JP3311104B2 - Lithium secondary battery - Google Patents

Lithium secondary battery

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JP3311104B2
JP3311104B2 JP23157393A JP23157393A JP3311104B2 JP 3311104 B2 JP3311104 B2 JP 3311104B2 JP 23157393 A JP23157393 A JP 23157393A JP 23157393 A JP23157393 A JP 23157393A JP 3311104 B2 JP3311104 B2 JP 3311104B2
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carbonaceous material
lithium
negative electrode
secondary battery
lithium secondary
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、リチウム二次電池に関
し、特に非水電解液を改良し、優れた電池特性を示すリ
チウム二次電池に係わる。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a lithium secondary battery, and more particularly to a lithium secondary battery having improved nonaqueous electrolyte and exhibiting excellent battery characteristics.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、負極活物質としてリチウムを用い
た非水電解質電池は高エネルギ―密度電池として注目さ
れている。例えば、正極活物質に二酸化マンガン（Ｍｎ
Ｏ2 ）、フッ化炭素［（ＣＦ2 ）n ］、塩化チオニル
（ＳＯＣｌ2 ）等を用いた一次電池は、既に電卓、時計
の電源やメモリのバックアップ電池として多用されてい
る。2. Description of the Related Art In recent years, nonaqueous electrolyte batteries using lithium as a negative electrode active material have attracted attention as high energy density batteries. For example, manganese dioxide (Mn)
Primary batteries using O 2 ), fluorocarbon [(CF 2 ) n ], thionyl chloride (SOCl 2 ), and the like have already been widely used as power sources for calculators, watches, and as backup batteries for memories.

【０００３】さらに、近年、ＶＴＲ，通信機器などの各
種の電子機器の小型、軽量化に伴いそれらの電源として
高エネルギ―密度の二次電池の要求が高まっている。こ
のような要求に対応してリチウムを負極活物質とするリ
チウム二次電池の研究が活発に行われている。Further, in recent years, with the reduction in size and weight of various electronic devices such as VTRs and communication devices, a demand for a high-energy-density secondary battery as a power source for them has been increasing. In response to such demands, research on lithium secondary batteries using lithium as a negative electrode active material has been actively conducted.

【０００４】リチウム二次電池は、リチウムからなる負
極と、炭酸プロピレン（ＰＣ）、１，２−ジメトキシエ
タン（ＤＭＥ）、γ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、テ
トラヒドロフラン（ＴＨＦ）等の非水溶媒中にＬｉＣｌ
Ｏ4 、ＬｉＢＦ4 、ＬｉＡｓＦ6 等のリチウム塩を溶解
した非水電解液やリチウムイオン伝導性固体電解質と、
主にＴｉＳ2 、ＭｏＳ2 、Ｖ2 Ｏ5 、Ｖ6 Ｏ13、ＭｎＯ
2 等のリチウムとの間でトポケミカル反応する化合物か
らなる活物質を含む正極を備えた構成のものが研究され
ている。A lithium secondary battery is composed of a negative electrode made of lithium and a non-aqueous solvent such as propylene carbonate (PC), 1,2-dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (γ-BL), and tetrahydrofuran (THF). To LiCl
A non-aqueous electrolyte or a lithium ion conductive solid electrolyte in which lithium salts such as O 4 , LiBF 4 , and LiAsF 6 are dissolved;
Mainly TiS 2 , MoS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , MnO
Research has been conducted on a structure provided with a positive electrode containing an active material composed of a compound that undergoes a topochemical reaction with lithium such as 2 .

【０００５】しかしながら、前記構成のリチウム二次電
池は現在まだ実用化されていない。この主な理由は、充
放電効率が低く、しかも充放電が可能な回数（サイクル
寿命）が短いためである。この原因は、負極のリチウム
と非水電解液との反応によるリチウムの劣化によるとこ
ろが大きいと考えられている。すなわち、放電時にリチ
ウムイオンとして非水電解液中に溶解したリチウムは、
充電時に前記非水電解液から析出する際に前記電解液に
含まれる非水溶媒と反応して表面が一部不活性化され
る。その結果、充放電を繰り返していくとデントライド
状（樹枝状）や小球状にリチウムが析出し、さらにはリ
チウムが負極の集電体より離脱するなどの現象が生じ
る。[0005] However, the lithium secondary battery having the above configuration has not yet been put to practical use. The main reason for this is that the charge / discharge efficiency is low and the number of times that charge / discharge can be performed (cycle life) is short. It is considered that this is largely due to the deterioration of lithium due to the reaction between the lithium of the negative electrode and the non-aqueous electrolyte. That is, lithium dissolved in the non-aqueous electrolyte as lithium ions during discharge is:
When deposited from the non-aqueous electrolyte during charging, it reacts with the non-aqueous solvent contained in the electrolyte to partially inactivate the surface. As a result, when charge and discharge are repeated, lithium precipitates in a dendritic (dendritic) or small spherical shape, and further, a phenomenon such as detachment of lithium from the current collector of the negative electrode occurs.

【０００６】このようなことから、例えばコ―クス、樹
脂焼成体、炭素繊維、熱分解気相炭素のようなリチウム
を吸蔵・放出する炭素質物を含む負極を備えたリチウム
二次電池が提案されている。前記負極を備えたリチウム
二次電池は、リチウムと非水電解液との反応、さらには
デンドライド析出を抑制して負極特性の劣化を改善する
ことが可能である。In view of the above, a lithium secondary battery having a negative electrode containing a carbonaceous material that occludes and releases lithium, such as coke, resin fired body, carbon fiber, and pyrolytic gas phase carbon, has been proposed. ing. The lithium secondary battery provided with the negative electrode can suppress the reaction between lithium and the non-aqueous electrolyte, and further suppress the dendrite deposition to improve the deterioration of the negative electrode characteristics.

【０００７】前記炭素質物を含む負極は、主に炭素原子
からなる六角網面層が積み重なった構造（黒鉛構造）の
部分、特にそれらの前記六角網面層間の部分でリチウム
イオンの出入りが生じて充放電がなされるもと考えられ
ている。したがって、リチウム二次電池の負極としては
ある程度黒鉛構造の発達した炭素質物を用いる必要があ
る。しかしながら、黒鉛化の進んだ巨大結晶を粉末化し
た炭素質物を含む負極は非水電解液を分解するため、電
池の容量、及び充放電効率を低下させる。特に、前記負
極を備えたリチウム二次電池を高電流密度で作動させる
と、容量、充放電、放電時の電圧が著しく低下する。ま
た、充放電サイクルが進むに従い前記炭素質物の結晶構
造あるいは微細構造が崩れ、リチウムの吸蔵・放出能力
が劣化するためサイクル寿命が低下される。[0007] The negative electrode containing the carbonaceous material has a structure (graphite structure) in which hexagonal mesh layers mainly composed of carbon atoms are stacked, and in particular, lithium ions enter and exit at a portion between the hexagonal mesh layers. It is considered that charging and discharging are performed. Therefore, it is necessary to use a carbonaceous material having a developed graphite structure to some extent as the negative electrode of the lithium secondary battery. However, a negative electrode containing a carbonaceous material obtained by pulverizing a graphitized giant crystal decomposes a non-aqueous electrolyte, thereby lowering battery capacity and charge / discharge efficiency. In particular, when a lithium secondary battery provided with the negative electrode is operated at a high current density, the capacity, charge / discharge, and voltage at the time of discharge are significantly reduced. Further, as the charge / discharge cycle progresses, the crystal structure or microstructure of the carbonaceous material is destroyed, and the ability to occlude and release lithium is deteriorated, so that the cycle life is shortened.

【０００８】また、黒鉛化の進んだ炭素繊維を粉末にし
たものを含む負極は巨大結晶の粉末化した炭素質物を含
む負極と同様に非水電解液を分解するため、負極として
の性能が大幅に低下するなどの問題点を有する。Further, the negative electrode containing a powdered carbon fiber having advanced graphitization decomposes the non-aqueous electrolyte in the same manner as the negative electrode containing the powdered carbonaceous material of the giant crystal, so that the performance as the negative electrode is greatly improved. And the like.

【０００９】一方、正極にはリリチウムコバルト酸化物
（ＬｉＣｏＯ2 ）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉ
Ｏ2 ）、リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）等
を用いることによって、４Ｖの高電圧が得られる。この
ため、非水電解液は４Ｖ以上の高電圧で分解しない電解
質と非水溶媒を選択する必要がある。On the other hand, for the positive electrode, lithium lithium oxide (LiCoO 2 ) and lithium nickel oxide (LiNiO) are used.
O 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), or the like can provide a high voltage of 4 V. Therefore, it is necessary to select an electrolyte and a non-aqueous solvent which do not decompose at a high voltage of 4 V or more.

【００１０】従来より電解質としては、六フッ化リン酸
リチウム（ＬｉＰＦ6 ）、ホウフッ化リチウム（ＬｉＢ
Ｆ4 ）が主に用いられているが、化学的安定性が低いた
めに高温作動（４０℃以上）性能、貯蔵性能、サイクル
寿命等の点で問題があった。また、非水溶媒としてはエ
チレンカーボネート、プロピレンカーボネート、γ−ブ
チロラクトンまたはジエチルカーボネート等の耐酸化還
元性に優れた溶媒が選択されている。しかしながら、こ
れらの非水溶媒は導電率が低いことや前記ＬｉＰＦ6 、
ＬｉＢＦ4 を溶解して調製された非水電解液は化学的安
定性に劣るという問題があった。中でもγ−ブチロラク
トンを用いると高温作動（４０℃以上）性能、貯蔵性
能、サイクル寿命の低下が著しくなるという問題があっ
た。Conventionally, electrolytes include lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ) and lithium borofluoride (LiB
Although F 4 ) is mainly used, it has problems in high-temperature operation (40 ° C. or higher) performance, storage performance, cycle life, and the like due to low chemical stability. As the non-aqueous solvent, a solvent having excellent oxidation-reduction resistance, such as ethylene carbonate, propylene carbonate, γ-butyrolactone or diethyl carbonate, is selected. However, these non-aqueous solvents have low conductivity and the LiPF 6 ,
The non-aqueous electrolyte prepared by dissolving LiBF 4 has a problem of poor chemical stability. Among them, when γ-butyrolactone is used, there is a problem that the high-temperature operation (40 ° C. or higher) performance, storage performance, and cycle life are significantly reduced.

【００１１】したがって、前記電解質は化学的安定性に
優れ、かつ前記電解質を非水溶媒で溶解した非水電解液
は高導電率と耐酸化還元性に優れ、さらに引火点が高
く、毒性がなく安全性が高いことが必要である。また、
非水電解液は負極材料である単素質物との反応性が低
く、リチウムイオンの吸蔵・放出の可逆性が高いことが
必要である。Therefore, the electrolyte is excellent in chemical stability, and the non-aqueous electrolyte obtained by dissolving the electrolyte in a non-aqueous solvent is excellent in high conductivity and oxidation-reduction resistance, and has a high flash point and no toxicity. High security is required. Also,
The non-aqueous electrolyte needs to have low reactivity with a simple substance as a negative electrode material and high reversibility of occlusion and release of lithium ions.

【００１２】このようなことから、ＬｉＰＦ6 、ＬｉＢ
Ｆ4 、ＬｉＡｓＦ6 などの電解質に代わる化学的安定性
の高い電解質としてビストリフルオロメチルスルホニル
イミドリチウム［Ｌｉ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 Ｎ］が特開昭
５９−１４２６３号公報、J.Electrochem.Soc., に開示
されている。さらに、前記電解質を溶解する溶媒として
テトラヒドロフラン、１，２−ジメトキシエタン、プロ
ピレンカーボネート、エチルカーボネート、２−メチル
テトラヒドロフラン、ジオキソランの単独または混合溶
媒が知られている。しかしながら、前記Ｌｉ（ＣＦ3 Ｓ
Ｏ2 ）2 Ｎと前記溶媒からなる非水電解液は４Ｖの高温
下で酸化分解し易いため、前述した正極材料であるＬｉ
ＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、ＬｉＭｎ2 Ｏ4 と反応するこ
と、負極材料である炭素質物で還元分解されること、導
電率が低いこと等の問題があった。その結果、化学安定
性が改善されるものの、二次電池のサイクル寿命やレー
ト特性が低下する。From the above, LiPF 6 , LiB
F 4, LiAsF bistrifluoromethylsulfonylimide lithium as high electrolyte chemical stability in place of the electrolyte, such as 6 [Li (CF 3 SO 2 ) 2 N] is Sho 59-14263 discloses, J.Electrochem.Soc ., Are disclosed. Further, as a solvent for dissolving the electrolyte, a single or mixed solvent of tetrahydrofuran, 1,2-dimethoxyethane, propylene carbonate, ethyl carbonate, 2-methyltetrahydrofuran, and dioxolane is known. However, the Li (CF 3 S
Since the non-aqueous electrolyte comprising O 2 ) 2 N and the above-mentioned solvent is easily oxidized and decomposed at a high temperature of 4 V, the aforementioned positive electrode material Li
There are problems such as reaction with CoO 2 , LiNiO 2 , and LiMn 2 O 4 , reduction and decomposition with a carbonaceous material as a negative electrode material, and low conductivity. As a result, although the chemical stability is improved, the cycle life and the rate characteristics of the secondary battery are reduced.

【００１３】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、非水
電解液を改良することにより高温性能、貯蔵性能、レー
ト特性およびサイクル寿命の優れたリチウム二次電池を
提供しようとするものである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a lithium secondary battery having improved high temperature performance, storage performance, rate characteristics and cycle life by improving a non-aqueous electrolyte. .

【００１４】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明に係るリチウム二
次電池は、正極と、負極と、非水電解液とを具備したリ
チウム二次電池において、前記負極は、メソフェーズピ
ッチを原料とし、硫黄の含有量が１０００ｐｐｍ以下
（０ｐｐｍを含む）の炭素質物を含み、かつ前記非水電
解液は、エチレンカーボネートおよびプロピレンンカー
ボネートから選ばれる少なくとも１種以上の溶媒１０〜
８０体積％とジエトキシエタン、鎖状カーボネートおよ
びアセトニトリルから選ばれる少なくとも１種以上の溶
媒２０〜９０体積％とを混合した非水溶媒に式Ｌｉ（Ｃ
n Ｘ2n+1Ｙ）2 Ｎ（ただしＸはハロゲン、ｎは１〜４の
整数、ＹはＣＯ基またはＳＯ2 基を示す）で表されるイ
ミド系リチウム塩を０．１〜３モル／ｌ溶解したものか
らなることを特徴とするものである。A lithium secondary battery according to the present invention is a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode uses a mesophase pitch as a raw material, And the non-aqueous electrolyte contains at least one solvent selected from ethylene carbonate and propylene carbonate having a content of 1000 ppm or less (including 0 ppm).
A non-aqueous solvent obtained by mixing 80% by volume and 20 to 90% by volume of at least one solvent selected from diethoxyethane, chain carbonate and acetonitrile is mixed with a compound of the formula Li (C
n X 2n + 1 Y) 2 N (where X is a halogen, n is an integer of 1 to 4, and Y is a CO group or an SO 2 group). 1 characterized by being dissolved.

【００１５】本発明に係る別のリチウム二次電池は、正
極と、負極と、非水電解液とを具備したリチウム二次電
池において、前記負極は、メソフェーズピッチを原料と
し、硫黄の含有量が１０００ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含
む）の炭素質物を含み、かつ前記非水電解液は、γ−ブ
チロラクトン１０〜８０体積％と環状カーボネート、鎖
状カーボネート、ジエトキシエタン、環状エーテルおよ
びアセトニトリルから選ばれる少なくとも１種以上の溶
媒２０〜９０体積％とを混合した非水溶媒に式Ｌｉ（Ｃ
n Ｘ2n+1Ｙ）2 Ｎ（ただしＸはハロゲン、ｎは１〜４の
整数、ＹはＣＯ基またはＳＯ2 基を示す）で表されるイ
ミド系リチウム塩を０．１〜３モル／ｌ溶解したものか
らなることを特徴とするものである。Another lithium secondary battery according to the present invention is a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode has a mesophase pitch as a raw material and a sulfur content is lower. The non-aqueous electrolyte contains carbonaceous material of 1000 ppm or less (including 0 ppm), and the non-aqueous electrolyte contains 10 to 80% by volume of γ-butyrolactone and at least one selected from cyclic carbonate, chain carbonate, diethoxyethane, cyclic ether and acetonitrile. A non-aqueous solvent mixed with 20 to 90% by volume of a solvent of the formula Li (C
n X 2n + 1 Y) 2 N (where X is a halogen, n is an integer of 1 to 4, and Y is a CO group or an SO 2 group). 1 characterized by being dissolved.

【００１６】以下、本発明に係わるリチウム二次電池
（例えば円筒形リチウム二次電池）を図１を参照して詳
細に説明する。例えばステンレスからなる有底円筒状の
容器１は、底部に絶縁体２が配置されている。電極群３
は、前記容器１内に収納されている。前記電極群３は、
正極４、セパレ―タ５及び負極６をこの順序で積層した
帯状物を前記負極６が外側に位置するように渦巻き状に
巻回した構造になっている。前記セパレータ５は、例え
ば合成樹脂製不織布、ポリエチレン多孔質フィルム、ポ
リプロピレン多孔質フィルムから形成されている。Hereinafter, a lithium secondary battery (for example, a cylindrical lithium secondary battery) according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. For example, a cylindrical container 1 with a bottom made of stainless steel has an insulator 2 disposed at the bottom. Electrode group 3
Are stored in the container 1. The electrode group 3 includes:
It has a structure in which a belt-like material in which a positive electrode 4, a separator 5 and a negative electrode 6 are laminated in this order is spirally wound so that the negative electrode 6 is located outside. The separator 5 is formed of, for example, a synthetic resin nonwoven fabric, a polyethylene porous film, or a polypropylene porous film.

【００１７】前記容器１内には、電解液が収容されてい
る。中央部が開口された絶縁紙７は、前記容器１内の前
記電極群３の上方に載置されている。絶縁封口板８は、
前記容器１の上部開口部に配置され、かつ前記上部開口
部付近を内側にかしめ加工することにより前記封口板８
は前記容器１に液密に固定されている。正極端子９は、
前記絶縁封口板８の中央には嵌合されている。正極リ―
ド１０の一端は、前記正極４に、他端は前記正極端子９
にそれぞれ接続されている。前記負極６は、図示しない
負極リ―ドを介して負極端子である前記容器１に接続さ
れている。The container 1 contains an electrolytic solution. The insulating paper 7 having a central portion opened is placed above the electrode group 3 in the container 1. The insulating sealing plate 8
The sealing plate 8 is disposed at the upper opening of the container 1 and caulked in the vicinity of the upper opening inward.
Is fixed to the container 1 in a liquid-tight manner. The positive terminal 9 is
The insulating sealing plate 8 is fitted at the center. Positive lead
One end of the cathode 10 is connected to the positive electrode 4, and the other end is connected to the positive electrode terminal 9.
Connected to each other. The negative electrode 6 is connected to the container 1 as a negative terminal via a negative lead (not shown).

【００１８】次に、前記正極４、前記負極６および前記
非水電解液の構成について具体的に説明する。 １）正極４の構成 前記正極４は、例えば活物質に導電剤および結着剤を適
当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電体に塗布、乾燥し
て薄板状にすることにより作製される。Next, the configurations of the positive electrode 4, the negative electrode 6, and the non-aqueous electrolyte will be specifically described. 1) Configuration of Positive Electrode 4 The positive electrode 4 is produced by, for example, suspending a conductive agent and a binder in an active material in an appropriate solvent, applying the suspension to a current collector, and drying to form a thin plate. Is done.

【００１９】前記活物質は、コバルト、ニッケル、マン
ガン、バナジウム、チタン、モリブデンおよび鉄の群か
ら選ばれる少なくとも１種以上の金属を主体とし、かつ
リチウムを含む金属化合物を用いることが好ましい。前
記金属化合物としては、例えば二酸化マンガン、リチウ
ムマンガン複合酸化物、リチウム含有ニッケル酸化物、
リチウム含有コバルト化合物、リチウム含有ニッケルコ
バルト酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物、二硫
化チタンまたは二硫化モリブデンなどのリチウム含有カ
ルコゲン化合物等を挙げることができる。これらの金属
化合物の中で、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ
2 ）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ2 ）、リチ
ウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎ2 Ｏ4 ）は、４Ｖの高電
圧が得られるために好ましい。The active material is preferably a metal compound mainly composed of at least one metal selected from the group consisting of cobalt, nickel, manganese, vanadium, titanium, molybdenum and iron, and containing lithium. As the metal compound, for example, manganese dioxide, lithium manganese composite oxide, lithium-containing nickel oxide,
Examples include a lithium-containing cobalt compound, a lithium-containing nickel cobalt oxide, a vanadium oxide containing lithium, and a lithium-containing chalcogen compound such as titanium disulfide or molybdenum disulfide. Among these metal compounds, lithium cobalt oxide (LiCoO
2 ), lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ) are preferable because a high voltage of 4 V can be obtained.

【００２０】前記導電剤としては、例えばアセチレンブ
ラック、カーボンブラック、黒鉛等を挙げることができ
る。前記結着剤としては、例えばポリテトラフルオロエ
チレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤ
Ｅ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体（ＥＰＤ
Ｍ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）等を用いる
ことができる。Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, graphite and the like. Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE) and polyvinylidene fluoride (PVD).
E), ethylene-propylene-diene copolymer (EPD)
M), styrene-butadiene rubber (SBR) and the like can be used.

【００２１】前記集電体としては、例えば厚さが１０〜
４０μｍのアルミニウム箔、ステンレス箔、ニッケル箔
等を用いることが好ましい。 ２）負極６の構成 前記負極６は、例えばリチウム金属、リチウムイオンを
吸蔵・放出する炭素質物、リチウムイオンを吸蔵・放出
するカルコゲン化合物、またはリチウムイオンを吸蔵・
放出する軽金属を含む。前記負極材料として炭素質物ま
たはカルコゲン化合物を用いた場合には、前記負極材料
を結着剤と共に適当な溶媒に懸濁し、この懸濁物を集電
体に塗布、乾燥して薄板状にすることにより作製され
る。特に、前記炭素質物は負極６を作製した状態で５〜
２０ｍｇ／ｃｍ2 の範囲で含有することが好ましい。The current collector has a thickness of, for example, 10 to 10.
It is preferable to use a 40 μm aluminum foil, stainless steel foil, nickel foil or the like. 2) Configuration of Negative Electrode 6 The negative electrode 6 includes, for example, lithium metal, a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions, a chalcogen compound that occludes and releases lithium ions, and a lithium ion that occludes and releases lithium ions.
Including light metals to release. When a carbonaceous material or a chalcogen compound is used as the negative electrode material, the negative electrode material is suspended in a suitable solvent together with a binder, and the suspension is applied to a current collector and dried to form a thin plate. It is produced by In particular, the carbonaceous material is 5 to 5 when the negative electrode 6 is manufactured.
It is preferable to contain it in the range of 20 mg / cm 2 .

【００２２】前記結着剤としては、例えばポリテトラフ
ルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン
（ＰＶＤＦ）、エチレン−プロピレン−ジエン共重合体
（ＥＰＤＭ）、スチレン−ブタジエンゴム（ＳＢＲ）、
カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等を用いること
ができる。Examples of the binder include polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride (PVDF), ethylene-propylene-diene copolymer (EPDM), styrene-butadiene rubber (SBR),
Carboxymethyl cellulose (CMC) or the like can be used.

【００２３】前記リチウムイオンを吸蔵・放出するカル
コゲン化合物としては、例えば二硫化チタン（ＴｉＳ
2 ）、二硫化モリブデン（ＭｏＳ2 ）、セレン化ニオブ
（ＮｂＳｅ3 ）等を挙げることができる。Examples of the chalcogen compound for absorbing and releasing lithium ions include titanium disulfide (TiS).
2 ), molybdenum disulfide (MoS 2 ), niobium selenide (NbSe 3 ), and the like.

【００２４】前記リチウムイオンを吸蔵・放出する軽金
属としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、
マグネシウム合金、リチウム合金等を挙げることができ
る。前記リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物は、
以下に説明する（２−１）〜（２−３）のものを用いる
ことができる。ただし、炭素質物を決定するための示差
熱分析、Ｌａ、ｄ002 、Ｌｃおよび強度比Ｐ101 ／Ｐ
100 の測定、定義は、次の通りである。Light metals that occlude and release lithium ions include, for example, aluminum, aluminum alloys,
A magnesium alloy, a lithium alloy, and the like can be given. The carbonaceous material that occludes and releases lithium ions,
The following (2-1) to (2-3) can be used. However, differential thermal analysis for determining carbonaceous material, La, d 002 , Lc and intensity ratio P 101 / P
The 100 measurements and definitions are as follows.

【００２５】（ａ）示差熱分析の値は、昇温速度10℃／
分、試料重量３ｍｇ、空気中の条件で測定した （ｂ）Ｘ線回折による測定のデータは全てＣｕＫαをＸ
線源、標準物質に高純度シリコンを使用した。Ｌａ、ｄ
002 、Ｌｃは各回折ピークの位置、及び半値幅から求め
た。算出方法としては、半値幅中点法を用いた。(A) The value of the differential thermal analysis indicates that the heating rate is 10 ° C. /
(B) All data measured by X-ray diffraction were obtained by converting CuKα to X
High-purity silicon was used as a radiation source and a standard substance. La, d
002 and Lc were determined from the position of each diffraction peak and the half width. As a calculation method, a half-width midpoint method was used.

【００２６】（ｃ）ａ軸方向の結晶子の長さＬａおよび
ｃ軸方向の結晶子の長さＬｃは、シェラーの式の形状因
子であるＫが０．８９とした時の値である。 （ｄ）Ｘ線回折による（１０１）回折ピークＰ101 と
（１００）回折ピークＰ100 の強度比Ｐ101 ／Ｐ100 と
は、ピークの高さ比から求めたものである。(C) The length La of the crystallite in the a-axis direction and the length Lc of the crystallite in the c-axis direction are values when K, which is the form factor of Scherrer's equation, is 0.89. (D) The intensity ratio P 101 / P 100 of the (101) diffraction peak P 101 and the (100) diffraction peak P 100 by X-ray diffraction is determined from the peak height ratio.

【００２７】（２−１）炭素質物 この炭素質物は、示差熱分析による発熱ピ―クが７００
℃以上、好ましくは８００℃以上、さらに好ましくは８
４０℃以上に有する。示差熱分析による発熱ピ―クの値
は、炭素質物の炭素−炭素間の結合力の尺度となるもの
である。この範囲に発熱ピ―クを有する炭素質物は、黒
鉛構造が適度に発達しており、黒鉛構造における六角網
面層の層間へリチウムイオンが可逆的に吸蔵・放出され
る性質を示す。また、非水溶媒に対し活性な無定型炭素
が少ない炭素質物であると考えられる。(2-1) Carbonaceous matter This carbonaceous matter has an exothermic peak of 700 according to differential thermal analysis.
° C or higher, preferably 800 ° C or higher, more preferably 8 ° C or higher.
It has a temperature of 40 ° C or higher. The value of the exothermic peak by the differential thermal analysis is a measure of the carbon-carbon bonding force of the carbonaceous material. The carbonaceous material having an exothermic peak in this range has a graphite structure that is appropriately developed, and exhibits a property that lithium ions are reversibly inserted and released between hexagonal mesh layers in the graphite structure. Further, it is considered that the carbonaceous material has a small amount of amorphous carbon active in the non-aqueous solvent.

【００２８】前記発熱ピ―クが７００℃未満にしか存在
しない炭素質物は、黒鉛構造が未発達の炭素質物が炭素
質物中に混在するため、リチウムイオンの黒鉛構造にお
ける六角網面の層間への可逆的な吸蔵・放出が少ないも
のと考えられる。また、非水溶媒に対し活性な無定型炭
素からなる微粉末が多く存在し、非水溶媒が還元分解さ
れやすくなると考えられる。In the carbonaceous material in which the exothermic peak is present only at a temperature of less than 700 ° C., the carbonaceous material having an undeveloped graphite structure is mixed in the carbonaceous material. It is considered that reversible occlusion and release are small. Further, it is considered that there are many fine powders of amorphous carbon active in the non-aqueous solvent, and the non-aqueous solvent is easily reduced and decomposed.

【００２９】前記発熱ピ―クが７００℃未満にしか存在
しない炭素質物は、黒鉛構造が未発達の炭素質物が炭素
質物中に混在するため、リチウムイオンの黒鉛構造にお
ける六角網面の層間への可逆的な胸像・放出が少ないも
のと考えられる。また、非水溶媒に対し活性な無定型炭
素からなる微粉末が多く存在し、非水溶媒が還元分解さ
れやすくなると考えられる。In the carbonaceous material having an exothermic peak only at a temperature of less than 700 ° C., the carbonaceous material having an undeveloped graphite structure is mixed in the carbonaceous material. It is considered that reversible bust / release is small. Further, it is considered that there are many fine powders of amorphous carbon active in the non-aqueous solvent, and the non-aqueous solvent is easily reduced and decomposed.

【００３０】前記炭素質物は、黒鉛構造のＸ線回折によ
る（１０１）回折ピ―クＰ101 と（１００）回折ピ―ク
Ｐ100 の強度比Ｐ101 ／Ｐ100 が０．７〜２．２である
ことが必要である。特に、前記強度比Ｐ101 ／Ｐ100 が
０．８〜１．８である炭素質物は電池容量、充放電効率
およびサイクル寿命をより向上できることから好まし
い。The carbonaceous material has an intensity ratio P 101 / P 100 of (101) diffraction peak P 101 and (100) diffraction peak P 100 by X-ray diffraction of a graphite structure of 0.7 to 2.2. It is necessary to be. In particular, the carbonaceous material wherein the intensity ratio P 101 / P 100 is 0.8 - 1.8 is preferred because it can further improve the battery capacity, charge and discharge efficiency and cycle life.

【００３１】前記強度比Ｐ101 ／Ｐ100 が前記範囲の炭
素質物は、黒鉛構造が適度に発達しており、かつ黒鉛構
造において積み重なった六角網面層が互いに適度なず
れ、ねじれ、角度を有しているものと考えられる。この
ように積み重なった六角網面層が互いに適度なずれ、ね
じれ、角度を有していると、六角網面層の層間において
リチウムイオンの拡散がしやすくなり、多くのリチウム
イオンが可逆的に吸蔵・放出される性質を示す。また、
前記構成の炭素質物はリチウムイオンの層間への吸蔵・
放出に伴う黒鉛構造の崩れが生じ難い。リチウムイオン
の層間への吸蔵・放出により黒鉛構造が崩れると、リチ
ウムイオンの吸蔵・放出量が減少すると共に、非水溶媒
に対し活性な面が生じて前記非水溶媒が還元分解され易
くなる。また、崩れた微細な結晶も同様に前記非水溶媒
を還元分解する。The carbonaceous material having the above-mentioned strength ratio P 101 / P 100 has a moderately developed graphite structure, and the hexagonal mesh layers stacked in the graphite structure have moderate deviation, twist, and angle from each other. It is thought that it is doing. If the hexagonal mesh layers stacked in this way have an appropriate shift, twist, or angle to each other, lithium ions can easily diffuse between the hexagonal mesh layers, and many lithium ions are reversibly occluded.・ Shows the nature of release. Also,
The carbonaceous material having the above-described structure is capable of intercalating lithium ions between layers.
Disruption of the graphite structure due to release is unlikely to occur. When the graphite structure collapses due to occlusion / release of lithium ions between layers, the amount of occlusion / release of lithium ions decreases, and a surface active with respect to the non-aqueous solvent is generated, so that the non-aqueous solvent is easily reduced and decomposed. Further, the broken fine crystals also reductively decompose the non-aqueous solvent.

【００３２】前記強度比Ｐ101 ／Ｐ100 が２．２を越え
た炭素質物は、黒鉛構造（例えば天然黒鉛など）が発達
し、六角網面層間のずれ、ねじれ、角度が少ないものに
なる。このような炭素質物は、特に例えば０．５ｍＡ／
ｃｍ2 以上のようなハイレ―トの充放電条件においてリ
チウムイオンの吸蔵・放出量がかえって減少する。ま
た、前記構成の炭素質物はその表面が非水溶媒に対して
活性である。このため、前記非水溶媒は前記炭素質物に
より還元分解され易く、リチウム二次電池の容量、充放
電効率、及びサイクル寿命特性が低下する。The carbonaceous material having the strength ratio P 101 / P 100 exceeding 2.2 develops a graphite structure (for example, natural graphite) and has a small displacement, twist and angle between hexagonal mesh layers. Such a carbonaceous material is particularly, for example, 0.5 mA /
Under high-rate charge / discharge conditions such as cm 2 or more, the amount of occluded / released lithium ions is rather reduced. Further, the surface of the carbonaceous material having the above structure is active against a non-aqueous solvent. For this reason, the non-aqueous solvent is easily reduced and decomposed by the carbonaceous material, and the capacity, charge / discharge efficiency, and cycle life characteristics of the lithium secondary battery deteriorate.

【００３３】一方、前記強度比Ｐ101 ／Ｐ100 が０．７
未満の炭素質物は、黒鉛構造が未発達のものが多く混在
し、六角網面層間のずれ、ねじれ、角度が大きくなり過
ぎたものになる。このため、前記構成の炭素質物はリチ
ウムイオンの六角網面層の層間への可逆的な吸蔵・放出
が少なく、リチウム二次電池の容量、充放電効率、及び
サイクル寿命特性が低下する。On the other hand, when the intensity ratio P 101 / P 100 is 0.7
As for the carbonaceous materials of less than one, many of those having an undeveloped graphite structure are mixed, and the misalignment, twist, and angle between the hexagonal mesh layers become too large. For this reason, the carbonaceous material having the above-mentioned structure has little reversible occlusion and release of lithium ions between hexagonal mesh layers, and the capacity, charge / discharge efficiency, and cycle life characteristics of the lithium secondary battery are reduced.

【００３４】前記炭素質物は、前述した特性を有する他
に、さらに以下に説明する(1) 〜(8) の特性を有するこ
とが好ましい。 (1) Ｘ線回折により得られる（１１０）面の回折ピ―ク
による黒鉛構造のａ軸方向の結晶子の平均長さＬａが２
０〜１００ｎｍ、より好ましくは４０〜８０ｎｍである
炭素質物。なお、炭素質物の黒鉛構造におけるａ軸面の
形状は長方形であることが好ましい。The carbonaceous material preferably has the following characteristics (1) to (8) in addition to the above-mentioned characteristics. (1) The average length La of the crystallite in the a-axis direction of the graphite structure by the diffraction peak of the (110) plane obtained by X-ray diffraction is 2
A carbonaceous material having a thickness of 0 to 100 nm, more preferably 40 to 80 nm. The shape of the a-axis surface in the graphite structure of the carbonaceous material is preferably rectangular.

【００３５】前記範囲のＬａを有する炭素質物は、黒鉛
構造が適度に発達しており、かつ結晶子のａ軸方向の長
さが適度であるため、リチウムイオンが六角網面層の層
間に拡散しやすくなる。また、前記構成の炭素質物はリ
チウムイオンの出入りするサイトが多くなり、リチウム
イオンがより多く吸蔵・放出できる性質を示す。In the carbonaceous material having La in the above range, the graphite structure is moderately developed and the length of the crystallite in the a-axis direction is moderate, so that lithium ions diffuse between the hexagonal mesh layers. Easier to do. In addition, the carbonaceous material having the above-described structure has a property that the number of sites where lithium ions enter and exit is increased, so that more lithium ions can be inserted and extracted.

【００３６】前記Ｌａが１００ｎｍを越えた炭素質物
は、巨大結晶となり、リチウムイオンが六角網面層の層
間へ拡散し難くなり、リチウムイオンの吸蔵・放出を確
保することが困難になる。また、前記炭素質物の表面は
非水溶媒に対して活性であるため、前記非水溶媒を還元
分解し易くさせる。一方、前記Ｌａが２０ｎｍ未満の炭
素質物は、黒鉛構造が未発達の炭素質物が多く混在する
ため、リチウムイオンの六角網面層の層間への可逆的な
吸蔵・放出が低下する恐れがある。The carbonaceous material whose La exceeds 100 nm becomes a giant crystal, making it difficult for lithium ions to diffuse between the layers of the hexagonal mesh layer, making it difficult to secure occlusion and release of lithium ions. Further, since the surface of the carbonaceous material is active with respect to the non-aqueous solvent, the non-aqueous solvent is easily reduced and decomposed. On the other hand, since the carbonaceous material having La of less than 20 nm contains a large amount of carbonaceous material having an undeveloped graphite structure, reversible occlusion and release of lithium ions between hexagonal mesh layers may be reduced.

【００３７】(2) Ｘ線回折により得られる（００２）面
の平均面間隔ｄ002 が０．３７０ｎｍ以下、より好まし
くは０．３４０ｎｍ以下である炭素質物。特に、前記平
均面間隔ｄ002 が０．３３５８〜０．３４４０ｎｍ、よ
り好ましくは０．３３５９〜０．３３８０ｎｍ、さらに
好ましくは０．３３７０〜０．３３８０ｎｍである炭素
質物が望ましい。(2) A carbonaceous material having an average interplanar spacing d 002 of the (002) plane obtained by X-ray diffraction of 0.370 nm or less, more preferably 0.340 nm or less. In particular, a carbonaceous material having an average plane distance d 002 of 0.3358 to 0.3440 nm, more preferably 0.3359 to 0.3380 nm, and still more preferably 0.3370 to 0.3380 nm is desirable.

【００３８】前記範囲の平均面間隔ｄ002 を有する炭素
質物は、六角網面層の層間の間隔がリチウムイオンのス
ム―ズな六角網面層の層間への吸蔵・放出反応に適して
いる。The carbonaceous material having an average interplanar spacing d 002 in the above range is suitable for the occlusion / release reaction between hexagonal reticulated layers in which the spacing between the hexagonal reticulated layers is smooth.

【００３９】前記平均面間隔ｄ002 が０．３７０ｎｍを
越える炭素質物は、容量が低く、かつ充放電時の過電圧
が大きくなり急速充放電性能が低下する傾向がある。ま
た電池の放電時の電圧の平坦性が低くなる等の電池性能
が低下する傾向がある。The carbonaceous material having an average plane distance d 002 of more than 0.370 nm tends to have a low capacity, a large overvoltage during charge and discharge, and a decrease in rapid charge and discharge performance. In addition, there is a tendency for battery performance to deteriorate such as flatness of voltage at the time of battery discharge.

【００４０】(3) Ｘ線回折により得られるｃ軸方向の結
晶子の大きさＬｃが１５ｎｍ以上、より好ましくは２０
〜１００ｎｍである炭素質物。前記範囲のＬｃを有する
炭素質物は、黒鉛構造が適度に発達し、リチウムイオン
が多く可逆的に吸蔵・放出される性質を示す。(3) The crystallite size Lc in the c-axis direction obtained by X-ray diffraction is 15 nm or more, more preferably 20 nm or more.
Carbonaceous material of 〜100 nm. A carbonaceous material having an Lc in the above range exhibits a property that a graphite structure is appropriately developed and a large amount of lithium ions is inserted and released reversibly.

【００４１】(4) 前記ＬａとＬｃの比Ｌａ／Ｌｃの値が
１．３〜２．５の範囲である炭素質物。前記Ｌａ／Ｌｃ
が１．３未満の炭素質物は、リチウムイオンが炭素層間
に出入りできるサイトが減少するため負極容量が低下す
る恐れがある。一方、前記Ｌａ／Ｌｃが２．５を越える
炭素質物はリチウムイオンの吸蔵・放出に伴う過電圧が
大きくなり、急速充放電性能が低下する恐れがある。(4) A carbonaceous material having a La / Lc ratio of La / Lc in the range of 1.3 to 2.5. The La / Lc
When the carbonaceous material has a value of less than 1.3, the number of sites where lithium ions can enter and exit between the carbon layers decreases, and thus the negative electrode capacity may decrease. On the other hand, the carbonaceous material having a ratio of La / Lc of more than 2.5 has a possibility that the overvoltage accompanying the occlusion / release of lithium ions becomes large and the rapid charge / discharge performance is lowered.

【００４２】(5) 炭素質物を構成する黒鉛構造と、乱層
構造の比率の尺度としては、アルゴンレ―ザ（波長５１
４．５ｎｍ）を光源として測定された炭素質物のラマン
スペクトルがある。前記炭素質物について測定されるラ
マンスペクトルには、１３６０ｃｍ-1付近に現れる乱層
構造に由来するピ―クと、１５８０ｃｍ-1付近に現れる
黒鉛構造に由来するピ―クが存在する。そのピ―ク強度
比、すなわち前記アルゴンレ―ザラマンスペクトル（波
長４１４．５ｎｍ）における１５８０ｃｍ-1のピ―ク強
度（Ｒ２）に対する１３６０ｃｍ-1のピ―ク強度（Ｒ
１）の比Ｒ１／Ｒ２の値が、０．７以下の炭素質物が好
ましい。(5) As a measure of the ratio of the graphite structure constituting the carbonaceous material to the turbostratic structure, an argon laser (wavelength 51
(4.5 nm) as a light source. In the Raman spectrum measured for the carbonaceous material, there are a peak derived from a turbostratic structure appearing near 1360 cm -1 and a peak derived from a graphite structure appearing near 1580 cm -1 . The peak intensity ratio, that is, the peak intensity (R2) of 1360 cm -1 to the peak intensity (R2) of 1580 cm -1 in the argon laser Raman spectrum (wavelength 414.5 nm).
A carbonaceous material in which the value of the ratio R1 / R2 of 1) is 0.7 or less is preferable.

【００４３】(6) 真密度が２．１５ｇ／ｃｍ3 以上の炭
素質物。なお、前記真密度は前記炭素質物の黒鉛化の度
合を示す尺度になる。 (7) 硫黄の含有量が０〜１，０００ｐｐｍである炭素質
物。(6) A carbonaceous material having a true density of 2.15 g / cm 3 or more. The true density is a measure of the degree of graphitization of the carbonaceous material. (7) A carbonaceous material having a sulfur content of 0 to 1,000 ppm.

【００４４】前記範囲の硫黄を含むかまたは硫黄を含ま
ない炭素質物は、リチウムイオンの吸蔵・放出量が増加
され、かつ非水溶媒の還元分解を低減する。これは、示
差熱分析で７００℃以上に発熱ピ―クを示す黒鉛構造が
ある程度発達した炭素質物においては、硫黄の含有量が
１，０００ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含む）であると、黒
鉛構造の欠陥が少なく、結果として黒鉛構造の崩れが生
じ難く、かつリチウムイオンの吸蔵・放出量を増加させ
る。したがって、前記炭素質物を含む負極を備えたリチ
ウム二次電池は、容量、充放電効率、及びサイクル寿命
が向上される。The carbonaceous material containing or not containing sulfur in the above range increases the amount of lithium ions inserted and extracted, and reduces reductive decomposition of the non-aqueous solvent. This is because, in a carbonaceous material in which a graphite structure exhibiting an exothermic peak at 700 ° C. or more in differential thermal analysis has been developed to some extent, if the sulfur content is 1,000 ppm or less (including 0 ppm), the graphite structure has defects. As a result, the graphite structure is less likely to collapse, and the amount of occluded and released lithium ions is increased. Therefore, the lithium secondary battery including the negative electrode including the carbonaceous material has improved capacity, charge / discharge efficiency, and cycle life.

【００４５】また、前記硫黄の含有量が１，０００ｐｐ
ｍ以下（０ｐｐｍを含む）の炭素質物は非水溶媒及びリ
チウムイオンと、硫黄または硫黄化合物との反応による
非水溶媒の分解、及び電極反応の阻害を低減することが
可能である。したがって、前記炭素質物を含む負極を備
えたリチウム二次電池は充放電効率、及びサイクル寿命
が向上される。The sulfur content is 1,000 pp.
m or less (including 0 ppm) of the carbonaceous material can reduce the decomposition of the non-aqueous solvent due to the reaction of the non-aqueous solvent and lithium ions with sulfur or a sulfur compound, and reduce the inhibition of the electrode reaction. Therefore, the lithium secondary battery including the negative electrode containing the carbonaceous material has improved charge / discharge efficiency and cycle life.

【００４６】すなわち、炭素質物中の硫黄とリチウムイ
オンが反応した場合、ＬｉＳ−等の安定な基や、ＬｉＳ
等の化合物を生成する。このような基や化合物の生成に
より、前記リチウムは可逆的な吸蔵・放出反応に寄与し
なくなると考えられる。また、ＬｉＳのような生成した
化合物は六角網面層間の障害物となり、リチウムイオン
の、スム―ズな挿入を妨げると考えられる。That is, when sulfur in a carbonaceous material reacts with lithium ions, a stable group such as LiS—
And the like. It is considered that the formation of such a group or a compound prevents the lithium from contributing to a reversible storage / release reaction. Further, it is considered that the generated compound such as LiS acts as an obstacle between the hexagonal mesh layers and prevents the smooth insertion of lithium ions.

【００４７】したがって、炭素質物の性能を阻害する硫
黄含有量を１，０００ｐｐｍ以下にするか、全く含まな
いようにすることによって、リチウム二次電池の充放電
効率及びサイクル寿命等を向上することができる。Therefore, by setting the sulfur content that inhibits the performance of the carbonaceous material to 1,000 ppm or less or not including it at all, it is possible to improve the charge / discharge efficiency and cycle life of the lithium secondary battery. it can.

【００４８】(8) Ｆｅ、Ｎｉのような各種の金属元素の
含有量が０〜５０ｐｐｍ、ケイ素の含有量０〜５０ｐｐ
ｍ、酸素の含有量が０〜５００ｐｐｍである炭素質物。
前記各不純物元素の含有量が前記範囲を越える炭素質物
は、炭素層間にあるリチウムイオンが不純物元素と反応
して消費され、電池反応に関与するリチウムが減少する
恐れがある。(8) The content of various metal elements such as Fe and Ni is 0 to 50 ppm, and the content of silicon is 0 to 50 pp.
m, a carbonaceous material having an oxygen content of 0 to 500 ppm.
In a carbonaceous material in which the content of each of the impurity elements exceeds the above range, lithium ions present between the carbon layers react with the impurity elements and are consumed, and there is a possibility that lithium involved in the battery reaction may be reduced.

【００４９】前記炭素質物は、０．５〜１００μｍの長
さの範囲に９０体積％以上が分布され、かつ平均繊維径
が１〜３０μｍの繊維形状を有するか、または１〜１０
０μｍの粒径範囲に９０体積％以上が分布され、かつ平
均粒径が１〜８０μｍの粒子形状を有することが好まし
い。また、前記形状の炭素質物はＮ2 ガス吸着のＢＥＴ
法による比表面積が０．１〜１００ｍ2 ／ｇであること
が好ましい。The carbonaceous material has a fiber shape in which 90% by volume or more is distributed in a length range of 0.5 to 100 μm and an average fiber diameter is 1 to 30 μm.
It is preferable that 90% by volume or more is distributed in a particle size range of 0 μm, and the particles have a particle shape with an average particle size of 1 to 80 μm. In addition, the carbonaceous material having the above shape is a BET of N 2 gas adsorption.
The specific surface area by the method is preferably from 0.1 to 100 m 2 / g.

【００５０】前記形状の炭素質物は、負極を作製する際
に充填密度を高くできる。また、前記形状の炭素質物は
非水溶媒に対し活性な黒鉛結晶構造の崩れた炭素質物、
あるいは無定型炭素の含有が減少でき、非水溶媒の還元
分解を抑えることが可能になる。The packing density of the carbonaceous material having the above-described shape can be increased when a negative electrode is manufactured. Further, the carbonaceous material having the above shape is a carbonaceous material having a graphite crystal structure which is active against a non-aqueous solvent,
Alternatively, the content of amorphous carbon can be reduced, and reductive decomposition of the non-aqueous solvent can be suppressed.

【００５１】特に、径が０．５μｍ以下の微細な繊維ま
たは粒子が５体積％以下しか含まない炭素質物は、黒鉛
結晶構造の崩れた炭素質物あるいは無定型炭素がさらに
減少され、非水溶媒の還元分解を低減することが可能に
なる 逆に、前記粒度分布およびＮ2 ガス吸着のＢＥＴ法によ
る比表面積が前記範囲を外れる炭素質物は、無定型炭素
質物の含有及び黒鉛結晶構造の崩れた炭素質物の含有が
多くなり、溶媒の還元分解が起こりやすくなる。また、
炭素質物の充填量の高い負極を作製することが困難にな
る。In particular, the carbonaceous material containing fine fibers or particles having a diameter of 0.5 μm or less and containing only 5% by volume or less has a further reduced carbonaceous material or amorphous carbon having a broken graphite crystal structure, and has a non-aqueous solvent content. Conversely it becomes possible to reduce the reductive decomposition, carbonaceous material having a specific surface area by the BET method of the particle size distribution and N 2 gas adsorption is out of the range, collapsed in containing and graphite crystal structure of amorphous carbonaceous material carbon And the reductive decomposition of the solvent is likely to occur. Also,
It becomes difficult to produce a negative electrode with a high filling amount of carbonaceous material.

【００５２】次に、前記（２−１）の炭素質物、つまり
示差熱分析で７００℃以上に発熱ピ―クを有し、Ｘ線回
折による黒鉛構造の（１０１）回折ピ―クＰ101 と（１
００）回折ピ―クＰ100 の強度比Ｐ101 ／Ｐ100 が０．
７〜２．２である炭素質物の製造方法を説明する。Next, the carbonaceous material of the (2-1), i.e. fever peak to 700 ° C. or higher in differential thermal analysis - has a click, the graphite structure by X-ray diffraction (101) diffraction peak - a click P 101 (1
00) the diffraction peak - intensity ratio P 101 / P 100 of click P 100 is zero.
A method for producing a carbonaceous material having a size of 7 to 2.2 will be described.

【００５３】i)まず、例えばコ―ルタ―ル、石油ピッチ
または合成ピッチを原料とし、１５００℃〜３０００℃
の高温で焼成することによりコ―クスまたは異方性を有
するピッチを作る。I) First, for example, using a coal tar, petroleum pitch or synthetic pitch as a raw material, 1500 ° C. to 3000 ° C.
Baking at high temperature to produce coke or anisotropic pitch.

【００５４】前記コ―ルタ―ル、石油ピッチまたは合成
ピッチは、硫黄の含有量の少ないものを用いることが好
ましい。このような原料を用いると、比較的低温の熱処
理で黒鉛構造の格子中の欠陥が少ないコ―クスまたは異
方性を有するピッチを得ることができる。特に、有機物
の構成する芳香族縮合炭素内の炭素−硫黄の化学結合が
少ないものを選択して用いることが好ましい。すなわ
ち、前記芳香族縮合炭素内の炭素−硫黄の化学結合は硫
黄原子が置換基の一部として存在するＣ−Ｓ結合に比べ
て切断され難く、硫黄の除去が難しい。したがって、芳
香族縮合炭素内の炭素−硫黄の化学結合が少ない原料が
好ましい。It is preferable to use a coal tar, petroleum pitch or synthetic pitch having a low sulfur content. When such a raw material is used, coke or anisotropic pitch having few defects in the lattice of the graphite structure can be obtained by heat treatment at a relatively low temperature. In particular, it is preferable to select and use one having a small carbon-sulfur chemical bond in the condensed aromatic carbon constituting the organic substance. That is, the carbon-sulfur chemical bond in the aromatic condensed carbon is less likely to be broken than a C—S bond in which a sulfur atom is present as a part of a substituent, and it is difficult to remove sulfur. Therefore, a raw material having a small carbon-sulfur chemical bond in the condensed aromatic carbon is preferable.

【００５５】前記コ―ルタ―ル、石油ピッチまたは合成
ピッチは、窒素の含有量の少ないものが好ましい。ま
た、コ―ルタ―ル、石油ピッチまたは合成ピッチ中の芳
香族環にメチル炭素あるいはメチレン炭素などのアルキ
ル側鎖その割合が少ないものほど黒鉛構造が発達し、Ｘ
線回析による前記Ｌａの値が大きい炭素質物が得られ
る。しかしながら、前記Ｌａが１００ｎｍと大きすぎる
と、負極性能上、好ましくない。The above-mentioned cold tar, petroleum pitch or synthetic pitch preferably has a low nitrogen content. In addition, the smaller the proportion of alkyl side chains such as methyl carbon or methylene carbon in the aromatic ring in the coal tar, petroleum pitch or synthetic pitch, the more the graphite structure develops,
A carbonaceous material having a large value of La by line diffraction is obtained. However, if La is too large as 100 nm, it is not preferable in terms of negative electrode performance.

【００５６】前記異方性を有するピッチからは、繊維状
炭素系材料、球状炭素系材料を得ることができる。特
に、繊維状炭素系材料の中で短繊維状炭素系材料はコス
トが安く、また負極充填密度を高くすることができる利
点を有する。From the pitch having the anisotropy, a fibrous carbon-based material and a spherical carbon-based material can be obtained. In particular, among the fibrous carbon-based materials, the short fibrous carbon-based material has advantages in that the cost is low and the packing density of the negative electrode can be increased.

【００５７】前記異方性を有するピッチは、異方性ピッ
チの純度が９５体積％以上、より好ましく９８体積％以
上であることが望ましい。これは、不純物である等方性
ピッチが多く含まれた異方性ピッチから抽出された前記
繊維状炭素系材料、球状炭素系材料を後述する黒鉛化す
ると、黒鉛構造の崩れ、無定型炭素の発生の原因にな
る。しかしながら、異方性ピッチの量が高い異方性を有
するピッチから抽出された前記繊維状炭素系材料、球状
炭素系材料を熱処理温度が２８００℃以上の高温で黒鉛
化すると、黒鉛化が進み過ぎる。このため、前記異方性
を有するピッチには１〜２体積％程度の等方性ピッチを
含んでもよい。The anisotropic pitch preferably has a purity of 95 vol% or more, more preferably 98 vol% or more. This is because the fibrous carbon-based material extracted from the anisotropic pitch containing a large amount of isotropic pitch as an impurity, when the spherical carbon-based material is graphitized as described below, the graphite structure collapses, and amorphous carbon is removed. It causes the occurrence. However, if the heat treatment temperature of the fibrous carbon-based material and the spherical carbon-based material extracted from the pitch having high anisotropy pitch is high at a heat treatment temperature of 2800 ° C. or higher, the graphitization proceeds excessively. . For this reason, the pitch having the anisotropy may include an isotropic pitch of about 1 to 2% by volume.

【００５８】前記高純度異方性ピッチとしては、メソフ
ェ―ズピッチが挙げられる。メソフェ―ズピッチから得
られる前記繊維状炭素系材料、球状炭素系材料は例えば
放射状、ラメラ状、あるいはブルックステ―ラ―型配向
性を有する。特に、前記メソフェ―ズピッチから球状炭
素系材料を得る場合は、コ―ルタ―ルからメソフェ―ズ
球晶を抽出する際、粒径が０．５μｍ以下の微小のメソ
フェ―ズ球晶を除去する処理を行うことが有効である。
また、抽出後に酸素雰囲気下で３００〜７００℃で熱処
理を行うことも有効である。このような処理によりメソ
フェ―ズ球晶に付着した微小メソフェ―ズ球晶、さらに
は表面に付着した余分な炭素成分が焼失して除去される
ため、後述する炭素化、粉砕、黒鉛化処理により得られ
る炭素質物はリチウムイオンの吸蔵・放出反応の阻害が
抑えられる。The high-purity anisotropic pitch includes a mesophase pitch. The fibrous carbon-based material and spherical carbon-based material obtained from the mesophase pitch have, for example, a radial, lamellar, or Brooks-Teller type orientation. In particular, when a spherical carbon-based material is obtained from the mesophase pitch, when extracting the mesophase spherulites from the coal tar, the fine mesophase spherulites having a particle size of 0.5 μm or less are removed. It is effective to perform processing.
It is also effective to perform a heat treatment at 300 to 700 ° C. in an oxygen atmosphere after the extraction. By such treatment, the fine mesophase spherulites attached to the mesophase spherulites and the extra carbon component attached to the surface are burned off and removed. The resulting carbonaceous material can suppress the inhibition of the lithium ion occlusion / release reaction.

【００５９】ii) 次いで、前記コークス、繊維状炭素系
材料および球状炭素系材料から選ばれる少なくとも１種
を熱処理して炭素化する。前記熱処理温度は、６００〜
１９００℃、より好ましくは８００〜１５００℃にする
ことが望ましい。また、前記熱処理はアルゴン気流中で
行うことが好ましい。さらに、熱処理時間は０．５時間
〜３０時間の範囲にすることが好ましい。Ii) Next, at least one selected from the above-mentioned coke, fibrous carbon-based material and spherical carbon-based material is heat-treated to be carbonized. The heat treatment temperature is from 600 to
It is desirable that the temperature be 1900 ° C, more preferably 800 to 1500 ° C. Preferably, the heat treatment is performed in an argon stream. Further, the heat treatment time is preferably in the range of 0.5 to 30 hours.

【００６０】iii)次いで、得られた前記炭素体を粉砕す
る。前記粉砕処理は、最終的に得られる炭素質物が粒子
形状である場合には次のような条件で行うことが好まし
い。すなわち、１〜１００μｍの粒径範囲に９０体積％
以上が分布し、より好ましくは粒径が０．５μｍ以下の
微細な粒子が５体積％以下分布し、かつ平均粒径が１〜
８０μｍになるように適切な粉砕条件を選択して粉砕を
行うか、または粉砕後に篩分する。また、最終的に得ら
れる炭素質物が繊維形状である場合には次のような条件
で行うことが好ましい。すなわち、０．５〜１００μｍ
の長さ範囲に９０体積％以上が分布し、より好ましくは
径が０．５μｍ以下の微細な繊維が５体積％以下分布
し、かつ平均繊維径が１〜３０μｍになるように適切な
粉砕条件を選択して粉砕を行うか、または粉砕後に篩分
する。前記粉砕及び篩分は、不活性雰囲気で行うことが
好ましい。Iii) Next, the obtained carbon body is pulverized. When the finally obtained carbonaceous material is in the form of particles, the pulverizing treatment is preferably performed under the following conditions. That is, 90% by volume in the particle size range of 1 to 100 μm.
The above is distributed, more preferably, fine particles having a particle diameter of 0.5 μm or less are distributed at 5% by volume or less, and the average particle diameter is 1 to 1.
Pulverization is performed by selecting appropriate pulverization conditions so as to be 80 μm, or sieving is performed after the pulverization. When the finally obtained carbonaceous material is in the form of fibers, it is preferable to perform the treatment under the following conditions. That is, 0.5 to 100 μm
Appropriate grinding conditions such that 90% by volume or more are distributed in the length range, more preferably 5% by volume or less of fine fibers having a diameter of 0.5 μm or less and an average fiber diameter of 1 to 30 μm. And pulverizing or sieving after pulverization. The pulverization and sieving are preferably performed in an inert atmosphere.

【００６１】iV) 次いで、前記粉砕化された炭素体を２
０００℃以上の温度で熱処理することにより黒鉛化して
前述した特性を有する炭素質物を製造する。前記黒鉛化
処理は、前記炭素体を粉砕することにより生じた無定型
炭素や黒鉛化度の少ない炭素を黒鉛化する作用を有す
る。IV) Next, the pulverized carbon body was
It is graphitized by heat treatment at a temperature of 000 ° C. or more to produce a carbonaceous material having the above-described characteristics. The graphitization treatment has an effect of graphitizing amorphous carbon or carbon with a low degree of graphitization generated by grinding the carbon body.

【００６２】前記熱処理温度は、２０００〜３０００℃
の温度範囲にすることが好ましい。また、前記熱処理は
アルゴン気流中で行うことが好ましい。さらに、前記熱
処理時間は１時間〜３０時間の範囲であればよい。The heat treatment temperature is 2000-3000 ° C.
It is preferable to set the temperature range. Preferably, the heat treatment is performed in an argon stream. Further, the heat treatment time may be in the range of 1 hour to 30 hours.

【００６３】なお、前記コ―クスを炭素化、粉砕、黒鉛
化処理して、前記炭素質物を製造する場合には前記粉砕
時にボ―ルミルやジェットミルなどを用いて粒状または
球状の粉末にすることが好ましい。When the coke is carbonized, pulverized, and graphitized to produce the carbonaceous material, the coke is formed into a granular or spherical powder using a ball mill or a jet mill during the pulverization. Is preferred.

【００６４】また、前述した硫黄などの不純物の少ない
炭素質物を得るには、前記炭素質物の製造時に不純物の
除去処理を行うことが好ましい。前記炭素質物から硫黄
または硫黄化合物を除去するには、２０００〜３０００
℃、より好ましくは２３００〜２８００℃の温度でＣｕ
Ｃｌ3 などのルイス酸や塩素ガスまたは金属ナトリウム
を作用させて加熱処理する方法を採用することができ
る。前記加熱処理は、前記炭素化工程または黒鉛化工程
と同時に行っても、或いは前記黒鉛化工程の後に別途行
ってもよい。In order to obtain a carbonaceous material having a small amount of impurities such as sulfur as described above, it is preferable to remove impurities during the production of the carbonaceous material. In order to remove sulfur or a sulfur compound from the carbonaceous material, it is necessary to use 2000 to 3000
C, more preferably at a temperature of 2300-2800 ° C.
A method in which a heat treatment is performed by allowing a Lewis acid such as Cl 3 , a chlorine gas, or metallic sodium to act thereon can be employed. The heat treatment may be performed simultaneously with the carbonization step or the graphitization step, or may be separately performed after the graphitization step.

【００６５】また、前述した(1) および(2) の特性、つ
まりＸ線回折による（００２）面の面間隔ｄ002 が０．
３３６０〜０．３３８０ｎｍ、ａ軸方向の長さＬａとｃ
軸方向の長さの比Ｌａ／Ｌｃが１．３〜２．５で、Ｌａ
は２０〜１００ｎｍである炭素質物は、以下に説明する
方法により製造される。Further, the characteristic (1) and (2) described above, that is, the plane spacing d 002 of the (002) plane obtained by X-ray diffraction is 0.
3360 to 0.3380 nm, lengths La and c in the a-axis direction
When the axial length ratio La / Lc is 1.3 to 2.5,
The carbonaceous material having a thickness of 20 to 100 nm is produced by the method described below.

【００６６】i)まず、前述した高純度異方性ピッチのう
ちメソフェ―ズピッチから得られる繊維状炭素系材料を
用いる。前記メソフェ―ズピッチから繊維状炭素系材料
を得るには、まずメソフェ―ズピッチを溶融ブロ―法に
て繊維長 200〜 300μｍの短繊維に紡糸する。この際の
紡糸条件は、最終的に得られる炭素質物の配向性、結晶
構造を左右する。紡糸時のノズル形状、吐出速度、冷却
速度、細化速度を適正に調節することにより、結晶のパ
ラメ―タ、微細組織、配向性を制御することができる。
紡糸後、不融化処理することにより繊維状炭素系材料を
得る。I) First, a fibrous carbon-based material obtained from a mesophase pitch among the high-purity anisotropic pitches described above is used. In order to obtain a fibrous carbon-based material from the mesophase pitch, first, the mesophase pitch is spun into a short fiber having a fiber length of 200 to 300 μm by a melt blow method. The spinning conditions at this time affect the orientation and crystal structure of the finally obtained carbonaceous material. By properly adjusting the nozzle shape, discharge speed, cooling speed, and thinning speed during spinning, it is possible to control the crystal parameters, microstructure, and orientation.
After spinning, a fibrous carbon-based material is obtained by infusibilizing treatment.

【００６７】ii) 次いで、前記繊維状炭素系材料を熱処
理して炭素体にする。前記熱処理により得られた繊維状
炭素体は、Ｘ線回折による（００２）面の面間隔ｄ002
は０．３４４〜０．３８０ｎｍであることが好ましい。
前記面間隔ｄ002 がこの範囲にある前記炭素体は後述す
る粉砕処理により容易に繊維長の短かい繊維状炭素体に
することが可能である。なお、前記面間隔ｄ002 が前記
範囲を逸脱した繊維状炭素体は粉砕処理工程で縦方向
（繊維長方向）に割れが生じ繊維長を短かくすることが
困難になる。Ii) Next, the fibrous carbon-based material is heat-treated to form a carbon body. The fibrous carbon body obtained by the heat treatment has a plane distance d 002 of the (002) plane obtained by X-ray diffraction.
Is preferably 0.344 to 0.380 nm.
The carbon body having the interplanar spacing d 002 in this range can be easily converted into a fibrous carbon body having a short fiber length by a pulverization process described later. In addition, the fibrous carbon body in which the interplanar spacing d 002 is out of the range is cracked in the longitudinal direction (fiber length direction) in the pulverizing treatment step, and it becomes difficult to shorten the fiber length.

【００６８】前記熱処理温度は６００〜１９００℃、好
ましくは８００〜１５００℃である。前記熱処理は、ア
ルゴン気流中で行うことが好ましい。前記熱処理時間は
０．５時間〜３０時間の範囲であればよい。The heat treatment temperature is 600 to 1900 ° C., preferably 800 to 1500 ° C. The heat treatment is preferably performed in an argon stream. The heat treatment time may be in the range of 0.5 hours to 30 hours.

【００６９】iii)次いで、前記繊維状炭素体を粉砕処理
する。前記粉砕処理は、最終的に得られる炭素質物が
０．５〜１００μｍの長さ範囲に９０体積％以上が分布
し、より好ましくは径が０．５μｍ以下の微細な繊維が
５体積％以下分布し、かつ平均径が１〜３０μｍになる
ように適切な粉砕条件を選択して粉砕を行うか、または
粉砕後に篩分する。前記粉砕及び篩分は、不活性雰囲気
で行うことが好ましい。Iii) Next, the fibrous carbon body is pulverized. In the pulverization treatment, 90% by volume or more of the finally obtained carbonaceous material is distributed in a length range of 0.5 to 100 μm, and more preferably 5% by volume or less of fine fibers having a diameter of 0.5 μm or less. Then, pulverization is performed by selecting appropriate pulverization conditions so that the average diameter is 1 to 30 μm, or sieving is performed after the pulverization. The pulverization and sieving are preferably performed in an inert atmosphere.

【００７０】iV) 次いで、前記粉砕化処理が施された繊
維状炭素体を２０００℃以上、好ましくは２０００℃〜
３０００℃、より好ましくは２６００〜３０００℃の温
度で熱処理して黒鉛化することによって前述した特性を
有する繊維状炭素質物を製造する。IV) Subsequently, the fibrous carbon body subjected to the pulverization treatment is heated to 2000 ° C. or more, preferably 2000 ° C. to
The fibrous carbonaceous material having the above-mentioned properties is produced by heat-treating at 3000 ° C., more preferably at 2600-3000 ° C. to graphitize.

【００７１】前記黒鉛化のための熱処理は、アルゴンガ
ス気流中で行うことが好ましい。熱処理時間は０．５時
間〜３０時間の範囲であればよい。 （２−２）炭素質物 この炭素質物は、示差熱分析で７００℃以上に発熱ピ―
クを有し、Ｘ線回折により得られる（１１０）面の回折
ピ―クによる黒鉛構造のａ軸方向の結晶子の平均長さＬ
ａが２０〜１００ｎｍであり、硫黄含有率が１０００ｐ
ｐｍ以下（０ｐｐｍを含む）のものである。The heat treatment for graphitization is preferably performed in an argon gas stream. The heat treatment time may be in the range of 0.5 hours to 30 hours. (2-2) Carbonaceous matter This carbonaceous matter was heated to 700 ° C or higher by differential thermal analysis.
Length L of the crystal structure in the a-axis direction of the graphite structure by the diffraction peak of the (110) plane obtained by X-ray diffraction
a is 20 to 100 nm and the sulfur content is 1000 p
pm or less (including 0 ppm).

【００７２】前記炭素質物は、示差熱分析による発熱ピ
―クが７００℃以上であることが必要である。前記示差
熱分析による発熱ピ―クは、好ましくは８００℃以上、
さらに好ましくは８４０℃以上である。示差熱分析によ
る発熱ピ―クの値は、炭素質物の炭素−炭素間の結合力
の尺度となるものである。この範囲に発熱ピ―クを有す
る炭素質物は、黒鉛構造が適度に発達しており、黒鉛構
造における六角網面層の層間にリチウムイオンが可逆的
に吸蔵・放出される性質を示す。また、非水溶媒に対し
活性な無定型炭素が少ない炭素質物であると考えられ
る。なお、示差熱分析による発熱ピ―クが７００℃未満
の炭素質物は前述した炭素質物（２−１）で説明したの
と同様な理由で負極材料として好ましくない。It is necessary that the carbonaceous material has an exothermic peak of 700 ° C. or more by differential thermal analysis. An exothermic peak by the differential thermal analysis is preferably 800 ° C. or more,
More preferably, the temperature is 840 ° C. or higher. The value of the exothermic peak by the differential thermal analysis is a measure of the carbon-carbon bonding force of the carbonaceous material. A carbonaceous material having an exothermic peak in this range has a property in which a graphite structure is appropriately developed and lithium ions are reversibly inserted and released between hexagonal mesh layers in the graphite structure. Further, it is considered that the carbonaceous material has a small amount of amorphous carbon active in the non-aqueous solvent. It should be noted that a carbonaceous material having an exothermic peak of less than 700 ° C. by differential thermal analysis is not preferable as a negative electrode material for the same reason as described in the carbonaceous material (2-1).

【００７３】また、前記炭素質物はＸ線回折により得ら
れる（１１０）面の回折ピ―クによる黒鉛構造のａ軸方
向の結晶子の平均長さＬａが２０〜１００ｎｍ、より好
ましくは４０〜８０ｎｍであることが必要である。な
お、炭素質物の黒鉛構造におけるａ軸面の形状は長方形
であることが好ましい。The carbonaceous material has an average length La of crystallites in the a-axis direction of the graphite structure by diffraction peaks of the (110) plane obtained by X-ray diffraction, 20 to 100 nm, more preferably 40 to 80 nm. It is necessary to be. The shape of the a-axis surface in the graphite structure of the carbonaceous material is preferably rectangular.

【００７４】前記範囲のＬａを有する炭素質物は、黒鉛
構造が適度に発達しており、かつ結晶子のａ軸方向の長
さが適度であるため、リチウムイオンが六角網面層の層
間に拡散しやすくなる。また、前記構成の炭素質物はリ
チウムイオンの出入りするサイトが多くなり、リチウム
イオンがより多く吸蔵・放出できる性質を示す。なお、
前記Ｌａが前記範囲から逸脱する炭素質物は前述した炭
素質物（２−１）で説明したのと同様な理由で負極材料
として好ましくない。In the carbonaceous material having La in the above range, the graphite structure is moderately developed and the length of the crystallite in the a-axis direction is moderate, so that lithium ions diffuse between the hexagonal mesh layers. Easier to do. In addition, the carbonaceous material having the above-described structure has a property that the number of sites where lithium ions enter and exit is increased, so that more lithium ions can be inserted and extracted. In addition,
The carbonaceous material whose La deviates from the above range is not preferable as the negative electrode material for the same reason as described in the carbonaceous material (2-1).

【００７５】さらに、前記炭素質物は硫黄の含有量が０
〜１，０００ｐｐｍであることが必要である。前記範囲
の硫黄を含むかまたは硫黄を含まない炭素質物は、リチ
ウムイオンの吸蔵・放出量が増加され、かつ非水溶媒の
還元分解を低減する。Further, the carbonaceous material has a sulfur content of 0%.
It needs to be ~ 1,000 ppm. The carbonaceous material containing or not containing sulfur in the above range has an increased amount of absorbing and releasing lithium ions and reduces reductive decomposition of a non-aqueous solvent.

【００７６】これは、示差熱分析で７００℃以上に発熱
ピ―クを示す黒鉛構造がある程度発達した炭素質物にお
いては、硫黄の含有量が１，０００ｐｐｍ以下（０ｐｐ
ｍを含む）であると、黒鉛構造の欠陥が少なく、結果と
して黒鉛構造の崩れが生じ難く、かつリチウムイオンの
吸蔵・放出量を増加させる。また、前記硫黄の含有量が
１，０００ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含む）の炭素質物は
非水溶媒及びリチウムイオンと、硫黄または硫黄化合物
との反応による非水溶媒の分解、及び電極反応の阻害を
低減することが可能である。なお、前記硫黄が１０００
ｐｐｍを越えて含有量炭素質物は前述した炭素質物（２
−１）で説明したのと同様な理由で負極材料として好ま
しくない。This is because, in a carbonaceous material in which a graphite structure exhibiting an exothermic peak at 700 ° C. or more in differential thermal analysis has developed to some extent, the sulfur content is 1,000 ppm or less (0 pp).
m (including m), there are few defects in the graphite structure, and as a result, the graphite structure is less likely to collapse and the amount of lithium ions absorbed and released is increased. The carbonaceous material having a sulfur content of 1,000 ppm or less (including 0 ppm) reduces decomposition of the non-aqueous solvent due to the reaction of the non-aqueous solvent and lithium ion with sulfur or a sulfur compound, and reduces the inhibition of the electrode reaction. It is possible to In addition, the sulfur is 1000
The carbonaceous matter whose content exceeds ppm is the carbonaceous matter (2
It is not preferable as a negative electrode material for the same reason as described in -1).

【００７７】前記炭素質物は、Ｆｅ、Ｎｉのような各種
の金属元素の含有量が０〜５０ｐｐｍ、ケイ素の含有量
０〜５０ｐｐｍ、酸素の含有量が０〜５００ｐｐｍであ
ることを許容する。The carbonaceous material allows the content of various metal elements such as Fe and Ni to be 0 to 50 ppm, the content of silicon to be 0 to 50 ppm, and the content of oxygen to be 0 to 500 ppm.

【００７８】前記炭素質物としては、特に硫黄の含有量
の少ない高純度な原料から黒鉛化したグラファイト、ま
た、硫黄の含有量の少ない高純度な石油ピッチ、コ―ル
タ―ル、重質油、合成ピッチ、合成高分子、有機樹脂な
どを原料として、黒鉛化あるいは炭素化したコ―クス、
炭素繊維、球状炭素体、樹脂焼成体、気相成長炭素体な
どが挙げられる。Examples of the carbonaceous material include graphite which is graphitized from a high-purity raw material having a low sulfur content, a high-purity petroleum pitch having low sulfur content, coal tar, heavy oil, and the like. Graphite or carbonized coke from synthetic pitch, synthetic polymer, organic resin, etc.
Examples include carbon fiber, spherical carbon, fired resin, and vapor-grown carbon.

【００７９】（２−３）炭素質物 この炭素質物は、示差熱分析で７００℃以上に発熱ピ―
クを有し、各金属元素の含有量がそれぞれ０〜５０ｐｐ
ｍ、ケイ素の含有量が０〜５０ｐｐｍ、窒素の含有量が
０〜１０００ｐｐｍ、硫黄の含有量が０〜１０００ｐｐ
ｍのものである。(2-3) Carbonaceous matter The carbonaceous matter was heated to 700 ° C. or more by differential thermal analysis.
And the content of each metal element is 0 to 50 pp
m, the content of silicon is 0 to 50 ppm, the content of nitrogen is 0 to 1000 ppm, and the content of sulfur is 0 to 1000 pp.
m.

【００８０】前記炭素質物は、示差熱分析による発熱ピ
―クが７００℃以上であることが必要である。前記示差
熱分析による発熱ピ―クは、好ましくは８００℃以上、
さらに好ましくは８４０℃以上である。前記示差熱分析
による発熱ピ―クの値は、炭素質物の炭素−炭素間の結
合力の尺度となるものである。この範囲に発熱ピ―クを
有する炭素質物は、黒鉛構造が適度に発達しており、黒
鉛構造における六角網面層の層間へリチウムイオンが可
逆的に吸蔵・放出される性質を示す。また、非水溶媒に
対し活性な無定型炭素が少ない炭素質物であると考えら
れる。なお、示差熱分析による発熱ピ―クが７００℃未
満の炭素質物は前述した炭素質物（２−１）で説明した
のと同様な理由で負極材料として好ましくない。It is necessary that the carbonaceous material has an exothermic peak of 700 ° C. or more by differential thermal analysis. An exothermic peak by the differential thermal analysis is preferably 800 ° C. or more,
More preferably, the temperature is 840 ° C. or higher. The value of the exothermic peak by the differential thermal analysis is a measure of the carbon-carbon bonding force of the carbonaceous material. The carbonaceous material having an exothermic peak in this range has a graphite structure that is appropriately developed, and exhibits a property that lithium ions are reversibly inserted and released between hexagonal mesh layers in the graphite structure. Further, it is considered that the carbonaceous material has a small amount of amorphous carbon active in the non-aqueous solvent. It should be noted that a carbonaceous material having an exothermic peak of less than 700 ° C. by differential thermal analysis is not preferable as a negative electrode material for the same reason as described in the carbonaceous material (2-1).

【００８１】また、前記炭素質物はＦｅ、Ｎｉのような
各種の金属元素の含有量が０〜５０ｐｐｍ、ケイ素の含
有量０〜５０ｐｐｍ、酸素の含有量が０〜５００ｐｐ
ｍ、硫黄の含有量が０〜１０００ｐｐｍであることが必
要である。The carbonaceous material has a content of various metal elements such as Fe and Ni of 0 to 50 ppm, a content of silicon of 0 to 50 ppm, and a content of oxygen of 0 to 500 pp.
m, the content of sulfur must be 0 to 1000 ppm.

【００８２】前記範囲の硫黄を含むかまたは硫黄を含ま
ない炭素質物は、リチウムイオンの吸蔵・放出量が増加
され、かつ非水溶媒の還元分解を低減する。なお、前記
硫黄が１０００ｐｐｍを越えて含有量炭素質物は前述し
た炭素質物（２−１）で説明したのと同様な理由で負極
材料として好ましくない。The carbonaceous material containing or not containing sulfur in the above range increases the amount of lithium ions stored and released, and reduces reductive decomposition of the non-aqueous solvent. The carbonaceous material containing more than 1000 ppm of sulfur is not preferable as a negative electrode material for the same reason as described in the carbonaceous material (2-1).

【００８３】前記硫黄を除く各不純物元素の含有量が前
記範囲を越える炭素質物は、炭素層間にあるリチウムイ
オンが不純物元素と反応して消費され、電池反応に関与
するリチウムが減少する。In the carbonaceous material in which the content of each of the impurity elements other than the above-mentioned sulfur exceeds the above range, lithium ions present between the carbon layers react with the impurity elements and are consumed, so that lithium involved in the battery reaction is reduced.

【００８４】このような炭素質物としては、高純度のピ
ッチ系原料、具体的にはコ―ルタ―ル、石油ピッチ、ま
たは合成ピッチを約８００℃〜約２０００℃で熱処理し
て得られるコ―クス、樹脂焼成体、または同原料を約２
０００℃〜約３０００℃の温度で熱処理して得られる黒
鉛化物やグラファイトが挙げられる。好ましくはメソフ
ェ―ズピッチから得られるメソフェ―ズ小球体、または
メソフェ―ズピッチ系炭素繊維を約８００℃〜約２００
０℃で炭素化した炭素質物、もしくは約２０００℃〜約
３０００℃で黒鉛化した炭素質物を含む負極を備えたリ
チウム二次電池は、優れた容量、充放電効率、サイクル
寿命を有する。As such a carbonaceous material, a high-purity pitch-based raw material, specifically, coal tar, petroleum pitch, or synthetic pitch obtained by heat-treating at about 800 ° C. to about 2000 ° C. Mix, fired resin, or the same raw material for about 2
Graphite and graphite obtained by heat-treating at a temperature of 000 ° C. to about 3000 ° C. are exemplified. Preferably, mesophase microspheres obtained from mesophase pitch or mesophase pitch-based carbon fibers are treated at about 800 ° C. to about 200 ° C.
A lithium secondary battery provided with a negative electrode containing a carbonaceous material carbonized at 0 ° C. or graphitized at about 2000 ° C. to about 3000 ° C. has excellent capacity, charge / discharge efficiency, and cycle life.

【００８５】３）非水電解液の構成 前記容器１内に収容される前記非水電解液は、非水溶媒
に電解質を溶解することにより調製される。3) Structure of Nonaqueous Electrolyte The nonaqueous electrolyte contained in the container 1 is prepared by dissolving an electrolyte in a nonaqueous solvent.

【００８６】前記非水溶媒としては、（ａ）エチレンカ
ーボネート（ＥＣ）およびプロピレンンカーボネート
（ＰＣ）から選ばれる少なくとも１種以上の溶媒１０〜
８０体積％とジエトキシエタン、鎖状カーボネートおよ
びアセトニトリルから選ばれる少なくとも１種以上の溶
媒２０〜９０体積％との混合溶媒、（ｂ）γ−ブチロラ
クトン（γ−ＢＬ）１０〜８０体積％と環状カーボネー
ト、鎖状カーボネート、ジエトキシエタン、環状エーテ
ルおよびアセトニトリルから選ばれる少なくとも１種以
上の溶媒２０〜９０体積％とを混合溶媒、が使用され
る。As the non-aqueous solvent, (a) at least one solvent selected from ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC)
A mixed solvent of 80% by volume and 20 to 90% by volume of at least one kind of solvent selected from diethoxyethane, chain carbonate and acetonitrile; (b) 10 to 80% by volume of γ-butyrolactone (γ-BL) and cyclic A mixed solvent of 20 to 90% by volume of at least one solvent selected from carbonate, chain carbonate, diethoxyethane, cyclic ether and acetonitrile is used.

【００８７】前記混合溶媒（ａ）に用いられる前記鎖状
カーボネートとしては、ジメチルカーボネート（ＤＭ
Ｃ）またはジエチルカーボネート（ＤＥＣ）が好まし
い。前記混合溶媒（ａ）中のＥＣ、ＰＣ（第１成分）の
配合量を１０〜８０体積％に限定した理由は、前記第１
成分の量が前記範囲を逸脱すると、非水電解液の導電率
の低下と負極の充放電効率の低下を招き、電池の容量と
サイクル寿命が低下するからである。As the chain carbonate used in the mixed solvent (a), dimethyl carbonate (DM
C) or diethyl carbonate (DEC) is preferred. The reason for limiting the blending amount of EC and PC (first component) in the mixed solvent (a) to 10 to 80% by volume is as follows.
If the amount of the component is out of the above range, the conductivity of the non-aqueous electrolyte decreases and the charge and discharge efficiency of the negative electrode decreases, and the capacity and cycle life of the battery decrease.

【００８８】前記混合溶媒（ｂ）に用いられる前記環状
カーボネートとしては、ＥＣまたはＰＣが好ましい。前
記鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート
（ＤＭＣ）またはジエチルカーボネート（ＤＥＣ）が好
ましい。The cyclic carbonate used in the mixed solvent (b) is preferably EC or PC. As the chain carbonate, dimethyl carbonate (DMC) or diethyl carbonate (DEC) is preferable.

【００８９】前記混合溶媒（ｂ）中のγ−ＢＬ（第１成
分）の配合量を１０〜８０体積％に限定した理由は、前
記第１成分の量が前記範囲を逸脱すると、非水電解液の
導電率の低下と負極の充放電効率の低下を招き、電池の
容量とサイクル寿命が低下するからである。The reason that the amount of γ-BL (first component) in the mixed solvent (b) is limited to 10 to 80% by volume is that if the amount of the first component deviates from the above range, the non-aqueous This is because a decrease in the conductivity of the liquid and a decrease in the charge / discharge efficiency of the negative electrode are caused, and the capacity and cycle life of the battery are reduced.

【００９０】前記非水電解液に含まれる電解質は、式Ｌ
ｉ（Ｃn Ｘ2n+1Ｙ）2 Ｎ（ただしＸはハロゲン、ｎは１
〜４の整数、ＹはＣＯ基またはＳＯ2 基を示す）で表さ
れるイミド系リチウム塩が使用される。前記イミド系リ
チウム塩としては、ビストリフルオロメチルスルホニル
イミドリチウム［Ｌｉ（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 Ｎ］、ビスト
リフルオロメチルアセチルイミドリチウム［Ｌｉ（ＣＦ
3 ＣＯ）2 Ｎ］がある。これらのイミド系リチウム塩
は、高い導電率を有する。The electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte is represented by the formula L
i (C n X 2n + 1 Y) 2 N (where X is halogen, n is 1
-4, and Y represents a CO group or an SO 2 group). Examples of the imide-based lithium salt include lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [Li (CF 3 SO 2 ) 2 N] and lithium bistrifluoromethylacetylimide [Li (CF
3 CO) 2 N]. These imide-based lithium salts have high electrical conductivity.

【００９１】前記非水電解液は、前記イミド系リチウム
塩（電解質）を非水溶媒に対して０．１モル／ｌ〜３．
０モル／ｌの量を溶解することにより調製される。前記
非水電解液中に存在する主な不純物としては、水分と、
有機過酸化物（例えばグリコール類、アルコール類、カ
ルボン酸類）、ハロゲン化物、硫黄酸化物、窒化物、重
金属などが挙げられる。これらの不純物は、負極等に悪
影響を及ぼすことからできるだけ低減されることが好ま
しい。特に、水分は５０ｐｐｍ以下、有機過酸化物は１
０００ｐｐｍ以下にすることが好ましい。このような非
水電解液中の不純物量の低減により負極の充放電効率が
高められ、サイクル寿命が向上される。The non-aqueous electrolyte contains the imide-based lithium salt (electrolyte) in an amount of 0.1 mol / l to 3.0 mol / l with respect to the non-aqueous solvent.
It is prepared by dissolving an amount of 0 mol / l. The main impurities present in the non-aqueous electrolyte are water and
Examples include organic peroxides (eg, glycols, alcohols, carboxylic acids), halides, sulfur oxides, nitrides, heavy metals, and the like. These impurities are preferably reduced as much as possible because they adversely affect the negative electrode and the like. In particular, water is 50 ppm or less, and organic peroxide is 1 ppm.
It is preferable that the concentration is not more than 000 ppm. By reducing the amount of impurities in the non-aqueous electrolyte, the charge / discharge efficiency of the negative electrode is increased, and the cycle life is improved.

【００９２】[0092]

【作用】本発明に係わるリチウム二次電池は、ＥＣおよ
びＰＣから選ばれる少なくとも１種以上の溶媒１０〜８
０体積％とジエトキシエタン、鎖状カーボネートおよび
アセトニトリルから選ばれる少なくとも１種以上の溶媒
２０〜９０体積％とを混合した非水溶媒に式Ｌｉ（Ｃn
Ｘ2n+1Ｙ）2 Ｎ（ただしＸはハロゲン、ｎは１〜４の整
数、ＹはＣＯ基またはＳＯ2 基を示す）で表されるイミ
ド系リチウム塩を０．１モル／ｌ〜３モル／ｌ溶解した
非水電解液を備えるため、優れた高温作動性能、貯蔵性
能、レート特性およびサイクル寿命を有する。The lithium secondary battery according to the present invention comprises at least one solvent selected from EC and PC.
0% by volume and 20 to 90% by volume of at least one solvent selected from diethoxyethane, chain carbonate and acetonitrile in a non-aqueous solvent mixed with the formula Li (C n
X 2n + 1 Y) 2 N (where X is a halogen, n is an integer of 1 to 4, and Y is a CO group or an SO 2 group). Since it has a non-aqueous electrolyte dissolved in mol / l, it has excellent high-temperature operation performance, storage performance, rate characteristics and cycle life.

【００９３】すなわち、前記組成の非水電解液は高い導
電率を有する。また、前記非水電解液は負極材料である
リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物、カルコゲン
化合物、軽金属またはリチウム金属に対する安定性に優
れ、かつ正極材料であるＬｉＣｏＯ2 、ＬｉＮｉＯ2 、
ＬｉＭｎ2 Ｏ4 を用いて４Ｖの高電圧を取り出す際に安
定である。さらに、前記混合溶媒と前記イミド系リチウ
ム塩との反応性が低いために、これらからなる非水電解
液は高温時において優れた化学的安定性を有する。した
がって、前記組成の非水電解液を備えるリチウム二次電
池は優れた高温作動性能、貯蔵性能、レート特性および
サイクル寿命を有する。That is, the non-aqueous electrolyte having the above composition has high conductivity. In addition, the non-aqueous electrolyte is excellent in stability against carbonaceous materials that occlude and release lithium ions as a negative electrode material, chalcogen compounds, light metals or lithium metals, and LiCoO 2 , LiNiO 2 , as positive electrode materials.
It is stable when extracting a high voltage of 4 V using LiMn 2 O 4 . Further, since the reactivity between the mixed solvent and the imide-based lithium salt is low, the non-aqueous electrolyte comprising them has excellent chemical stability at high temperatures. Therefore, the lithium secondary battery including the non-aqueous electrolyte having the above composition has excellent high-temperature operation performance, storage performance, rate characteristics, and cycle life.

【００９４】また、本発明に係わる別のリチウム二次電
池はγ−ブチロラクトン１０〜８０体積％と環状カーボ
ネート、鎖状カーボネート、ジエトキシエタン、環状エ
ーテルおよびアセトニトリルから選ばれる少なくとも１
種以上の溶媒２０〜９０体積％とを混合した非水溶媒に
式Ｌｉ（Ｃn Ｘ2n+1Ｙ）2 Ｎ（ただしＸはハロゲン、ｎ
は１〜４の整数、ＹはＣＯ基またはＳＯ2 基を示す）で
表されるイミド系リチウム塩を０．１モル／ｌ〜３モル
／ｌ溶解した非水電解液を備えるため、優れた高温作動
性能、貯蔵性能、レート特性およびサイクル寿命を有す
る。Another lithium secondary battery according to the present invention comprises 10 to 80% by volume of γ-butyrolactone and at least one selected from the group consisting of cyclic carbonate, chain carbonate, diethoxyethane, cyclic ether and acetonitrile.
Formula Li (C n X 2n + 1 Y) 2 N ( provided that X in the non-aqueous solvent mixture of 20 to 90% by volume seed more solvents halogen, n
Is an integer of 1 to 4, and Y represents a CO group or a SO 2 group). Has high temperature operation performance, storage performance, rate characteristics and cycle life.

【００９５】すなわち、前記組成の非水電解液は前述し
たＥＣ、ＰＣを第１成分とする混合溶媒を含む非水電解
液に比べてさらに高い導電率を有する。これは、混合溶
媒中の第１成分としてγ−ＢＬを用いたためである。ま
た、前記非水電解液は負極および正極に対して優れた安
定性を有する。さらに、前記混合溶媒中のγ−ＢＬと前
記イミド系リチウム塩との反応性が非常に低いために、
これらからなる非水電解液は高温（４５℃以上）時にお
いて極めて優れた化学的安定性を有する。したがって、
前記組成の非水電解液を備えるリチウム二次電池は前述
したＥＣ、ＰＣを第１成分とする混合溶媒を含む非水電
解液を用いた二次電池に比べてさらに優れた高温作動性
能、貯蔵性能、レート特性およびサイクル寿命を有す
る。That is, the non-aqueous electrolyte having the above composition has a higher conductivity than the non-aqueous electrolyte containing the mixed solvent containing EC and PC as the first components. This is because γ-BL was used as the first component in the mixed solvent. Further, the non-aqueous electrolyte has excellent stability for the negative electrode and the positive electrode. Further, since the reactivity between γ-BL and the imide-based lithium salt in the mixed solvent is extremely low,
The non-aqueous electrolyte composed of these has extremely excellent chemical stability at high temperatures (45 ° C. or higher). Therefore,
The lithium secondary battery including the non-aqueous electrolyte having the above-described composition has better high-temperature operation performance and storage than the secondary battery using the non-aqueous electrolyte including the mixed solvent including EC and PC as the first component. Has performance, rate characteristics and cycle life.

【００９６】さらに、前述した（２−１）〜（２−３）
の特性を有するリチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質
物を含む負極は、リチウムイオンの急速な吸蔵・放出を
図ることができるため、ハイレート（急速充放電）性能
が大幅に向上された二次電池を得ることができる。ま
た、前記負極と前述した非水電解液とを組み合わせる
と、正極、負極の充放電効率が大幅に向上してサイクル
寿命を長くすることができる。これは、前記非水電解液
中で前記炭素質物表面に生成する有機皮膜の成長を抑制
し、かつ前記皮膜の抵抗値が小さいため、リチウムイオ
ンの吸蔵・放出の可逆性が高まることによるものと考え
られる。Further, the aforementioned (2-1) to (2-3)
A negative electrode containing a carbonaceous material that absorbs and releases lithium ions, which has the characteristics described above, can rapidly store and release lithium ions. Therefore, a secondary battery with significantly improved high-rate (rapid charge and discharge) performance can be used. Obtainable. In addition, when the negative electrode and the above-mentioned non-aqueous electrolyte are combined, the charge and discharge efficiency of the positive electrode and the negative electrode is greatly improved, and the cycle life can be extended. This is because the growth of the organic film generated on the surface of the carbonaceous material in the nonaqueous electrolyte is suppressed, and the resistance of the film is small, so that the reversibility of occlusion and release of lithium ions is increased. Conceivable.

【００９７】さらに、負極材料として前述したリチウム
イオンを吸蔵・放出するカルコゲン化合物を用いれば、
電池電圧が低下するものの、負極容量が大きくなるた
め、電池容量を増大させることができる。しかも、リチ
ウムイオンの前記負極中での拡散速度を大きくできるた
め、ハイレート性能を著しく向上することができる。Further, if the above-described chalcogen compound that absorbs and releases lithium ions is used as a negative electrode material,
Although the battery voltage decreases, the negative electrode capacity increases, so that the battery capacity can be increased. In addition, since the diffusion rate of lithium ions in the negative electrode can be increased, high-rate performance can be significantly improved.

【００９８】[0098]

【実施例】以下、本発明を前述した図１に示す円筒形リ
チウム二次電池を参照して詳細に説明する。 実施例１ まず、リチウムコバルト酸化物（Ｌｉx ＣｏＯ2 （０．
８≦ｘ≦１））粉末９１重量％、アセチレンブラック
３．５重量％、グラファイト３．５重量％およびエチレ
ンプロピレンジエンモノマー粉末２重量％にトルエンを
加えて混合し、この混合物を厚さ３０μｍのアルミニウ
ム箔からなる集電体に塗布した後プレスすることにより
正極を作製した。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the aforementioned cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. Example 1 First, lithium cobalt oxide (Li x CoO 2 (0.
8 ≦ x ≦ 1)) Toluene is added to 91% by weight of powder, 3.5% by weight of acetylene black, 3.5% by weight of graphite, and 2% by weight of ethylene propylene diene monomer powder, and the mixture is mixed. A positive electrode was produced by applying the composition to a current collector made of an aluminum foil and pressing it.

【００９９】また、メソフェ―ズピッチを原料としたメ
ソフェーズ炭素繊維をアルゴン雰囲気下で１０００℃に
て熱処理し炭素化した後、平均粒径２５μｍ、粒度分布
で１〜８０μｍに９０体積％が存在するように、かつ粒
径０．５μｍ以下の粒子が４％％以下になるように適度
に粉砕した後、アルゴン雰囲気下で３０００℃にて黒鉛
化することにより炭素質物を製造した。Further, after mesophase carbon fiber using mesophase pitch as a raw material is heat-treated at 1000 ° C. in an argon atmosphere to be carbonized, 90 volume% is present in an average particle size of 25 μm and a particle size distribution of 1 to 80 μm. Then, after appropriately pulverizing so that particles having a particle size of 0.5 μm or less become 4% or less, a carbonaceous material was produced by graphitizing at 3000 ° C. in an argon atmosphere.

【０１００】得られた炭素質物質は、平均粒径２５μｍ
の黒鉛化炭素粉末であり、粒度分布で１〜８０μｍに９
０体積％が存在し、粒径が０．５μｍ以下の粒子の粒度
分布は０体積％であった。また、前記炭素質物質はＮ2
ガス吸着ＢＥＴ法による比表面積が３ｍ2 ／ｇであっ
た。The obtained carbonaceous material had an average particle size of 25 μm.
And a particle size distribution of 9 to 1 to 80 μm.
0% by volume was present, and the particle size distribution of the particles having a particle size of 0.5 μm or less was 0% by volume. Further, the carbonaceous substance is N 2
The specific surface area measured by the gas adsorption BET method was 3 m 2 / g.

【０１０１】前記炭素質物質についてＸ線回折により各
種パラメ―タを半価幅中点法で測定したところ、Ｐ101
／Ｐ100 の値は１．５であった。ｄ002 は、０．３３６
８ｎｍであった。また、示差熱分析による発熱ピ―ク
は、８１０℃であった。[0102] Various parameters by X-ray diffraction for the carbonaceous material - was measured by the half width midpoint method data, P 101
/ Value of P 100 was 1.5. d 002 is 0.336
It was 8 nm. The exothermic peak by differential thermal analysis was 810 ° C.

【０１０２】次いで、前記炭素質物質９６．７重量％を
スチレンブタジエンゴム２．２重量％およびカルボキシ
メチルセメロース１．１重量％と共に混合し、これを集
電体としての銅箔に塗布し、乾燥することにより負極を
作製した。Next, 96.7% by weight of the carbonaceous substance was mixed with 2.2% by weight of styrene-butadiene rubber and 1.1% by weight of carboxymethylsemelose, and the mixture was applied to a copper foil as a current collector. By drying, a negative electrode was produced.

【０１０３】前記正極、ポリプロピレン製多孔質フィル
ムからなるセパレ―タおよび前記負極をそれぞれこの順
序で積層した後、前記負極が外側に位置するように渦巻
き状に巻回して電極群を作製した。After laminating the positive electrode, the separator made of a porous film made of polypropylene, and the negative electrode in this order, the electrode was formed by spirally winding the negative electrode so as to be positioned outside.

【０１０４】さらに、電解質としてのビストリフルオロ
メチルスルホニルイミドリチウム［Ｌｉ（ＣＦ3 ＳＯ
2 ）2 Ｎ］をエチレンカ―ボネ―ト（ＥＣ）、プロピレ
ンカーボネート（ＰＣ）およびジエチルカ―ボネ―ト
（ＤＥＣ）の混合溶媒（混合体積比率４０：２０：４
０）に１．０モル／ｌ溶解して非水電解液を調製した。Further, lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [Li (CF 3 SO
2) 2 N] the Echirenka - Bonnet - DOO (EC), propylene carbonate (PC) and Jiechiruka - BONNET - a mixed solvent (mixing volume ratio of the bets (DEC) 40: 20: 4
0) was dissolved in 1.0 mol / l to prepare a non-aqueous electrolyte.

【０１０５】前記電極群及び前記電解液をステンレス製
の有底円筒状容器内にそれぞれ収納して前述した図１に
示す円筒形リチウム二次電池を組み立てた。 実施例２ 非水溶媒としてエチレンカ―ボネ―ト（ＥＣ）、プロピ
レンカーボネート（ＰＣ）およびジメチルカ―ボネ―ト
（ＤＭＣ）の混合溶媒（混合体積比率５０：１０：４
０）を用いた以外、実施例１と同様な構成で前述した図
１に示す円筒形リチウム二次電池を組み立てた。The above-mentioned electrode group and the above-mentioned electrolytic solution were respectively housed in a stainless steel bottomed cylindrical container to assemble the above-mentioned cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. Example 2 As a non-aqueous solvent, a mixed solvent of ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and dimethyl carbonate (DMC) (mixing volume ratio 50: 10: 4)
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled in the same manner as in Example 1 except that the above-mentioned (0) was used.

【０１０６】実施例３ 非水溶媒としてエチレンカ―ボネ―ト（ＥＣ）、プロピ
レンカーボネート（ＰＣ）およびアセトニトリル（Ａ
Ｎ）の混合溶媒（混合体積比率４０：２０：４０）を用
いた以外、実施例１と同様な構成で前述した図１に示す
円筒形リチウム二次電池を組み立てた。Example 3 Ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and acetonitrile (A) were used as non-aqueous solvents.
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled in the same configuration as in Example 1 except that the mixed solvent (N) was used (mixed volume ratio: 40:20:40).

【０１０７】実施例４ 非水溶媒としてエチレンカ―ボネ―ト（ＥＣ）、プロピ
レンカーボネート（ＰＣ）、ジメチルカ―ボネ―ト（Ｄ
ＭＣ）およびジエチルカ―ボネ―ト（ＤＥＣ）の混合溶
媒（混合体積比率４０：１０：２５：２５）を用いた以
外、実施例１と同様な構成で前述した図１に示す円筒形
リチウム二次電池を組み立てた。Example 4 Ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (D)
MC) and diethyl carbonate (DEC) in the same manner as in Example 1 except that a mixed solvent (mixed volume ratio of 40: 10: 25: 25) was used. The battery was assembled.

【０１０８】実施例５ 非水溶媒としてγ−ブチロラクトン（γ−ＢＬ）、エチ
レンカ―ボネ―ト（ＥＣ）およびプロピレンカーボネー
ト（ＰＣ）の混合溶媒（混合体積比率５０：１５：３
５）を用いた以外、実施例１と同様な構成で前述した図
１に示す円筒形リチウム二次電池を組み立てた。Example 5 As a non-aqueous solvent, a mixed solvent of γ-butyrolactone (γ-BL), ethylene carbonate (EC) and propylene carbonate (PC) (mixing volume ratio: 50: 15: 3)
The cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 described above was assembled in the same configuration as in Example 1 except that 5) was used.

【０１０９】実施例６ 以下に示す炭素質物質及び非水電解液を用いた以外、実
施例１と同様な構成で前述した図１に示す円筒形リチウ
ム二次電池を組み立てた。Example 6 The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled in the same manner as in Example 1 except that the following carbonaceous substance and nonaqueous electrolyte were used.

【０１１０】まず、メソフェ―ズピッチを原料とした炭
素繊維をアルゴン雰囲気下で８００℃にて熱処理し炭素
化した後、平均粒径２０μｍ、粒度分布で１〜８０μｍ
に９０体積％が存在するように適度に粉砕することによ
り炭素質物を製造した。得られた炭素質物質は、Ｎ2 ガ
ス吸着ＢＥＴ法による比表面積が５ｍ2 ／ｇ、Ｘ線回折
によるｄ002 は０．３６０ｎｍ、示差熱分析による発熱
ピ―クは６９０℃であった。First, carbon fibers made from mesophase pitch were heat-treated at 800 ° C. in an argon atmosphere to be carbonized, and then had an average particle size of 20 μm and a particle size distribution of 1 to 80 μm.
The carbonaceous material was produced by appropriately pulverizing so that 90% by volume was present. The obtained carbonaceous substance had a specific surface area of 5 m 2 / g by N 2 gas adsorption BET method, a d 002 of 0.360 nm by X-ray diffraction, and an exothermic peak of 690 ° C. by differential thermal analysis.

【０１１１】非水電解液は、γ−ブチロラクトン（γ−
ＢＬ）、エチレンカ―ボネ―ト（ＥＣ）およびジエトキ
シエタン（ＤＥＥ）の混合溶媒（混合体積比率２０：５
０：３０）を用いた以外、前記実施例１と同様な組成を
有する。The non-aqueous electrolyte is γ-butyrolactone (γ-butyrolactone).
BL), a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethoxyethane (DEE) (mixing volume ratio: 20: 5)
0:30), except that the composition was the same as in Example 1.

【０１１２】実施例７ 実施例６と同様な炭素質物および非水溶媒としてγ−ブ
チロラクトン（γ−ＢＬ）、エチレンカ―ボネ―ト（Ｅ
Ｃ）および２−メチルテトラヒドロフラン（２ＭｅＴＨ
Ｆ）の混合溶媒（混合体積比率３０：５０：２０）を用
いた以外、実施例１と同様な構成で前述した図１に示す
円筒形リチウム二次電池を組み立てた。Example 7 The same carbonaceous substance as in Example 6 and γ-butyrolactone (γ-BL) and ethylene carbonate (E
C) and 2-methyltetrahydrofuran (2MeTH
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled with the same configuration as in Example 1 except that the mixed solvent (F) (mixing volume ratio: 30:50:20) was used.

【０１１３】実施例８ 実施例６と同様な炭素質物および非水溶媒としてγ−ブ
チロラクトン（γ−ＢＬ）、エチレンカ―ボネ―ト（Ｅ
Ｃ）およびアセトニトリル（ＡＮ）の混合溶媒（混合体
積比率２０：５０：３０）を用いた以外、実施例１と同
様な構成で前述した図１に示す円筒形リチウム二次電池
を組み立てた。Example 8 The same carbonaceous substance as in Example 6 and γ-butyrolactone (γ-BL) and ethylene carbonate (E
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled with the same configuration as in Example 1 except that a mixed solvent of C) and acetonitrile (AN) (mixing volume ratio: 20:50:30) was used.

【０１１４】実施例９ 非水電解液としてビストリフルオロメチルアセチルイミ
ドリチウム［Ｌｉ（ＣＦ3 ＣＯ）2 Ｎ］をエチレンカ―
ボネ―ト（ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ＰＣ）お
よびジエチルカ―ボネ―ト（ＤＥＣ）の混合溶媒（混合
体積比率６０：１０：３０）に１．０モル／ｌ溶解した
ものを用いた以外、実施例１と同様な構成で前述した図
１に示す円筒形リチウム二次電池を組み立てた。Example 9 As a non-aqueous electrolytic solution, lithium bistrifluoromethylacetylimide [Li (CF 3 CO) 2 N]
The procedure was performed except that a solution prepared by dissolving 1.0 mol / l in a mixed solvent (mixing volume ratio: 60:10:30) of carbonate (EC), propylene carbonate (PC) and diethyl carbonate (DEC) was used. The cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 described above was assembled in the same configuration as in Example 1.

【０１１５】実施例１０ 負極材料として二硫化チタンを、非水電解液としてＬｉ
（ＣＦ3 ＳＯ2 ）2 Ｎγ−ブチロラクトン（γ−Ｂ
Ｌ）、エチレンカ―ボネ―ト（ＥＣ）およびアセトニト
リル（ＡＮ）の混合溶媒（混合体積比率２０：５０：３
０）に１．０モル／ｌ溶解したものを用いた以外、実施
例１と同様な構成で前述した図１に示す円筒形リチウム
二次電池を組み立てた。Example 10 Titanium disulfide was used as a negative electrode material, and Li was used as a nonaqueous electrolyte.
(CF 3 SO 2 ) 2 Nγ-butyrolactone (γ-B
L), a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and acetonitrile (AN) (mixing volume ratio 20: 50: 3)
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled in the same manner as in Example 1 except that the solution prepared by dissolving 1.0 mol / l in 0) was used.

【０１１６】実施例１１ 負極をアルミニウムマンガン合金により形成した以外、
実施例１と同様な構成で前述した図１に示す円筒形リチ
ウム二次電池を組み立てた。Example 11 Except that the negative electrode was formed of an aluminum manganese alloy,
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled in the same configuration as in Example 1.

【０１１７】比較例１ 非水電解液として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ
6 ）をエチレンカ―ボネ―ト（ＥＣ）およびγ−ブチロ
ラクトン（γ−ＢＬ）の混合溶媒（混合体積比率５０：
５０）に１．０モル／ｌ溶解したものを用いた以外、実
施例１と同様な構成で前述した図１に示す円筒形リチウ
ム二次電池を組み立てた。Comparative Example 1 As a non-aqueous electrolyte, lithium hexafluorophosphate (LiPF
6 ) is a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and γ-butyrolactone (γ-BL) (mixing volume ratio: 50:
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled in the same manner as in Example 1 except that the solution prepared by dissolving 1.0 mol / l in Example 50) was used.

【０１１８】比較例２ 非水電解液として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ
6 ）をエチレンカ―ボネ―ト（ＥＣ）およびジエトキシ
エタン（ＤＭＥ）の混合溶媒（混合体積比率５０：５
０）に１．０モル／ｌ溶解したものを用いた以外、実施
例１と同様な構成で前述した図１に示す円筒形リチウム
二次電池を組み立てた。Comparative Example 2 As a non-aqueous electrolyte, lithium hexafluorophosphate (LiPF
6 ) as a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and diethoxyethane (DME) (mixing volume ratio: 50: 5)
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled in the same manner as in Example 1 except that the solution prepared by dissolving 1.0 mol / l in 0) was used.

【０１１９】比較例３ 非水電解液として六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ
6 ）をエチレンカ―ボネ―ト（ＥＣ）およびアセトニト
リル（ＡＮ）の混合溶媒（混合体積比率５０：５０）に
１．０モル／ｌ溶解したものを用いた以外、実施例１と
同様な構成で前述した図１に示す円筒形リチウム二次電
池を組み立てた。Comparative Example 3 As a non-aqueous electrolyte, lithium hexafluorophosphate (LiPF
6 ) was dissolved in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and acetonitrile (AN) (mixing volume ratio: 50:50) at a ratio of 1.0 mol / l, and the same configuration as in Example 1 was used. The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled.

【０１２０】得られた本実施例１〜１１および比較例１
〜３のリチウム二次電池について、４５℃の温度下にて
充電電流５００ｍＡで４．２Ｖまで３時間の充電をし、
２．７Ｖまで１Ａのハイレ―ト電流で放電する充放電を
繰り返し行い、各電池の放電容量とサイクル寿命をそれ
ぞれ測定した。その結果を図２に示す。The obtained Examples 1 to 11 and Comparative Example 1
About 3 lithium secondary batteries at a temperature of 45 ° C. and a charging current of 500 mA for up to 4.2 V for 3 hours;
Charging and discharging were performed repeatedly at a high rate of 1 A up to 2.7 V, and the discharge capacity and cycle life of each battery were measured. The result is shown in FIG.

【０１２１】図２から明らかなように本実施例１〜１１
のリチウム二次電池は、比較例１〜３の電池に比べてハ
イレ―トの放電においても容量が高く、かつサイクル寿
命が格段に向上されることがわかる。As is apparent from FIG.
It can be seen that the lithium secondary battery has a higher capacity even at a high rate of discharge than the batteries of Comparative Examples 1 to 3, and the cycle life is significantly improved.

【０１２２】なお、常温（２５℃）における同様な充放
電を繰り返し試験において、実施例１〜１１のリチウム
二次電池は比較例１〜３の電池に比べて高容量で長寿命
であった。In the repetitive charge / discharge test at room temperature (25 ° C.), the lithium secondary batteries of Examples 1 to 11 had higher capacities and longer life than the batteries of Comparative Examples 1 to 3.

【０１２３】なお、前記実施例では円筒形リチウム二次
電池に適用した例を説明したが、角形リチウム二次電池
にも同様に適用できる。また、前記電池の容器内に収納
された電極群は渦巻き形に限らず、正極、セパレータお
よび負極をこの順序で複数積層した形態にしてもよい。In the above embodiment, an example in which the present invention is applied to a cylindrical lithium secondary battery has been described. However, the present invention can be similarly applied to a prismatic lithium secondary battery. Further, the electrode group accommodated in the battery container is not limited to a spiral shape, but may be a form in which a plurality of positive electrodes, separators, and negative electrodes are stacked in this order.

【０１２４】[0124]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば高
温での使用においても高容量でサイクル寿命の優れたリ
チウム二次電池を提供できる。As described above, according to the present invention, a lithium secondary battery having a high capacity and an excellent cycle life can be provided even when used at a high temperature.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明に係わる円筒型リチウム二次電池を示す
部分断面図。FIG. 1 is a partial sectional view showing a cylindrical lithium secondary battery according to the present invention.

【図２】本発明の実施例１〜１１および比較例１〜３の
リチウム二次電池における充放電サイクルと放電容量と
の関係を示す特性図。FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a charge / discharge cycle and a discharge capacity in the lithium secondary batteries of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 3 of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１…容器、３…電極群、４…正極、６…負極、８…封口
板。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... container, 3 ... electrode group, 4 ... positive electrode, 6 ... negative electrode, 8 ... sealing plate.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−211070（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−74491（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−129018（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−275321（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−318459（ＪＰ，Ａ) マテリアル・データベース編集委員会 編，マテリアル・データベース−無機材 料−，日本，日刊工業新聞社，1989年１ 月25日，初版，Ｐ715−717 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 10/40 H01M 4/00 - 4/62 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (56) References JP-A-5-211070 (JP, A) JP-A-5-74491 (JP, A) JP-A-5-129018 (JP, A) JP-A-5-129018 275321 (JP, A) JP-A-6-318459 (JP, A) Material Database Editing Committee, Material Database-Inorganic Materials, Japan, Nikkan Kogyo Shimbun, January 25, 1989, first edition, P715-717 (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 10/40 H01M 4/00-4/62

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 正極と、負極と、非水電解液とを具備し
たリチウム二次電池において、 前記負極は、メソフェーズピッチを原料とし、硫黄の含
有量が１０００ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含む）の炭素質
物を含み、かつ前記非水電解液は、エチレンカーボネー
トおよびプロピレンンカーボネートから選ばれる少なく
とも１種以上の溶媒１０〜８０体積％とジエトキシエタ
ン、鎖状カーボネートおよびアセトニトリルから選ばれ
る少なくとも１種以上の溶媒２０〜９０体積％とを混合
した非水溶媒に式Ｌｉ（Ｃn Ｘ2n+1Ｙ）2 Ｎ（ただしＸ
はハロゲン、ｎは１〜４の整数、ＹはＣＯ基またはＳＯ
2 基を示す）で表されるイミド系リチウム塩を０．１〜
３モル／ｌ溶解したものからなることを特徴とするリチ
ウム二次電池。1. A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode is made of a mesophase pitch as a raw material, and has a sulfur content of 1000 ppm or less (including 0 ppm). And the non-aqueous electrolyte contains 10 to 80% by volume of at least one solvent selected from ethylene carbonate and propylene carbonate and at least one solvent selected from diethoxyethane, chain carbonate and acetonitrile. non-aqueous solvent mixture of 20 to 90 vol% formula Li (C n X 2n + 1 Y) 2 n ( provided that X
Is a halogen, n is an integer of 1 to 4, Y is a CO group or SO
Imide lithium salt represented by 2 )
A lithium secondary battery comprising 3 mol / l dissolved. 【請求項２】 正極と、負極と、非水電解液とを具備し
たリチウム二次電池において、 前記負極は、メソフェーズピッチを原料とし、硫黄の含
有量が１０００ｐｐｍ以下（０ｐｐｍを含む）の炭素質
物を含み、かつ前記非水電解液は、γ−ブチロラクトン
１０〜８０体積％と環状カーボネート、鎖状カーボネー
ト、ジエトキシエタン、環状エーテルおよびアセトニト
リルから選ばれる少なくとも１種以上の溶媒２０〜９０
体積％とを混合した非水溶媒に式Ｌｉ（Ｃn Ｘ2n+1Ｙ）
2 Ｎ（ただしＸはハロゲン、ｎは１〜４の整数、ＹはＣ
Ｏ基またはＳＯ2 基を示す）で表されるイミド系リチウ
ム塩を０．１〜３モル／ｌ溶解したものからなることを
特徴とするリチウム二次電池。2. A lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode, and a non-aqueous electrolyte, wherein the negative electrode is made of a mesophase pitch as a raw material and has a sulfur content of 1000 ppm or less (including 0 ppm). And the non-aqueous electrolyte contains 10 to 80% by volume of γ-butyrolactone and at least one solvent 20 to 90 selected from the group consisting of cyclic carbonate, chain carbonate, diethoxyethane, cyclic ether and acetonitrile.
The formula Li (C n X 2n + 1 Y) is added to a non-aqueous solvent mixed with
2 N (where X is halogen, n is an integer of 1-4, Y is C
A lithium secondary battery characterized by comprising 0.1 to 3 mol / l of an imide-based lithium salt represented by the formula: O group or SO 2 group).
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