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JP7615537B2 - Raw material for negative electrode material for non-aqueous secondary battery, negative electrode material for non-aqueous secondary battery, negative electrode for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery - Google Patents
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JP7615537B2 - Raw material for negative electrode material for non-aqueous secondary battery, negative electrode material for non-aqueous secondary battery, negative electrode for non-aqueous secondary battery, and non-aqueous secondary battery - Google Patents

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Description

本発明は、非水系二次電池用負極材原料及び非水系二次電池用負極材に関する。また、本発明は、この非水系二次電池用負極材を含む非水系二次電池用負極及び非水系二次電池に関する。 The present invention relates to a raw material for a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery and a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery. The present invention also relates to a negative electrode for a non-aqueous secondary battery and a non-aqueous secondary battery that contain this negative electrode material for a non-aqueous secondary battery.

近年、電子機器の小型化に伴い、高容量の二次電池に対する需要が高まってきている。特に、ニッケル・カドミウム電池や、ニッケル・水素電池に比べ、よりエネルギー密度が高く、急速充放電特性に優れた非水系二次電池、とりわけリチウムイオン二次電池が注目されている。特に、リチウムイオンを吸蔵・放出できる正極及び負極、並びにLiPFやLiBF等のリチウム塩を溶解させた非水電解液からなる非水系リチウム二次電池が開発され、実用化されている。 In recent years, the demand for high-capacity secondary batteries has been increasing with the miniaturization of electronic devices. In particular, non-aqueous secondary batteries, especially lithium ion secondary batteries, have attracted attention because they have higher energy density and superior rapid charge/discharge characteristics than nickel-cadmium batteries and nickel-metal hydride batteries. In particular, non-aqueous lithium secondary batteries consisting of positive and negative electrodes capable of absorbing and releasing lithium ions, and a non-aqueous electrolyte solution in which lithium salts such as LiPF6 and LiBF4 are dissolved, have been developed and put to practical use.

この非水系リチウム二次電池の負極材としては種々のものが提案されているが、高容量であること、放電電位の平坦性に優れていること等の理由から、天然黒鉛やコークス等の黒鉛化で得られる人造黒鉛、黒鉛化メソフェーズピッチ、黒鉛化炭素繊維等の黒鉛質の炭素材が用いられている。また、一部の電解液に対して比較的安定しているなどの理由で非晶質の炭素材も用いられている。更には、黒鉛粒子の表面に非晶質炭素を被覆あるいは付着させ、黒鉛による高容量かつ不可逆容量が小さいという特性と、非晶質炭素による電解液との安定性に優れるという特性との2つの特性を併せもたせた炭素材も用いられている。 Various materials have been proposed as negative electrode materials for non-aqueous lithium secondary batteries, but graphitic carbon materials such as artificial graphite obtained by graphitizing natural graphite or coke, graphitized mesophase pitch, and graphitized carbon fiber are used because of their high capacity and excellent flatness of discharge potential. Amorphous carbon materials are also used because they are relatively stable against some electrolytes. Furthermore, carbon materials are used in which amorphous carbon is coated or attached to the surface of graphite particles, combining the two properties of high capacity and small irreversible capacity due to graphite and excellent stability with electrolytes due to amorphous carbon.

最近では、電気自動車等の分野において、高容量であることや低温入出力特性に優れること等の特性が重視され、これらの観点から上記の非水系リチウム二次電池の負極材の中でも黒鉛粒子の表面に非晶質炭素を被覆あるいは付着させた材料が使用されている。このような材料の中でも、特許文献1において、特定の条件で非晶質炭素を被覆させると共に、黒鉛に等方的加圧処理を行うことで急速充電特性を改善した負極材が開示されている。また、特許文献2において、黒鉛粒子に被覆する非晶質炭素について、原料にキノリン含有量が高いコールタールピッチを用いて表面に存在する硫黄元素及び窒素元素の原子濃度を制御することにより、高容量で、充放電特性を改善した負極材が開示されている。また、特許文献3において、特定の熱的特性を有する炭素材により、プレス荷重が低く、低温出力特性を改善した負極材が開示されている。更に、特許文献4において、特定の非晶質炭素で被覆されており、特定の細孔容積を有することにより、低温入出力特性及び高温保存特性を改善した負極材が開示されている。 Recently, in the field of electric vehicles and the like, characteristics such as high capacity and excellent low-temperature input/output characteristics are emphasized, and from these viewpoints, among the negative electrode materials of the above-mentioned nonaqueous lithium secondary batteries, materials in which amorphous carbon is coated or attached to the surface of graphite particles are used. Among such materials, Patent Document 1 discloses a negative electrode material in which the rapid charging characteristics are improved by coating the graphite with amorphous carbon under specific conditions and performing an isotropic pressure treatment on the graphite. Patent Document 2 discloses a negative electrode material with high capacity and improved charge/discharge characteristics by controlling the atomic concentrations of sulfur and nitrogen elements present on the surface using coal tar pitch with a high quinoline content as a raw material for the amorphous carbon coated on the graphite particles. Patent Document 3 discloses a negative electrode material with low press load and improved low-temperature output characteristics due to a carbon material with specific thermal characteristics. Furthermore, Patent Document 4 discloses a negative electrode material with improved low-temperature input/output characteristics and high-temperature storage characteristics by being coated with specific amorphous carbon and having a specific pore volume.

WO2011/052452WO2011/052452 WO2012/157590WO2012/157590 特開2017-045574号公報JP 2017-045574 A 特開2018-163868号公報JP 2018-163868 A

本発明者等の検討によれば、特許文献1~4に記載の非水系二次電池用負極材では、充放電サイクル後の極板膨れが起こってしまうことがわかった。即ち、本発明の課題は、高
容量で、急速充電特性に優れ、充放電サイクル後の極板膨れが小さい非水系二次電池を提供できる非水系二次電池用負極材原料及び非水系二次電池用負極材、並びにこれを含む非水系二次電池用負極及び非水系二次電池を提供することにある。
According to the studies of the present inventors, it has been found that the negative electrode materials for nonaqueous secondary batteries described in Patent Documents 1 to 4 cause plate swelling after charge/discharge cycles. That is, an object of the present invention is to provide a raw material for a negative electrode material for nonaqueous secondary batteries and a negative electrode material for nonaqueous secondary batteries that can provide a nonaqueous secondary battery having a high capacity, excellent rapid charging characteristics, and small plate swelling after charge/discharge cycles, as well as a negative electrode for a nonaqueous secondary battery and a nonaqueous secondary battery that contain the same.

本発明者等は上記課題を解決するべく鋭意検討した結果、水銀圧入法により測定される水銀退出量/水銀圧入量(B/A)を特定の範囲に制御した、黒鉛質原料を用いた非水系二次電池用負極材により上記課題を解決し得ることを見出した。即ち、本発明の要旨は以下の通りである。 As a result of intensive research by the inventors to solve the above problems, they discovered that the above problems can be solved by a negative electrode material for non-aqueous secondary batteries using graphite raw materials, in which the amount of mercury discharged/the amount of mercury injected (B/A) measured by mercury intrusion porosimetry is controlled to a specific range. That is, the gist of the present invention is as follows.

[1] 黒鉛を含み、かつ水銀圧入法から得られる水銀圧入量をA、水銀退出量をBとしたときに、下記式(1)が45%以上である非水系二次電池用負極材原料。
式(1) B/A×100(%)
[2] 前記水銀圧入量Aが、0.001mL/g以上、0.5mL/g以下である[1]に記載の非水系二次電池用負極材原料。
[3] 前記水銀退出量Bが、0.0005mL/g以上、0.5mL/g以下である[1]または[2]に記載の非水系二次電池用負極材原料。
[4] タップ密度が0.7g/cm以上、1.4g/cm以下である、[1]~[3]のいずれかに記載の非水系二次電池用負極材原料。
[5] [1]~[4]のいずれかに記載の非水系二次電池用負極材原料を含む非水系二次電池用負極材。
[6] X線回折法から得られる面間隔(d002)が0.34nm以下であり、かつc軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が90nm以上である、[5]に記載の非水系二次電池負極材。
[7] 下記式αから算出されるラマンR値が0.15以上1.00以下である[5]または[6]に記載の非水系二次電池負極材。
式α:
[ラマンR値]=[ラマンスペクトル分析における1360cm-1付近のピークPの強度I]/[1580cm-1付近のピークPの強度I
[8] [5]~[7]のいずれかに記載の負極材を用いた非水系二次電池。
[1] A raw material for a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, comprising graphite, and having a value of the following formula (1) of 45% or more, where A is the amount of mercury injected and B is the amount of mercury released, as determined by mercury intrusion porosimetry:
Formula (1) B/A×100(%)
[2] The raw material for a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to [1], wherein the amount of mercury intrusion A is 0.001 mL/g or more and 0.5 mL/g or less.
[3] The raw material for a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to [1] or [2], wherein the amount of mercury discharged B is 0.0005 mL/g or more and 0.5 mL/g or less.
[4] The raw material for a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [3], having a tap density of 0.7 g/cm 3 or more and 1.4 g/cm 3 or less.
[5] A negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, comprising the negative electrode material raw material for a non-aqueous secondary battery according to any one of [1] to [4].
[6] The nonaqueous secondary battery negative electrode material according to [5], wherein the interplanar spacing (d002) obtained by X-ray diffraction is 0.34 nm or less, and the crystallite size (Lc) in the c-axis direction is 90 nm or more.
[7] The nonaqueous secondary battery negative electrode material according to [5] or [6], wherein the Raman R1 value calculated from the following formula α is 0.15 or more and 1.00 or less.
Formula α:
[Raman R 1 value]=[Intensity I B of peak P B at about 1360 cm −1 in Raman spectrum analysis]/[Intensity I A of peak P A at about 1580 cm −1 ]
[8] A non-aqueous secondary battery using the negative electrode material according to any one of [5] to [7].

本発明によれば、高容量で、急速充電特性に優れ、サイクル後の極板膨れが小さい非水系二次電池を提供できる非水系二次電池用負極材原料及び非水系二次電池用負極材並びにこれを含む非水系二次電池用負極及び非水系二次電池が提供される。 The present invention provides a raw material for a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, and a negative electrode for a non-aqueous secondary battery and a non-aqueous secondary battery that contain the same, which can provide a non-aqueous secondary battery that has a high capacity, excellent rapid charging characteristics, and small plate swelling after cycling.

図1は、実施例1~2及び比較例1~3の水銀退出量/水銀圧入量(B/A)とサイクル膨れの関係を示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the amount of mercury discharged/the amount of mercury injected (B/A) and cycle swelling in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3.

以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の説明に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変形して実施することができる。なお、本発明において、「~」を用いてその前後に数値又は物性値を挟んで表現する場合、その前後の値を含むものとして用いることとする。 The present invention will be described in detail below, but the present invention is not limited to the following description, and can be modified as desired without departing from the gist of the present invention. In the present invention, when "~" is used to express a numerical value or physical property value before and after the value, the value before and after the value is included.

〔非水系二次電池用負極材原料〕
本発明の一実施形態に係る非水系二次電池用負極材原料(以下、「本発明の負極材原料」と称する場合がある。)は、黒鉛を含み、水銀圧入法により測定された水銀圧入量(mL/g)をA、水銀退出量(mL/g)をBとした場合、水銀退出量/水銀圧入量(B/
A)×100が45%以上である。
水銀退出量/水銀圧入量(B/A)は、負極材原料粒子内構造の複雑さの指標であり、粒子内構造が複雑であることは粒子内の残存応力の大きさに繋がり、粒子内の残存応力が大きさは本原料を用いた負極材の充放電サイクルにともなう粒子膨張の発生しやすさに繋がる恐れがある。そのため、水銀退出量/水銀圧入量(B/A)×100は、通常45%以上であり、50%以上であることがより好ましく、55%以上であることがさらに好ましく、60%以上であることが特に好ましく、63%以上であることが最も好ましい。水銀退出量/水銀圧入量(B/A)×100の上限としては、特に限定されないが、粒子内構造の複雑さが低くなる(すなわち、粒子内構造が単純になる)ほど粒子の球形度が低下する傾向にあり、粒子の球形度が低下すると本原料を用いた負極材を用いた負極中のリチウムイオン拡散性が低下し、急速充電性能等の負荷特性への悪影響が顕著になる恐れがあるため、95%以下であることが好ましく、90%以下であることがより好ましく、85%以下であることがさらに好ましく、80%以下であることが最も好ましい。
水銀圧入量(mL/g)Aとしては、特に限定されないが、Aが小さいことは粒子内細孔量が少ないことを意味し、粒子内細孔量が少ないと本原料を用いた負極材の入出力特性等の負荷特性の低下につながる恐れがある。そのため、水銀圧入量(mL/g)Aは0.001mL/g以上であることが好ましく、0.003mL/g以上であることがより好ましく、0.005mL/g以上であることがさらに好ましく、0.01mL/g以上であることが特に好ましく、0.03mL/g以上であることが最も好ましい。水銀圧入量(mL/g)Aの上限としては、Aが大きいことは粒子内細孔量が多いことを意味し、粒子内細孔量が多いことは本原料を用いた負極材のかさ密度の低下によるスラリー作製効率や電極乾燥効率の低下につながる恐れがあるため、1.0mL/g以下であることが好ましく、0.8mL/g以下であることがより好ましく、0.6mL/g以下であることがさらに好ましく、0.4mL/g以下であることが特に好ましく、0.3mL/g以下であることが最も好ましい。
水銀退出量(mL/g)Bとしては、特に限定されないが、Bが小さいことは粒子内細孔量が少ない、あるいは、粒子内構造が複雑であることを反映しており、前者は本原料を用いた負極材の入出力特性等の負荷特性の低下に繋がる恐れがあり、後者は粒子内の残存応力が大きいことの反映であり、粒子内の残存応力が大きいことは本原料を用いた負極材の充放電サイクルにともなう粒子膨張の発生懸念に繋がるおそれがある。そのため、水銀退出量(mL/g)Bは0.001mL/g以上であることが好ましく、0.005mL/g以上であることがより好ましく、0.010mL/g以上であることがさらに好ましく、0.040mL/g以上であることが特に好ましく、0.065mL/g以上であることが最も好ましい。水銀退出量(mL/g)Bの上限としては、Bが大きいことはB測定直前の水銀圧入量(mL/g)Aが大きいことを意味し、Aが大き過ぎると前述の懸念があるため、1.0mL/g以下であることが好ましく、0.6mL/g以下であることがより好ましく、0.4mL/g以下であることがさらに好ましく、0.2mL/g以下であることが特に好ましく、0.1mL/g以下であることが最も好ましい。
上記のような負極材原料は、負極材に含まれると二次電池の充放電に伴うサイクル後の極板膨れ(サイクル膨れ)を抑制できるため、好ましい。
[Raw material for negative electrode material for non-aqueous secondary batteries]
The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as the "negative electrode material of the present invention") contains graphite and has a mercury intrusion porosimetry measured. If the amount of mercury (mL/g) is A and the amount of mercury discharged (mL/g) is B, then the ratio of the amount of mercury discharged/the amount of mercury injected (B/
A) × 100 is 45% or more.
The ratio of the amount of mercury discharged/the amount of mercury intrusion (B/A) is an index of the complexity of the structure within the particles of the raw material for the negative electrode material. The complexity of the structure within the particles leads to the magnitude of the residual stress within the particles. The magnitude of the residual stress may lead to the tendency of particle expansion occurring during charge-discharge cycles of the negative electrode material using this raw material. Therefore, the amount of mercury discharged/the amount of mercury injected (B/A) × 100 is , is usually 45% or more, more preferably 50% or more, even more preferably 55% or more, particularly preferably 60% or more, and most preferably 63% or more. The upper limit of the amount of mercury discharged/the amount of mercury intrusion (B/A)×100 is not particularly limited, but the lower the complexity of the intraparticle structure (i.e., the simpler the intraparticle structure), the higher the sphericity of the particles. The sphericity of the particles tends to decrease, and when the sphericity of the particles decreases, the lithium ion diffusion in the negative electrode using the negative electrode material made from this raw material decreases, and there is a risk that the adverse effects on load characteristics such as quick charging performance will become significant. Therefore, it is preferably 95% or less, more preferably 90% or less, even more preferably 85% or less, and most preferably 80% or less.
The amount of mercury intrusion (mL/g) A is not particularly limited, but a small A means that the amount of pores in the particles is small. This may lead to a deterioration in load characteristics such as input/output characteristics. Therefore, the amount of mercury injected (mL/g) A is preferably 0.001 mL/g or more, and more preferably 0.003 mL/g or more. The amount of mercury intrusion (mL/g) A is preferably 0.005 mL/g or more, more preferably 0.01 mL/g or more, and most preferably 0.03 mL/g or more. As for the upper limit of A, a large A means a large amount of pores in the particles, and a large amount of pores in the particles reduces the bulk density of the negative electrode material using this raw material, which leads to poor slurry preparation efficiency and electrode drying. Since this may lead to a decrease in efficiency, it is preferably 1.0 mL/g or less, more preferably 0.8 mL/g or less, even more preferably 0.6 mL/g or less, and more preferably 0. It is particularly preferably 4 mL/g or less, and most preferably 0.3 mL/g or less.
The amount of mercury discharged (mL/g) B is not particularly limited, but a small B reflects a small amount of intraparticle pores or a complex intraparticle structure. This may lead to a decrease in the load characteristics, such as the input/output characteristics, of the anode material using this raw material, and the latter is a reflection of the large residual stress in the particles. This may lead to concerns about particle expansion that occurs with charge/discharge cycles of the negative electrode material. Therefore, the amount of mercury discharged (mL/g) B is preferably 0.001 mL/g or more, and more preferably 0.005 mL/g or more. It is more preferable that the viscosity is 0.010 mL/g or more, even more preferable that the viscosity is 0.040 mL/g or more, and most preferable that the viscosity is 0.065 mL/g or more. The upper limit of the amount of mercury discharged (mL/g) B is set because a large B means that the amount of mercury injected (mL/g) A immediately before the measurement of B is large, and if A is too large, there are concerns as mentioned above. , preferably 1.0 mL/g or less, more preferably 0.6 mL/g or less, even more preferably 0.4 mL/g or less, and particularly preferably 0.2 mL/g or less. It is preferable that the concentration is 0.1 mL/g or less, and most preferable that the concentration is 0.1 mL/g or less.
The above-mentioned raw materials for the negative electrode material are preferable because, when contained in the negative electrode material, swelling of the electrode plate after cycles (cycle swelling) accompanying the charge and discharge of the secondary battery can be suppressed.

本実施形態の非水系二次電池用負極材原料および非水系二次電池用負極材は、高容量でサイクル膨れの抑制に優れ、且つ、急速充電性能に優れる非水系二次電池を提供するという効果を奏する。本発明がこのような効果を奏する理由は定かではないが、次の理由が考えられる。 The negative electrode material for non-aqueous secondary batteries and the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries of this embodiment have the effect of providing a non-aqueous secondary battery that has high capacity, excellent suppression of cycle swelling, and excellent rapid charging performance. The reason why the present invention has such an effect is unclear, but the following reasons are thought to be the cause.

本実施形態の負極材原料において、水銀退出量/水銀圧入量(B/A)は粒子内構造の複雑さの指標となり、B/A値が小さいほど粒子内構造が複雑であることを意味する。粒子内構造が複雑であることは粒子内の残存応力の大きさに繋がり、粒子内の残存応力の大きさは本負極材原料を用いた負極材の充放電サイクルにともなう粒子膨張の発生しやすさ
に繋がると考えられる。B/A×100の値を45%以上にすることにより、粒子内構造の複雑さを一定以下に抑え、粒子内の残存応力を抑制することで、本負極材原料を用いた負極材の充放電サイクルにともなう粒子膨張を抑制することが可能となり、負極のサイクル膨れの抑制に優れると考えられる。
In the negative electrode material of this embodiment, the amount of mercury discharged/the amount of mercury intrusion (B/A) is an index of the complexity of the intra-particle structure, and the smaller the B/A value, the more complex the intra-particle structure. The complexity of the intra-particle structure leads to the magnitude of the residual stress in the particles, and the magnitude of the residual stress in the particles is thought to lead to the tendency of particle expansion to occur during the charge-discharge cycle of the negative electrode material using this negative electrode material raw material. By making the value of B/A×100 45% or more, the complexity of the intra-particle structure is suppressed to a certain level, and the residual stress in the particles is suppressed, making it possible to suppress particle expansion during the charge-discharge cycle of the negative electrode material using this negative electrode material raw material, and it is thought to be excellent in suppressing cycle swelling of the negative electrode.

さらに、B/A×100の値を63%以上に維持することで、負極のサイクル膨れの抑制に優れながら、さらに急速充電性能を高めることが可能となる。これは、負極中のリチウムイオン拡散が促進され、負極中のリチウムイオン濃度勾配が緩やかになり、急速充電のような物質拡散が律速になるような使用条件において、濃度過電圧が抑制されるためと考えられる。 Furthermore, by maintaining the value of B/A x 100 at 63% or more, it is possible to further improve the rapid charging performance while effectively suppressing cycle swelling of the negative electrode. This is thought to be because the diffusion of lithium ions in the negative electrode is promoted, the lithium ion concentration gradient in the negative electrode becomes gentler, and concentration overvoltage is suppressed under conditions of use where material diffusion is rate-limiting, such as rapid charging.

[物性]
本発明の一実施形態に係る負極材原料以下に説明する(B/A)×100を満足する。<水銀圧入量および水銀退出量>
本発明の負極材原料は、水銀圧入法により測定された水銀圧入量(mL/g)をA、水銀退出量(mL/g)をBとした場合、水銀退出量/水銀圧入量(B/A)×100が45%以上である。
[Physical Properties]
The negative electrode material according to one embodiment of the present invention satisfies (B/A)×100 described below. <Amount of mercury injected and amount of mercury discharged>
In the negative electrode raw material of the present invention, when the amount of mercury injected (mL/g) measured by mercury intrusion porosimetry is A and the amount of mercury released (mL/g) is B, the amount of mercury released/the amount of mercury injected (B/A)×100 is 45% or more.

上記水銀ポロシメトリー用の装置として、水銀ポロシメータ(オートポア9520:マイクロメリテックス社製)を用いることができる。試料(負極材原料)を0.2g前後の値となるように秤量し、パウダー用セルに封入し、室温、真空下(50μmHg以下)にて10分間脱気して前処理を実施する。引き続き、4psia(約28kPa)に減圧して前記セルに水銀を導入し、圧力を4psia(約28kPa)から40000psia(約280MPa)までステップ状に昇圧させた後、25psia(約170kPa)まで降圧させる。昇圧時のステップ数は42点以上、降圧時のステップ数は39点以上とし、各ステップでは10秒の平衡時間の後、水銀圧入量を測定する。こうして得られた水銀圧入曲線からWashburnの式を用い、細孔分布を算出する。なお、水銀の表面張力(γ)は485dyne/cm、接触角(ψ)は140°として算出する。平均細孔径は、累計細孔体積が50%となるときの細孔径として定義する。このようにして得られた水銀圧入挙動および水銀退出挙動より、水銀圧入量(A)と水銀退出量(B)を以下のように算出した。
水銀圧入量(A)=圧入側0.01μm以上0.6μm以下の積算細孔容積(mL/g)水銀退出量(B)=退出側25psia(約170kPa)までの水銀退出量(mL/g)
As the device for the mercury porosimetry, a mercury porosimeter (Autopore 9520: manufactured by Micromeritics) can be used. A sample (negative electrode raw material) is weighed to a value of about 0.2 g, sealed in a powder cell, and degassed at room temperature under vacuum (50 μmHg or less) for 10 minutes to perform pretreatment. Subsequently, the pressure is reduced to 4 psia (about 28 kPa) and mercury is introduced into the cell, and the pressure is increased in steps from 4 psia (about 28 kPa) to 40,000 psia (about 280 MPa), and then decreased to 25 psia (about 170 kPa). The number of steps during pressure increase is 42 or more, and the number of steps during pressure decrease is 39 or more, and after a 10-second equilibration time in each step, the amount of mercury intrusion is measured. The pore distribution is calculated from the mercury intrusion curve obtained in this way using the Washburn formula. The calculation is based on the assumption that the surface tension (γ) of mercury is 485 dyne/cm and the contact angle (ψ) is 140°. The average pore diameter is defined as the pore diameter when the cumulative pore volume is 50%. From the thus obtained mercury intrusion behavior and mercury exit behavior, the amount of mercury intrusion (A) and the amount of mercury exit (B) were calculated as follows.
Mercury intrusion amount (A) = cumulative pore volume of 0.01 μm or more and 0.6 μm or less on the intrusion side (mL/g) Mercury escape amount (B) = mercury escape amount up to 25 psia (about 170 kPa) on the escape side (mL/g)

また、本発明の一実施形態に係る負極材原料は、以下の各物性を満足していることが好ましい。 In addition, it is preferable that the negative electrode material according to one embodiment of the present invention satisfies the following physical properties:

(円形度)
本発明の一実施形態に係る負極材原料は、フロー式粒子像分析より求められる円形度が、0.88以上であることが好ましく、0.90以上であることがより好ましく、0.91以上であることが更に好ましく、0.92以上であることが特に好ましく、0.93以上であることが最も好ましい。このように円形度が高い黒鉛であると、それを用いて製造した負極材の、Liイオン拡散の屈曲度が下がって粒子間空隙中の電解液移動がスムーズになり、急速充電特性を高めることができるために好ましい。一方、この円形度は、理論上限が1であるため、通常、1未満であり、好ましくは0.99以下、より好ましくは0.98以下、さらに好ましくは0.97以下である。得られた負極材同士の接触性を確保してサイクル特性を高める観点からは上記上限以下であることが好ましい。
(Circularity)
In the negative electrode material according to one embodiment of the present invention, the circularity determined by flow-type particle image analysis is preferably 0.88 or more, more preferably 0.90 or more, even more preferably 0.91 or more, particularly preferably 0.92 or more, and most preferably 0.93 or more. Such graphite with a high circularity is preferable because the degree of tortuosity of Li ion diffusion in the negative electrode material produced using it is reduced, the movement of the electrolyte in the interparticle voids becomes smooth, and the rapid charging characteristics can be improved. On the other hand, since the theoretical upper limit of this circularity is 1, it is usually less than 1, preferably 0.99 or less, more preferably 0.98 or less, and even more preferably 0.97 or less. From the viewpoint of ensuring the contact between the obtained negative electrode materials and improving the cycle characteristics, it is preferable that it is below the above upper limit.

円形度はフロー式粒子像分析装置(東亜医療電子社製FPIA-2000)を使用し、
円相当径による粒径分布の測定を行い、平均円形度を算出することにより求められる。円形度は以下の式で定義され、円形度が1のときに理論的真球となる。
[円形度]=[粒子投影形状と同じ面積を持つ相当円の周囲長]/[粒子投影形状の実際の周囲長]
The circularity was measured using a flow particle image analyzer (FPIA-2000, manufactured by Toa Medical Electronics Co., Ltd.).
The circularity is determined by measuring the particle size distribution based on the circle-equivalent diameter and calculating the average circularity. The circularity is defined by the following formula, where a circularity of 1 is a theoretical perfect sphere.
[Circularity] = [Perimeter of a circle having the same area as the projected shape of a particle] / [Actual perimeter of the projected shape of a particle]

この円形度の測定においては、分散媒としてイオン交換水を使用し、界面活性剤としてポリオキシエチレン(20)モノラウレートを使用する。円相当径とは、撮影した粒子像と同じ投影面積を持つ円(相当円)の直径であり、円形度とは、相当円の周囲長を分子とし、撮影された粒子投影像の周囲長を分母とした比率である。測定した相当径が1.5~40μmの範囲の粒子の円形度を平均し、円形度とする。 In measuring this circularity, ion-exchanged water is used as the dispersion medium, and polyoxyethylene (20) monolaurate is used as the surfactant. The equivalent circle diameter is the diameter of a circle (equivalent circle) that has the same projected area as the photographed particle image, and the circularity is the ratio of the perimeter of the equivalent circle as the numerator to the perimeter of the photographed particle projected image as the denominator. The circularity is calculated by averaging the circularities of particles with measured equivalent diameters in the range of 1.5 to 40 μm.

(タップ密度)
負極材原料のタップ密度は、好ましくは0.60g/cm以上であり、より好ましくは0.70g/cm以上であり、更に好ましくは0.80g/cm以上であり、特に好ましくは0.855/cm以上であり、最も好ましくは0.90g/cm以上であり、一方、通常1.40g/cm以下であり、好ましくは1.30g/cm以下であり、より好ましくは1.20g/cm以下である。
なお、タップ密度は、粉体密度測定器タップデンサーKYT-3000(株式会社セイシン企業製)を用いて測定される。具体的には、20ccのタップセルに試料を落下させ、セルに満杯に充填した後、ストローク長10mmのタップを1000回行い、そのときの密度をタップ密度とする。
(Tap Density)
The tap density of the negative electrode material raw material is preferably 0.60 g/ cm3 or more, more preferably 0.70 g/ cm3 or more, even more preferably 0.80 g/ cm3 or more, particularly preferably 0.855 g/ cm3 or more, and most preferably 0.90 g/ cm3 or more, while it is usually 1.40 g/cm3 or less, preferably 1.30 g/cm3 or less , and more preferably 1.20 g/cm3 or less .
The tap density is measured using a powder density measuring instrument, Tap Denser KYT-3000 (manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd.) Specifically, a sample is dropped into a 20 cc tap cell, the cell is filled to capacity, and then tapping is performed 1000 times with a stroke length of 10 mm, and the density at that time is defined as the tap density.

(体積基準平均粒子径)
負極材原料の体積基準平均粒子径(D50)は特に限定されないが、通常1μm以上であり、好ましくは3μm以上であり、より好ましくは5μm以上であり、さらに好ましくは8μm以上であり、特に好ましくは10μm以上であり、通常50μm以下であり、好ましくは40μm以下であり、より好ましくは30μm以下であり、さらに好ましくは20μm以下であり、特に好ましくは16μm以下であり、最も好ましくは14μm以下である。
平均粒子径(d50)は、界面活性剤であるポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート(例として、ツィーン20(登録商標)が挙げられる)の0.2重量%水溶液10mLに、複合粒子0.01gを懸濁させ、これを測定サンプルとして市販のレーザー回折/散乱式粒度分布測定装置(例えばHORIBA製LA-920)に導入し、測定サンプルに28kHzの超音波を出力60Wで1分間照射した後、前記測定装置において体積基準のメジアン径として測定したものであると定義する。
(Volume-based average particle size)
The volume-based average particle size (D50) of the negative electrode raw material is not particularly limited, but is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, more preferably 5 μm or more, even more preferably 8 μm or more, and particularly preferably 10 μm or more, and is usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, more preferably 30 μm or less, even more preferably 20 μm or less, particularly preferably 16 μm or less, and most preferably 14 μm or less.
The average particle diameter (d50) is defined as a value measured by suspending 0.01 g of the composite particles in 10 mL of a 0.2 wt % aqueous solution of polyoxyethylene sorbitan monolaurate (an example of which is Tween 20 (registered trademark)) which is a surfactant, introducing the resulting suspension as a measurement sample into a commercially available laser diffraction/scattering type particle size distribution measurement device (for example, LA-920 manufactured by HORIBA), irradiating the measurement sample with 28 kHz ultrasonic waves at an output of 60 W for 1 minute, and then measuring the volume-based median diameter in the measurement device.

(BET比表面積)
負極材原料のBET比表面積は特に限定されないが、通常1.0m/g以上であり、好ましくは1.5m/g以上であり、より好ましくは2.0m/g以上であり、更に好ましくは3.0m/g以上であり、特に好ましくは4.5m/g以上であり、最も好ましくは5.0m/g以上である。また、通常、30.0m/g以下であり、好ましくは25.0m/g以下であり、より好ましくは20.0m/g以下であり、さら好ましくは16.0m/g以下であり、特に好ましくは13.0m/g以下であり、特に好ましくは12.0m/g以下である。
なお、BET比表面積(SA)はマウンテック社製マクソーブを用いて測定することができる。具体的には、試料に対して窒素流通下100℃、3時間の予備減圧乾燥を行なった後、液体窒素温度まで冷却し、大気圧に対する窒素の相対圧の値が0.3となるように正確に調整した窒素ヘリウム混合ガスを用い、ガス流動法による窒素吸着BET1点法によって測定することができる。
(BET specific surface area)
The BET specific surface area of the negative electrode material raw material is not particularly limited, but is usually 1.0 m 2 /g or more, preferably 1.5 m 2 /g or more, more preferably 2.0 m 2 /g or more, even more preferably 3.0 m 2 /g or more, particularly preferably 4.5 m 2 /g or more, and most preferably 5.0 m 2 /g or more. Also, it is usually 30.0 m 2 /g or less, preferably 25.0 m 2 /g or less, more preferably 20.0 m 2 /g or less, even more preferably 16.0 m 2 /g or less, particularly preferably 13.0 m 2 /g or less, and particularly preferably 12.0 m 2 /g or less.
The BET specific surface area (SA) can be measured using a Maxorb manufactured by Mountec Co., Ltd. Specifically, the sample is pre-dried under reduced pressure at 100° C. for 3 hours under nitrogen flow, then cooled to liquid nitrogen temperature, and the SA can be measured by a nitrogen adsorption BET single point method using a gas flow method, using a nitrogen-helium mixed gas accurately adjusted so that the relative pressure of nitrogen to atmospheric pressure is 0.3.

〔非水系二次電池用負極材〕
本発明の非水系二次電池用負極材は、上述した本発明の非水系二次電池用負極材原料を含む。
[物性]
(ラマンR値)
本明細書におけるラマンR値は、下記式αの通り、負極材についてラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおける1580cm-1付近のピークPの強度Iと、1360cm-1付近のピークPの強度Iとを測定したときの強度比(I/I)として定義する。なお、「1580cm-1付近」とは1580~1620cm-1の範囲を、「1360cm-1付近」とは1350~1370cm-1の範囲を指す。
負極材原料の下記式αで表されるラマンR値は特に限定されないが、0.10以上1.00以下であることが好ましい。また、ラマンR値は、より好ましくは0.15以上であり、さらに好ましくは0.20以上であり、特に好ましくは0.25以上であり、一方、より好ましくは0.80以下、さらに好ましくは0.60以下である。
式α:
ラマンR値=(ラマンスペクトル分析における1360cm-1付近のピークPの強度I)/(1580cm-1付近のピークPの強度I
[Non-aqueous secondary battery negative electrode material]
The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery of the present invention contains the above-mentioned raw material for the negative electrode material for a non-aqueous secondary battery of the present invention.
[Physical Properties]
(Raman R1 value)
The Raman R1 value in this specification is, as shown in the following formula α, the intensity I A of the peak P A at about 1580 cm −1 and the intensity P B of the peak P B at about 1360 cm −1 in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy for the negative electrode material. The intensity ratio I B /I A is defined as the intensity ratio (I B /I A ) when the intensity I B of the peak at 1580 cm −1 is measured. Note that, “near 1580 cm −1 ” refers to the range of 1580 to 1620 cm −1 , and “near 1360 cm −1 ” refers to the range of 1580 to 1620 cm −1 . It refers to the range of 1350 to 1370 cm −1 .
The Raman R1 value of the negative electrode material, represented by the following formula α, is not particularly limited, but is preferably 0.10 or more and 1.00 or less. The Raman R1 value is more preferably 0.15 or more. It is more preferably 0.20 or more, and particularly preferably 0.25 or more, while it is more preferably 0.80 or less, and further preferably 0.60 or less.
Formula α:
Raman R 1 value=(Intensity I B of peak P B at about 1360 cm −1 in Raman spectrum analysis)/(Intensity I A of peak P A at about 1580 cm −1 )

<負極材のラマン特性(ラマンR値、ラマン半値全幅Δν(cm-1)、ラマンR値、ラマンR値)>
(ラマンR値)
上述した通り、本明細書におけるラマンR値は、下記式αの通り、負極材についてラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおける1580cm-1付近のピークPの強度Iと、1360cm-1付近のピークPの強度Iとを測定したときの強度比(I/I)として定義する。なお、「1580cm-1付近」とは1580~1620cm-1の範囲を、「1360cm-1付近」とは1350~1370cm-1の範囲を指す。
式α:
[ラマンR値]=[ラマンスペクトル分析における1360cm-1付近のピークPの強度I]/[1580cm-1付近のピークPの強度I
<Raman characteristics of negative electrode material (Raman R1 value, Raman full width at half maximum Δν B (cm −1 ), Raman R2 value, Raman R3 value)>
(Raman R1 value)
As described above, the Raman R1 value in this specification is defined as the intensity ratio (I B /I A ) when measuring the intensity I A of peak P A near 1580 cm -1 and the intensity I B of peak P B near 1360 cm -1 in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy for the negative electrode material, as shown in the following formula α . Note that "near 1580 cm -1 " refers to the range of 1580 to 1620 cm -1 , and "near 1360 cm -1 " refers to the range of 1350 to 1370 cm -1 .
Formula α:
[Raman R 1 value]=[Intensity I B of peak P B at about 1360 cm −1 in Raman spectrum analysis]/[Intensity I A of peak P A at about 1580 cm −1 ]

本明細書におけるラマン半値全幅Δν(cm-1)は、負極材についてラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおける1360cm-1付近のピークPの半値全幅として定義する。なお、「1360cm-1付近」とは1350~1370cm-1の範囲を指す。 In this specification, the Raman full width at half maximum Δν B (cm −1 ) is defined as the full width at half maximum of the peak P B at about 1360 cm −1 in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy for the negative electrode material. Note that "about 1360 cm −1 " refers to the range of 1350 to 1370 cm −1 .

本明細書におけるラマンR値は、下記式βの通り、負極材についてラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおける1580cm-1付近のピークPの強度Iと、1580cm-1付近のピークPと1360cm-1付近のピークPの間の谷(極小値)の強度Iとを測定したときの強度比(I/I)として定義する。なお、「1580cm-1付近」とは1580~1620cm-1の範囲を、「1360cm-1付近」とは1350~1370cm-1の範囲を指す。
式β:
[ラマンR値]=[ラマンスペクトル分析における1580cm-1付近のピークPと1360cm-1付近のピークPの間の谷(極小値)の強度I]/[1580cm-1付近のピークPの強度I
The Raman R2 value in this specification is defined as the intensity ratio (I C /I A ) when measuring the intensity I A of the peak P A near 1580 cm -1 in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy for the negative electrode material, and the intensity I C of the valley (minimum value) between the peak P A near 1580 cm -1 and the peak P B near 1360 cm -1 , as shown in the following formula β . Note that "near 1580 cm -1 " refers to the range of 1580 to 1620 cm -1 , and "near 1360 cm -1 " refers to the range of 1350 to 1370 cm -1 .
Formula β:
[Raman R2 value]=[Intensity I C of the valley (minimum value) between peak P A near 1580 cm −1 and peak P B near 1360 cm −1 in Raman spectrum analysis]/[Intensity I A of peak P A near 1580 cm −1 ]

本発明の一実施形態におけるラマンR値は、下記式γの通り、負極材についてラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおける1360cm-1付近のピークPの強度Iと、1580cm-1付近のピークPと1360cm-1付近のピークPの間
の谷(極小値)の強度Iとを測定したときの強度比(I/I)として定義する。なお、「1580cm-1付近」とは1580~1620cm-1の範囲を、「1360cm-1付近」とは1350~1370cm-1の範囲を指す。
式γ:
[ラマンR値]=[ラマンスペクトル分析における1580cm-1付近のピークPと1360cm-1付近のピークPの間の谷(極小値)の強度I]/[1360cm-1付近のピークPの強度I
In one embodiment of the present invention, the Raman R3 value is defined as the intensity ratio (I C /I B ) when measuring the intensity I B of the peak P B near 1360 cm -1 in the Raman spectrum obtained by Raman spectroscopy for the negative electrode material, and the intensity I C of the valley (minimum value) between the peak P A near 1580 cm -1 and the peak P B near 1360 cm -1 , as shown in the following formula γ . Note that "near 1580 cm -1 " refers to the range of 1580 to 1620 cm -1 , and "near 1360 cm -1 " refers to the range of 1350 to 1370 cm -1 .
Formula γ:
[Raman R3 value]=[Intensity I C of the valley (minimum value) between peak P A at about 1580 cm −1 and peak P B at about 1360 cm −1 in Raman spectrum analysis]/[Intensity I B of peak P B at about 1360 cm −1 ]

本発明の一実施形態に係る負極材のラマンR値は、通常0.15以上、好ましくは0.20以上、より好ましくは0.25以上、更に好ましくは0.30以上、特に好ましくは0.32以上、最も好ましくは0.35以上である。また、通常1.00以下、好ましくは0.80以下、より好ましくは0.70以下、更に好ましくは0.65以下、特に好ましくは0.50以下である。 The Raman R1 value of the negative electrode material according to one embodiment of the present invention is usually 0.15 or more, preferably 0.20 or more, more preferably 0.25 or more, even more preferably 0.30 or more, particularly preferably 0.32 or more, and most preferably 0.35 or more. Also, it is usually 1.00 or less, preferably 0.80 or less, more preferably 0.70 or less, even more preferably 0.65 or less, and particularly preferably 0.50 or less.

本発明の一実施形態に係る負極材のラマン半値全幅(Δν)は、通常65cm-1以上、好ましくは70cm-1以上、より好ましくは80cm-1以上、更に好ましくは85cm-1以上、特に好ましくは90cm-1以上、最も好ましくは100cm-1以上である。また、通常400cm-1以下、好ましくは300cm-1以下、より好ましくは250cm-1以下、更に好ましくは200cm-1以下、特に好ましくは170cm-1以下、最も好ましくは145cm-1以下である。 The Raman full width at half maximum (Δν B ) of the negative electrode material according to one embodiment of the present invention is usually 65 cm −1 or more, preferably 70 cm −1 or more, more preferably 80 cm −1 or more, even more preferably 85 cm −1 or more, particularly preferably 90 cm −1 or more, and most preferably 100 cm −1 or more. Also, it is usually 400 cm −1 or less, preferably 300 cm −1 or less, more preferably 250 cm −1 or less, even more preferably 200 cm −1 or less, particularly preferably 170 cm −1 or less, and most preferably 145 cm −1 or less.

本発明の一実施形態に係る負極材のラマンR値は、好ましくは0.03以上、より好ましくは0.05以上、更に好ましくは0.07以上、特に好ましくは0.09以上、最も好ましくは0.11以上である。また、通常0.60以下、好ましくは0.40以下、より好ましくは0.30以下、更に好ましくは0.25以下、特に好ましくは0.22以下である。 The Raman R2 value of the negative electrode material according to one embodiment of the present invention is preferably 0.03 or more, more preferably 0.05 or more, even more preferably 0.07 or more, particularly preferably 0.09 or more, and most preferably 0.11 or more. Also, it is usually 0.60 or less, preferably 0.40 or less, more preferably 0.30 or less, even more preferably 0.25 or less, and particularly preferably 0.22 or less.

これらラマン特性は負極材表面の黒鉛結晶性の指標となり、これらの数値が大きいほど負極材表面の黒鉛結晶性が低くなる(非晶性が高くなる)ことを示す。ラマンR値(I/I)は黒鉛化度(グラファイト構造の完全性)だけでなくグラファイト結晶表面のエッジや結晶境界の比率の影響を受けており、ラマンR値が大きいほど黒鉛化度は低くエッジや結晶境界の比率が高くなる傾向にある。このため、負極材表面の一部に非晶質炭素質を有する場合だけでなく、グラファイトが割断的に粉砕される等でエッジ比率が増大した場合にもラマンR値は大きくなる場合がある。一方で、ラマン半値全幅(Δν)はグラファイト結晶表面のエッジや結晶境界の比率による影響が比較的小さく、黒鉛化度(グラファイト構造の完全性)の影響がより大きく反映される傾向にある。このため、ラマン半値全幅(Δν)は負極材表面の一部に非晶質炭素質を有することにより大きくなる傾向にあるが、粉砕等によるエッジ比率増大においては比較的変化が小さい傾向にある。また、1580cm-1付近のピークPと1360cm-1付近のピークPの間の谷(極小値)の強度Iは、グラファイト結晶構造欠陥や非晶質炭素構造におけるSP3性に由来していると言われており、ラマンR値(I/I)やラマンR値(I/I)は黒鉛化度(ローカルなグラファイト構造の完全性)の影響がより反映される傾向にある。このため、ラマンR値(I/I)やラマンR値(I/I)は負極材表面の一部に非晶質炭素質を有することにより大きくなる傾向にあるが、粉砕等によるエッジ比率増大においては比較的変化が小さい傾向にある。 These Raman characteristics are indices of the graphite crystallinity of the negative electrode material surface, and the larger these values are, the lower the graphite crystallinity of the negative electrode material surface (the higher the amorphousness). The Raman R1 value (I B /I A ) is influenced not only by the degree of graphitization (perfection of the graphite structure) but also by the ratio of edges and crystal boundaries of the graphite crystal surface, and the larger the Raman R1 value is, the lower the degree of graphitization and the higher the ratio of edges and crystal boundaries tends to be. For this reason, the Raman R1 value may be large not only when a part of the negative electrode material surface has amorphous carbonaceous matter, but also when the edge ratio is increased due to graphite being crushed in a fractured manner. On the other hand, the Raman full width at half maximum (Δν B ) is relatively less influenced by the ratio of edges and crystal boundaries of the graphite crystal surface, and tends to be more influenced by the degree of graphitization (perfection of the graphite structure). For this reason, the Raman full width at half maximum (Δν B ) tends to increase due to the presence of amorphous carbonaceous matter on a portion of the surface of the negative electrode material, but the change tends to be relatively small when the edge ratio is increased by pulverization or the like. In addition, the intensity I C of the valley (minimum value) between the peak P A near 1580 cm -1 and the peak P B near 1360 cm -1 is said to be derived from graphite crystal structure defects and SP3 nature in the amorphous carbon structure, and the Raman R 2 value (I C /I A ) and the Raman R 3 value (I C /I B ) tend to reflect the influence of the degree of graphitization (perfection of the local graphite structure). For this reason, the Raman R 2 value (I C /I A ) and the Raman R 3 value (I C /I B ) tend to increase due to the presence of amorphous carbonaceous matter on a portion of the surface of the negative electrode material, but the change tends to be relatively small when the edge ratio is increased by pulverization or the like.

これらラマン特性の各パラメータ値が上記下限値以上であることは負極材表面の非晶性が適切な範囲であることを示しており、Liイオンが挿入・脱離しやすくなることにより低温入出力特性が向上する傾向にある。一方、これらラマン特性の各パラメータ値が上記上限値以下であると非晶性が高い炭素の持つ不可逆容量の影響の増大や電解液との副反応
の増大が抑えられ、リチウムイオン二次電池の初期充放電効率の低下やガス発生量の増大を防ぎ、電池容量が向上する傾向がある。
The parameter values of these Raman characteristics being equal to or greater than the lower limit values indicates that the amorphousness of the negative electrode material surface is within an appropriate range, and Li ions are easily inserted and removed, which tends to improve low-temperature input/output characteristics. On the other hand, when the parameter values of these Raman characteristics are equal to or less than the upper limit values, the increase in the effect of irreversible capacity of highly amorphous carbon and the increase in side reactions with the electrolyte are suppressed, and the decrease in the initial charge/discharge efficiency of the lithium-ion secondary battery and the increase in the amount of gas generated are prevented, which tends to improve the battery capacity.

ラマンスペクトルはラマン分光器により測定される。具体的には、測定対象粒子を測定セル内へ自然落下させることで試料充填し、測定セル内にアルゴンイオンレーザー光を照射しながら、測定セルをこのレーザー光と垂直な面内で回転させながら測定を行う。
アルゴンイオンレーザー光の波長 :514.5nm
試料上のレーザーパワー :25mW
分解能 :4cm-1
測定範囲 :1100cm-1~1730cm-1ピーク強度測定、ピーク半値全幅測定:バックグラウンド処理、スムージング処理(単純平均によるコンボリューション5ポイント)
The Raman spectrum is measured by a Raman spectrometer. Specifically, the particles to be measured are loaded into a measurement cell by gravity, and the measurement cell is irradiated with argon ion laser light while the measurement cell is rotated in a plane perpendicular to the laser light.
Wavelength of argon ion laser light: 514.5 nm
Laser power on sample: 25 mW
Resolution: 4 cm -1
Measurement range: 1100 cm -1 to 1730 cm -1 Peak intensity measurement, peak full width at half maximum measurement: background processing, smoothing processing (convolution 5 points by simple average)

<BET比表面積(SA)>
本発明の一実施形態に係る負極材は、BET法による比表面積(SA)が、好ましくは0.5m/g以上であり、より好ましくは1.0m/g以上であり、更に好ましくは1.2m/g以上であり、特に好ましくは1.5m/g以上であり、最も好ましくは1.8m/g以上であり、一方、好ましくは10.0m/g以下、より好ましくは6.5m/g以下、更に好ましくは5.0m/g以下、特に好ましくは4.0m/g以下であり、最も好ましくは3.0m/g以下である。SAが上記下限値以上であると、Liイオンが出入りする部位が確保され、リチウムイオン二次電池の急速充放電特性が良好となる傾向にある。一方、SAが上記上限値以下であると活物質の電解液に対する活性が過剰となり過ぎず、電解液との副反応が抑えられて電池の初期充放電効率の低下やガス発生量の増大を防ぎ、電池容量が向上する傾向がある。BET比表面積(SA)は、負極材原料で説明した方法と同様の方法で測定される。
<BET specific surface area (SA)>
The negative electrode material according to one embodiment of the present invention has a specific surface area (SA) measured by the BET method of preferably 0.5 m 2 /g or more, more preferably 1.0 m 2 /g or more, and further preferably It is preferably 1.2 m 2 /g or more, particularly preferably 1.5 m 2 /g or more, and most preferably 1.8 m 2 /g or more, while it is preferably 10.0 m 2 /g or less, and more preferably is preferably 6.5 m 2 /g or less, more preferably 5.0 m 2 /g or less, particularly preferably 4.0 m 2 /g or less, and most preferably 3.0 m 2 /g or less. When the SA is equal to or greater than this upper limit, sites for the ingress and egress of Li ions are secured, and the rapid charge/discharge characteristics of the lithium ion secondary battery tend to be good. Since the activity against the electrolyte does not become excessive, side reactions with the electrolyte are suppressed, a decrease in the initial charge/discharge efficiency of the battery and an increase in the amount of gas generated are prevented, and the battery capacity tends to be improved. The BET specific surface area (SA) is measured by the same method as that described for the raw material of the negative electrode material.

<タップ密度>
本発明の一実施形態に係る負極材は、タップ密度(g/cm)が、好ましくは0.60g/cm以上であり、より好ましくは0.80g/cm以上であり、更に好ましくは1.00g/cm以上であり、特に好ましくは1.10g/cm以上であり、最も好ましくは1.15g以上であり、一方、好ましくは1.40g/cm以下であり、より好ましくは1.35g/cm以下であり、更に好ましくは1.30g/cm以下、特に好ましくは1.24g/cm以下である。タップ密度は、上記下限値以上であると極板化作製時のスジ引き等の工程性が良好になり、負極材層の充填性が上がるため圧延性が良好で高密度の負極シートが形成し易くなり高密度化が可能になり、電極体にしたときにLiイオン移動経路の屈曲度が小さくなり、かつ粒子間空隙の形状が整うため電解液の移動がスムーズになり急速充放電特性が向上するといった観点から好ましく、また、上記上限値以下であると粒子の表面や内部に適度な空間を有するため粒子が固くなりすぎず電極プレス性に優れ、また急速充放電特性に優れる観点から好ましい。タップ密度は、負極材原料で説明した方法と同様の方法で測定される。
<Tap density>
The tap density (g/cm 3 ) of the negative electrode material according to one embodiment of the present invention is preferably 0.60 g/cm 3 or more, more preferably 0.80 g/cm 3 or more, even more preferably 1.00 g/cm 3 or more, particularly preferably 1.10 g/cm 3 or more, and most preferably 1.15 g/cm 3 or more, and is preferably 1.40 g/cm 3 or less, more preferably 1.35 g/cm 3 or less, even more preferably 1.30 g/cm 3 or less, and particularly preferably 1.24 g/cm 3 or less. If the tap density is equal to or greater than the lower limit, the processability such as streaking during electrode plate preparation is improved, the packing of the negative electrode material layer is improved, so that the rolling property is good and a high-density negative electrode sheet can be easily formed, and high density is possible. When the electrode body is formed, the curvature of the Li ion migration path is reduced, and the shape of the interparticle voids is regular, so that the movement of the electrolyte is smooth and the rapid charge/discharge characteristics are improved. Also, if the tap density is equal to or less than the upper limit, the particles have a moderate space on the surface and inside, so that the particles do not become too hard, and the electrode pressability is excellent, and the rapid charge/discharge characteristics are excellent. The tap density is measured by the same method as described for the negative electrode material raw material.

<面間隔(d002)及び結晶子の大きさ(Lc)>
本発明の一実施形態に係る負極材は、結晶性(黒鉛化度)に関して、学振法によるX線広角回折法から求めた(002)面の面間隔(d002)が、0.340nm以下であることが好ましく、また、c軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が90nm以上であることが好ましい。d002値は0.338nm以下であることがより好ましく、0.337nm以下であることが更に好ましい。また、Lcはより好ましくは95nm以上、更に好ましくは100nm以上である。d002、Lcが上記範囲であると、放電容量が大きくなるため、電池を高容量化できる観点から好ましい。
<Interplanar spacing (d002) and crystallite size (Lc)>
In the negative electrode material according to one embodiment of the present invention, the crystallinity (degree of graphitization) is preferably such that the interplanar spacing (d002) of the (002) plane determined by the wide-angle X-ray diffraction method according to the Gakushin method is 0.340 nm or less, and the size of the crystallite in the c-axis direction (Lc) is 90 nm or more. The d002 value is more preferably 0.338 nm or less, and even more preferably 0.337 nm or less. Furthermore, Lc is more preferably 95 nm or more, and even more preferably 100 nm or more. When d002 and Lc are in the above ranges, the discharge capacity is increased, which is preferable from the viewpoint of increasing the capacity of the battery.

<円形度>
本発明の一実施形態に係る負極材は、フロー式粒子像分析より求められる円形度が、0.88以上であることが好ましく、0.90以上であることがより好ましく、0.91以上であることが更に好ましく、0.92以上であることが特に好ましく、0.93以上であることが最も好ましい。このように円形度が高い負極材であると、Liイオン拡散の屈曲度が下がって粒子間空隙中の電解液移動がスムーズになり急速充放電特性を高めることができるために好ましい。一方、この円形度は、理論上限が1であるため、通常、1未満であり、好ましくは0.99以下、より好ましくは0.98以下、さらに好ましくは0.97以下である。得られた負極材同士の接触性を確保してサイクル特性を高める観点からは上記上限以下であることが好ましい。円形度は、負極材原料で説明した方法と同様の方法で求められる。
<Circularity>
In the negative electrode material according to one embodiment of the present invention, the circularity determined by flow-type particle image analysis is preferably 0.88 or more, more preferably 0.90 or more, even more preferably 0.91 or more, particularly preferably 0.92 or more, and most preferably 0.93 or more. In such a negative electrode material with a high circularity, the degree of tortuosity of Li ion diffusion is reduced, the movement of the electrolyte in the interparticle voids is smooth, and rapid charge and discharge characteristics can be improved, which is preferable. On the other hand, since the theoretical upper limit of this circularity is 1, it is usually less than 1, preferably 0.99 or less, more preferably 0.98 or less, and even more preferably 0.97 or less. From the viewpoint of ensuring contact between the obtained negative electrode materials and improving cycle characteristics, it is preferable that it is below the above upper limit. The circularity is determined by the same method as that described in the negative electrode material raw material.

<体積基準平均粒子径(平均粒子径d50)>
本発明の一実施形態に係る負極材は、体積基準平均粒子径(「平均粒子径d50」とも記載する。)は好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは4μm以上、特に好ましくは5μm以上であり、最も好ましくは8μm以上である。また、好ましくは50μm以下、より好ましくは40μm以下、更に好ましくは30μm以下、特に好ましくは20μm以下、最も好ましくは14μm以下である。d50の値が上記下限値以上であると、不可逆容量の増加、初期電池容量の損失を防ぎやすくなる傾向があり、一方、d50の値が上記上限値以下であるとスラリー塗布における筋引き等の工程不都合の発生を防ぎ、急速充放電特性や低温入出力特性が向上する傾向がある。体積基準平均粒子径は、負極材原料で説明した方法と同様の方法で求められる。
<Volume-based average particle diameter (average particle diameter d50)>
In the negative electrode material according to one embodiment of the present invention, the volume-based average particle diameter (also referred to as "average particle diameter d50") is preferably 1 μm or more, more preferably 3 μm or more, even more preferably 4 μm or more, particularly preferably 5 μm or more, and most preferably 8 μm or more. Also, it is preferably 50 μm or less, more preferably 40 μm or less, even more preferably 30 μm or less, particularly preferably 20 μm or less, and most preferably 14 μm or less. When the value of d50 is equal to or greater than the lower limit, there is a tendency to easily prevent an increase in irreversible capacity and a loss of initial battery capacity, while when the value of d50 is equal to or less than the upper limit, there is a tendency to prevent process inconveniences such as streaking during slurry application, and to improve rapid charge/discharge characteristics and low-temperature input/output characteristics. The volume-based average particle diameter is determined by the same method as that described for the negative electrode material raw material.

[製造方法]
本発明の一実施形態に係る非水系二次電池用負極材原料の製造方法は、黒鉛を含み、かつ水銀圧入法により測定された水銀圧入量(mL/g)をA、水銀退出量(mL/g)をBとした場合、水銀退出量/水銀圧入量(B/A)×100が45%以上を満たすものとなるように製造できる方法であれば特に制限はないが、例えば、球形化処理を施した球状黒鉛を加圧処理して製造することができる。加圧処理は、異方的、等方的な加圧処理が挙げられるが、水銀退出量/水銀圧入量(B/A)を特定の範囲内に制御する観点から、当方的加圧処理が好ましい。また、加圧処理の条件としては、特に限定されないが、50MPa以上300MPa以下で処理することで、水銀退出量/水銀圧入量(B/A)を特定の範囲内に制御することができる。加圧処理の条件は、水銀退出量/水銀圧入量(B/A)を特定の範囲内に制御する観点から、好ましくは100MPa以上、より好ましくは120MPa以上、さらに好ましくは140MPa以上、特に好ましくは160MPa以上、最も好ましくは180MPa以上、また、好ましくは280MPa以下、より好ましくは260MPa以下、さらに好ましくは240MPa以下、特に好ましくは230MPa以下、最も好ましくは220MPa以下である。上述の製造法は、具体的には、例えば、天然黒鉛を粉砕し、粉砕した天然黒鉛に造粒剤を混合して球形化処理を行い、さらに熱処理により造粒剤を除去し、球形化黒鉛を得る。得られた球形化黒鉛を加圧処理し、得られた成型物を解砕・分級処理することで、水銀退出量/水銀圧入量(B/A)が特定の範囲に制御された非水系二次電池用負極材原料を製造することができる。
また、本発明の一実施形態に係る非水系二次電池用負極材の製造方法は、特に限定されないが、本発明の一実施形態に係る非水系二次電池用負極材原料と非晶質炭素前駆体(非晶質炭素の原料)を混合し、焼成することで製造することができる。具体的には、球形化黒鉛として加圧処理によって細孔容積を調整し、特定範囲の水銀退出量/水銀圧入量を達成することが可能となり、また、炭素構造の発達に適するように、灰分、金属不純物量、キノリン不溶分(Qi)などが低い非晶質炭素前駆体を用い、適度な焼成温度で不活性雰囲気下にて焼成することが好ましい。
[Production method]
The method for producing a raw material for a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention is not particularly limited as long as it contains graphite and can produce a graphite such that the mercury elution amount/mercury elution amount (B/A) x 100 satisfies 45% or more when the mercury elution amount (mL/g) measured by mercury porosimetry is A and the mercury elution amount (mL/g) is B. For example, the graphite can be produced by pressurizing spherical graphite that has been subjected to a spheroidizing treatment. Examples of the pressurizing treatment include anisotropic and isotropic pressurizing treatments, but isotropic pressurizing treatment is preferred from the viewpoint of controlling the mercury elution amount/mercury elution amount (B/A) within a specific range. In addition, the conditions for the pressurizing treatment are not particularly limited, but by treating at 50 MPa or more and 300 MPa or less, the mercury elution amount/mercury elution amount (B/A) can be controlled within a specific range. The conditions of the pressure treatment are preferably 100 MPa or more, more preferably 120 MPa or more, even more preferably 140 MPa or more, particularly preferably 160 MPa or more, most preferably 180 MPa or more, and also preferably 280 MPa or less, more preferably 260 MPa or less, even more preferably 240 MPa or less, particularly preferably 230 MPa or less, and most preferably 220 MPa or less, from the viewpoint of controlling the mercury discharge amount/mercury intrusion amount (B/A) within a specific range. Specifically, the above-mentioned production method is, for example, pulverizing natural graphite, mixing the pulverized natural graphite with a granulating agent to perform a spheroidizing treatment, and further removing the granulating agent by heat treatment to obtain spheroidized graphite. The obtained spheroidized graphite is pressurized, and the obtained molded product is crushed and classified, thereby making it possible to produce a raw material for a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery in which the mercury discharge amount/mercury intrusion amount (B/A) is controlled within a specific range.
In addition, the manufacturing method of the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries according to one embodiment of the present invention is not particularly limited, but it can be manufactured by mixing the raw material for the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries according to one embodiment of the present invention with an amorphous carbon precursor (raw material of amorphous carbon) and firing it. Specifically, it is possible to adjust the pore volume by pressure treatment as spherical graphite, achieve a specific range of mercury withdrawal amount/mercury intrusion amount, and also, it is preferable to use an amorphous carbon precursor with low ash content, metal impurity amount, quinoline insoluble content (Qi), etc., suitable for the development of carbon structure, and to fire it in an inert atmosphere at a moderate firing temperature.

<黒鉛>
本発明の一実施形態に係る負極材原料は黒鉛を含む。本発明の一実施形態に係る負極材原料を製造するために使用する黒鉛は、以下の種類、物性を示すものが好ましい。なお、黒鉛の物性について、その測定条件及び定義は特に説明しない限りは前述の負極材原料について説明したものと同様である。
<Graphite>
The negative electrode material according to one embodiment of the present invention includes graphite. The graphite used to manufacture the negative electrode material according to one embodiment of the present invention preferably has the following types and physical properties. The measurement conditions and definitions of the physical properties of graphite are the same as those described for the negative electrode material described above, unless otherwise specified.

黒鉛の種類は、リチウムイオンを吸蔵及び放出することが可能であれば、その種類は特に限定されず、天然黒鉛、人造黒鉛のいずれであってもよい。天然黒鉛としては、鱗片状黒鉛、塊状黒鉛、土状黒鉛等のいずれであってもよいが、不純物の少ない黒鉛が好ましく、必要に応じて公知の精製処理を施して用いることが好ましい。人造黒鉛としては、コールタールピッチ、石炭系重質油、常圧残油、石油系重質油、芳香族炭化水素、窒素含有環状化合物、硫黄含有環状化合物、ポリフェニレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル、ポリビニルブチラール、天然高分子、ポリフェニレンサイルファイド、ポリフェニレンオキシド、フルフリルアルコール樹脂、フェノール-ホルムアルデヒド樹脂、イミド樹脂等の有機物を、通常2500℃以上、通常3200℃以下の範囲の温度で焼成し、黒鉛化したものが挙げられる。この際、珪素含有化合物やホウ素含有化合物などを黒鉛化触媒として用いることもできる。 The type of graphite is not particularly limited as long as it is capable of absorbing and releasing lithium ions, and may be either natural graphite or artificial graphite. Natural graphite may be any of flake graphite, lump graphite, and earthy graphite, but graphite with few impurities is preferable, and it is preferable to use it after performing a known purification process as necessary. Examples of artificial graphite include coal tar pitch, coal-based heavy oil, atmospheric residual oil, petroleum-based heavy oil, aromatic hydrocarbons, nitrogen-containing cyclic compounds, sulfur-containing cyclic compounds, polyphenylene, polyvinyl chloride, polyvinyl alcohol, polyacrylonitrile, polyvinyl butyral, natural polymers, polyphenylene silicide, polyphenylene oxide, furfuryl alcohol resin, phenol-formaldehyde resin, and imide resin, which are graphitized by baking at a temperature usually in the range of 2500°C or higher and usually 3200°C or lower. In this case, silicon-containing compounds and boron-containing compounds can also be used as graphitization catalysts.

黒鉛の結晶性(黒鉛化度)は、通常、X線広角回折法による(002)面の面間隔(d002)が、0.335nm以上0.340nm未満である。また、d002値は0.338nm以下であることが好ましく、0.337nm以下であることがより好ましく、0.336nm以下であることが更に好ましい。 The crystallinity (degree of graphitization) of graphite is usually such that the interplanar spacing (d002) of the (002) plane measured by wide-angle X-ray diffraction is 0.335 nm or more and less than 0.340 nm. The d002 value is preferably 0.338 nm or less, more preferably 0.337 nm or less, and even more preferably 0.336 nm or less.

黒鉛の形状は急速充放電特性の観点から特に球状黒鉛(球状化黒鉛)であることが好ましい。黒鉛粒子を球状化する方法として、公知の技術を用いて球形化処理を施すことで球形化された黒鉛粒子を製造することができる。球形化処理としては、例えば、衝撃力を主体に粒子の相互作用も含めた圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を繰り返し粒子に与える装置を用いて行うことが挙げられる。球形化処理に用いられる装置としては具体的には、ケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有し、そのローターが高速回転することによって、内部に導入された炭素材に対して衝撃圧縮、摩擦、せん断力等の機械的作用を与え、表面処理を行なう装置が好ましい。また、黒鉛粒子を循環させることによって機械的作用を繰り返して与える機構を有するものであるのが好ましい。具体的な装置としては、例えば、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所社製)、クリプトロン(アーステクニカ社製)、CFミル(宇部興産社製)、メカノフュージョンシステム(ホソカワミクロン社製)、シータコンポーザ(徳寿工作所社製)等が挙げられる。これらの中で、奈良機械製作所社製のハイブリダイゼーションシステムが好ましい。例えば前述の装置を用いて処理する場合は、回転するローターの周速度を、特に制限はないが、30m/秒~100m/秒にするのが好ましく、40m/秒~100m/秒にするのがより好ましく、50m/秒~100m/秒にするのが更に好ましい。また、処理は、単に炭素質物を通過させるだけでも可能であるが、30秒以上装置内を循環又は滞留させて処理するのが好ましく、1分以上装置内を循環又は滞留させて処理するのがより好ましい。また、複数の鱗片状又は鱗状黒鉛、及び磨砕された黒鉛微粉等の黒鉛と造粒剤とを用い、前記特許文献4に記載された方法により造粒して得られた球状黒鉛を用いてもよい。 From the viewpoint of rapid charge and discharge characteristics, the shape of the graphite is preferably spherical graphite (spheroidized graphite). As a method for spheroidizing graphite particles, spherical graphite particles can be manufactured by performing a spheroidization process using a known technique. For example, the spheroidization process can be performed using an apparatus that repeatedly applies mechanical actions such as compression, friction, shear force, etc., including particle interactions, mainly impact force, to the particles. Specifically, the apparatus used for the spheroidization process is preferably an apparatus that has a rotor with many blades installed inside a casing, and that rotates at high speed to apply mechanical actions such as impact compression, friction, shear force, etc. to the carbon material introduced inside, thereby performing surface treatment. In addition, it is preferable that the apparatus has a mechanism for repeatedly applying mechanical actions by circulating graphite particles. Specific examples of the apparatus include a hybridization system (manufactured by Nara Machinery Works), a Cryptron (manufactured by EarthTechnica), a CF mill (manufactured by Ube Industries, Ltd.), a Mechanofusion system (manufactured by Hosokawa Micron Corporation), and a Theta Composer (manufactured by Tokuju Kogyosho Co., Ltd.). Among these, the hybridization system manufactured by Nara Machinery Works is preferred. For example, when the above-mentioned apparatus is used for the treatment, the peripheral speed of the rotating rotor is not particularly limited, but is preferably 30 m/sec to 100 m/sec, more preferably 40 m/sec to 100 m/sec, and even more preferably 50 m/sec to 100 m/sec. In addition, the treatment can be performed by simply passing the carbonaceous material through the apparatus, but it is preferable to circulate or retain the carbonaceous material in the apparatus for 30 seconds or more, and more preferably to circulate or retain the carbonaceous material in the apparatus for 1 minute or more. In addition, spherical graphite obtained by granulating multiple pieces of scaly or flaky graphite, graphite such as ground graphite fine powder, and a granulating agent using the method described in Patent Document 4 may be used.

(円形度)
本発明の一実施形態に係る負極材原料に用いる黒鉛は、フロー式粒子像分析より求められる円形度が、0.88以上であることが好ましく、0.90以上であることがより好ましく、0.91以上であることが更に好ましく、0.92以上であることが特に好ましく、0.93以上であることが最も好ましい。このように円形度が高い黒鉛であると、それを用いて製造した負極材の、Liイオン拡散の屈曲度が下がって粒子間空隙中の電解液移
動がスムーズになり、急速充放電特性を高めることができるために好ましい。一方、この円形度は、理論上限が1であるため、通常、1未満であり、好ましくは0.99以下、より好ましくは0.98以下、さらに好ましくは0.97以下である。得られた負極材同士の接触性を確保してサイクル特性を高める観点からは上記上限以下であることが好ましい。
(Circularity)
The graphite used in the negative electrode material raw material according to one embodiment of the present invention has a circularity of 0.88 or more, more preferably 0.90 or more, even more preferably 0.91 or more, particularly preferably 0.92 or more, and most preferably 0.93 or more, as determined by flow-type particle image analysis. Graphite with such a high circularity is preferable because the degree of tortuosity of Li ion diffusion in the negative electrode material produced using it is reduced, and the movement of the electrolyte in the interparticle voids becomes smooth, thereby improving the rapid charge and discharge characteristics. On the other hand, since the theoretical upper limit of this circularity is 1, it is usually less than 1, preferably 0.99 or less, more preferably 0.98 or less, and even more preferably 0.97 or less. From the viewpoint of ensuring contact between the obtained negative electrode materials and improving cycle characteristics, it is preferable that it is below the above upper limit.

(タップ密度)
黒鉛のタップ密度は、好ましくは0.60g/cm以上であり、より好ましくは0.70g/cm以上であり、更に好ましくは0.80g/cm以上であり、特に好ましくは0.855/cm以上であり、最も好ましくは0.90g/cm以上であり、一方、通常1.40g/cm以下であり、好ましくは1.30g/cm以下であり、より好ましくは1.20g/cm以下である。
(Tap Density)
The tap density of graphite is preferably 0.60 g/ cm3 or more, more preferably 0.70 g/ cm3 or more, even more preferably 0.80 g/cm3 or more , particularly preferably 0.855 g/cm3 or more , and most preferably 0.90 g/cm3 or more , while it is usually 1.40 g/cm3 or less, preferably 1.30 g/ cm3 or less, and more preferably 1.20 g/cm3 or less .

(体積基準平均粒子径)
黒鉛の体積基準平均粒子径(D50)は特に限定されないが、通常1μm以上であり、好ましくは3μm以上であり、より好ましくは5μm以上であり、通常50μm以下であり、好ましくは40μm以下であり、より好ましくは30μm以下である。
(Volume-based average particle size)
The volume-based average particle diameter (D50) of graphite is not particularly limited, but is usually 1 μm or more, preferably 3 μm or more, and more preferably 5 μm or more, and is usually 50 μm or less, preferably 40 μm or less, and more preferably 30 μm or less.

(BET比表面積)
黒鉛のBET比表面積は特に限定されないが、通常1.0m/g以上であり、好ましくは1.5m/g以上であり、より好ましくは2.0m/g以上であり、更に好ましくは3.0m/g以上であり、特に好ましくは4.5m/g以上であり、最も好ましくは5.0m/g以上である。また、通常、30.0m/g以下であり、好ましくは25.0m/g以下であり、より好ましくは20.0m/g以下である。
(BET specific surface area)
The BET specific surface area of the graphite is not particularly limited, but is usually 1.0 m 2 /g or more, preferably 1.5 m 2 /g or more, more preferably 2.0 m 2 /g or more, even more preferably 3.0 m 2 /g or more, particularly preferably 4.5 m 2 /g or more, and most preferably 5.0 m 2 /g or more. Also, it is usually 30.0 m 2 /g or less, preferably 25.0 m 2 /g or less, and more preferably 20.0 m 2 /g or less.

(ラマンR値)
黒鉛の下記式αで表されるラマンR値は特に限定されないが、0.10以上1.00以下であることが好ましい。また、ラマンR値は、より好ましくは0.15以上であり、さらに好ましくは0.20以上であり、特に好ましくは0.25以上であり、一方、より好ましくは0.80以下、さらに好ましくは0.60以下である。
式α:
ラマンR値=(ラマンスペクトル分析における1360cm-1付近のピークPの強度I)/(1580cm-1付近のピークPの強度I
(Raman R1 value)
The Raman R1 value of graphite, represented by the following formula α, is not particularly limited, but is preferably 0.10 or more and 1.00 or less. The Raman R1 value is more preferably 0.15 or more, even more preferably 0.20 or more, and particularly preferably 0.25 or more, while more preferably 0.80 or less, and even more preferably 0.60 or less.
Formula α:
Raman R 1 value=(Intensity I B of peak P B at about 1360 cm −1 in Raman spectrum analysis)/(Intensity I A of peak P A at about 1580 cm −1 )

<黒鉛の加圧処理>
本発明の一実施形態に係る負極材原料の製造は、黒鉛を加圧処理する工程を含むことが好ましい。黒鉛の加圧処理の方法としては、加圧できる方法であれば特に制限はなく、例えば原料の黒鉛をゴム型等の容器に入れ、水を加圧媒体とする静水圧等方的加圧処理や、空気等のガスを加圧媒体とする空圧による等方的加圧処理が挙げられる。また、原料の黒鉛を金型に充填し、一軸プレスで一定方向に加圧処理を行ってもよい。
<Graphite pressure treatment>
The manufacturing method of the negative electrode material according to one embodiment of the present invention preferably includes a step of pressurizing graphite. The method of pressurizing graphite is not particularly limited as long as it is a method capable of applying pressure, and examples of the method include placing the graphite as a raw material in a container such as a rubber mold, and performing hydrostatic isotropic pressurizing treatment using water as a pressurizing medium, and air pressure isotropic pressurizing treatment using a gas such as air as a pressurizing medium. Alternatively, the graphite as a raw material may be filled in a mold, and pressurized in a certain direction by a uniaxial press.

黒鉛の加圧処理の加圧媒体の圧力としては、5~400MPaの範囲が好ましく、30~350MPaの範囲がより好ましく、50~300MPaの範囲が更に好ましい。上記下限値以上であると細孔容積をより小さい範囲にすることができる。また、圧力が上記上限値以下であると、得られる負極材の比表面積増大を抑えやすくなる傾向にある。 The pressure of the pressure medium for the graphite pressure treatment is preferably in the range of 5 to 400 MPa, more preferably in the range of 30 to 350 MPa, and even more preferably in the range of 50 to 300 MPa. If the pressure is equal to or higher than the lower limit, the pore volume can be made smaller. Furthermore, if the pressure is equal to or lower than the upper limit, there is a tendency for the increase in the specific surface area of the resulting negative electrode material to be more easily suppressed.

<負極材原料の非晶質炭素複合化>
本発明の一実施形態に係る負極材は、表面の少なくとも一部に非晶質炭素を有する黒鉛を含むことが好ましい。この非晶質炭素複合化の処理は上記の黒鉛を含む負極材原料と非晶質炭素前駆体(非晶質炭素の原料)を混合して焼成することにより行われる。黒鉛を含
む負極材原料の非晶質炭素複合化を適切な条件で行うことにより、積算細孔容積を前述の範囲に制御しやすくなる。
<Compositing of anode raw materials with amorphous carbon>
The negative electrode material according to one embodiment of the present invention preferably contains graphite having amorphous carbon on at least a part of its surface. The amorphous carbon composite treatment is carried out by mixing the graphite-containing negative electrode material raw material and an amorphous carbon precursor (amorphous carbon raw material) and baking the mixture. By carrying out the amorphous carbon composite treatment of the graphite-containing negative electrode material raw material under appropriate conditions, it becomes easier to control the cumulative pore volume to within the above-mentioned range.

非晶質炭素前駆体としては、特に限定されないが、タールやピッチ、ナフタレンやアントラセンやその誘導体等の芳香族炭化水素類、フェノール樹脂、ポリビニルアルコール等の熱可塑性高分子等の有機物が挙げられる。これらの有機物前駆体は1種のみで用いても2種以上を組み合わせて用いてもよい。これらの中でも、炭素構造が発達しやすいという観点から、タール、ピッチ、芳香族炭化水素類が好ましい。 Amorphous carbon precursors include, but are not limited to, organic substances such as tar, pitch, aromatic hydrocarbons such as naphthalene, anthracene and their derivatives, and thermoplastic polymers such as phenolic resins and polyvinyl alcohol. These organic precursors may be used alone or in combination of two or more. Among these, tar, pitch and aromatic hydrocarbons are preferred from the viewpoint of the ease with which the carbon structure can be developed.

非晶質炭素前駆体に含まれる灰分は、非晶質炭素前駆体の全重量に対して、好ましくは1重量%以下、より好ましくは0.5重量%以下であり、更に好ましくは0.1重量%以下である。また、灰分の下限は通常0.1重量ppm以上である。非晶質炭素前駆体に含まれる灰分が上記範囲内であると熱的特性が良好となる。 The ash content of the amorphous carbon precursor is preferably 1 wt % or less, more preferably 0.5 wt % or less, and even more preferably 0.1 wt % or less, based on the total weight of the amorphous carbon precursor. The lower limit of the ash content is usually 0.1 ppm by weight or more. When the ash content of the amorphous carbon precursor is within the above range, the thermal properties are good.

本発明における非晶質炭素前駆体に含まれる金属不純物量は、非晶質炭素前駆体の全重量に対するFe、Al、Si、Caの合計含有量に残炭率を除した値と定義する。非晶質炭素前駆体の全重量に対して、好ましくは1000重量ppm以下、より好ましく400重量ppm以下、さらに好ましくは100重量ppm以下、特に好ましくは50重量ppm以下、通常、0.1重量ppm以上である。非晶質炭素前駆体に含まれる金属不純物量が上記範囲内であると熱的特性が良好となる。 The amount of metal impurities contained in the amorphous carbon precursor in the present invention is defined as the total content of Fe, Al, Si, and Ca relative to the total weight of the amorphous carbon precursor divided by the carbon residue ratio. It is preferably 1000 ppm by weight or less, more preferably 400 ppm by weight or less, even more preferably 100 ppm by weight or less, particularly preferably 50 ppm by weight or less, and usually 0.1 ppm by weight or more, relative to the total weight of the amorphous carbon precursor. When the amount of metal impurities contained in the amorphous carbon precursor is within the above range, the thermal properties are good.

非晶質炭素前駆体に含まれるキノリン不溶分(Qi)は、非晶質炭素前駆体の全重量に対して、好ましくは5重量%以下、より好ましくは2重量%以下、さらに好ましくは1重量%以下、特に好ましくは0.5重量%以下、最も好ましくは0.1重量%以下である。非晶質炭素前駆体に含まれるキノリン不溶分(Qi)が上記範囲内であると熱的特性が良好となる。 The quinoline insoluble matter (Qi) contained in the amorphous carbon precursor is preferably 5 wt% or less, more preferably 2 wt% or less, even more preferably 1 wt% or less, particularly preferably 0.5 wt% or less, and most preferably 0.1 wt% or less, based on the total weight of the amorphous carbon precursor. When the quinoline insoluble matter (Qi) contained in the amorphous carbon precursor is within the above range, the thermal properties are good.

黒鉛と非晶質炭素前駆体とを混合した後、焼成する。焼成する際の温度は、好ましくは950℃以上であり、より好ましくは1000℃以上であり、さらに好ましくは1050℃以上であり、特に好ましくは1100℃以上、最も好ましくは1150℃以上である。一方、好ましくは2000℃以下であり、より好ましくは1800℃以下であり、さらに好ましくは1600℃以下、特に好ましくは1500℃以下である。また、焼成する際の時間は、好ましくは0.5時間以上であり、より好ましくは1時間以上であり、一方、好ましくは1000時間以下であり、より好ましくは500時間以下であり、さらに好ましくは100時間以下である。焼成する際の温度、時間が上記範囲であると熱的特性が良好となる。 After the graphite and the amorphous carbon precursor are mixed, the mixture is fired. The firing temperature is preferably 950°C or higher, more preferably 1000°C or higher, even more preferably 1050°C or higher, particularly preferably 1100°C or higher, and most preferably 1150°C or higher. On the other hand, it is preferably 2000°C or lower, more preferably 1800°C or lower, even more preferably 1600°C or lower, and especially preferably 1500°C or lower. The firing time is preferably 0.5 hours or higher, more preferably 1 hour or higher, while on the other hand, it is preferably 1000 hours or lower, more preferably 500 hours or lower, and even more preferably 100 hours or lower. When the firing temperature and time are within the above ranges, the thermal properties are good.

焼成する際の雰囲気は不活性雰囲気下であることが好ましい。具体的には、窒素やアルゴンといった不活性気体を流通させることにより酸素濃度を下げる方法や、減圧処理により酸素を系外に排出し窒素やアルゴンで復圧する方法や、コークスブリーズ等の犠牲材を製品の周囲に充填することにより炉内雰囲気に含まれる酸素を低減する方法が挙げられる。不活性気体の流通量や流通時間、減圧処理の程度、犠牲材の充填条件などにより、系内の酸素濃度を制御することが可能である。酸素濃度(体積濃度)は、好ましくは3%以下、より好ましくは1%以下、さらに好ましくは1000ppm以下、特に好ましくは500ppm以下、最も好ましくは100ppm以下である。上記範囲を上回ると、非晶質炭素質物の炭素構造の発達が阻害され、好ましい熱的特性が得られなくなる傾向がある。 The atmosphere during firing is preferably an inert atmosphere. Specifically, there are methods for reducing the oxygen concentration by circulating an inert gas such as nitrogen or argon, methods for discharging oxygen from the system by decompression and restoring the pressure with nitrogen or argon, and methods for reducing the oxygen contained in the furnace atmosphere by filling the product with a sacrificial material such as coke breeze. The oxygen concentration in the system can be controlled by the amount and time of inert gas flow, the degree of decompression, and the filling conditions of the sacrificial material. The oxygen concentration (volume concentration) is preferably 3% or less, more preferably 1% or less, even more preferably 1000 ppm or less, particularly preferably 500 ppm or less, and most preferably 100 ppm or less. If the oxygen concentration exceeds the above range, the development of the carbon structure of the amorphous carbonaceous material is inhibited, and favorable thermal properties tend not to be obtained.

黒鉛に非晶質炭素前駆体を混合する場合の非晶質炭素前駆体の混合比率は、目的とする複合粒子の組成に基づいて適宜選択されるべきものであるが、黒鉛に対して、非晶質炭素前駆体の量はその残炭物(非晶質炭素)として、重量比(〔[非晶質炭素の重量]/[黒
鉛の重量]〕×100)で、通常、0.01%以上好ましくは0.1%以上、より好ましくは0.5%以上、更に好ましくは1%以上、特に好ましくは2%以上、最も好ましいは3%以上である。一方、好ましくは30%以下、より好ましくは20%以下、更に好ましくは15%以下、特に好ましくは10%以下である。この重量比が上記範囲であると、高容量であり、かつ、Liイオンが挿入・脱離し易くなるため、低温入出力特性、急速充放電特性及びサイクル特性に優れる点で好ましい。
The mixing ratio of the amorphous carbon precursor when the amorphous carbon precursor is mixed with the graphite should be appropriately selected based on the composition of the target composite particle, and the amount of the amorphous carbon precursor relative to the graphite as the carbon residue (amorphous carbon) is usually 0.01% or more, preferably 0.1% or more, more preferably 0.5% or more, even more preferably 1% or more, particularly preferably 2% or more, and most preferably 3% or more, in terms of weight ratio ([weight of amorphous carbon]/[weight of graphite]×100). On the other hand, it is preferably 30% or less, more preferably 20% or less, even more preferably 15% or less, and particularly preferably 10% or less. When this weight ratio is in the above range, it is preferable in terms of high capacity and easy insertion and desorption of Li ions, and therefore excellent low-temperature input/output characteristics, rapid charge/discharge characteristics, and cycle characteristics.

<その他の処理>
本発明の一実施形態に係る負極材を製造するために、前述の製造方法によって得られた複合粒子について、別途粉砕処理を行ってもよい。
<Other Processing>
In order to produce the negative electrode material according to one embodiment of the present invention, the composite particles obtained by the above-mentioned production method may be subjected to a separate pulverization process.

粉砕処理に使用する粗粉砕機としては、ジョークラッシャー、衝撃式クラッシャー、コ-ンクラッシャー等が挙げられ、中間粉砕機としてはロールクラッシャー、ハンマーミル等が挙げられ、微粉砕機としてはボールミル、振動ミル、ピンミル、攪拌ミル、ジェットミル等が挙げられる。これらの中でも、ボールミル、振動ミル等が、粉砕時間が短く、処理速度の観点から好ましい。 Examples of coarse crushers used in the crushing process include jaw crushers, impact crushers, and cone crushers. Examples of intermediate crushers include roll crushers and hammer mills. Examples of fine crushers include ball mills, vibration mills, pin mills, stirring mills, and jet mills. Among these, ball mills and vibration mills are preferred from the viewpoint of short crushing time and processing speed.

粉砕速度は、装置の種類、大きさによって適宜設定するものであるが、例えば、ボールミルの場合、通常50rpm以上、好ましくは100rpm以上、より好ましくは150rpm以上、更に好ましくは200rpm以上である。また、通常2500rpm以下、好ましくは2300rpm以下、より好ましくは2000rpm以下である。速度が速すぎると、粒径の制御が難しくなる傾向があり、速度が遅すぎると処理速度が遅くなる傾向がある。 The grinding speed is set appropriately depending on the type and size of the equipment. For example, in the case of a ball mill, it is usually 50 rpm or more, preferably 100 rpm or more, more preferably 150 rpm or more, and even more preferably 200 rpm or more. It is also usually 2500 rpm or less, preferably 2300 rpm or less, and more preferably 2000 rpm or less. If the speed is too fast, it tends to be difficult to control the particle size, and if the speed is too slow, the processing speed tends to be slow.

粉砕時間は、通常30秒以上、好ましくは1分以上、より好ましくは1分30秒以上、更に好ましくは2分以上である。また、通常3時間以下、好ましくは2.5時間以下、より好ましくは2時間以下である。粉砕時間が短すぎると粒径制御が難しくなる傾向があり、粉砕時間が長すぎると、生産性が低下する傾向がある。 The grinding time is usually 30 seconds or more, preferably 1 minute or more, more preferably 1 minute 30 seconds or more, and even more preferably 2 minutes or more. Also, it is usually 3 hours or less, preferably 2.5 hours or less, and more preferably 2 hours or less. If the grinding time is too short, it tends to be difficult to control the particle size, and if the grinding time is too long, productivity tends to decrease.

振動ミルの場合、粉砕速度は、通常50rpm以上、好ましくは100rpm以上、より好ましくは150rpm以上、更に好ましくは200rpm以上である。また、通常2500rpm以下、好ましくは2300rpm以下、より好ましくは2000rpm以下である。速度が速すぎると、粒径の制御が難しくなる傾向があり、速度が遅すぎると処理速度が遅くなる傾向がある。 In the case of a vibration mill, the grinding speed is usually 50 rpm or more, preferably 100 rpm or more, more preferably 150 rpm or more, and even more preferably 200 rpm or more. Also, it is usually 2500 rpm or less, preferably 2300 rpm or less, and more preferably 2000 rpm or less. If the speed is too fast, it tends to be difficult to control the particle size, and if the speed is too slow, the processing speed tends to be slow.

粉砕時間は、通常30秒以上、好ましくは1分以上、より好ましくは1分30秒以上、更に好ましくは2分以上である。また、通常3時間以下、好ましくは2.5時間以下、より好ましくは2時間以下である。粉砕時間が短すぎると粒径制御が難しくなる傾向があり、粉砕時間が長すぎると、生産性が低下する傾向がある。 The grinding time is usually 30 seconds or more, preferably 1 minute or more, more preferably 1 minute 30 seconds or more, and even more preferably 2 minutes or more. Also, it is usually 3 hours or less, preferably 2.5 hours or less, and more preferably 2 hours or less. If the grinding time is too short, it tends to be difficult to control the particle size, and if the grinding time is too long, productivity tends to decrease.

本発明の一実施形態に係る負極材を製造するために、前述の製造方法によって得られた複合粒子について、粒径の分級処理を行ってもよい。分級処理条件としては、目開きが、通常53μm以下、好ましくは45μm以下、より好ましくは38μm以下であるものを用いて実施される。 To produce the negative electrode material according to one embodiment of the present invention, the composite particles obtained by the above-mentioned production method may be subjected to a particle size classification process. The classification process is carried out under conditions in which the mesh size is usually 53 μm or less, preferably 45 μm or less, and more preferably 38 μm or less.

分級処理に用いる装置としては特に制限はないが、例えば、乾式篩い分けの場合:回転式篩い、動揺式篩い、旋動式篩い、振動式篩い等を用いることができ、乾式気流式分級の場合:重力式分級機、慣性力式分級機、遠心力式分級機(クラシファイア、サイクロン等)等を用いることができ、湿式篩い分けの場合:機械的湿式分級機、水力分級機、沈降分級機、遠心式湿式分級機等を用いることができる。 There are no particular limitations on the equipment used for classification, but for example, in the case of dry sieving, a rotary sieve, a shaking sieve, a swirling sieve, a vibrating sieve, etc. can be used; in the case of dry airflow classification, a gravity classifier, an inertia classifier, a centrifugal classifier (classifier, cyclone, etc.), etc. can be used; in the case of wet sieving, a mechanical wet classifier, a hydraulic classifier, a sedimentation classifier, a centrifugal wet classifier, etc. can be used.

〔非水系二次電池用負極〕
本発明の一実施形態に係る非水系二次電池用負極(以下、「本発明の負極」と称する場合がある。)は、集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを備え、該活物質層が上記の本発明の一実施形態に係る負極材を含有するものである。
[Non-aqueous secondary battery negative electrode]
The negative electrode for a non-aqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention (hereinafter, sometimes referred to as the "negative electrode of the present invention") comprises a current collector and an active material layer formed on the current collector. and the active material layer contains the negative electrode material according to one embodiment of the present invention.

上記負極材を用いて負極を作製するには、負極材に結着樹脂を配合したものを水性又は有機系媒体でスラリーとし、必要によりこれに増粘材を加えて集電体に塗布し、乾燥すればよい。 To make a negative electrode using the above negative electrode material, the negative electrode material is mixed with a binder resin to form a slurry in an aqueous or organic medium, and a thickener is added if necessary, and the slurry is applied to a current collector and dried.

結着樹脂としては、非水電解液に対して安定で、かつ非水溶性のものを用いるのが好ましい。例えば、スチレン・ブタジエンゴム、イソプレンゴム及びエチレン・プロピレンゴム等のゴム状高分子;ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリイミド、ポリアクリル酸、及び芳香族ポリアミド等の合成樹脂;スチレン・ブタジエン・スチレンブロック共重合体やその水素添加物、スチレン・エチレン・ブタジエン、スチレン共重合体、スチレン・イソプレン及びスチレンブロック共重合体並びにその水素化物等の熱可塑性エラストマー;シンジオタクチック-1,2-ポリブタジエン、エチレン・酢酸ビニル共重合体、及びエチレンと炭素数3~12のα-オレフィンとの共重合体等の軟質樹脂状高分子;テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体、ポリビニデンフルオライド、ポリペンタフルオロプロピレン及びポリヘキサフルオロプロピレン等のフッ素化高分子等を用いることができる。有機系媒体としては、例えば、N-メチルピロリドン及びジメチルホルムアミドを用いることができる。 As the binder resin, it is preferable to use one that is stable against non-aqueous electrolyte and is water-insoluble. For example, rubber-like polymers such as styrene-butadiene rubber, isoprene rubber, and ethylene-propylene rubber; synthetic resins such as polyethylene, polypropylene, polyethylene terephthalate, polyimide, polyacrylic acid, and aromatic polyamide; thermoplastic elastomers such as styrene-butadiene-styrene block copolymers and their hydrogenated products, styrene-ethylene-butadiene, styrene copolymers, styrene-isoprene and styrene block copolymers and their hydrogenated products; soft resin-like polymers such as syndiotactic-1,2-polybutadiene, ethylene-vinyl acetate copolymers, and copolymers of ethylene and α-olefins having 3 to 12 carbon atoms; fluorinated polymers such as tetrafluoroethylene-ethylene copolymers, polyvinylidene fluoride, polypentafluoropropylene, and polyhexafluoropropylene. As the organic medium, for example, N-methylpyrrolidone and dimethylformamide can be used.

結着樹脂は、負極材100重量部に対して通常は0.1重量部以上、好ましくは0.2重量部以上用いるのが好ましい。結着樹脂の使用量を負極材100重量部に対して0.1重量部以上とすることで、負極材料相互間や負極材料と集電体との結着力が十分となり、負極から負極材料が剥離することによる電池容量の減少及びリサイクル特性の悪化を防ぐことができる。 The binder resin is usually used in an amount of 0.1 part by weight or more, preferably 0.2 part by weight or more, per 100 parts by weight of the negative electrode material. By using 0.1 parts by weight or more of the binder resin per 100 parts by weight of the negative electrode material, the binding strength between the negative electrode materials and between the negative electrode material and the current collector becomes sufficient, and it is possible to prevent a decrease in battery capacity and a deterioration in recyclability due to the negative electrode material peeling off from the negative electrode.

また、結着樹脂の使用量は負極材100重量部に対して10重量部以下とするのが好ましく、7重量部以下とするのがより好ましい。結着樹脂の使用量を負極材100重量部に対して10重量部以下とすることにより、負極の容量の減少を防ぎ、かつリチウムイオン等のアルカリイオンの負極材料への出入が妨げられる等の問題を防ぐことができる。 The amount of binder resin used is preferably 10 parts by weight or less, more preferably 7 parts by weight or less, per 100 parts by weight of the negative electrode material. By using 10 parts by weight or less of the binder resin per 100 parts by weight of the negative electrode material, it is possible to prevent a decrease in the capacity of the negative electrode and to prevent problems such as the impediment of the entry and exit of alkaline ions such as lithium ions into the negative electrode material.

スラリーに添加する増粘材としては、例えば、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース及びヒドロキシプロピルセルロース等の水溶性セルロース類、ポリビニルアルコール並びにポリエチレングリコール等が挙げられる。これらの中でも好ましいのはカルボキシメチルセルロースである。増粘材は負極材料100重量部に対して、通常0.1重量部~10重量部、特に0.2重量部~7重量部となるように用いるのが好ましい。 Examples of thickeners to be added to the slurry include water-soluble celluloses such as carboxymethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, and hydroxypropyl cellulose, polyvinyl alcohol, and polyethylene glycol. Among these, carboxymethyl cellulose is preferred. The thickener is preferably used in an amount of usually 0.1 to 10 parts by weight, and particularly 0.2 to 7 parts by weight, per 100 parts by weight of the negative electrode material.

負極集電体としては、従来からこの用途に用い得ることが知られている、例えば、銅、銅合金、ステンレス鋼、ニッケル、チタン及び炭素等を用いればよい。集電体の形状は通常はシート状であり、その表面に凹凸をつけたもの、ネット及びパンチングメタル等を用いることも好ましい。 As the negative electrode current collector, any material that has been known to be usable for this purpose, such as copper, copper alloy, stainless steel, nickel, titanium, and carbon, may be used. The current collector is usually in the form of a sheet, and it is also preferable to use one with an uneven surface, a net, a punched metal, etc.

集電体に負極材と結着樹脂のスラリーを塗布・乾燥した後は、加圧して集電体上に形成された活物質層の密度を大きくして負極活物質層の単位体積当たりの電池容量を大きくするのが好ましい。活物質層の密度は1.2g/cm~1.8g/cmの範囲にあることが好ましく、1.3g/cm~1.6g/cmであることがより好ましい。活物質
層の密度を上記下限値以上とすることで、電極の厚みの増大に伴う電池の容量の低下を防ぐことができる。また、活物質層の密度を上記上限値以下とすることで、電極内の粒子間空隙が減少に伴い空隙に保持される電解液量が減り、リチウムイオン等のアルカリイオンの移動性が小さくなり急速充放電特性が低下することを防ぐことができる。
After the slurry of the negative electrode material and the binder resin is applied to the current collector and dried, it is preferable to increase the density of the active material layer formed on the current collector by pressing it to increase the battery capacity per unit volume of the negative electrode active material layer. The density of the active material layer is preferably in the range of 1.2 g/cm 3 to 1.8 g/cm 3 , and more preferably 1.3 g/cm 3 to 1.6 g/cm 3. By making the density of the active material layer equal to or greater than the lower limit, it is possible to prevent a decrease in the battery capacity due to an increase in the thickness of the electrode. In addition, by making the density of the active material layer equal to or less than the upper limit, the amount of electrolyte held in the voids decreases as the interparticle voids in the electrode decrease, and the mobility of alkaline ions such as lithium ions decreases, which prevents a decrease in rapid charge/discharge characteristics.

〔非水系二次電池〕
本発明の一実施形態に係る非水系二次電池は、正極及び負極、並びに電解質を備える非水系二次電池であって、負極として、本発明の一実施形態に係る負極を用いたものである。特に、本発明の一実施形態に係る非水系二次電池に用いる正極及び負極は、通常、Liイオンを吸蔵及び放出可能な正極及び負極であることが好ましく、本発明の一実施形態に係る非水系二次電池はリチウムイオン二次電池であることが好ましい。
[Non-aqueous secondary battery]
The nonaqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention is a nonaqueous secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and an electrolyte, and uses the negative electrode according to one embodiment of the present invention as the negative electrode. In particular, the positive electrode and the negative electrode used in the nonaqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention are preferably positive electrodes and negative electrodes capable of absorbing and releasing Li ions, and the nonaqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention is preferably a lithium ion secondary battery.

本発明の一実施形態に係る非水系二次電池は、上記の本発明の一実施形態に係る負極を用いる以外は、常法に従って製造することができる。特に、本発明の一実施形態に係る非水系二次電池は、[負極の容量]/[正極の容量]の値を1.01~1.5に設計することが好ましく、1.2~1.4に設計することがより好ましい。 A nonaqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention can be manufactured according to a conventional method, except that the negative electrode according to one embodiment of the present invention is used. In particular, the nonaqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention is preferably designed to have a value of [negative electrode capacity]/[positive electrode capacity] of 1.01 to 1.5, and more preferably 1.2 to 1.4.

[正極]
本発明の一実施形態に係る非水系二次電池の正極の活物質となる正極材としては、例えば、基本組成がLiCoOで表されるリチウムコバルト複合酸化物、LiNiOで表されるリチウムニッケル複合酸化物、LiMnO及びLiMnで表されるリチウムマンガン複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物、二酸化マンガン等の遷移金属酸化物、並びにこれらの複合酸化物混合物等を用いればよい。更にはTiS、FeS、Nb、Mo、CoS、V、CrO、V、FeO、GeO及びLiNi0.33Mn0.33Co0.33、LiFePO等を用いればよい。
[Positive electrode]
As the positive electrode material serving as the positive electrode active material of the nonaqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention, for example, lithium cobalt composite oxides having a basic composition represented by LiCoO2 , lithium nickel composite oxides represented by LiNiO2 , lithium transition metal composite oxides such as lithium manganese composite oxides represented by LiMnO2 and LiMn2O4 , transition metal oxides such as manganese dioxide, and mixtures of these composite oxides may be used. Furthermore, TiS2 , FeS2 , Nb3S4 , Mo3S4 , CoS2 , V2O5 , CrO3 , V3O3 , FeO2 , GeO2 , LiNi0.33Mn0.33Co0.33O2 , LiFePO4 , and the like may be used.

前記正極材に結着樹脂を配合したものを適当な溶媒でスラリー化して集電体に塗布、乾燥することにより正極を製造することができる。なお、スラリー中にはアセチレンブラック、ケッチェンブラック等の導電材を含有させることが好ましい。また、必要に応じて増粘材を含有させてもよい。なお、結着材及び増粘剤としては、この用途に周知のもの、例えば負極の製造に用いるものとして例示したものを用いることができる。 The positive electrode can be manufactured by mixing the positive electrode material with a binder resin, forming a slurry in an appropriate solvent, applying it to a current collector, and drying it. It is preferable to include a conductive material such as acetylene black or ketjen black in the slurry. If necessary, a thickener may also be included. The binder and thickener may be any of those well known for this purpose, such as those exemplified as those used in the manufacture of negative electrodes.

導電材の配合量は正極材100重量部に対し、0.5重量部~20重量部が好ましく、1重量部~15重量部がより好ましい。また、増粘材の配合量は正極材100重量部に対し、0.2重量部~10重量部が好ましく、0.5重量部~7重量部がより好ましい。更に、正極材100重量部に対する結着樹脂の配合量は、結着樹脂を水でスラリー化する場合には0.2重量部~10重量部が好ましく、0.5重量部~7重量部がより好ましく、一方、結着樹脂をN-メチルピロリドン等の結着樹脂を溶解する有機溶媒でスラリー化する場合には0.5重量部~20重量部が好ましく、1~15重量部がより好ましい。 The amount of conductive material is preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 15 parts by weight, per 100 parts by weight of the positive electrode material. The amount of thickener is preferably 0.2 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 7 parts by weight, per 100 parts by weight of the positive electrode material. Furthermore, the amount of binder resin to be mixed with 100 parts by weight of the positive electrode material is preferably 0.2 to 10 parts by weight, more preferably 0.5 to 7 parts by weight, when the binder resin is slurried with water, whereas the amount of binder resin to be mixed with 100 parts by weight of the positive electrode material is preferably 0.5 to 20 parts by weight, more preferably 1 to 15 parts by weight, when the binder resin is slurried with an organic solvent that dissolves the binder resin, such as N-methylpyrrolidone.

正極集電体としては、例えば、アルミニウム、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、ニオブ及びタンタル等並びにこれらの合金が挙げられる。これらの中でもアルミニウム、チタン及びタンタル並びにその合金が好ましく、アルミニウム及びその合金が最も好ましい。 Examples of the positive electrode current collector include aluminum, titanium, zirconium, hafnium, niobium, tantalum, and alloys thereof. Among these, aluminum, titanium, tantalum, and alloys thereof are preferred, and aluminum and alloys thereof are most preferred.

[電解液]
電解液は、従来公知の非水溶媒に種々のリチウム塩を溶解させたものを用いることができる。
[Electrolyte]
The electrolyte may be prepared by dissolving various lithium salts in a conventionally known non-aqueous solvent.

非水溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート、フルオロエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート及びビニレンカーボネート等の環状カーボネート;ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート及びジエチルカーボネート等の鎖状カーボネート;γ-ブチロラクトン等の環状エステル;クラウンエーテル、2-メチルテトラヒドロフラン、テトラヒドロフラン、1,2-ジメチルテトラヒドロフラン及び1,3-ジオキソラン等の環状エーテル;1,2-ジメトキシエタン等の鎖状エーテル等を用いればよい。通常はこれらの2種以上を混合して用いる。なかでも環状カーボネートと鎖状カーボネート、又はこれに更に他の溶媒を混合して用いることが好ましい。 Examples of non-aqueous solvents that can be used include cyclic carbonates such as ethylene carbonate, fluoroethylene carbonate, propylene carbonate, butylene carbonate, and vinylene carbonate; chain carbonates such as dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate, and diethyl carbonate; cyclic esters such as γ-butyrolactone; cyclic ethers such as crown ether, 2-methyltetrahydrofuran, tetrahydrofuran, 1,2-dimethyltetrahydrofuran, and 1,3-dioxolane; and chain ethers such as 1,2-dimethoxyethane. Usually, two or more of these are used in combination. It is particularly preferable to use a cyclic carbonate and a chain carbonate, or to mix this with another solvent.

電解液には、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、無水コハク酸、無水マレイン酸、プロパンスルトン及びジエチルスルホン等の化合物やジフルオロリン酸リチウムのようなジフルオロリン酸塩等が添加されていてもよい。更に、ジフェニルエーテル及びシクロヘキシルベンゼン等の過充電防止剤が添加されていてもよい。 The electrolyte may contain compounds such as vinylene carbonate, vinyl ethylene carbonate, succinic anhydride, maleic anhydride, propane sultone, and diethyl sulfone, and difluorophosphates such as lithium difluorophosphate. In addition, an overcharge inhibitor such as diphenyl ether and cyclohexylbenzene may be added.

非水溶媒に溶解させる電解質としては、例えば、LiClO、LiPF、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CFCFSO、LiN(CFSO)(CSO)及びLiC(CFSO等が挙げられる。電解液中の電解質の濃度は通常0.5mol/L~2mol/Lであり、好ましくは0.6mol/L~1.5mol/Lである。 Examples of the electrolyte to be dissolved in the non-aqueous solvent include LiClO 4 , LiPF 6 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN(CF 3 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 CF 2 SO 2 ) 2 , LiN(CF 3 SO 2 )(C 4 F 9 SO 2 ) and LiC(CF 3 SO 2 ) 3. The concentration of the electrolyte in the electrolytic solution is usually 0.5 mol/L to 2 mol/L, and preferably 0.6 mol/L to 1.5 mol/L.

[セパレータ]
本発明の一実施形態に係る非水系二次電池には、正極と負極との間に介在させるセパレータを用いることが好ましい。このようなセパレータとしては、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンの多孔性シートや不織布を用いることが好ましい。
[Separator]
In the nonaqueous secondary battery according to one embodiment of the present invention, a separator is preferably used between the positive electrode and the negative electrode, and as such a separator, a porous sheet or nonwoven fabric made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene is preferably used.

以下、実施例により本発明の内容を更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例によって限定されるものではない。なお、以下の実施例における各種の製造条件や評価結果の値は、本発明の実施態様における上限又は下限の好ましい値としての意味を持つものであり、好ましい範囲は前記した上限又は下限の値と、下記実施例の値又は実施例同士の値との組み合わせで規定される範囲であってもよい。 The present invention will be explained in more detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples as long as it does not exceed the gist of the invention. Note that the various manufacturing conditions and evaluation result values in the following examples are meant as preferred upper or lower limit values in the embodiments of the present invention, and the preferred range may be a range defined by a combination of the above-mentioned upper or lower limit values and the values of the following examples or values between the examples.

<負極シートの作製>
後述の条件で調製した負極材を負極活物質として用い、活物質層密度1.5±0.03g/cmの活物質層を有する極板を作製した。具体的には、負極材50.00±0.02gに、1重量%カルボキシメチルセルロースナトリウム塩水溶液を50.00±0.02g(固形分換算で0.500g)、及び重量平均分子量27万のスチレン・ブタジエンゴム水性ディスパージョン1.00±0.05g(固形分換算で0.5g)を、キーエンス製ハイブリッドミキサーで5分間撹拌し、30秒脱泡してスラリーを得た。
<Preparation of negative electrode sheet>
A negative electrode material prepared under the conditions described below was used as a negative electrode active material to prepare an electrode plate having an active material layer with an active material layer density of 1.5±0.03 g/cm 3. Specifically, 50.00±0.02 g of the negative electrode material, 50.00±0.02 g of a 1 wt% carboxymethylcellulose sodium salt aqueous solution (0.500 g in terms of solid content), and 1.00±0.05 g of a styrene-butadiene rubber aqueous dispersion with a weight average molecular weight of 270,000 (0.5 g in terms of solid content) were mixed with 50.00±0.02 g of the negative electrode material, and the mixture was stirred for 5 minutes in a Keyence hybrid mixer and degassed for 30 seconds to obtain a slurry.

このスラリーを、集電体である厚さ10μmの銅箔上に、負極材料が10.00±0.2mg/cm付着するように、ダイコーターを用いて幅10cmに塗布して乾燥後、幅5cmにカットし、直径20cmのローラを用いてロールプレスして、活物質層の密度が1.5±0.03g/cmになるよう調整し電極シートを得た。 This slurry was applied to a width of 10 cm using a die coater on a copper foil with a thickness of 10 μm, which was used as a current collector, so that the negative electrode material adhered to 10.00±0.2 mg/ cm2. After drying, the slurry was cut to a width of 5 cm and roll-pressed using a roller with a diameter of 20 cm to adjust the density of the active material layer to 1.5±0.03 g/ cm3, thereby obtaining an electrode sheet.

<正極シートの作製>
正極は、次の通りに作製した。まず、正極活物質としてのニッケル-マンガン-コバルト酸リチウム(LiNiMnCoO)85重量%と、導電材としてのアセチレンブラック10重量%と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)5重量%とを、N-メチルピロリドン溶媒中で混合してスラリーを得た。このスラリーを、集電体である厚さ
15μmのアルミニウム箔上に正極材が22.5±0.2mg/cm付着するように、ブレードコーターを用いて塗布し、130℃で乾燥した。更にロールプレスを行い、正極密度が2.60±0.05g/cmになるよう調整し電極シートを得た。
<Preparation of Positive Electrode Sheet>
The positive electrode was prepared as follows. First, 85% by weight of lithium nickel-manganese-cobalt oxide (LiNiMnCoO 2 ) as a positive electrode active material, 10% by weight of acetylene black as a conductive material, and 5% by weight of polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed in N-methylpyrrolidone solvent to obtain a slurry. This slurry was applied to a 15 μm thick aluminum foil current collector using a blade coater so that the positive electrode material adhered to 22.5±0.2 mg/cm 2 , and dried at 130° C. Further, roll pressing was performed to adjust the positive electrode density to 2.60±0.05 g/cm 3 to obtain an electrode sheet.

<非水系二次電池(ラミネート型電池)の作製法>
上記方法で作製した、負極材料が10.0±0.3mg/cm付着した、活物質層の密度が1.5±0.03g/cmの負極シートと正極シート、及びポリエチレン製セパレータを、負極、セパレータ、正極の順に積層した。こうして得られた電池要素を筒状のアルミニウムラミネートフィルムで包み込み、エチレンカーボネート(EC)とジメチルカーボネート(DMC)とエチルメチルカーボネート(EMC)の混合溶媒(体積比=3:3:4)に、LiPFを1mol/Lになるように溶解させた電解液を注入した後で真空封止し、シート状の非水系二次電池をそれぞれ作製した。更に、電極間の密着性を高めるために、ガラス板でシート状電池を挟んで加圧した。
<Method of manufacturing non-aqueous secondary battery (laminated type battery)>
The negative electrode sheet and positive electrode sheet, which had a density of 1.5±0.03 g/cm 3 and had a negative electrode material of 10.0±0.3 mg/cm 2 and a polyethylene separator, were laminated in the order of negative electrode, separator, and positive electrode. The battery element thus obtained was wrapped in a cylindrical aluminum laminate film, and an electrolyte solution in which LiPF 6 was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), dimethyl carbonate (DMC), and ethyl methyl carbonate (EMC) (volume ratio = 3:3:4) to a concentration of 1 mol/L was injected, followed by vacuum sealing to prepare sheet-shaped non-aqueous secondary batteries. Furthermore, in order to increase the adhesion between the electrodes, the sheet-shaped battery was sandwiched between glass plates and pressurized.

<非水系二次電池(コイン型電池)の作製法>
上記方法で作製した、負極材料が10.0±0.3mg/cm付着した、活物質層の密度が1.5±0.03g/cmの電極シートを直径12.5mmの円盤状に打ち抜き負極とし、リチウム金属箔を直径14mmの円板状に打ち抜き、対極とした。両極の間には、エチレンカーボネートとエチルメチルカーボネートの混合溶媒(体積比=3:7)に、LiPFを1mol/Lになるように溶解させた電解液を含浸させたセパレータ(多孔性ポリエチレンフィルム製)を置き、2016コイン型電池をそれぞれ作製した。
<Method of manufacturing non-aqueous secondary battery (coin battery)>
The electrode sheet prepared by the above method, with 10.0±0.3 mg/ cm2 of negative electrode material attached and an active material layer density of 1.5±0.03 g/ cm3, was punched into a disk shape with a diameter of 12.5 mm to form a negative electrode, and lithium metal foil was punched into a disk shape with a diameter of 14 mm to form a counter electrode. Between the two electrodes, a separator (made of a porous polyethylene film) impregnated with an electrolyte solution in which LiPF6 was dissolved to 1 mol/L in a mixed solvent of ethylene carbonate and ethyl methyl carbonate (volume ratio = 3:7) was placed, and a 2016 coin-type battery was prepared.

<放電容量(mAh/g)>
上述の方法で作製した非水系二次電池(2016コイン型電池)を用いて、次の測定方法で電池充放電時の容量を測定した。
<Discharge capacity (mAh/g)>
Using the nonaqueous secondary battery (2016 coin type battery) prepared by the above method, the capacity during battery charge and discharge was measured by the following measurement method.

0.05Cの電流密度でリチウム対極に対して5mVまで充電し、さらに5mVの一定電圧で電流密度が0.005Cになるまで充電し、負極中にリチウムをドープした後、0.1Cの電流密度でリチウム対極に対して1.5Vまで放電を行った。このときの負極活物質重量あたりの放電容量を本材料の放電容量(mAh/g)とした。 The battery was charged at a current density of 0.05 C to 5 mV against the lithium counter electrode, and then further charged at a constant voltage of 5 mV until the current density reached 0.005 C. After doping lithium into the negative electrode, the battery was discharged at a current density of 0.1 C to 1.5 V against the lithium counter electrode. The discharge capacity per weight of the negative electrode active material at this time was taken as the discharge capacity (mAh/g) of this material.

<サイクル膨れ>
充放電サイクルを経ていない非水系二次電池に対して、25℃で電圧範囲4.1V~3.0V、電流値0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)にて3サイクル、電圧範囲4.2V~3.0V、電流値0.2Cにて(充電時には4.2Vにて定電圧充電をさらに2.5時間実施)2サイクル、初期充放電を行った。この時点で一度固定するためのガラス板を外し、株式会社ミツトヨ製の接触式厚み計にて1つの電池に対し9点厚みを測定し、その平均を「サイクル前の厚み」とした。その後電池を再びガラス板で挟んだのち45℃の恒温槽中で0.8C-CCCV充電0.8CCC放電1.5Vカットの条件で25回充放電しサイクル試験を実施した。その後、SOC0%の状態の電池についてサイクル前と同じ場所を9点測定し、その平均を求め「サイクル後の厚み」とし、サイクル膨れ={(サイクル後の厚み)/(サイクル前の厚み)-1}×100(%)とした。
<Cycle swelling>
For non-aqueous secondary batteries that had not undergone charge-discharge cycles, three cycles were performed at 25°C with a voltage range of 4.1V to 3.0V and a current value of 0.2C (the current value at which the rated capacity based on the discharge capacity at one-hour rate is discharged in one hour is 1C, the same applies below), and two cycles were performed with a voltage range of 4.2V to 3.0V and a current value of 0.2C (constant voltage charging at 4.2V for an additional 2.5 hours during charging). At this point, the glass plate for fixing was removed, and the thickness was measured at nine points for one battery using a contact thickness meter manufactured by Mitutoyo Corporation, and the average was taken as the "thickness before cycling". After that, the battery was sandwiched between glass plates again, and a cycle test was performed by charging and discharging 25 times in a thermostatic chamber at 45°C under the conditions of 0.8C-CCCV charging, 0.8CCC discharging, and 1.5V cut. Thereafter, the battery in a state of 0% SOC was measured at the same nine locations as before the cycling, and the average was calculated as the "thickness after cycling", and cycle swelling = {(thickness after cycling)/(thickness before cycling)-1} x 100 (%).

<急速充電特性>
充放電サイクルを経ていないコイン型電池に対して、25℃で電圧範囲4.1V~3.0V、電流値0.2C(1時間率の放電容量による定格容量を1時間で放電する電流値を1Cとする、以下同様)にて3サイクル、電圧範囲4.2V~3.0V、電流値0.2Cにて(充電時には4.2Vにて定電圧充電をさらに2.5時間実施)2サイクル、初期充放電を行った。その後、SOC0%の状態から電流値3CでSOC100%までCC充電
した。得られた電圧(V)-容量(Q)曲線の微分からdV/dQ値を算出し、dV/dQ値が負領域から正領域となるdV/dQ=0のときの容量値を求め、急速充電特性={dV/dQ=0時の容量値(mAh)}/{SOC100%の容量値(mAh)}×100(%)とした。
<Quick charging characteristics>
For the coin type battery that had not undergone the charge/discharge cycle, three cycles were performed at 25°C with a voltage range of 4.1V to 3.0V and a current value of 0.2C (the current value at which the rated capacity based on the discharge capacity at one hour rate is discharged in one hour is 1C, the same applies below), and two cycles were performed with a voltage range of 4.2V to 3.0V and a current value of 0.2C (constant voltage charging at 4.2V for an additional 2.5 hours during charging). Thereafter, the battery was CC-charged from a state of SOC 0% to SOC 100% at a current value of 3C. The dV/dQ value was calculated from the differential of the obtained voltage (V)-capacity (Q) curve, and the capacity value when dV/dQ=0, where the dV/dQ value goes from the negative region to the positive region, was obtained, and the rapid charge characteristic was calculated as {capacity value (mAh) when dV/dQ=0}/{capacity value (mAh) at SOC 100%}×100(%).

(実施例1)
平均粒径(d50)が100μmの鱗片状天然黒鉛を粉砕してd50が11.1μmの鱗片状天然黒鉛を得た。得られた鱗片状天然黒鉛100重量部に対して造粒剤として液状オイルを12重量部混合した後、球形化処理を行い、さらに熱処理により造粒剤を除去し、球形化天然黒鉛を得た。得られた球形化黒鉛をゴム製容器に充填・密閉して等方的加圧処理を200MPaで処理することで、水銀退出量/水銀圧入量(B/A)を制御した。得られた成型物を解砕・分級処理した。得られた球形化黒鉛粉末(負極材原料)の各種物性を表1に示す。なお、前記水銀ポロシメトリーにおける水銀退出量/水銀圧入量(B/A)×100(%)は61.5%であった。この球形化黒鉛粉末と非晶質炭素前駆体として灰分0.02重量%、金属不純物量20重量ppm、Qi1重量%に調整したピッチを混合し、炉内圧力を10torr以下に減圧処理して窒素で大気圧まで復圧し、さらに窒素を流通させて炉内の酸素濃度<100ppmにして不活性ガス中で1300℃熱処理を施した。得られた焼成物を解砕・分級処理することにより、黒鉛粒子の表面に非晶質炭素質物を含有する複合炭素材を得た。焼成収率から、得られた複合炭素材において、球形化黒鉛粒子と非晶質炭素との重量比率(球形化黒鉛質粒子:非晶質炭素)は1:0.08であることが確認された。このようにして得られた負極材の各種物性を表1に示す。また、得られた負極材を用いて、前述の放電容量、サイクル膨れ、急速充電特性をそれぞれ測定した。結果を表1に示す。なお、表1のA、Bは小数第4位を四捨五入した値を示している。
Example 1
Scaly natural graphite with an average particle size (d50) of 100 μm was pulverized to obtain scaly natural graphite with a d50 of 11.1 μm. 100 parts by weight of the obtained scaly natural graphite was mixed with 12 parts by weight of liquid oil as a granulating agent, and then spheroidized treatment was performed, and the granulating agent was removed by heat treatment to obtain spheroidized natural graphite. The obtained spheroidized graphite was filled and sealed in a rubber container and subjected to isotropic pressure treatment at 200 MPa to control the amount of mercury discharged/the amount of mercury injected (B/A). The obtained molded product was crushed and classified. Various physical properties of the obtained spheroidized graphite powder (negative electrode material raw material) are shown in Table 1. The amount of mercury discharged/the amount of mercury injected (B/A)×100(%) in the mercury porosimetry was 61.5%. The spheroidized graphite powder was mixed with pitch adjusted to 0.02% by weight ash, 20 ppm by weight metal impurities, and 1% by weight Qi as an amorphous carbon precursor, and the pressure in the furnace was reduced to 10 torr or less, and the pressure was returned to atmospheric pressure with nitrogen. Nitrogen was then circulated to make the oxygen concentration in the furnace <100 ppm, and a heat treatment was performed at 1300 ° C. in an inert gas. The obtained fired product was crushed and classified to obtain a composite carbon material containing an amorphous carbonaceous material on the surface of the graphite particles. From the firing yield, it was confirmed that the weight ratio of the spheroidized graphite particles to the amorphous carbon (spheroidized graphite particles: amorphous carbon) in the obtained composite carbon material was 1:0.08. Various physical properties of the negative electrode material obtained in this manner are shown in Table 1. In addition, the above-mentioned discharge capacity, cycle swelling, and rapid charging characteristics were measured using the obtained negative electrode material. The results are shown in Table 1. In addition, A and B in Table 1 indicate values rounded off to the fourth decimal place.

(実施例2)
平均粒径(d50)が100μmの鱗片状天然黒鉛を粉砕してd50が8.5μmの鱗片状天然黒鉛を得た。得られた鱗片状天然黒鉛に造粒剤として液状オイルを12重量部混合した後、球形化処理を行い、さらに熱処理により造粒剤を除去し、球形化天然黒鉛を得た。得られた球形化黒鉛をゴム製容器に充填・密閉して等方的加圧処理を200MPaで処理することで、水銀退出量/水銀圧入量(B/A)を制御した。得られた成型物を解砕・分級処理した。得られた球形化黒鉛粉末(負極材原料)の各種物性を表1に示す。なお、前記水銀ポロシメトリーにおける水銀退出量/水銀圧入量(B/A)×100(%)は69.9%であった。この球形化黒鉛粉末と非晶質炭素前駆体として灰分0.02重量%、金属不純物量20重量ppm、Qi1重量%に調整したピッチを混合し、炉内圧力を10torr以下に減圧処理して窒素で大気圧まで復圧し、さらに窒素を流通させて炉内の酸素濃度<100ppmにして不活性ガス中で1300℃熱処理を施した。得られた焼成物を解砕・分級処理することにより、黒鉛粒子の表面に非晶質炭素質物を含有する複合炭素材を得た。焼成収率から、得られた複合炭素材において、球形化黒鉛粒子と非晶質炭素との重量比率(球形化黒鉛質粒子:非晶質炭素)は1:0.06であることが確認された。このようにして得られた負極材の各種物性を表1に示す。また、得られた負極材を用いて、前述の放電容量、サイクル膨れ、急速充電特性をそれぞれ測定した。結果を表1に示す。
Example 2
Scaly natural graphite with an average particle size (d50) of 100 μm was pulverized to obtain scaly natural graphite with a d50 of 8.5 μm. The obtained scaly natural graphite was mixed with 12 parts by weight of liquid oil as a granulating agent, and then subjected to a spheroidizing treatment, and the granulating agent was removed by heat treatment to obtain spheroidized natural graphite. The obtained spheroidized graphite was filled and sealed in a rubber container and subjected to an isotropic pressurizing treatment at 200 MPa to control the amount of mercury discharged/the amount of mercury injected (B/A). The obtained molded product was crushed and classified. Various physical properties of the obtained spheroidized graphite powder (negative electrode material raw material) are shown in Table 1. The amount of mercury discharged/the amount of mercury injected (B/A)×100(%) in the mercury porosimetry was 69.9%. The spheroidized graphite powder was mixed with pitch adjusted to 0.02% by weight ash, 20 ppm by weight metal impurities, and 1% by weight Qi as an amorphous carbon precursor, and the pressure in the furnace was reduced to 10 torr or less, and the pressure was returned to atmospheric pressure with nitrogen. Nitrogen was then circulated to make the oxygen concentration in the furnace <100 ppm, and a heat treatment was performed at 1300 ° C. in an inert gas. The obtained fired product was crushed and classified to obtain a composite carbon material containing an amorphous carbonaceous material on the surface of the graphite particles. From the firing yield, it was confirmed that the weight ratio of the spheroidized graphite particles to the amorphous carbon (spheroidized graphite particles: amorphous carbon) in the obtained composite carbon material was 1:0.06. Various physical properties of the negative electrode material obtained in this manner are shown in Table 1. In addition, the above-mentioned discharge capacity, cycle swelling, and rapid charging characteristics were measured using the obtained negative electrode material. The results are shown in Table 1.

(比較例1)
平均粒径(d50)が100μmの鱗片状天然黒鉛を球形化処理して球形化天然黒鉛(平均粒径(d50)16.2μm、BET比表面積(SA)6.9m/g、タップ密度1.00g/cm)を得た。得られた球形化黒鉛粉末(負極材原料)の前記水銀ポロシメトリーにおける水銀退出量/水銀圧入量(B/A)×100(%)は27.5%であった。この球形化黒鉛粉末と、非晶質炭素前駆体として灰分<0.01%、金属不純物量6
0ppm、Qi<0.1%に調整したタールを混合した後、炉内圧力を10torr以下に減圧処理して窒素で大気圧まで復圧し、さらに窒素を流通させて炉内の酸素濃度<100ppmにして1300℃熱処理を施した。得られた焼成物を解砕・分級処理することにより、黒鉛粒子の表面に非晶質炭素質物を含有する複合炭素材である負極材を得た。焼成収率から、得られた負極材(複合炭素材)において、球形化黒鉛粒子と非晶質炭素との重量比率(球形化黒鉛質粒子:非晶質炭素)は1:0.03であることが確認された。このようにして得られた負極材を用いて、前述の放電容量、サイクル膨れ、急速充電特性をそれぞれ測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 1)
Spherical natural graphite (average particle size (d50) 16.2 μm, BET specific surface area (SA) 6.9 m 2 /g, tap density 1.00 g/cm 3 ) was obtained by spheroidizing flake natural graphite with an average particle size (d50) of 100 μm. The mercury outflow amount/mercury intrusion amount (B/A)×100(%) of the obtained spherical graphite powder (negative electrode material raw material) was 27.5% in the mercury porosimetry. This spherical graphite powder and an amorphous carbon precursor with an ash content of <0.01% and a metal impurity content of 6.0% were mixed.
After mixing the tar adjusted to 0 ppm and Qi<0.1%, the pressure in the furnace was reduced to 10 torr or less, and the pressure was returned to atmospheric pressure with nitrogen. Nitrogen was then circulated to set the oxygen concentration in the furnace to <100 ppm, and a heat treatment was performed at 1300 ° C. The obtained fired product was crushed and classified to obtain a negative electrode material, which is a composite carbon material containing amorphous carbonaceous material on the surface of graphite particles. From the firing yield, it was confirmed that the weight ratio of the spherical graphite particles to the amorphous carbon (spheroidal graphite particles: amorphous carbon) in the obtained negative electrode material (composite carbon material) was 1:0.03. Using the negative electrode material obtained in this way, the discharge capacity, cycle swelling, and rapid charging characteristics described above were measured. The results are shown in Table 1.

(比較例2)
平均粒径(d50)が100μmの鱗片状天然黒鉛を球形化処理して球形化天然黒鉛(平均粒径(d50)10.9μm、BET比表面積(SA)8.1m/g、タップ密度0.90g/cm)を得た。得られた球形化黒鉛粉末の前記水銀ポロシメトリーにおける水銀退出量/水銀圧入量(B/A)×100(%)は28.3%であった。この球形化黒鉛粉末と、非晶質炭素前駆体として灰分<0.01%、金属不純物量60ppm、Qi<0.1%に調整したタールを混合した後、炉内圧力を10torr以下に減圧処理して窒素で大気圧まで復圧し、さらに窒素を流通させて炉内の酸素濃度<100ppmにして1300℃熱処理を施した。得られた焼成物を解砕・分級処理することにより、黒鉛粒子の表面に非晶質炭素質物を含有する複合炭素材である負極材を得た。焼成収率から、得られた負極材(複合炭素材)において、球形化黒鉛粒子と非晶質炭素との重量比率(球形化黒鉛質粒子:非晶質炭素)は1:0.04であることが確認された。このようにして得られた負極材を用いて、前述の放電容量、サイクル膨れ、急速充電特性をそれぞれ測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 2)
Spheroidal natural graphite (average particle size (d50) 10.9 μm, BET specific surface area (SA) 8.1 m 2 /g, tap density 0.90 g/cm 3 ) was obtained by spheroidizing flake natural graphite. The mercury outflow/mercury intrusion (B/A)×100(%) of the obtained spheroidal graphite powder was 28.3% in the mercury porosimetry. This spheroidal graphite powder was mixed with tar as an amorphous carbon precursor, which had been adjusted to an ash content of <0.01%, metal impurity content of 60 ppm, and Qi of <0.1%, and then the pressure in the furnace was reduced to 10 torr or less and returned to atmospheric pressure with nitrogen. Nitrogen was then circulated to adjust the oxygen concentration in the furnace to <100 ppm, and heat treatment was performed at 1300° C. The obtained fired material was crushed and classified to obtain a composite carbon material containing amorphous carbonaceous material on the surface of graphite particles. From the firing yield, it was confirmed that the weight ratio of the spheroidized graphite particles to the amorphous carbon (spheroidized graphite particles: amorphous carbon) in the obtained negative electrode material (composite carbon material) was 1:0.04. The above-mentioned discharge capacity, cycle swelling, and rapid charging characteristics were measured using the negative electrode material obtained in this manner. The results are shown in Table 1.

(比較例3)
平均粒径(d50)が100μmの鱗片状天然黒鉛を球形化処理して球形化天然黒鉛(平均粒径(d50)7.2μm、BET比表面積(SA)11.1m/g、タップ密度0.81g/cm)を得た。得られた球形化黒鉛粉末の前記水銀ポロシメトリーにおける水銀退出量/水銀圧入量(B/A)×100(%)は41.2%であった。この球形化黒鉛粉末と、非晶質炭素前駆体として灰分<0.01%、金属不純物量60ppm、Qi<0.1%に調整したタールを混合した後、炉内圧力を10torr以下に減圧処理して窒素で大気圧まで復圧し、さらに窒素を流通させて炉内の酸素濃度<100ppmにして1300℃熱処理を施した。得られた焼成物を解砕・分級処理することにより、黒鉛粒子の表面に非晶質炭素質物を含有する複合炭素材である負極材を得た。焼成収率から、得られた負極材(複合炭素材)において、球形化黒鉛粒子と非晶質炭素との重量比率(球形化黒鉛質粒子:非晶質炭素)は1:0.03であることが確認された。このようにして得られた負極材を用いて、前述の放電容量、サイクル膨れ、急速充電特性をそれぞれ測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 3)
Spheroidal natural graphite (average particle size (d50) 7.2 μm, BET specific surface area (SA) 11.1 m 2 /g, tap density 0.81 g/cm 3 ) was obtained by spheroidizing flake natural graphite with an average particle size (d50) of 100 μm. The mercury outflow/mercury intrusion (B/A)×100(%) of the obtained spherical graphite powder was 41.2% in the mercury porosimetry. This spherical graphite powder was mixed with tar as an amorphous carbon precursor, which had been adjusted to an ash content of <0.01%, metal impurity content of 60 ppm, and Qi of <0.1%, and then the pressure in the furnace was reduced to 10 torr or less and returned to atmospheric pressure with nitrogen. Nitrogen was then circulated to adjust the oxygen concentration in the furnace to <100 ppm, and heat treatment was performed at 1300° C. The obtained fired material was crushed and classified to obtain a composite carbon material containing amorphous carbonaceous material on the surface of graphite particles. From the firing yield, it was confirmed that the weight ratio of the spheroidized graphite particles to the amorphous carbon (spheroidized graphite particles: amorphous carbon) in the obtained negative electrode material (composite carbon material) was 1:0.03. Using the negative electrode material thus obtained, the discharge capacity, cycle swelling, and rapid charging characteristics described above were measured. The results are shown in Table 1.

(比較例4)
表面に非晶質炭素を含有する人造黒鉛を用いて、前述の放電容量、サイクル膨れ、急速充電特性をそれぞれ測定した。結果を表1に示す。
(Comparative Example 4)
The above-mentioned discharge capacity, cycle swelling, and rapid charging characteristics were measured using artificial graphite containing amorphous carbon on the surface. The results are shown in Table 1.

Figure 0007615537000001
Figure 0007615537000001

実施例1~2及び比較例1~3の水銀退出量/水銀圧入量(B/A)とサイクル膨れの関係を図1に示した。表1、図1より、本発明の負極材原料及び負極材を用いる
ことで、放電容量が高く、サイクル膨れの抑制、急速充電特性に優れたリチウムイオン二次電池を得ることができることがわかる。
The relationship between the amount of mercury discharged/the amount of mercury injected (B/A) and the cycle swelling in Examples 1 and 2 and Comparative Examples 1 to 3 is shown in Figure 1. It can be seen from Table 1 and Figure 1 that by using the negative electrode material and the negative electrode material of the present invention, a lithium ion secondary battery having a high discharge capacity, suppressed cycle swelling, and excellent quick charge characteristics can be obtained.

本発明の非水系二次電池用負極材原料及び非水系二次電池用負極材、並びにこれを含む非水系二次電池用負極及び非水系二次電池は、高容量で、サイクル膨れが小さく、急速充放電特性に優れるため、車載用途;パワーツール用途;携帯電話、パソコン等の携帯機器用途等に好適に用いることができる。 The negative electrode material for non-aqueous secondary batteries and the negative electrode material for non-aqueous secondary batteries of the present invention, as well as the negative electrodes for non-aqueous secondary batteries and non-aqueous secondary batteries containing the same, have high capacity, small cycle swelling, and excellent rapid charge/discharge characteristics, and therefore can be suitably used for in-vehicle applications, power tool applications, and portable device applications such as mobile phones and personal computers.

Claims (6)

黒鉛を含み、かつ水銀圧入法から得られる水銀圧入量をA、水銀退出量をBとしたときに、下記式(1)が50%以上である非水系二次電池用負極材原料を含む非水系二次電池用負極材であり、
下記式αから算出されるラマンR値が0.15以上1.00以下である非水系二次電池用負極材。
式(1) B/A×100(%)
式α:
[ラマンR値]=[ラマンスペクトル分析における1360cm-1付近のピークPの強度I]/[1580cm-1付近のピークPの強度I
A negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, comprising a raw material for a negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, which contains graphite, and in which the following formula (1) is 50 % or more, where A is the amount of mercury injected and B is the amount of mercury released, obtained by mercury injection porosimetry:
A negative electrode material for a non-aqueous secondary battery, having a Raman R1 value calculated from the following formula α of 0.15 or more and 1.00 or less.
Formula (1) B/A×100(%)
Formula α:
[Raman R 1 value]=[Intensity I B of peak P B at about 1360 cm −1 in Raman spectrum analysis]/[Intensity I A of peak P A at about 1580 cm −1 ]
前記水銀圧入量Aが、0.001mL/g以上、0.5mL/g以下である請求項1に記載の非水系二次電池用負極材。 The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to claim 1, wherein the amount of mercury intrusion A is 0.001 mL/g or more and 0.5 mL/g or less. 前記水銀退出量Bが、0.0005mL/g以上、0.5mL/g以下である請求項1または2に記載の非水系二次電池用負極材。 The negative electrode material for a non-aqueous secondary battery according to claim 1 or 2, wherein the amount of mercury discharged B is 0.0005 mL/g or more and 0.5 mL/g or less. 前記非水系二次電池用負極材原料のタップ密度が0.7g/cm以上、1.4g/cm以下である、請求項1~3のいずれか一項に記載の非水系二次電池用負極材。 The negative electrode material for non-aqueous secondary batteries according to any one of claims 1 to 3, wherein the tap density of the raw material for non-aqueous secondary batteries is 0.7 g/cm 3 or more and 1.4 g/cm 3 or less. X線回折法から得られる面間隔(d002)が0.34nm以下であり、かつc軸方向の結晶子の大きさ(Lc)が90nm以上である、請求項1~4のいずれか一項に記載の非水系二次電池負極材。 A non-aqueous secondary battery negative electrode material according to any one of claims 1 to 4, in which the interplanar spacing (d002) obtained by X-ray diffraction is 0.34 nm or less, and the size of the crystallite in the c-axis direction (Lc) is 90 nm or more. 請求項1~5のいずれか一項に記載の負極材を用いた非水系二次電池。 A non-aqueous secondary battery using the negative electrode material according to any one of claims 1 to 5.
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