, more preferably 150 to 350 ° C.

<樹脂組成物>
本発明の電極合剤層に含まれる炭素繊維の製造方法において用いられる、熱可塑性樹脂とメソフェーズピッチとから成る樹脂組成物(以下、メソフェーズピッチ組成物ともいう)は、熱可塑性樹脂と、該熱可塑性樹脂100質量部に対して1〜150質量部のメソフェーズピッチとを含んで成ることが好ましい。メソフェーズピッチの含有量は5〜100質量部であることがより好ましい。メソフェーズピッチの含有量が150質量部を超えると所望の分散径を有する樹脂複合繊維が得られず、1質量部未満であると目的とする炭素繊維を安価に製造することができない等の問題が生じるため好ましくない。
<Resin composition>
The resin composition composed of a thermoplastic resin and a mesophase pitch (hereinafter, also referred to as a mesophase pitch composition) used in the method for producing carbon fibers contained in the electrode mixture layer of the present invention is a thermoplastic resin and the heat thereof. It is preferable that the plastic resin contains 1 to 150 parts by mass of a mesophase pitch with respect to 100 parts by mass of the plastic resin. The content of the mesophase pitch is more preferably 5 to 100 parts by mass. If the content of the mesophase pitch exceeds 150 parts by mass, a resin composite fiber having a desired dispersion diameter cannot be obtained, and if it is less than 1 part by mass, the target carbon fiber cannot be produced at low cost. It is not preferable because it occurs.

繊維径が900nm以下である炭素繊維を製造するためには、熱可塑性樹脂中におけるメソフェーズピッチの分散径を0.01〜50μmとすることが好ましく、0.01〜30μmとすることがより好ましい。熱可塑性樹脂中におけるメソフェーズピッチの分散径が0.01〜50μmの範囲を逸脱すると、所望の炭素繊維を製造することが困難となることがある。なお、メソフェーズピッチ組成物中において、メソフェーズピッチは球状又は楕円状の島相を形成するが、本発明における分散径とは、島相が球状の場合はその直径を意味し、楕円状の場合はその長軸径を意味する。 In order to produce carbon fibers having a fiber diameter of 900 nm or less, the dispersion diameter of the mesophase pitch in the thermoplastic resin is preferably 0.01 to 50 μm, more preferably 0.01 to 30 μm. If the dispersion diameter of the mesophase pitch in the thermoplastic resin deviates from the range of 0.01 to 50 μm, it may be difficult to produce the desired carbon fiber. In the mesophase pitch composition, the mesophase pitch forms a spherical or elliptical island phase, but the dispersion diameter in the present invention means the diameter when the island phase is spherical, and when the island phase is elliptical, it means the diameter. It means the major axis diameter.

上記0.01〜50μmの分散径は、メソフェーズピッチ組成物を300℃で3分間保持した後においても上記範囲内を維持していることが好ましく、300℃で5分間保持した後においても維持していることがより好ましく、300℃で10分間保持した後においても維持していることが特に好ましい。一般に、メソフェーズピッチ組成物を溶融状態で保持しておくと、メソフェーズピッチ組成物中においてメソフェーズピッチが時間と共に凝集する。メソフェーズピッチが凝集してその分散径が50μmを超えると、所望の炭素繊維を製造することが困難となることがある。メソフェーズピッチ組成物中におけるメソフェーズピッチの凝集速度は、使用する熱可塑性樹脂及びメソフェーズピッチの種類により変動する。 The dispersion diameter of 0.01 to 50 μm is preferably maintained within the above range even after the mesophase pitch composition is held at 300 ° C. for 3 minutes, and is maintained even after being held at 300 ° C. for 5 minutes. It is more preferable that the product is maintained at 300 ° C. for 10 minutes, and it is particularly preferable that the product is maintained at 300 ° C. for 10 minutes. In general, when the mesophase pitch composition is kept in a molten state, the mesophase pitch is aggregated over time in the mesophase pitch composition. If the mesophase pitch is aggregated and the dispersion diameter exceeds 50 μm, it may be difficult to produce the desired carbon fiber. The aggregation rate of the mesophase pitch in the mesophase pitch composition varies depending on the thermoplastic resin used and the type of mesophase pitch.

メソフェーズピッチ組成物は、熱可塑性樹脂とメソフェーズピッチとを溶融状態において混練することにより製造することができる。熱可塑性樹脂とメソフェーズピッチとの溶融混練は公知の装置を用いて行うことができる。例えば、一軸式混練機、二軸式混練機、ミキシングロール、バンバリーミキサーからなる群より選ばれる1種類以上を用いることができる。これらの中でも、熱可塑性樹脂中にメソフェーズピッチを良好にミクロ分散させるという目的から、二軸式混練機を用いることが好ましく、特に各軸が同方向に回転する二軸式混練機を用いることが好ましい。 The mesophase pitch composition can be produced by kneading the thermoplastic resin and the mesophase pitch in a molten state. The melt-kneading of the thermoplastic resin and the mesophase pitch can be performed using a known device. For example, one or more types selected from the group consisting of a uniaxial kneader, a biaxial kneader, a mixing roll, and a Banbury mixer can be used. Among these, it is preferable to use a biaxial kneader for the purpose of satisfactorily microdispersing the mesophase pitch in the thermoplastic resin, and in particular, it is preferable to use a biaxial kneader in which each axis rotates in the same direction. preferable.

混練温度としては、熱可塑性樹脂とメソフェーズピッチとが溶融状態であれば特に制限されないが、100〜400℃であることが好ましく、150〜350℃であることが好ましい。混練温度が100℃未満であると、メソフェーズピッチが溶融状態にならず、熱可塑性樹脂中にミクロ分散させることが困難であるため好ましくない。一方、400℃を超える場合、熱可塑性樹脂及びメソフェーズピッチの分解が進行するため好ましくない。また、溶融混練の時間としては、0.5〜20分間であることが好ましく、1〜15分間であることがより好ましい。溶融混練の時間が0.5分間未満の場合、メソフェーズピッチのミクロ分散が困難であるため好ましくない。一方、20分間を超える場合、炭素繊維の生産性が著しく低下するため好ましくない。 The kneading temperature is not particularly limited as long as the thermoplastic resin and the mesophase pitch are in a molten state, but is preferably 100 to 400 ° C, preferably 150 to 350 ° C. If the kneading temperature is less than 100 ° C., the mesophase pitch does not become a molten state and it is difficult to microdisperse it in the thermoplastic resin, which is not preferable. On the other hand, if the temperature exceeds 400 ° C., the decomposition of the thermoplastic resin and the mesophase pitch proceeds, which is not preferable. The melt-kneading time is preferably 0.5 to 20 minutes, more preferably 1 to 15 minutes. If the melt-kneading time is less than 0.5 minutes, microdispersion of the mesophase pitch is difficult, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 20 minutes, the productivity of carbon fibers is significantly reduced, which is not preferable.

溶融混練は、酸素ガス含有量が10体積%未満の不活性雰囲気下で行うことが好ましく、酸素ガス含有量が5体積%未満の不活性雰囲気下で行うことがより好ましく、酸素ガス含有量が1%体積未満の不活性雰囲気下で行うことが特に好ましい。本発明で使用するメソフェーズピッチは、溶融混練時に酸素と反応することにより変性してしまい、熱可塑性樹脂中へのミクロ分散を阻害することがある。このため、酸素とメソフェーズピッチとの反応を抑制するために不活性雰囲気下で溶融混練を行うことが好ましい。 The melt-kneading is preferably carried out in an inert atmosphere having an oxygen gas content of less than 10% by volume, more preferably in an inert atmosphere having an oxygen gas content of less than 5% by volume, and having an oxygen gas content of less than 5% by volume. It is particularly preferred to carry out under an inert atmosphere of less than 1% volume. The mesophase pitch used in the present invention is denatured by reacting with oxygen during melt-kneading, and may hinder microdispersion in the thermoplastic resin. Therefore, it is preferable to perform melt kneading in an inert atmosphere in order to suppress the reaction between oxygen and the mesophase pitch.

<樹脂複合繊維>
上記のメソフェーズピッチ組成物から樹脂複合繊維を製造する方法としては、所望の炭素繊維が作製できれば限定されないが、メソフェーズピッチ組成物を紡糸口金より溶融紡糸する方法、メソフェーズピッチ組成物を矩形口金より溶融製膜する方法を例示することができる。
<Resin composite fiber>
The method for producing the resin composite fiber from the above-mentioned mesophase pitch composition is not limited as long as a desired carbon fiber can be produced, but a method for melt-spinning the mesophase pitch composition from a spinneret and a method for melting the mesophase pitch composition from a rectangular mouthpiece. A method of forming a film can be exemplified.

本発明の電極合剤層に使用する炭素繊維を得るためには、樹脂複合繊維を得る段階において、樹脂複合繊維に含まれるメソフェーズピッチの分子配向性を高める配向制御操作が行われる。配向制御操作は、口金を用いて溶融状態のメソフェーズピッチを変形させることにより行われる。このような配向制御操作としては、溶融状態のメソフェーズピッチにせん断によるひずみを加える方法や伸長によるひずみを加える方法を例示することができる。特に、伸長によるひずみを加える方法は、流動変形の効果が大きい。 In order to obtain the carbon fiber used for the electrode mixture layer of the present invention, an orientation control operation for increasing the molecular orientation of the mesophase pitch contained in the resin composite fiber is performed at the stage of obtaining the resin composite fiber. The orientation control operation is performed by deforming the mesophase pitch in the molten state using a base. As such an orientation control operation, a method of applying strain due to shearing to the mesophase pitch in a molten state and a method of applying strain due to elongation can be exemplified. In particular, the method of applying strain due to elongation has a large effect of flow deformation.

せん断によるひずみを加える方法としては、メソフェーズピッチが溶融した状態において、該溶融状態のメソフェーズピッチ組成物の線速度を口金流路内において大きくする方法が挙げられる。これにより、溶融状態のメソフェーズピッチ組成物が口金流路内を通過する際の通過速度を高くすることにより、せん断によるひずみを加える方法が挙げられる。 Examples of the method of applying strain due to shearing include a method of increasing the linear velocity of the mesophase pitch composition in the melted state in the base flow path in the state where the mesophase pitch is melted. As a result, there is a method of applying strain due to shearing by increasing the passing speed when the mesophase pitch composition in a molten state passes through the mouthpiece flow path.

伸長によるひずみを加える方法としては、メソフェーズピッチが溶融した状態において、口金を用いて溶融状態のメソフェーズピッチ組成物の線速度を吐出側に向けて漸増する方法が挙げられる。具体的には、口金流路に絞り部を形成して、流路の断面積を吐出側に向けて漸減させる方法(口金内部での変形)や、メソフェーズピッチ組成物を口金からキャスト面に吐出して吐出線速度よりも大きな線速度で引き取る方法(口金外部での変形)などが挙げられる。口金内部での変形の場合、変形により分子配向性が高められたメソフェーズピッチは、その後の溶融状態下での熱緩和によって配向性が低下する。一方、口金外部での変形の場合、変形により分子配向性が高められたメソフェーズピッチは、その後の冷却により流動性が低下してメソフェーズピッチの配向性が保たれる。そのため、配向制御操作としては、口金外部において伸長によるひずみを加える方法がよい。 As a method of applying strain due to elongation, a method of gradually increasing the linear velocity of the melted mesophase pitch composition toward the discharge side by using a mouthpiece in a state where the mesophase pitch is melted can be mentioned. Specifically, a method of forming a throttle portion in the mouthpiece flow path and gradually reducing the cross-sectional area of the flow path toward the discharge side (deformation inside the mouthpiece) or discharging the mesophase pitch composition from the mouthpiece to the cast surface. Then, a method of picking up at a line speed higher than the discharge line speed (deformation outside the base) can be mentioned. In the case of deformation inside the mouthpiece, the mesophase pitch whose molecular orientation is enhanced by the deformation is subsequently reduced in orientation by thermal relaxation under the molten state. On the other hand, in the case of deformation outside the base, the mesophase pitch whose molecular orientation is enhanced by the deformation is reduced in fluidity by subsequent cooling, and the orientation of the mesophase pitch is maintained. Therefore, as an orientation control operation, a method of applying strain due to elongation outside the base is preferable.

これらの方法は、せん断ひずみ速度や伸長ひずみ速度を制御することが重要である。
せん断速度及び口金内部での伸長ひずみ速度は、それぞれ10〜10000s−1であり、100〜10000s−1であることが好ましい。10s−1未満である場合、メソフェーズピッチの分子配向性を十分に高めることができない。10000s−1を超える場合、メソフェーズピッチの変形が追随できず、繊維状に成形できなくなる。せん断ひずみ速度、伸長ひずみ速度は上記範囲に設定すればよく、設定した数値は、プラスマイナス5%、さらに好ましくはプラスマイナス3%、特にプラスマイナス1%の範囲から外れないようにするのがよい。口金外部での伸長ひずみ速度は、1〜10000s−1であり、10〜5000s−1であることが好ましい。
It is important for these methods to control the shear strain rate and the extension strain rate.
The shear rate and the extension strain rate inside the base are preferably 10 to 10000s -1 , respectively, and preferably 100 to 10000s -1. If it is less than 10s- 1 , the molecular orientation of the mesophase pitch cannot be sufficiently enhanced. If it exceeds 10000s- 1 , the deformation of the mesophase pitch cannot follow and it cannot be formed into a fibrous form. The shear strain rate and extension strain rate may be set in the above range, and the set values should not deviate from the range of plus or minus 5%, more preferably plus or minus 3%, and particularly plus or minus 1%. .. The elongation strain rate outside the base is 1 to 10000s -1 , preferably 10 to 5000s -1.

口金の絞り部に形成される導入角θは30〜90度であり、40〜80度が好ましく、45〜75度がより好ましい。上記範囲内の口金を用いる場合、溶融状態のメソフェーズピッチ組成物が口金流路内を通過する際にせん断によるひずみが適度に加えられ、メソフェーズピッチの分子配向性を高めることができる。 The introduction angle θ formed in the throttle portion of the mouthpiece is 30 to 90 degrees, preferably 40 to 80 degrees, and more preferably 45 to 75 degrees. When a mouthpiece within the above range is used, strain due to shearing is appropriately applied when the melted mesophase pitch composition passes through the mouthpiece flow path, and the molecular orientation of the mesophase pitch can be enhanced.

前記口金の口金外部における変形開始点から変形終了点までの距離は、5〜100mmであることが好ましい。下限値としては6mmが好ましく、7mmがより好ましく、8mmが特に好ましい。上限値としては、90mmが好ましく、80mmがより好ましく、70mmがさらに好ましく、60mmが特に好ましく、50mmが最も好ましくい。ここで、口金外部における変形開始点から変形終了点までの距離とは、口金のスリット間隙の先端からキャスト面までの最短距離をいい、冷却ドラムを用いる場合は冷却ドラムの移動面までの最短距離をいう。 The distance from the deformation start point to the deformation end point outside the mouthpiece of the mouthpiece is preferably 5 to 100 mm. As the lower limit value, 6 mm is preferable, 7 mm is more preferable, and 8 mm is particularly preferable. As the upper limit value, 90 mm is preferable, 80 mm is more preferable, 70 mm is further preferable, 60 mm is particularly preferable, and 50 mm is most preferable. Here, the distance from the deformation start point to the deformation end point outside the mouthpiece means the shortest distance from the tip of the slit gap of the mouthpiece to the cast surface, and when a cooling drum is used, the shortest distance to the moving surface of the cooling drum. To say.

メソフェーズピッチの分子配向性を高める操作の際の温度は、メソフェーズピッチの溶融温度よりも高いことが必要であり、150〜400℃であることが好ましく、180〜350℃であることがより好ましい。400℃を超える場合、メソフェーズピッチの変形緩和速度が大きくなり、繊維の形態を保つことが難しくなる。 The temperature during the operation for increasing the molecular orientation of the mesophase pitch needs to be higher than the melting temperature of the mesophase pitch, preferably 150 to 400 ° C, more preferably 180 to 350 ° C. When the temperature exceeds 400 ° C., the deformation relaxation rate of the mesophase pitch increases, and it becomes difficult to maintain the morphology of the fibers.

口金外部での変形を行う場合における吐出線速度と引取り速度との比率であるドラフト比は、2〜100であることが必要であり、3〜100であることが好ましい。2より小さいと炭素繊維の繊維径分布が広くなることから好ましくない。また、100より大きいとピッチの変形が追随できず、繊維状に成形できなくなるので好ましくない。 The draft ratio, which is the ratio of the discharge line speed to the take-up speed when the deformation is performed outside the base, needs to be 2 to 100, and is preferably 3 to 100. If it is smaller than 2, it is not preferable because the fiber diameter distribution of carbon fibers becomes wide. Further, if it is larger than 100, the deformation of the pitch cannot follow and it cannot be formed into a fibrous form, which is not preferable.

また、樹脂複合繊維の製造工程は冷却工程を有していてもよい。冷却工程としては、例えば、溶融紡糸の場合、紡糸口金の下流の雰囲気を冷却する方法が挙げられる。溶融製膜の場合、矩形口金の下流に冷却ドラムを設ける方法が挙げられる。冷却工程を設けることにより、メソフェーズピッチが伸長により変形する領域を調整でき、ひずみの速度を調整することができる。また、冷却工程を設けることにより、紡糸又は製膜後の樹脂複合繊維を直ちに冷却固化させて安定した成形を可能とする。 Moreover, the manufacturing process of the resin composite fiber may have a cooling process. Examples of the cooling step include, in the case of melt spinning, a method of cooling the atmosphere downstream of the spinneret. In the case of melt film formation, a method of providing a cooling drum downstream of the rectangular base can be mentioned. By providing the cooling step, the region where the mesophase pitch is deformed by the elongation can be adjusted, and the strain rate can be adjusted. Further, by providing a cooling step, the resin composite fiber after spinning or film formation is immediately cooled and solidified to enable stable molding.

<樹脂複合安定化繊維>
上記のようにして得られた樹脂複合繊維は、該樹脂複合繊維に含まれるメソフェーズピッチ繊維を安定化(不融化ともいう)して樹脂複合安定化繊維が作製される。安定化は、空気、酸素、オゾン、二酸化窒素、ハロゲンなどを用いるガス気流処理、酸性水溶液などを用いる溶液処理など公知の方法で行うことができるが、生産性の面からガス気流処理による不融化が好ましい。
<Resin composite stabilizing fiber>
In the resin composite fiber obtained as described above, the mesophase pitch fiber contained in the resin composite fiber is stabilized (also referred to as infusibilization) to produce a resin composite stabilized fiber. Stabilization can be performed by known methods such as gas airflow treatment using air, oxygen, ozone, nitrogen dioxide, halogen, etc., solution treatment using an acidic aqueous solution, etc., but insolubilization by gas airflow treatment from the viewpoint of productivity. Is preferable.

使用するガス成分としては、取り扱いの容易性から空気、酸素、又はこれを含む混合ガスであることが好ましく、コストの関係から空気を用いるのが特に好ましい。使用する酸素ガス濃度としては、全ガス組成の10〜100体積%の範囲にあることが好ましい。酸素ガス濃度が全ガス組成の10体積%未満であると、樹脂複合繊維に含まれるメソフェーズピッチを安定化に多大の時間を要してしまうので好ましくない。 As the gas component to be used, air, oxygen, or a mixed gas containing the same is preferable from the viewpoint of ease of handling, and it is particularly preferable to use air from the viewpoint of cost. The oxygen gas concentration used is preferably in the range of 10 to 100% by volume of the total gas composition. If the oxygen gas concentration is less than 10% by volume of the total gas composition, it takes a long time to stabilize the mesophase pitch contained in the resin composite fiber, which is not preferable.

安定化の反応温度は、50〜350℃が好ましく、60〜300℃がより好ましく、100〜300℃がさらに好ましく、200〜300℃が特に好ましい。安定化の処理時間は、10〜1200分間が好ましく、10〜600分間がより好ましく、30〜300分間がさらに好ましく、60〜210分間が特に好ましい。 The stabilization reaction temperature is preferably 50 to 350 ° C, more preferably 60 to 300 ° C, even more preferably 100 to 300 ° C, and particularly preferably 200 to 300 ° C. The stabilization treatment time is preferably 10 to 1200 minutes, more preferably 10 to 600 minutes, even more preferably 30 to 300 minutes, and particularly preferably 60 to 210 minutes.

上記安定化処理によりメソフェーズピッチの軟化点は著しく上昇するが、所望の炭素繊維を得るという目的から、メソフェーズピッチの軟化点は400℃以上となることが好ましく、500℃以上となることがさらに好ましい。 Although the softening point of the mesophase pitch is remarkably increased by the above stabilization treatment, the softening point of the mesophase pitch is preferably 400 ° C. or higher, more preferably 500 ° C. or higher, for the purpose of obtaining desired carbon fibers. ..

<熱可塑性樹脂除去工程>
次に、上述のようにして得られる樹脂複合安定化繊維は、その中に含まれる熱可塑性樹脂が除去されて安定化繊維が分離される。この工程では、安定化繊維の熱分解を抑制しながら、熱可塑性樹脂を分解・除去する。熱可塑性樹脂を分解・除去する方法としては、例えば、溶剤を用いて熱可塑性樹脂を除去する方法や、熱可塑性樹脂を熱分解して除去する方法が挙げられる。
<Thermoplastic resin removal process>
Next, in the resin composite stabilized fiber obtained as described above, the thermoplastic resin contained therein is removed and the stabilized fiber is separated. In this step, the thermoplastic resin is decomposed and removed while suppressing the thermal decomposition of the stabilized fiber. Examples of the method for decomposing and removing the thermoplastic resin include a method for removing the thermoplastic resin using a solvent and a method for thermally decomposing and removing the thermoplastic resin.

熱可塑性樹脂の熱分解は、不活性雰囲気下で行うことが好ましい。ここでいう不活性雰囲気とは、二酸化炭素、窒素、アルゴン等のガス雰囲気をいい、その酸素濃度は30体積ppm以下であることが好ましく、20体積ppm以下であることがより好ましい。本工程で使用する不活性ガスとしては、コストの関係から二酸化炭素及び窒素を用いることが好ましく、窒素を用いることが特に好ましい。 The thermal decomposition of the thermoplastic resin is preferably performed in an inert atmosphere. The inert atmosphere referred to here refers to a gas atmosphere such as carbon dioxide, nitrogen, and argon, and the oxygen concentration thereof is preferably 30 volume ppm or less, and more preferably 20 volume ppm or less. As the inert gas used in this step, carbon dioxide and nitrogen are preferably used, and nitrogen is particularly preferable, from the viewpoint of cost.

熱可塑性樹脂の熱分解は減圧下で行うこともできる。減圧下で熱分解することにより、熱可塑性樹脂を十分に除去することができる。その結果、安定化繊維を炭素化又は黒鉛化して得られる炭素繊維又は黒鉛化繊維の繊維間における融着を少なくすることができる。雰囲気圧力は低いほど好ましいが、50kPa以下であることが好ましく、30kPa以下であることがより好ましく、10kPa以下であることがさらに好ましく、5kPa以下であることが特に好ましい。一方、完全な真空は達成が困難であるため、圧力の下限は一般に0.01kPa以上である。 The thermal decomposition of the thermoplastic resin can also be performed under reduced pressure. The thermoplastic resin can be sufficiently removed by thermally decomposing under reduced pressure. As a result, it is possible to reduce the fusion between the carbon fibers or the graphitized fibers obtained by carbonizing or graphitizing the stabilized fibers. The lower the atmospheric pressure, the more preferable, but it is preferably 50 kPa or less, more preferably 30 kPa or less, further preferably 10 kPa or less, and particularly preferably 5 kPa or less. On the other hand, since it is difficult to achieve a perfect vacuum, the lower limit of the pressure is generally 0.01 kPa or more.

熱可塑性樹脂の熱分解を減圧下で行う場合、上記の雰囲気圧力が保たれれば、微量の酸素や不活性ガスが存在してもよい。特に微量の不活性ガスが存在すると、熱可塑性樹脂の熱劣化による繊維間の融着が抑制される利点があり好ましい。なお、ここでいう微量の酸素とは、酸素濃度が30体積ppm以下であることをいい、微量の不活性ガスとは、不活性ガス濃度が20体積ppm以下であることをいう。用いる不活性ガスの種類は、上述したとおりである。 When the thermoplastic resin is thermally decomposed under reduced pressure, a trace amount of oxygen or an inert gas may be present as long as the above atmospheric pressure is maintained. In particular, the presence of a trace amount of inert gas has the advantage of suppressing fusion between fibers due to thermal deterioration of the thermoplastic resin, which is preferable. The trace amount of oxygen referred to here means that the oxygen concentration is 30% by volume or less, and the trace amount of inert gas means that the inert gas concentration is 20% by volume or less. The type of inert gas used is as described above.

熱分解の温度は、350〜600℃であることが好ましく、380〜550℃であることがより好ましい。熱分解の温度が350℃未満である場合、安定化繊維の熱分解は抑えられるものの、熱可塑性樹脂の熱分解を十分行うことができない場合がある。一方、600℃を超える場合、熱可塑性樹脂の熱分解は十分行うことができるものの、安定化繊維までが熱分解される場合があり、その結果、炭素化時の収率が低下し易い。熱分解の時間としては、0.1〜10時間であることが好ましく、0.5〜10時間であることがより好ましい。 The thermal decomposition temperature is preferably 350 to 600 ° C, more preferably 380 to 550 ° C. When the thermal decomposition temperature is less than 350 ° C., the thermal decomposition of the stabilized fiber can be suppressed, but the thermal decomposition of the thermoplastic resin may not be sufficiently performed. On the other hand, if the temperature exceeds 600 ° C., the thermoplastic resin can be sufficiently thermally decomposed, but even the stabilized fibers may be thermally decomposed, and as a result, the yield at the time of carbonization tends to decrease. The thermal decomposition time is preferably 0.1 to 10 hours, more preferably 0.5 to 10 hours.

本発明の製造方法では、安定化工程及び熱可塑性樹脂除去工程は、樹脂複合繊維又は樹脂複合安定化繊維を、支持基材上に目付け2kg/m以下で保持して行うことが好ましい。支持基材に保持することによって、安定化処理時又は熱可塑性樹脂除去時の加熱処理による樹脂複合繊維又は樹脂複合安定化繊維の凝集を抑制することができ、通気性を保つことが可能となる。 In the production method of the present invention, it is preferable that the stabilizing step and the thermoplastic resin removing step are carried out by holding the resin composite fiber or the resin composite stabilized fiber on the supporting base material at a density of 2 kg / m 2 or less. By holding it on the supporting base material, it is possible to suppress the aggregation of the resin composite fiber or the resin composite stabilized fiber due to the heat treatment at the time of the stabilization treatment or the removal of the thermoplastic resin, and it becomes possible to maintain the air permeability. ..

支持基材の材質としては、溶剤や加熱によって変形や腐食を生じないことが必要である。また、支持基材の耐熱温度としては、上記の熱可塑性樹脂除去工程の熱分解温度で変形しないことが必要であることから、600℃以上の耐熱性を有していることが好ましい。このような材質としては、ステンレスなどの金属材料やアルミナ、シリカなどのセラミックス材料を挙げることができる。 As the material of the supporting base material, it is necessary that it does not deform or corrode due to solvent or heating. Further, the heat resistant temperature of the supporting base material is preferably 600 ° C. or higher because it is necessary that the supporting base material is not deformed by the thermal decomposition temperature of the above-mentioned thermoplastic resin removing step. Examples of such a material include a metal material such as stainless steel and a ceramic material such as alumina and silica.

また、支持基材の形態としては、面垂直方向への通気性を有する形状であることが好ましい。このような形状としては網目構造が好ましい。網目の目開きは0.1〜5mmであることが好ましい。目開きが5mmよりも大きい場合、加熱処理によって網目の線上に繊維が凝集し易くなり、メソフェーズピッチの安定化や熱可塑性樹脂の除去が不十分となる場合があり好ましくない。一方、網目の目開きが0.1mm未満である場合、支持基材の開孔率の減少により、支持基材の面垂直方向への通気性が低下する場合があり好ましくない。 Further, the form of the supporting base material is preferably a shape having air permeability in the direction perpendicular to the plane. A mesh structure is preferable as such a shape. The mesh opening is preferably 0.1 to 5 mm. When the mesh size is larger than 5 mm, the fibers tend to aggregate on the mesh line due to the heat treatment, and the stabilization of the mesophase pitch and the removal of the thermoplastic resin may be insufficient, which is not preferable. On the other hand, when the mesh opening is less than 0.1 mm, the air permeability of the support base material in the direction perpendicular to the plane may decrease due to the decrease in the opening rate of the support base material, which is not preferable.

<炭化焼成工程>
上記安定化繊維を不活性雰囲気下で炭素化及び/又は黒鉛化することにより、本発明の炭素繊維が得られる。その際に使用する容器としては、黒鉛製のルツボ状のものが好ましい。ここで、炭素化とは比較的低温(好ましくは1000℃程度)で加熱することをいい、黒鉛化とはさらに高温で加熱(好ましくは3000℃程度)することにより黒鉛の結晶を成長させることをいう。
<Carbonization firing process>
The carbon fiber of the present invention can be obtained by carbonizing and / or graphitizing the stabilized fiber in an inert atmosphere. As the container used at that time, a crucible-shaped container made of graphite is preferable. Here, carbonization means heating at a relatively low temperature (preferably about 1000 ° C.), and graphitization means growing graphite crystals by heating at a higher temperature (preferably about 3000 ° C.). say.

上記安定化繊維の炭素化及び/又は黒鉛化時に使用される不活性ガスとしては、窒素、アルゴン等が挙げられる。不活性雰囲気中の酸素濃度は、20体積ppm以下であることが好ましく、10体積ppm以下であることがより好ましい。炭素化及び/又は黒鉛化時の焼成温度は、500〜3500℃が好ましく、800〜3000℃がより好ましい。特に黒鉛化の際の焼成温度としては、2000〜3200℃が好ましく、2100〜3000℃がより好ましい。黒鉛化時の温度が2000℃未満である場合、結晶成長が妨げられ、結晶子長さが不十分となり導電性が著しく低下するおそれがある。また、黒鉛化温度が3200℃を超える場合、結晶成長の点では好ましいが、炭素繊維の酸素含有量が減少する傾向がある。焼成時間は、0.1〜24時間が好ましく、0.2〜10時間がより好ましい。 Examples of the inert gas used during carbonization and / or graphitization of the stabilized fiber include nitrogen, argon and the like. The oxygen concentration in the inert atmosphere is preferably 20% by volume or less, more preferably 10% by volume or less. The firing temperature during carbonization and / or graphitization is preferably 500 to 3500 ° C, more preferably 800 to 3000 ° C. In particular, the firing temperature at the time of graphitization is preferably 2000 to 3200 ° C, more preferably 2100 to 3000 ° C. If the temperature at the time of graphitization is less than 2000 ° C., crystal growth may be hindered, the crystallite length may be insufficient, and the conductivity may be significantly lowered. Further, when the graphitization temperature exceeds 3200 ° C., the oxygen content of the carbon fibers tends to decrease, although it is preferable in terms of crystal growth. The firing time is preferably 0.1 to 24 hours, more preferably 0.2 to 10 hours.

<粉砕処理>
本発明の電極合剤層に含まれる炭素繊維の製造方法は、粉砕処理工程を有していても良い。粉砕処理は、熱可塑性樹脂除去工程、及び/又は、炭化焼成工程において実施するのが好ましい。粉砕方法としては、ジェットミル、ボールミル、ビーズミル、インペラーミル、カッターミル等の微粉砕機を適用することが好ましく、粉砕後に必要に応じて分級を行ってもよい。湿式粉砕の場合、粉砕後に分散媒体を除去するが、この際に2次凝集が顕著に生じるとその後の取り扱いが非常に困難となる。このような場合は、乾燥後、ボールミルやジェットミル等を用いて解砕操作を行うことが好ましい。
<Grinding process>
The method for producing carbon fibers contained in the electrode mixture layer of the present invention may include a pulverization treatment step. The pulverization treatment is preferably carried out in the thermoplastic resin removing step and / or the carbonization firing step. As a pulverization method, it is preferable to apply a fine pulverizer such as a jet mill, a ball mill, a bead mill, an impeller mill, a cutter mill or the like, and after pulverization, classification may be performed as necessary. In the case of wet pulverization, the dispersion medium is removed after pulverization, but if secondary agglutination occurs remarkably at this time, subsequent handling becomes very difficult. In such a case, it is preferable to perform a crushing operation using a ball mill, a jet mill or the like after drying.

1−4.非水電解質二次電池用電極合剤層に含まれる物質
本発明の電極合剤層を用いて製造する非水電解質二次電池としては、リチウムイオン二次電池が代表的な電池として挙げられる。以下、リチウムイオン二次電池に用いられる正極活物質及び負極活物質について説明する。
1-4. Substances contained in the electrode mixture layer for non-aqueous electrolyte secondary batteries
As a non-aqueous electrolyte secondary battery manufactured by using the electrode mixture layer of the present invention, a lithium ion secondary battery can be mentioned as a typical battery. Hereinafter, the positive electrode active material and the negative electrode active material used in the lithium ion secondary battery will be described.

<正極活物質>
本発明の電極合剤層に含まれる正極活物質としては、非水電解質二次電池において、正極活物質として知られている従来公知の材料の中から、任意のものを1種又は2種以上適宜選択して用いることができる。例えば、リチウムイオン二次電池であれば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能なリチウム含有金属酸化物が好適である。このリチウム含有金属酸化物としては、リチウムと、Co、Mg、Mn、Ni、Fe、Al、Mo、V、W及びTiなどからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、を含む複合酸化物を挙げることができる。
<Positive electrode active material>
As the positive electrode active material contained in the electrode mixture layer of the present invention, one or more of the conventionally known materials known as positive electrode active materials in the non-aqueous electrolyte secondary battery may be used. It can be appropriately selected and used. For example, in the case of a lithium ion secondary battery, a lithium-containing metal oxide capable of storing and releasing lithium ions is suitable. The lithium-containing metal oxide is a composite oxide containing lithium and at least one element selected from the group consisting of Co, Mg, Mn, Ni, Fe, Al, Mo, V, W, Ti and the like. Can be mentioned.

具体的には、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiCoNi1−a、LiCo1−b、LiCoFe1−b、LiMn、LiMnCo2−c、LiMnNi2−c、LiMn2−c、LiMnFe2−c、(ここで、x=0.02〜1.2、a=0.1〜0.9、b=0.8〜0.98、c=1.2〜1.96、z=2.01〜2.3である。)などからなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。好ましいリチウム含有金属酸化物としては、LiCoO、LiNiO、LiMnO、LiCoNi1−a、LiMn、LiCo1−b(ここで、x、a、b及びzは上記と同じである。)からなる群より選ばれる少なくとも1種を挙げることができる。なお、xの値は充放電開始前の値であり、充放電により増減する。 Specifically, Li x CoO 2 , Li x NiO 2 , Li x MnO 2 , Li x Co a Ni 1-a O 2 , Li x Co b V 1-b O z , Li x Co b Fe 1-b. O 2 , Li x Mn 2 O 4 , Li x Mn c Co 2-c O 4 , Li x Mn c Ni 2-c O 4 , Li x Mn c V 2-c O 4 , Li x Mn c Fe 2- c O 4 , (where x = 0.02 to 1.2, a = 0.1 to 0.9, b = 0.8 to 0.98, c = 1.2 to 1.96, z = At least one species selected from the group consisting of 2.01 to 2.3) and the like can be mentioned. Preferred lithium-containing metal oxides, Li x CoO 2, Li x NiO 2, Li x MnO 2, Li x Co a Ni 1-a O 2, Li x Mn 2 O 4, Li x Co b V 1-b At least one selected from the group consisting of Oz (where x, a, b and z are the same as above) can be mentioned. The value of x is a value before the start of charging / discharging, and increases / decreases depending on charging / discharging.

上記正極活物質は、1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、当該正極活物質の平均粒子径は、10μm以下であることが好ましく、0.05〜7μmであることがより好ましく、1〜7μmであることがさらに好ましい。平均粒子径が10μmを超えると、大電流下での充放電反応の効率が低下してしまう場合がある。 The positive electrode active material may be used alone or in combination of two or more. The average particle size of the positive electrode active material is preferably 10 μm or less, more preferably 0.05 to 7 μm, and even more preferably 1 to 7 μm. If the average particle size exceeds 10 μm, the efficiency of the charge / discharge reaction under a large current may decrease.

本発明の電極合剤層における正極活物質の含有量は、60質量%以上であることが好ましく、70〜98.5質量%であることがより好ましく、75〜98.5質量%であることがさらに好ましい。60質量%未満である場合、エネルギー密度の要求の高い電源用途への適用は困難となってしまう場合がある。98.5質量%を超える場合、バインダー量が少な過ぎて電極合剤層にクラックが発生したり、電極合剤層が集電体から剥離する場合がある。さらに、炭素繊維や炭素系導電助剤の含有量が少な過ぎて電極合剤層の導電性が不十分になる場合がある。 The content of the positive electrode active material in the electrode mixture layer of the present invention is preferably 60% by mass or more, more preferably 70 to 98.5% by mass, and 75 to 98.5% by mass. Is even more preferable. If it is less than 60% by mass, it may be difficult to apply it to power supply applications where energy density is required. If it exceeds 98.5% by mass, the amount of the binder may be too small to cause cracks in the electrode mixture layer, or the electrode mixture layer may be peeled off from the current collector. Further, the content of the carbon fiber or the carbon-based conductive auxiliary agent may be too small, and the conductivity of the electrode mixture layer may be insufficient.

<負極活物質>
本発明の電極合剤層に含まれる負極活物質としては、非水電解質二次電池において、負極活物質として知られている従来公知の材料の中から、任意のものを1種又は2種以上適宜選択して用いることができる。例えば、リチウムイオンを吸蔵・放出可能な材料として、炭素材料や、Si及び/又はSnを含む合金や酸化物などを用いることができる。これらの中でもコストなどの観点からは炭素材料が好ましい。上記炭素材料としては、天然黒鉛、石油系又は石炭系コークスを熱処理することで製造される人造黒鉛、樹脂を炭素化したハードカーボン、メソフェーズピッチ系炭素材料などが挙げられる。
<Negative electrode active material>
As the negative electrode active material contained in the electrode mixture layer of the present invention, one or more of the conventionally known materials known as the negative electrode active material in the non-aqueous electrolyte secondary battery may be used. It can be appropriately selected and used. For example, as a material capable of occluding / releasing lithium ions, a carbon material, an alloy containing Si and / or Sn, an oxide, or the like can be used. Among these, a carbon material is preferable from the viewpoint of cost and the like. Examples of the carbon material include natural graphite, artificial graphite produced by heat-treating petroleum-based or coal-based coke, hard carbon obtained by carbonizing a resin, and mesophase pitch-based carbon material.

天然黒鉛や人造黒鉛を用いる場合、電池容量の増大の観点から、粉末X線回折による黒鉛構造の(002)面の面間隔d(002)が0.335〜0.337nmの範囲にあるものが好ましい。天然黒鉛とは、鉱石として天然に産出する黒鉛質材料のことをいう。天然黒鉛は、その外観と性状によって、結晶化度の高い鱗状黒鉛と結晶化度が低い土状黒鉛の2種類に分けられる。鱗状黒鉛はさらに外観が葉状の鱗片状黒鉛と、塊状である鱗状黒鉛とに分けられる。黒鉛質材料となる天然黒鉛は、産地や性状、種類は特に制限されない。また、天然黒鉛又は天然黒鉛を原料として製造した粒子に熱処理を施して用いてもよい。 When natural graphite or artificial graphite is used, the surface spacing d (002) of the (002) plane of the graphite structure by powder X-ray diffraction is in the range of 0.335 to 0.337 nm from the viewpoint of increasing the battery capacity. preferable. Natural graphite refers to a graphite material that is naturally produced as an ore. Natural graphite is classified into two types, scaly graphite with high crystallinity and earth-like graphite with low crystallinity, depending on its appearance and properties. The scaly graphite is further divided into scaly graphite having a leaf-like appearance and scaly graphite having a lumpy appearance. Natural graphite, which is a graphitic material, is not particularly limited in terms of production area, properties, and type. Further, natural graphite or particles produced from natural graphite may be heat-treated before use.

人造黒鉛とは、広く人工的な手法で作られた黒鉛及び黒鉛の完全結晶に近い黒鉛質材料をいう。代表的な例としては、石炭の乾留、原油の蒸留による残渣などから得られるタールやコークスを原料にして、500〜1000℃程度の焼成工程、2000℃以上の黒鉛化工程を経て得たものが挙げられる。また、溶解鉄から炭素を再析出させることで得られるキッシュグラファイトも人造黒鉛の一種である。 Artificial graphite refers to graphite that is widely artificially made and a graphite material that is close to a perfect crystal of graphite. As a typical example, tar or coke obtained from dry distillation of coal, residue obtained by distillation of crude oil, etc. is used as a raw material and obtained through a firing step of about 500 to 1000 ° C. and a graphitization step of 2000 ° C. or higher. Can be mentioned. Quiche graphite obtained by reprecipitating carbon from molten iron is also a type of artificial graphite.

負極活物質として炭素材料の他に、Si及び/又はSnを含む合金を使用すると、Si及び/又はSnを単体で用いる場合やそれぞれの酸化物を用いる場合に比べ、充放電時の電極の膨張率が小さくなり、サイクル特性が良好になる。これらの中でも、Si系合金が好ましい。Si系合金としては、B、Mg、Ca、Ti、Fe、Co、Mo、Cr、V、W、Ni、Mn、Zn及びCuなどからなる群より選ばれる少なくとも1種の元素と、Siと、の合金などが挙げられる。具体的には、SiB、SiB、MgSi、NiSi、TiSi、MoSi、CoSi、NiSi、CaSi、CrSi、CuSi、FeSi、MnSi、VSi、WSi、ZnSiなどからなる群より選ばれる少なくとも1種が挙げられる。 When an alloy containing Si and / or Sn is used as the negative electrode active material in addition to the carbon material, the expansion of the electrode during charging and discharging is performed as compared with the case where Si and / or Sn is used alone or each oxide is used. The rate becomes smaller and the cycle characteristics become better. Among these, Si-based alloys are preferable. As the Si-based alloy, at least one element selected from the group consisting of B, Mg, Ca, Ti, Fe, Co, Mo, Cr, V, W, Ni, Mn, Zn, Cu and the like, Si and Alloys and the like. Specifically, SiB 4 , SiB 6 , Mg 2 Si, Ni 2 Si, TiSi 2 , MoSi 2 , CoSi 2 , NiSi 2 , CaSi 2 , CrSi 2 , Cu 5 Si, FeSi 2 , MnSi 2 , VSi 2 , At least one selected from the group consisting of WSi 2 , ZnSi 2, and the like can be mentioned.

本発明の電極合剤層においては、負極活物質として、既述の材料を1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、当該負極活物質の平均粒子径は10μm以下とする。平均粒子径が10μmを超えると、大電流下での充放電反応の効率が低下してしまう。平均粒子径は0.1〜10μmとすることが好ましく、1〜7μmとすることがより好ましい。 In the electrode mixture layer of the present invention, as the negative electrode active material, the above-mentioned materials may be used alone or in combination of two or more. The average particle size of the negative electrode active material is 10 μm or less. If the average particle size exceeds 10 μm, the efficiency of the charge / discharge reaction under a large current will decrease. The average particle size is preferably 0.1 to 10 μm, more preferably 1 to 7 μm.

<バインダー>
本発明の電極合剤層に用いられるバインダーとしては、電極成形が可能であり、十分な電気化学的安定性を有しているバインダーであれば用いることが可能である。係るバインダーとしては、ポリビニルアルコール、ポリアクリル酸、カルボキシメチルセルロース、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、フルオロオレフィン共重合体架橋ポリマー、ポリイミド、ポリアミドイミド、アラミド、フェノール樹脂等よりなる群から選ばれる1種以上を用いることが好ましく、特にポリフッ化ビニリデン(PVDF)が好ましい。バインダーとして用いる際の形態としては特に制限はなく、固体状であっても液体状(例えばエマルション)であってもよく、電極の製造方法(特に乾式混練か湿式混練か)、電解液への溶解性等を考慮して適宜選択することができる。
<Binder>
As the binder used for the electrode mixture layer of the present invention, any binder that can be molded into an electrode and has sufficient electrochemical stability can be used. Examples of the binder include polyvinyl alcohol, polyacrylic acid, carboxymethyl cellulose, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), styrene butadiene rubber (SBR), fluoroolefin copolymer crosslinked polymer, polyimide, polyamideimide, and the like. It is preferable to use one or more selected from the group consisting of aramid, phenol resin and the like, and polyvinylidene fluoride (PVDF) is particularly preferable. The form when used as a binder is not particularly limited, and may be in a solid state or a liquid state (for example, an emulsion), a method for producing an electrode (particularly dry kneading or wet kneading), and dissolution in an electrolytic solution. It can be appropriately selected in consideration of sex and the like.

本発明の電極合剤層におけるバインダーの含有量は、1〜25質量%であることが好ましく、3〜20質量%であることがより好ましく、5〜20質量%であることがさらに好ましい。1質量%未満である場合、電極合剤層にクラックが発生したり、電極合剤層が集電体から剥離してしまうことがある。25質量%を超える場合、電極中の活物質量が少なくなり、得られる電池のエネルギー密度が低下し易い。 The content of the binder in the electrode mixture layer of the present invention is preferably 1 to 25% by mass, more preferably 3 to 20% by mass, and even more preferably 5 to 20% by mass. If it is less than 1% by mass, cracks may occur in the electrode mixture layer or the electrode mixture layer may be peeled off from the current collector. If it exceeds 25% by mass, the amount of active material in the electrode is small, and the energy density of the obtained battery tends to decrease.

2.非水電解質二次電池用電極
第2の本発明は、上記電極合剤層が形成された非水電解質二次電池用電極(以下、単に「電極」ともいう)である。この電極は、集電体の表面に本発明の電極合剤層が形成されて成る。
2. 2. Electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery The second invention is an electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery (hereinafter, also simply referred to as “electrode”) on which the electrode mixture layer is formed. This electrode is formed by forming the electrode mixture layer of the present invention on the surface of a current collector.

本発明の電極合剤層を備える電極の作製方法としては、以下の二つの方法が一般的である。一つの方法は、上記電極活物質、上記繊維状炭素、バインダー、及び必要に応じて他の成分を混合・混練し、押し出し成形によりフィルム化して、これを圧延、延伸した後、集電体と貼り合わせる方法である。
もう一つの方法は、上記電極活物質、上記繊維状炭素、バインダー、バインダーを溶解する溶媒、及び必要に応じて他の成分を混合してスラリーを調製し、このスラリーを集電体表面に塗布して溶媒を除去した後、プレスを行う方法である。
本発明の場合、どちらの方法も採用できるが、後者の方法が好適であるので、以下後者の方法について詳述する。
The following two methods are generally used as a method for producing an electrode provided with the electrode mixture layer of the present invention. One method is to mix and knead the electrode active material, the fibrous carbon, the binder, and other components as necessary, form a film by extrusion molding, roll and stretch the film, and then combine it with a current collector. It is a method of pasting together.
Another method is to prepare a slurry by mixing the electrode active material, the fibrous carbon, the binder, a solvent for dissolving the binder, and other components as necessary, and apply the slurry to the surface of the current collector. This is a method of pressing after removing the solvent.
In the case of the present invention, either method can be adopted, but since the latter method is preferable, the latter method will be described in detail below.

上記スラリーにおける固形分濃度(上記スラリーの溶媒以外の成分の合計質量がスラリーの全質量に占める割合をいう。)は、10〜30質量%であることが好ましく、15〜25質量%であることがより好ましい。固形分濃度が30質量%を超えると、均一なスラリー作製が困難である場合がある。また、固形分濃度が10質量%未満であると、スラリーの粘度が不十分であり、集電体に積層される電極合剤層の厚みが不均一になってしまう場合がある。 The solid content concentration in the slurry (meaning the ratio of the total mass of the components other than the solvent of the slurry to the total mass of the slurry) is preferably 10 to 30% by mass, preferably 15 to 25% by mass. Is more preferable. If the solid content concentration exceeds 30% by mass, it may be difficult to prepare a uniform slurry. Further, if the solid content concentration is less than 10% by mass, the viscosity of the slurry is insufficient, and the thickness of the electrode mixture layer laminated on the current collector may become non-uniform.

スラリーに用いる溶媒としては、バインダーを溶解する溶媒である限り特に制限されない。具体的には、N−メチルピロリドン(NMP)、ジメチルアセトアミド(DMAc)、ジメチルホルムアミド(DMF)、ジメチルスルホオキシド(DMSO)等よりなる群から選ばれる1種類以上を挙げることができ、特にNMP又はDMAcが好ましい。 The solvent used for the slurry is not particularly limited as long as it is a solvent that dissolves the binder. Specifically, one or more selected from the group consisting of N-methylpyrrolidone (NMP), dimethylacetamide (DMAc), dimethylformamide (DMF), dimethylsulfoxide (DMSO) and the like can be mentioned, and in particular, NMP or DMAc is preferred.

電極を作製する際に、スラリー中のチクソ性が強過ぎると、塗布に適した流動性を確保することが困難となる場合がある。このような場合には、スラリー化助剤を使用してもよい。スラリー化助剤としては、ポリビニルピロリドン、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアセテート、ポリビニルアルコール等よりなる群から選ばれる1つ以上を挙げることができる。特に、ポリビニルピロリドンを使用することが好適である。上記のようなスラリー化助剤を添加することにより、少ない溶媒量であっても十分な流動性を確保することができ、炭素系導電助剤の分散性も格段に向上する。また、溶媒除去後のクラックの発生も抑制できる。スラリー化助剤の添加量としては、スラリー中の溶媒以外の成分の合計量に対して、10質量%以下であることが好ましく、0.5〜10質量%であることがより好ましく、0.5〜8質量%であることがさらに好ましい。スラリー化助剤の添加量が10質量%を超えると、逆にスラリー粘度が急激に低下し、分散不良を生じて好適なスラリー作製が困難となる場合がある。スラリー化助剤の添加量が0.5質量%未満である場合、スラリー化助剤の効果が現れ難い。 When the electrode is manufactured, if the tinx property in the slurry is too strong, it may be difficult to secure the fluidity suitable for coating. In such cases, a slurrying aid may be used. Examples of the slurrying aid include one or more selected from the group consisting of polyvinylpyrrolidone, carboxymethyl cellulose, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol and the like. In particular, it is preferable to use polyvinylpyrrolidone. By adding the above-mentioned slurrying aid, sufficient fluidity can be ensured even with a small amount of solvent, and the dispersibility of the carbon-based conductive auxiliary agent is significantly improved. In addition, the generation of cracks after removing the solvent can be suppressed. The amount of the slurrying aid added is preferably 10% by mass or less, more preferably 0.5 to 10% by mass, and 0. It is more preferably 5 to 8% by mass. If the amount of the slurrying aid added exceeds 10% by mass, on the contrary, the viscosity of the slurry may be sharply lowered, resulting in poor dispersion and difficulty in producing a suitable slurry. When the amount of the slurrying aid added is less than 0.5% by mass, the effect of the slurrying aid is unlikely to appear.

上記スラリーは、後述する集電体の表面に塗布する。塗布方法としては、ドクターブレード等の適宜の塗布方法を採用することができる。塗布後、例えば、60〜100℃、好ましくは75〜85℃において、好ましくは60〜180分間加熱処理することにより溶媒を除去する。その後、溶媒除去後の塗布物をプレスすることにより、本発明の電極を製造することができる。好ましいプレス条件は、10〜30Paの圧力下、1〜5分間である。 The slurry is applied to the surface of a current collector, which will be described later. As the coating method, an appropriate coating method such as a doctor blade can be adopted. After coating, the solvent is removed by heat treatment, for example, at 60 to 100 ° C., preferably 75 to 85 ° C., preferably for 60 to 180 minutes. Then, the electrode of the present invention can be manufactured by pressing the coated material after removing the solvent. Preferred press conditions are 1-5 minutes under a pressure of 10-30 Pa.

電極を構成する集電体としては、任意の導電性材料を用いることができる。例えば、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼、チタン又は銅の金属材料を用いることができる。特に、アルミニウム、ステンレス鋼又は銅が好ましく、アルミニウム又はカーボンコートを施したアルミニウムを用いることがより好ましい。
集電体の厚みとしては、10〜50μmが好ましい。
Any conductive material can be used as the current collector constituting the electrode. For example, metal materials such as aluminum, nickel, iron, stainless steel, titanium or copper can be used. In particular, aluminum, stainless steel or copper is preferable, and aluminum or carbon-coated aluminum is more preferable.
The thickness of the current collector is preferably 10 to 50 μm.

3.非水電解質二次電池
第3の本発明は、本発明の電極合剤層を含んで構成される非水電解質二次電池である。
本発明の非水電解質二次電池は、正極及び/又は負極に本発明の電極を用いるとともに、公知のセパレータや電解液を用いて構成される。非水電解質二次電池としては、リチウムイオン二次電池が例示される。
3. 3. Non-aqueous electrolyte secondary battery The third invention is a non-aqueous electrolyte secondary battery configured to include the electrode mixture layer of the present invention.
The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is configured by using the electrodes of the present invention for the positive electrode and / or the negative electrode, and using a known separator and electrolytic solution. Examples of the non-aqueous electrolyte secondary battery include a lithium ion secondary battery.

本発明の非水電解質二次電池は、正極合剤層が集電体の表面に形成されてなる正極、電解質を含む電解質層、及び負極合剤層が集電体の表面に形成されてなる負極から構成され、この正極の正極合剤層と負極の負極合剤層とが向き合い、かつ、正極合剤層と負極合剤層との間に電解質層が挿入されるようにして積層される。 The non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention comprises a positive electrode having a positive electrode mixture layer formed on the surface of the current collector, an electrolyte layer containing an electrolyte, and a negative electrode mixture layer formed on the surface of the current collector. It is composed of a negative electrode, and is laminated so that the positive electrode mixture layer of the positive electrode and the negative electrode mixture layer of the negative electrode face each other, and the electrolyte layer is inserted between the positive electrode mixture layer and the negative electrode mixture layer. ..

本発明の非水電解質二次電池のセル形状は、特に限定されず、いかなる形状においても実施することができる。具体的には、例えばボタン型、円筒型、角型等のセル形状を挙げることができる。また、複数対の正負電極とセパレータが積層された内部構成とすることも好ましく、この場合、公知のスタック積層型、捲回型、折り返し積層型等の方式を採用することが可能である。本発明の非水電解質二次電池の外装材としては、例えば金属缶、アルミラミネート樹脂フィルム等を挙げることができる。本発明の非水電解質二次電池は、電極合剤層に添加されている所定の炭素材料が直線構造を有しており、かつ高い導電性を有しているため、導電パスを形成しやすく、優れた充放電特性を得ることができる。さらに、電極強度も向上する。 The cell shape of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention is not particularly limited, and any shape can be used. Specifically, for example, a cell shape such as a button type, a cylindrical type, or a square type can be mentioned. Further, it is also preferable to have an internal configuration in which a plurality of pairs of positive and negative electrodes and a separator are laminated. In this case, a known method such as a stack stacking type, a winding type, or a folded stacking type can be adopted. Examples of the exterior material of the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention include metal cans and aluminum laminated resin films. In the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention, since the predetermined carbon material added to the electrode mixture layer has a linear structure and has high conductivity, it is easy to form a conductive path. , Excellent charge / discharge characteristics can be obtained. Furthermore, the electrode strength is also improved.

<電解質層>
非水電解質二次電池を構成する電解質層としては、非水溶媒にリチウム塩等の電解質が溶解した非水電解液が用いられる。
本発明の非水電解質二次電池に用いられる電解液の25℃における電気伝導度は、1×10−2S/cm以上であることが好ましい。
<Electrolyte layer>
As the electrolyte layer constituting the non-aqueous electrolyte secondary battery, a non-aqueous electrolyte solution in which an electrolyte such as a lithium salt is dissolved in a non-aqueous solvent is used.
The electrical conductivity of the electrolytic solution used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention at 25 ° C. is preferably 1 × 10 −2 S / cm or more.

一般に非水電解液は、水系の電解液に比べて耐電圧が高く、高いエネルギー密度が得られるという特徴がある。非水溶媒としては、公知のものを制限なく用いることが可能であるが、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ジエチルカーボネート、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジメトキシエタン、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン、アセトニトリル、ニトロメタン、メトキシアセトニトリル、ニトロエタン、N,N−ジメチルホルムアミド、3−メトキシプロピオニトリル、N−メチルピロリドン、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、スルホラン、3−メチルスルホラン、エチルメチルカーボネート等が挙げられる。これらの非水溶媒は、1種を単独で用いてもよいし、2種以上を混合して用いてもよい。電解液に用いる溶媒は、適当な沸点、融点、粘性及び比誘電率を有することが重要であり、上記の中でも特にプロピレンカーボネート又はγ−ブチロラクトンを主体とするものが好適に用いられる。 In general, a non-aqueous electrolyte solution has a higher withstand voltage than an aqueous electrolyte solution and is characterized in that a high energy density can be obtained. As the non-aqueous solvent, known ones can be used without limitation, but propylene carbonate, ethylene carbonate, diethyl carbonate, dimethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, dimethoxyethane, γ-butyrolactone, γ-valerolactone, acetonitrile, etc. Nitromethane, methoxy acetonitrile, nitroethane, N, N-dimethylformamide, 3-methoxypropionitrile, N-methylpyrrolidone, N, N'-dimethylimidazolidinone, dimethyl sulfoxide, sulfolane, 3-methylsulfolane, ethylmethylcarbonate, etc. Can be mentioned. These non-aqueous solvents may be used alone or in combination of two or more. It is important that the solvent used for the electrolytic solution has an appropriate boiling point, melting point, viscosity and relative permittivity, and among the above, those mainly composed of propylene carbonate or γ-butyrolactone are preferably used.

本発明の非水電解質二次電池に用いる電解質としては、例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiAlCl、LiSbF、LiSCN、LiCFSO、LiCFCO、LiAsF、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、ホウ酸塩類、イミド塩類が挙げられる。ホウ酸塩類としては、ビス(1,2−ベンゼンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,3−ナフタレンジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(2,2’−ビフェニルジオレート(2−)−O,O’)ホウ酸リチウム、ビス(5−フルオロ−2−オレート−1−ベンゼンスルホン酸−O,O’)ホウ酸リチウムなどが挙げられる。イミド塩類としては、ビストリフルオロメタンスルホン酸イミドリチウム((CFSONLi)、トリフルオロメタンスルホン酸ノナフルオロブタンスルホン酸イミドリチウム(LiN(CFSO)(CSO))、ビスペンタフルオロエタンスルホン酸イミドリチウム((CSONLi)などが挙げられる。電解質の濃度としては、0.5〜2mol/Lが好ましい。電解質は、上記のうち1種を単独で用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。サイクル安定性、充放電効率の向上等を目的として、電解質に公知の添加剤を添加してもよい。
本発明のリチウムイオン二次電池に用いる電解液として、エチルメチルイミダゾリウム塩に代表されるイオン性液体も好適に用いることが可能であり、この場合は必ずしも前述の非水溶媒に溶解したうえで用いる必要はない。
Examples of the electrolyte used in the non-aqueous electrolyte secondary battery of the present invention include LiClO 4 , LiBF 4 , LiPF 6 , LiAlCl 4 , LiSbF 6 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 , LiCF 3 CO 2 , LiAsF 6 , and lower aliphatic groups. Examples thereof include lithium carboxylate, LiCl, LiBr, LiI, lithium chloroborane, borates, and imide salts. Examples of borates include bis (1,2-benzenediolate (2-) -O, O') lithium borate and bis (2,3-naphthalenedioleate (2-) -O, O') boric acid. Lithium, bis (2,2'-biphenyldiorate (2-) -O, O') lithium borate, bis (5-fluoro-2-olate-1-benzenesulfonic acid-O, O') lithium borate And so on. Examples of imide salts include imidelithium bistrifluoromethanesulfonate ((CF 3 SO 2 ) 2 NLi) and imide lithium trifluoromethanesulfonate nonafluorobutane sulfonate (LiN (CF 3 SO 2 ) (C 4 F 9 SO 2 )). ), Imidolithium bispentafluoroethanesulfonate ((C 2 F 5 SO 2 ) 2 NLi) and the like. The concentration of the electrolyte is preferably 0.5 to 2 mol / L. As the electrolyte, one of the above may be used alone, or two or more thereof may be used in combination. A known additive may be added to the electrolyte for the purpose of improving cycle stability, charge / discharge efficiency, and the like.
As the electrolytic solution used in the lithium ion secondary battery of the present invention, an ionic liquid typified by an ethylmethylimidazolium salt can also be preferably used, and in this case, it is not always dissolved in the above-mentioned non-aqueous solvent. There is no need to use it.

<セパレータ>
上記のような非水電解液を用いる場合、負極活物質層と本発明の電極合剤層とが直接接触することを防ぐために、セパレータを用いることが一般的である。セパレータの形状としては、紙状(フィルム状)、多孔膜状等の公知の形状を好適に採用することができる。セパレータの材質としては、例えば、セルロース、芳香族ポリアミド、脂肪族ポリイミド、ポリオレフィン、テフロン(登録商標)、ポリフェニレンスルファイド等からなる群より選ばれる1種類以上の材質を好適に用いることができる。これらの中でも、耐熱性と薄膜化の観点から、セルロース紙、芳香族ポリアミド又は脂肪族ポリイミド多孔膜が好ましい。セパレータの膜厚としては、短絡防止の観点から20〜100μm程度であることが好ましいが、本発明では従来のセパレータに比べて十分薄い5〜20μm程度のセパレータの適用も可能である。薄いセパレータを用いた方がセパレータに由来する内部抵抗が低減されるため出力が向上し、セルのエネルギー密度も向上する。
<Separator>
When the non-aqueous electrolytic solution as described above is used, it is common to use a separator in order to prevent the negative electrode active material layer and the electrode mixture layer of the present invention from coming into direct contact with each other. As the shape of the separator, a known shape such as a paper shape (film shape) or a porous film shape can be preferably adopted. As the material of the separator, for example, one or more kinds of materials selected from the group consisting of cellulose, aromatic polyamide, aliphatic polyimide, polyolefin, Teflon (registered trademark), polyphenylene sulfide and the like can be preferably used. Among these, cellulose paper, aromatic polyamide or aliphatic polyimide porous membrane is preferable from the viewpoint of heat resistance and thinning. The film thickness of the separator is preferably about 20 to 100 μm from the viewpoint of preventing a short circuit, but in the present invention, it is possible to apply a separator having a thickness of about 5 to 20 μm, which is sufficiently thinner than the conventional separator. When a thin separator is used, the internal resistance derived from the separator is reduced, so that the output is improved and the energy density of the cell is also improved.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれにより何ら限定されない。実施例中の各種測定や分析は、それぞれ以下の方法に従って行った。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Various measurements and analyzes in the examples were carried out according to the following methods.

(1)繊維状炭素の形状確認
卓上電子顕微鏡(日本電子株式会社製、型式NeoScope JCM−6000)を用いて観察及び写真撮影を行った。繊維状炭素等の平均繊維径は、得られた電子顕微鏡写真から無作為に300箇所を選択して繊維径を測定し、それらすべての測定結果(n=300)の平均値を平均繊維径とした。平均実効長についても同様に算出した。
(1) Confirmation of the shape of fibrous carbon Observation and photography were performed using a desktop electron microscope (model NeoScope JCM-6000 manufactured by JEOL Ltd.). For the average fiber diameter of fibrous carbon, etc., 300 points were randomly selected from the obtained electron micrographs and the fiber diameter was measured, and the average value of all the measurement results (n = 300) was taken as the average fiber diameter. bottom. The average effective length was calculated in the same way.

(2)繊維状炭素のX線回折測定
X線回折測定はリガク社製RINT−2100を用いてJIS R7651(2007)法に準拠し、格子面間隔(d002)、結晶子大きさ(Lc002)(六角網面積層方向)及び(La110)(炭素六角網面方向)を測定した。
(2) X-ray diffraction measurement of fibrous carbon The X-ray diffraction measurement is based on the JIS R7651 (2007) method using RINT-2100 manufactured by Rigaku Co., Ltd., and has a lattice spacing (d002) and crystallite size (Lc002) ( Hexagonal network area layer direction) and (La110) (carbon hexagonal network surface direction) were measured.

(3)サイクリックボルタンメトリー測定
対極をリチウムとする二極セルを作製し、ポテンショスタット/ガルバノスタット(ソーラトロン製SI1287)及びインピーダンスアナライザ(ソーラトロン製SI1260)を用いて、サイクリックボルタンメトリー測定を行った。掃引速度を50mV/s、温度を25℃として、所定の電位範囲で測定を行った。2サイクル目を各測定の結果として採用することとした。
(3) Cyclic voltammetry measurement A bipolar cell having lithium as the counter electrode was prepared, and cyclic voltammetry measurement was performed using a potentiostat / galvanostat (SI1287 manufactured by Solartron) and an impedance analyzer (SI1260 manufactured by Solartron). The measurement was performed in a predetermined potential range with a sweep speed of 50 mV / s and a temperature of 25 ° C. It was decided to adopt the second cycle as the result of each measurement.

[製造例1]
先ず、キノリン不溶分を除去した軟化点80℃のコールタールピッチを、Ni−Mo系触媒存在下、圧力13MPa、温度340℃で水添し、水素化コールタールピッチを得る。この水素化コールタールピッチを常圧下、480℃で熱処理した後、減圧して低沸点分を除き、粗メソフェーズピッチを得る。フィルターを用いてこの粗メソフェーズピッチを温度340℃でろ過を行って異物を取り除くことにより、精製メソフェーズピッチを得た。
[Manufacturing Example 1]
First, a coal tar pitch having a softening point of 80 ° C. from which the quinoline insoluble component has been removed is hydrogenated at a pressure of 13 MPa and a temperature of 340 ° C. in the presence of a Ni—Mo catalyst to obtain a hydrogenated coal tar pitch. This hydrogenated coal tar pitch is heat-treated at 480 ° C. under normal pressure, and then reduced in pressure to remove low boiling points to obtain a crude mesophase pitch. A purified mesophase pitch was obtained by filtering this crude mesophase pitch at a temperature of 340 ° C. using a filter to remove foreign substances.

[実施例1]
<繊維状炭素(CNF−1)の製造>
熱可塑性樹脂として直鎖状低密度ポリエチレン(EVOLUE(登録商標)SP1510、(株)プライムポリマ−製、MFR=1g/10min)84質量部及び熱可塑性炭素前駆体として製造例1で得られたメソフェーズピッチ(メソフェーズ率90.9%、軟化点303.5℃)16質量部を同方向二軸押出機(東芝機械(株)製「TEM−26SS」、バレル温度300℃、窒素気流下)で溶融混練してメソフェーズピッチ組成物を調製した。
次いで、このメソフェーズピッチ組成物を溶融紡糸機により、直径が0.2mm、導入角60°の円形口金を用いて繊維径100μmの樹脂複合繊維(メソフェーズピッチ繊維を島成分とする海島型複合繊維)を作製した。口金温度は340℃、吐出量は3.8g/口金/時間、せん断速度は1360s−1、吐出線速度と引取り速度との比率であるドラフト比は4であった。この条件での口金内部での伸長ひずみ速度は982s−1であり、口金外部での変形領域は口金下10mmであり、伸長ひずみ速度は9s−1であった。
樹脂複合繊維を、酸化性ガス雰囲気下に保持することで、メソフェーズピッチを安定化させ、樹脂複合安定化繊維を得た。
次に、上記樹脂複合安定化繊維から、熱可塑性樹脂を除去することで安定化繊維を得た。
得られた安定化繊維をエタノール/イオン交換水混合溶媒(体積比=1/1)中に加え、ミキサーで粉砕することにより分散させた。得られた分散液はろ過した。
得られた安定化繊維を流量1l/minの窒素下で室温から1000℃まで5℃/minの条件で昇温し、1000℃到達後30分間保持することで炭素化を行い、さらにアルゴンガス雰囲気下、3時間かけて室温から3000℃まで昇温することで炭素繊維を作製した。得られた炭素繊維は乾式ジェットミルを用いて解砕処理を行った。
得られた極細炭素繊維の平均繊維径(最も小さい次元の平均長さに相当する)は250nmであり、分岐構造は見られなかった。平均実効長は15.1μmであった。また、X線回折法により測定した(002)面の平均面間隔d002が0.3372nm、結晶子長さ(La110)は111nm、網平面群の厚さ(Lc002)は62nmであり、結晶性の高い繊維状炭素であった。また、炭素繊維中の金属含有率は30ppm(鉄が10ppm、ナトリウムが20ppm)であった。
[Example 1]
<Manufacturing of fibrous carbon (CNF-1)>
84 parts by mass of linear low-density polyethylene (EVOLUE® SP1510, manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., MFR = 1 g / 10 min) as a thermoplastic resin and the mesophase obtained in Production Example 1 as a thermoplastic carbon precursor. Melt 16 parts by mass of pitch (mesophase ratio 90.9%, softening point 303.5 ° C) with a twin-screw extruder in the same direction (“TEM-26SS” manufactured by Toshiba Machine Co., Ltd., barrel temperature 300 ° C, under nitrogen stream). Kneading was performed to prepare a mesophase pitch composition.
Next, this mesophase pitch composition was subjected to a melt spinning machine using a circular mouthpiece having a diameter of 0.2 mm and an introduction angle of 60 °, and a resin composite fiber having a fiber diameter of 100 μm (a sea-island type composite fiber containing the mesophase pitch fiber as an island component). Was produced. The base temperature was 340 ° C., the discharge rate was 3.8 g / base / hour, the shear rate was 1360s -1 , and the draft ratio, which is the ratio of the discharge line speed to the take-up speed, was 4. Under these conditions, the elongation strain rate inside the mouthpiece was 982s -1 , the deformation region outside the mouthpiece was 10 mm below the mouthpiece, and the extension strain rate was 9s -1 .
By holding the resin composite fiber in an oxidizing gas atmosphere, the mesophase pitch was stabilized and the resin composite stabilized fiber was obtained.
Next, the stabilized fiber was obtained by removing the thermoplastic resin from the resin composite stabilized fiber.
The obtained stabilized fibers were added to an ethanol / ion-exchanged water mixture solvent (volume ratio = 1/1) and dispersed by grinding with a mixer. The obtained dispersion was filtered.
The obtained stabilized fiber was heated from room temperature to 1000 ° C. under the condition of 5 ° C./min under nitrogen at a flow rate of 1 l / min, and after reaching 1000 ° C., it was held for 30 minutes for carbonization, and further, an argon gas atmosphere. Below, carbon fibers were produced by raising the temperature from room temperature to 3000 ° C. over 3 hours. The obtained carbon fiber was crushed using a dry jet mill.
The average fiber diameter (corresponding to the average length of the smallest dimension) of the obtained ultrafine carbon fibers was 250 nm, and no branched structure was observed. The average effective length was 15.1 μm. Further, the average plane spacing d002 of the (002) plane measured by the X-ray diffraction method is 0.3372 nm, the crystallinity length (La110) is 111 nm, and the thickness of the network plane group (Lc002) is 62 nm, which are crystalline. It was a high fibrous carbon. The metal content in the carbon fiber was 30 ppm (iron 10 ppm, sodium 20 ppm).

<電極の作製>
炭素系導電助剤として繊維状炭素(CNF−1)を50質量部、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(株式会社クレハ製、W#7200)を50質量部、溶媒としてN−メチルピロリドンを用いてスラリーを作製した。作製したスラリーを集電体(厚さ15μmのアルミニウム箔)に塗布後、120℃で3h乾燥させることで電極を作製した。電極に形成された電極合剤層の厚みは、17μmであった。
この電極の電極合剤層を、溶媒に溶解し、乾燥後、デジタルマイクロスコープ(株式会社キーエンス製VHX−200)を用いて撮影した写真において測定した繊維状炭素の平均実効長は15.1μm(アスペクト比=60)であった。また、実効長を測定したヒストグラムを図1に示す。実効長が平均実効長よりも長い繊維状炭素の含有量は、繊維状炭素全体に対して本数基準で42%であった。
<Manufacturing of electrodes>
A slurry is prepared using 50 parts by mass of fibrous carbon (CNF-1) as a carbon-based conductive auxiliary agent, 50 parts by mass of polyvinylidene fluoride (W # 7200, manufactured by Kureha Corporation) as a binder, and N-methylpyrrolidone as a solvent. Made. The prepared slurry was applied to a current collector (aluminum foil having a thickness of 15 μm) and then dried at 120 ° C. for 3 hours to prepare an electrode. The thickness of the electrode mixture layer formed on the electrode was 17 μm.
The average effective length of fibrous carbon measured in a photograph taken with a digital microscope (VHX-200 manufactured by KEYENCE CORPORATION) after dissolving the electrode mixture layer of this electrode in a solvent and drying it is 15.1 μm (15.1 μm). The aspect ratio was 60). Further, FIG. 1 shows a histogram in which the effective length is measured. The content of fibrous carbon having an effective length longer than the average effective length was 42% based on the number of fibrous carbons as a whole.

<サイクリックボルタンメトリー測定>
前記電極を作用極として用い、リチウム金属を対極とする二極セル(コイン電池)を作製した。電解液には、1mol/L濃度のLiPFを含むエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート混合溶液(3/7体積比、キシダ化学社製)からなる電解液を使用した。セパレータには、ガラス繊維不織布を使用した。
図2に2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。この曲線から、還元電流の積算値/酸化電流の積算値の比は0.9であった。すなわち、可逆的な電気化学反応であった。また、図3に2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。図2及び図3から、IA/IBの比が0であった。すなわち、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において電気化学反応を示さなかった。これにより、高電圧下において、電解液の分解や導電助剤と電解液との反応などの副反応が生じ難い非水電解質二次電池を提供することができる。
<Cyclic voltammetry measurement>
Using the electrode as a working electrode, a bipolar cell (coin battery) having a lithium metal as a counter electrode was produced. As the electrolytic solution, an electrolytic solution composed of an ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate mixed solution (3/7 volume ratio, manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.) containing LiPF 6 having a concentration of 1 mol / L was used. A glass fiber non-woven fabric was used for the separator.
FIG. 2 shows a CV curve measured within a potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +). From this curve, the ratio of the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current was 0.9. That is, it was a reversible electrochemical reaction. Further, FIG. 3 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). From FIGS. 2 and 3, the IA / IB ratio was 0. That is, no electrochemical reaction was shown in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). This makes it possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which side reactions such as decomposition of the electrolytic solution and reaction between the conductive auxiliary agent and the electrolytic solution are unlikely to occur under a high voltage.

<充放電測定>
前記二極セルを用いて、充放電装置(北斗電工株式会社製HJ−1005SD8)を用いて充放電測定を行った。充放電条件としては、5.0Vまで0.1mA/cm定電流充電後、2.5Vまで0.1mA/cm定電流放電することとした。測定結果を図4に示す。その結果、充電容量が22.7mAh/g、放電容量が14.7mAh/g、充放電効率が65%であり、良好であった。
<Charge / discharge measurement>
Using the bipolar cell, charge / discharge measurement was performed using a charge / discharge device (HJ-1005SD8 manufactured by Hokuto Denko Co., Ltd.). The charge and discharge conditions, 0.1 mA / cm 2 constant current after charging to 5.0V, it was decided to discharge 0.1 mA / cm 2 constant current to 2.5V. The measurement results are shown in FIG. As a result, the charge capacity was 22.7 mAh / g, the discharge capacity was 14.7 mAh / g, and the charge / discharge efficiency was 65%, which were good.

[実施例2]
<繊維状炭素(CNF−2)の製造>
熱可塑性樹脂として直鎖状低密度ポリエチレン(EVOLUE(登録商標)SP1510、(株)プライムポリマ−製、MFR=1g/10min)75質量部及び熱可塑性炭素前駆体として製造例1で得られたメソフェーズピッチ(メソフェーズ率90.9%、軟化点303.5℃)25質量部を同方向二軸押出機で溶融混練してメソフェーズピッチ組成物を調製した以外は実施例1と同様に操作を行い、繊維状炭素(CNF−2)を作製した。得られた繊維状炭素の平均繊維径(最も小さい次元の平均長さに相当する)は500nmであり、非常に分散性に優れた繊維状炭素であった。平均実効長は17μmであった。また、X線回折法で測定した結果から、繊維状炭素(CNF−2)の格子面間隔(d002)は0.3368nm、結晶子長さ(La110)は208nm、網平面群の厚さ(Lc002)は51nmであり、結晶性の高い繊維状炭素であった。
[Example 2]
<Manufacturing of fibrous carbon (CNF-2)>
75 parts by mass of linear low-density polyethylene (EVOLUE® SP1510, manufactured by Prime Polymer Co., Ltd., MFR = 1 g / 10 min) as a thermoplastic resin and the mesophase obtained in Production Example 1 as a thermoplastic carbon precursor. The same operation as in Example 1 was carried out except that 25 parts by mass of pitch (mesophase ratio 90.9%, softening point 303.5 ° C.) was melt-kneaded with a twin-screw extruder in the same direction to prepare a mesophase pitch composition. Fibrous carbon (CNF-2) was prepared. The average fiber diameter (corresponding to the average length of the smallest dimension) of the obtained fibrous carbon was 500 nm, and it was a fibrous carbon having excellent dispersibility. The average effective length was 17 μm. Further, from the results measured by the X-ray diffraction method, the lattice spacing (d002) of the fibrous carbon (CNF-2) is 0.3368 nm, the crystallinity length (La110) is 208 nm, and the thickness of the network plane group (Lc002). ) Was 51 nm, which was a highly crystalline fibrous carbon.

<電極の作製>
炭素系導電助剤として繊維状炭素(CNF−2)を用いた以外は実施例1と同様に操作を行い、電極を作製した。
この電極の電極合剤層を、溶媒に溶解し、乾燥後、デジタルマイクロスコープ(株式会社キーエンス製VHX−200)を用いて撮影した写真において測定した繊維状炭素の平均実効長は17.0μm(アスペクト比=34)であった。また、実効長を測定したヒストグラムを図5に示す。実効長が平均実効長よりも長い繊維状炭素の含有量は、繊維状炭素全体に対して本数基準で38%であった。
<Manufacturing of electrodes>
An electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that fibrous carbon (CNF-2) was used as the carbon-based conductive auxiliary agent.
The average effective length of fibrous carbon measured in a photograph taken with a digital microscope (VHX-200 manufactured by KEYENCE CORPORATION) after dissolving the electrode mixture layer of this electrode in a solvent and drying it is 17.0 μm (17.0 μm). The aspect ratio was 34). Further, FIG. 5 shows a histogram in which the effective length is measured. The content of fibrous carbon having an effective length longer than the average effective length was 38% based on the number of fibrous carbons as a whole.

<サイクリックボルタンメトリー測定>
この電極を作用極として用いた以外は、実施例1と同様に操作を行うことで、リチウム金属を対極とする二極セルを作製した。図6に2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。この曲線から、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.87であり、良好であった。また、図7に2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。図6及び図7からIA/IBの比は0であった。すなわち、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において電気化学反応を示さなかった。これにより、高電圧下において、電解液の分解や導電助剤と電解液との反応などの副反応が生じ難い非水電解質二次電池を提供することができる。
<Cyclic voltammetry measurement>
A bipolar cell having a lithium metal as a counter electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that this electrode was used as a working electrode. FIG. 6 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +). From this curve, the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current was 0.87, which was good. Further, FIG. 7 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). From FIGS. 6 and 7, the IA / IB ratio was 0. That is, no electrochemical reaction was shown in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). This makes it possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which side reactions such as decomposition of the electrolytic solution and reaction between the conductive auxiliary agent and the electrolytic solution are unlikely to occur under a high voltage.

<充放電測定>
前記二極セルを用いて、実施例1と同様に充放電測定を行った。測定結果を図8に示す。充電容量が26.5mAh/g、放電容量が18.3mAh/g、充放電効率が69%であり、良好であった。
<Charge / discharge measurement>
Using the bipolar cell, charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG. The charge capacity was 26.5 mAh / g, the discharge capacity was 18.3 mAh / g, and the charge / discharge efficiency was 69%, which were good.

参考例1
<繊維状炭素(CNF−3)の製造>
黒鉛化温度を2600℃とした以外は実施例1と同様に操作を行い、繊維状炭素(CNF−3)を作製した。得られた繊維状炭素の平均繊維径(最も小さい次元の平均長さに相当する)は250nmであり、非常に分散性に優れた繊維状炭素であった。また、X線回折法で測定した結果から、繊維状炭素(CNF−3)の格子面間隔(d002)は0.3380nm、結晶子長さ(La110)は59nm、網平面群の厚さ(Lc002)は48nmであり、結晶性の高い繊維状炭素であった。

[ Reference example 1 ]
<Manufacturing of fibrous carbon (CNF-3)>
The same operation as in Example 1 was carried out except that the graphitization temperature was set to 2600 ° C. to prepare fibrous carbon (CNF-3). The average fiber diameter (corresponding to the average length of the smallest dimension) of the obtained fibrous carbon was 250 nm, and it was a fibrous carbon having excellent dispersibility. Further, from the results measured by the X-ray diffraction method, the lattice spacing (d002) of the fibrous carbon (CNF-3) was 0.3380 nm, the crystallinity length (La110) was 59 nm, and the thickness of the network plane group (Lc002). ) Was 48 nm, which was a highly crystalline fibrous carbon.

<電極の作製>
炭素系導電助剤として繊維状炭素(CNF−3)を用いた以外は実施例1と同様に操作を行い、電極を作製した。
この電極の電極合剤層を、溶媒に溶解し、乾燥後、デジタルマイクロスコープ(株式会社キーエンス製VHX−200)を用いて撮影した写真において測定した繊維状炭素の平均実効長は15.1μm(アスペクト比=60)であった。また、実効長を測定したヒストグラムを図9に示す。実効長が平均実効長よりも長い繊維状炭素の含有量は、繊維状炭素全体に対して本数基準で36%であった。
<Manufacturing of electrodes>
An electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that fibrous carbon (CNF-3) was used as the carbon-based conductive auxiliary agent.
The average effective length of fibrous carbon measured in a photograph taken with a digital microscope (VHX-200 manufactured by KEYENCE CORPORATION) after dissolving the electrode mixture layer of this electrode in a solvent and drying it is 15.1 μm (15.1 μm). The aspect ratio was 60). Further, FIG. 9 shows a histogram in which the effective length is measured. The content of fibrous carbon having an effective length longer than the average effective length was 36% based on the number of fibrous carbons as a whole.

<サイクリックボルタンメトリー測定>
前記電極を作用極として用いた以外は、実施例1と同様に操作を行うことで、リチウム金属を対極とする二極セルを作製した。図10に2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。この曲線から、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.84であり、良好であった。また、図11に2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。図10及び図11からIA/IBの比は0であった。すなわち、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において電気化学反応を示さなかった。これにより、高電圧下において、電解液の分解や導電助剤と電解液との反応などの副反応が生じ難い非水電解質二次電池を提供することができる。
<Cyclic voltammetry measurement>
A bipolar cell having a lithium metal as a counter electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that the electrode was used as a working electrode. FIG. 10 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +). From this curve, the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current was 0.84, which was good. Further, FIG. 11 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). From FIGS. 10 and 11, the IA / IB ratio was 0. That is, no electrochemical reaction was shown in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). This makes it possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which side reactions such as decomposition of the electrolytic solution and reaction between the conductive auxiliary agent and the electrolytic solution are unlikely to occur under a high voltage.

<充放電測定>
前記二極セルを用いて、実施例1と同様に充放電測定を行った。測定結果を図12に示す。充電容量が26.8mAh/g、放電容量が17.0mAh/g、充放電効率が63%であり、良好であった。
<Charge / discharge measurement>
Using the bipolar cell, charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG. The charge capacity was 26.8 mAh / g, the discharge capacity was 17.0 mAh / g, and the charge / discharge efficiency was 63%, which were good.

参考例2
<繊維状炭素(CNF−4)の製造>
黒鉛化温度を2400℃とした以外は実施例1と同様に操作を行い、繊維状炭素(CNF−4)を作製した。得られた繊維状炭素の平均繊維径(最も小さい次元の平均長さに相当する)は250nmであり、非常に分散性に優れた繊維状炭素であった。また、X線回折法で測定した結果から、繊維状炭素(CNF−4)の格子面間隔(d002)は0.3395nm、結晶子長さ(La110)は38nm、網平面群の厚さ(Lc002)は34nmであり、結晶性の高い繊維状炭素であった。

[ Reference example 2 ]
<Manufacturing of fibrous carbon (CNF-4)>
The same operation as in Example 1 was carried out except that the graphitization temperature was set to 2400 ° C. to prepare fibrous carbon (CNF-4). The average fiber diameter (corresponding to the average length of the smallest dimension) of the obtained fibrous carbon was 250 nm, and it was a fibrous carbon having excellent dispersibility. Further, from the results measured by the X-ray diffraction method, the lattice spacing (d002) of the fibrous carbon (CNF-4) is 0.3395 nm, the crystallinity length (La110) is 38 nm, and the thickness of the network plane group (Lc002). ) Was 34 nm, which was a highly crystalline fibrous carbon.

<電極の作製>
炭素系導電助剤として繊維状炭素(CNF−4)を用いた以外は実施例1と同様に操作を行い、電極を作製した。
この電極の電極合剤層を、溶媒に溶解し、乾燥後、デジタルマイクロスコープ(株式会社キーエンス製VHX−200)を用いて撮影した写真において測定した繊維状炭素の平均実効長は12.0μm(アスペクト比=48)であった。また、実効長を測定したヒストグラムを図13に示す。実効長が平均実効長よりも長い繊維状炭素の含有量は、繊維状炭素全体に対して本数基準で39%であった。
<Manufacturing of electrodes>
An electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that fibrous carbon (CNF-4) was used as the carbon-based conductive auxiliary agent.
The average effective length of fibrous carbon measured in a photograph taken with a digital microscope (VHX-200 manufactured by KEYENCE CORPORATION) after dissolving the electrode mixture layer of this electrode in a solvent and drying it is 12.0 μm (12.0 μm). The aspect ratio was 48). Further, FIG. 13 shows a histogram in which the effective length is measured. The content of fibrous carbon having an effective length longer than the average effective length was 39% based on the number of fibrous carbons as a whole.

<サイクリックボルタンメトリー測定>
前記電極を作用極として用いた以外は、実施例1と同様に操作を行うことで、リチウム金属を対極とする二極セルを作製した。図14に2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。この曲線から、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.82であり、良好であった。また、図15に2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。図14及び図15からIA/IBの比は0であった。すなわち、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において電気化学反応を示さなかった。これにより、高電圧下において、電解液の分解や導電助剤と電解液との反応などの副反応が生じ難い非水電解質二次電池を提供することができる。
<Cyclic voltammetry measurement>
A bipolar cell having a lithium metal as a counter electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that the electrode was used as a working electrode. FIG. 14 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +). From this curve, the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current was 0.82, which was good. Further, FIG. 15 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). From FIGS. 14 and 15, the IA / IB ratio was 0. That is, no electrochemical reaction was shown in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). This makes it possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which side reactions such as decomposition of the electrolytic solution and reaction between the conductive auxiliary agent and the electrolytic solution are unlikely to occur under a high voltage.

<充放電測定>
前記二極セルを用いて、実施例1と同様に充放電測定を行った。測定結果を図16に示す。充電容量が26.0mAh/g、放電容量が16.8mAh/g、充放電効率が65%であり、良好であった。
<Charge / discharge measurement>
Using the bipolar cell, charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG. The charge capacity was 26.0 mAh / g, the discharge capacity was 16.8 mAh / g, and the charge / discharge efficiency was 65%, which were good.

参考例3
黒鉛化温度を2000℃とした以外は実施例1と同様に操作を行い、繊維状炭素(CNF−5)を作製した。得られた繊維状炭素の平均繊維径(最も小さい次元の平均長さに相当する)は250nmであり、非常に分散性に優れた繊維状炭素であった。また、X線回折法で測定した結果から、繊維状炭素(CNF−5)の格子面間隔(d002)は0.3426nm、網平面群の厚さ(Lc002)は25nmであり、結晶性の高い繊維状炭素であった。

[ Reference example 3 ]
The same operation as in Example 1 was carried out except that the graphitization temperature was set to 2000 ° C. to prepare fibrous carbon (CNF-5). The average fiber diameter (corresponding to the average length of the smallest dimension) of the obtained fibrous carbon was 250 nm, and it was a fibrous carbon having excellent dispersibility. Further, from the results measured by the X-ray diffraction method, the lattice spacing (d002) of the fibrous carbon (CNF-5) is 0.3426 nm, and the thickness of the network plane group (Lc002) is 25 nm, which is highly crystalline. It was fibrous carbon.

<電極の作製>
炭素系導電助剤として繊維状炭素(CNF−5)を用いた以外は実施例1と同様に操作を行い、電極を作製した。
この電極の電極合剤層を、溶媒に溶解し、乾燥後、デジタルマイクロスコープ(株式会社キーエンス製VHX−200)を用いて撮影した写真において測定した繊維状炭素の平均実効長は16.6μm(アスペクト比=64)であった。また、実効長を測定したヒストグラムを図17に示す。実効長が平均実効長よりも長い繊維状炭素の含有量は、繊維状炭素全体に対して本数基準で31%であった。
<Manufacturing of electrodes>
An electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that fibrous carbon (CNF-5) was used as the carbon-based conductive auxiliary agent.
The average effective length of fibrous carbon measured in a photograph taken with a digital microscope (VHX-200 manufactured by KEYENCE CORPORATION) after dissolving the electrode mixture layer of this electrode in a solvent and drying it is 16.6 μm (16.6 μm). The aspect ratio was 64). Further, FIG. 17 shows a histogram in which the effective length is measured. The content of fibrous carbon having an effective length longer than the average effective length was 31% based on the number of fibrous carbons as a whole.

<サイクリックボルタンメトリー測定>
前記電極を作用極として用いた以外は、実施例1と同様に操作を行うことで、リチウム金属を対極とする二極セルを作製した。図18に2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。この曲線から、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.82であり、良好であった。また、図19に2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。図18及び図19からIA/IBの比は0であった。すなわち、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において電気化学反応を示さなかった。これにより、高電圧下において、電解液の分解や導電助剤と電解液との反応などの副反応が生じ難い非水電解質二次電池を提供することができる。
<Cyclic voltammetry measurement>
A bipolar cell having a lithium metal as a counter electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that the electrode was used as a working electrode. FIG. 18 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +). From this curve, the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current was 0.82, which was good. Further, FIG. 19 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). From FIGS. 18 and 19, the IA / IB ratio was 0. That is, no electrochemical reaction was shown in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). This makes it possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which side reactions such as decomposition of the electrolytic solution and reaction between the conductive auxiliary agent and the electrolytic solution are unlikely to occur under a high voltage.

<充放電測定>
前記二極セルを用いて、実施例1と同様に充放電測定を行った。測定結果を図20に示す。充電容量が21.4mAh/g、放電容量が13.5mAh/g、充放電効率が63%であり、良好であった。
<Charge / discharge measurement>
Using the bipolar cell, charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1. The measurement results are shown in FIG. The charge capacity was 21.4 mAh / g, the discharge capacity was 13.5 mAh / g, and the charge / discharge efficiency was 63%, which were good.

比較例2
<繊維状炭素(MWCNT)の製造>
Fe及びCoを含有する触媒を石英製管状反応器に入れ、反応器内を窒素ガス置換し、窒素ガスを流しながら、反応器を室温から690℃まで60分間かけて昇温させた。温度690℃を維持したまま、窒素ガスを、窒素ガスと水素ガスとの混合ガスAに切り替えて還元反応させた。還元反応後、温度690℃を維持したまま、混合ガスAを、水素ガスとエチレンガスとの混合ガスBに切り替えて気相成長反応させた。混合ガスBを窒素ガスに切り替え、反応器内を窒素ガスで置換し、室温まで冷やした。
得られた炭素繊維の平均繊維径(最も小さい次元の平均長さに相当する)は150nmであり、分岐構造を有していた。平均実効長は8μmであった。また、X線回折法により測定した(002)面の平均面間隔d002が0.3383nm、結晶子長さ(La110)は44nm、網平面群の厚さ(Lc002)は28nmであり、結晶性の高い繊維状炭素であった。金属含有率は82ppm(鉄が43ppm、Siが39ppm)であった。
[ Comparative Example 2 ]
<Manufacturing of fibrous carbon (MWCNT)>
A catalyst containing Fe and Co was placed in a tubular quartz reactor, the inside of the reactor was replaced with nitrogen gas, and the temperature of the reactor was raised from room temperature to 690 ° C. over 60 minutes while flowing nitrogen gas. While maintaining the temperature of 690 ° C., the nitrogen gas was switched to the mixed gas A of the nitrogen gas and the hydrogen gas for a reduction reaction. After the reduction reaction, the mixed gas A was switched to the mixed gas B of hydrogen gas and ethylene gas to cause a gas phase growth reaction while maintaining the temperature of 690 ° C. The mixed gas B was switched to nitrogen gas, the inside of the reactor was replaced with nitrogen gas, and the mixture was cooled to room temperature.
The average fiber diameter (corresponding to the average length of the smallest dimension) of the obtained carbon fibers was 150 nm, and had a branched structure. The average effective length was 8 μm. Further, the average plane spacing d002 of the (002) plane measured by the X-ray diffraction method is 0.3383 nm, the crystallinity length (La110) is 44 nm, and the thickness of the network plane group (Lc002) is 28 nm, which are crystalline. It was a high fibrous carbon. The metal content was 82 ppm (43 ppm for iron and 39 ppm for Si).

<電極の作製>
炭素系導電助剤としてMWCNTを用いた以外は実施例1と同様に操作を行い、電極を作製した。
<Manufacturing of electrodes>
An electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that MWCNT was used as the carbon-based conductive auxiliary agent.

<サイクリックボルタンメトリー測定>
前記電極を作用極として用いた以外は、実施例1と同様に操作を行うことで、リチウム金属を対極とする二極セルを作製した。図21に2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。この曲線から、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.81であり、良好であった。すなわち、高電圧下において、電解液の分解や導電助剤と電解液との反応などの副反応が生じ難い非水電解質二次電池を提供することができる。また、図22に2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。図21及び図22からIA/IBの比は0.044であった。
<Cyclic voltammetry measurement>
A bipolar cell having a lithium metal as a counter electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that the electrode was used as a working electrode. FIG. 21 shows a CV curve measured within a potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +). From this curve, the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current was 0.81, which was good. That is, it is possible to provide a non-aqueous electrolyte secondary battery in which side reactions such as decomposition of the electrolytic solution and reaction between the conductive auxiliary agent and the electrolytic solution are unlikely to occur under a high voltage. Further, FIG. 22 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). From FIGS. 21 and 22, the IA / IB ratio was 0.044.

<充放電測定>
前記二極セルを用いて、実施例1と同様に充放電測定を行った。測定結果を図23に示す。充電容量が9.1mAh/g、放電容量が4.6mAh/g、充放電効率が51%であり、良好であった。
<Charge / discharge measurement>
Using the bipolar cell, charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1. The measurement result is shown in FIG. The charge capacity was 9.1 mAh / g, the discharge capacity was 4.6 mAh / g, and the charge / discharge efficiency was 51%, which were good.

[比較例1]
<電極の作製>
炭素系導電助剤として球状炭素(AB、平均粒子径35nmであり、これが最も小さい次元の平均長さに相当する。)を用いた以外は実施例1と同様に操作を行い、電極を作製した。ABは結晶性が低かった。
[Comparative Example 1]
<Manufacturing of electrodes>
An electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that spherical carbon (AB, average particle diameter of 35 nm, which corresponds to the average length of the smallest dimension) was used as the carbon-based conductive auxiliary agent. .. AB had low crystallinity.

<サイクリックボルタンメトリー測定>
前記電極を作用極として用いた以外は、実施例1と同様に操作を行うことで、リチウム金属を対極とする二極セルを作製した。図24に2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。この曲線から、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.48であった。また、図25に2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内において測定したCV曲線を示す。図24及び図25からIA/IBの比は0.124であった。
<Cyclic voltammetry measurement>
A bipolar cell having a lithium metal as a counter electrode was produced by performing the same operation as in Example 1 except that the electrode was used as a working electrode. FIG. 24 shows a CV curve measured within a potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +). From this curve, the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current was 0.48. Further, FIG. 25 shows a CV curve measured in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). From FIGS. 24 and 25, the IA / IB ratio was 0.124.

<充放電測定>
前記二極セルを用いて、実施例1と同様に充放電測定を行った。測定結果を図26に示す。充電容量が5.1mAh/g、放電容量が1.7mAh/g、充放電効率が33%であった。
<Charge / discharge measurement>
Using the bipolar cell, charge / discharge measurement was performed in the same manner as in Example 1. The measurement result is shown in FIG. The charge capacity was 5.1 mAh / g, the discharge capacity was 1.7 mAh / g, and the charge / discharge efficiency was 33%.

Figure 0006974934
Figure 0006974934

Claims (6)

少なくとも繊維状炭素を含有する非水電解質二次電池用電極合剤層であって、
該非水電解質二次電池用電極合剤層から成る電極を作用極とし、リチウム金属を対極とし、1mol/L濃度のLiPFを含むエチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート混合溶液(体積(25℃)比=3/7)を用いて、2.5〜5V(vs.Li/Li+)の範囲で測定したサイクリックボルタモグラム(CV)において、還元電流の積算値/酸化電流の積算値が0.6以下である電気化学反応を示さない非水電解質二次電池用電極合剤層であり、
前記繊維状炭素が、該繊維状炭素50質量部とポリフッ化ビニリデン50質量部とから成る100質量部の非水電解質二次電池用電極合剤層を含む電極を作用極とし、リチウム金属を対極とし、1mol/L濃度のLiPFを含む、エチレンカーボネート/エチルメチルカーボネート混合溶液(体積(25℃)比=3/7)を用いて、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲で測定したサイクリックボルタモグラム(CV)において、IA/IBが0.044以下(ここでIAは、2.5〜4.4V(vs.Li/Li+)の電位範囲内においてサイクリックボルタモグラム測定を行った際に、酸化電流が極大値をとるときの電流値のうち最大のものをいい、IBは、2.5〜5V(vs.Li/Li+)の電位範囲内においてサイクリックボルタモグラム測定を行ったときの5Vでの電流値をいう。)の繊維状炭素であり、且つ
前記繊維状炭素が、平均実効長(L)よりも長い実効長を有する繊維状炭素の含有割合が本数基準で48%以下であり、実効長分布におけるピークトップが1つであり、平均実効長(L)と平均繊維径(D)との比(L/D)が30以上であり、
前記繊維状炭素の金属含有量が50ppm以下であり、
前記繊維状炭素のX線回折法で測定した結晶子長さ(La)が100〜500nmであることを特徴とする非水電解質二次電池用電極合剤層。
An electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery containing at least fibrous carbon.
An ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate mixed solution (volume (25 ° C.) ratio =) containing LiPF 6 having a concentration of 1 mol / L, with the electrode composed of the electrode mixture layer for the non-aqueous electrolyte secondary battery as the working electrode and the lithium metal as the counter electrode. In the cyclic voltammogram (CV) measured in the range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +) using 3/7), the integrated value of the reduction current / the integrated value of the oxidation current is 0.6 or less. An electrode mixture layer for non-aqueous electrolyte secondary batteries that does not show a certain electrochemical reaction.
The fibrous carbon has an electrode containing 100 parts by mass of an electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery composed of 50 parts by mass of the fibrous carbon and 50 parts by mass of polyvinylidene fluoride as a working electrode, and a lithium metal as a counter electrode. 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +) using an ethylene carbonate / ethylmethyl carbonate mixed solution (volume (25 ° C.) ratio = 3/7) containing LiPF 6 having a concentration of 1 mol / L. In the cyclic voltammogram (CV) measured in the potential range of, IA / IB is 0.044 or less (where IA is the cyclic voltammogram in the potential range of 2.5 to 4.4 V (vs. Li / Li +). The maximum current value when the oxidation current reaches the maximum value when the measurement is performed, and IB is a cyclic voltammogram measurement within the potential range of 2.5 to 5 V (vs. Li / Li +). The content ratio of the fibrous carbon which is the fibrous carbon of 5V and has an effective length longer than the average effective length (L) is the number standard. 48% or less, one peak top in the effective length distribution, and the ratio (L / D) of the average effective length (L) to the average fiber diameter (D) is 30 or more.
Wherein Ri der is 50ppm or less metal content of the fibrous carbon,
Crystallite length (La) is a non-aqueous electrolyte secondary cell electrode mixture layer, wherein 100~500nm der Rukoto measured by X-ray diffractometry of the fibrous carbon.
前記IA/IBが下記式(1)
IA/IB<0.02・・・式(1)
を満たす繊維状炭素である請求項1に記載の非水電解質二次電池用電極合剤層。
The IA / IB is the following formula (1)
IA / IB <0.02 ... Equation (1)
The electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1, which is a fibrous carbon satisfying the above conditions.
前記電極合剤層に含まれる繊維状炭素のX線回折法で測定した結晶面間隔(d002)が、0.335〜0.340nmである請求項1又は2に記載の非水電解質二次電池用電極合剤層。 The non-aqueous electrolyte secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the crystal plane spacing (d002) measured by the X-ray diffraction method of the fibrous carbon contained in the electrode mixture layer is 0.335 to 0.340 nm. Electrode mixture layer. 前記電極合剤層に含まれる繊維状炭素の最も小さい次元の平均長さが50〜1000nmである請求項1乃至3の何れか1項に記載の非水電解質二次電池用電極合剤層。 The electrode mixture layer for a non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 3, wherein the average length of the fibrous carbon contained in the electrode mixture layer in the smallest dimension is 50 to 1000 nm. 請求項1乃至4の何れか1項に記載の非水電解質二次電池用電極合剤層を有する非水電解質二次電池用電極。 The electrode for a non-aqueous electrolyte secondary battery having the electrode mixture layer for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4. 請求項1乃至4の何れか1項に記載の非水電解質二次電池用電極合剤層を有する非水電解質二次電池。

A non-aqueous electrolyte secondary battery having the electrode mixture layer for the non-aqueous electrolyte secondary battery according to any one of claims 1 to 4.

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