JP7388109B2 - 非水系二次電池用負極材、非水系二次電池用負極及び非水系二次電池 - Google Patents
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Description
特性が不十分であることがわかった。即ち、本発明の課題は、高容量であり、低温入出力特性及び高温保存特性のバランスに優れた非水系二次電池用負極材、並びにこれを含む非水系二次電池用負極及び非水系二次電池を提供することにある。
1)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱開始温度を有する。
1)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱開始温度を有する。
式α:
[ラマンR1値]=[ラマンスペクトル分析における1360cm-1付近のピークPBの強度IB]/[1580cm-1付近のピークPAの強度IA]
[3] 前記DTA曲線において、下記条件2)及び3)のうちの少なくとも一方を満たす[1]または[2]に記載の非水系二次電池用負極材。
2)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱ピークを有さない。
3)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱ピークを有し、かつ該発熱ピークの面積が0μV・s/mg超過90μV・s/mg以下である。
[4] 前記DTA曲線において、下記条件4)を満たす、[1]乃至[3]のいずれかに記載の非水系二次電池用負極材。
4)800℃超過1000℃以下の温度範囲に発熱ピークを有する。
式β:
[ラマンR2値]=[ラマンスペクトル分析における1580cm-1付近のピークPAと1360cm-1付近のピークPBの間の谷(極小値)の強度IC]/[1580cm-1付近のピークPAの強度IA]
式γ:
[ラマンR3値]=[ラマンスペクトル分析における1580cm-1付近のピークPAと1360cm-1付近のピークPBの間の谷(極小値)の強度IC]/[1360cm-1付近のピークPBの強度IB]
[6] BET比表面積(SA)が0.5m2/g以上7.0m2/g以下である、[1]乃至[5]のいずれか一つに記載の非水系二次電池用負極材。
[7] タップ密度が0.60g/cm3以上1.40g/cm3以下である、[1]乃至[6]のいずれか一つに記載の非水系二次電池用負極材。
[8] X線回折法より求められる面間隔(d002)が0.340nm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、[1]乃至[7]のいずれか一つに記載の非水系二次電池用負極材。
[9]水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)を用いて測定した、細孔径が0.01μm以上
1μm以下の範囲における積算細孔容積が0.200mL/g以下である、[1]乃至[8]のいずれか一項に記載の非水系二次電池用負極材。
本発明の第一の形態である非水系二次電池用負極材(以下、単に「本発明の負極材」と称することがある。)は、表面の少なくとも一部に非晶質炭素質物を有する黒鉛を含み、空気気流中における示差熱分析(DTA)から得られるDTA曲線において、下記条件1)を満たすものである。
1)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱開始温度を有する。
上する傾向がある。
1)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱開始温度を有する。
式α:
[ラマンR1値]=[ラマンスペクトル分析における1360cm-1付近のピークPBの強度IB]/[1580cm-1付近のピークPAの強度IA]
以下、第一の形態の非水系二次電池用負極材及び第二の形態の非水系二次電池用負極材を含め、本発明の負極材とも称する。本発明の負極材は以下に説明する熱的特性を満足す
る。また、本発明の負極材は、以下の各物性を満足していることが好ましい。
本発明の負極材は、空気気流中における示差熱分析(DTA)から得られるDTA曲線において、以下の条件1)を満たすものである。また、上記DTA曲線において、条件2)及び3)のうち少なくとも一報を満足することが好ましく、更に条件4)を満足することが好ましい。
1)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱開始温度を有する。
2)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱ピークを有さない。
3)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱ピークを有し、かつ該発熱ピークの面積が0μV・s/mg超過90μV・s/mg以下である。
4)800℃超過1000℃以下の温度範囲に発熱ピークを有する。
来する発熱ピークに加え、黒鉛に由来する発熱ピークも有するため、それら発熱ピークの足し合わせとなって現れる。
本発明におけるラマンR1値は、下記式αの通り、本発明の負極材についてラマン分光法により得られるラマンスペクトルにおける1580cm-1付近のピークPAの強度IAと、1360cm-1付近のピークPBの強度IBとを測定したときの強度比(IB/IA)として定義する。なお、「1580cm-1付近」とは1580~1620cm-1の範囲を、「1360cm-1付近」とは1350~1370cm-1の範囲を指す。式α:
[ラマンR1値]=[ラマンスペクトル分析における1360cm-1付近のピークPBの強度IB]/[1580cm-1付近のピークPAの強度IA]
式β:
[ラマンR2値]=[ラマンスペクトル分析における1580cm-1付近のピークPAと1360cm-1付近のピークPBの間の谷(極小値)の強度IC]/[1580cm-1付近のピークPAの強度IA]
式γ:
[ラマンR3値]=[ラマンスペクトル分析における1580cm-1付近のピークPAと1360cm-1付近のピークPBの間の谷(極小値)の強度IC]/[1360cm-1付近のピークPBの強度IB]
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。
アルゴンイオンレーザー光の波長 :514.5nm
試料上のレーザーパワー :25mW
分解能 :4cm-1
測定範囲 :1100cm-1~1730cm-1
ピーク強度測定、ピーク半値幅測定 :バックグラウンド処理、スムージング処理(単純平均によるコンボリューション5ポイント)
本発明の負極材は、BET法による比表面積(SA)が、好ましくは0.5m2/g以上であり、より好ましくは1.0m2/g以上であり、更に好ましくは1.5m2/g以上であり、特に好ましくは2.0m2/g以上であり、一方、好ましくは7.0m2/g以下であり、より好ましくは6.0m2/g以下であり、更に好ましくは5.0m2/g以下であり、特に好ましくは4.0m2/g以下である。SAが上記範囲内にあると、前述の熱的特性を有する傾向にあるため好ましい。また、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や低温入出力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。
本発明の負極材は、タップ密度(g/cm3)が、好ましくは0.60g/cm3以上であり、より好ましくは0.80g/cm3以上であり、更に好ましくは1.00g/cm3以上であり、特に好ましくは1.10g/cm3以上であり、最も好ましくは1.15gであり、一方、好ましくは1.40g/cm3以下であり、より好ましくは1.35g/cm3以下であり、更に好ましくは1.30g/cm3以下、特に好ましくは1.25g/cm3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、且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、また低温入出力特性や急速充放電特性に優れる観点から好ましい。
本発明の負極材は、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、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。
本発明の負極材において、細孔径が0.01μm以上1μm以下の範囲における積算細孔容積は水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)を用いて測定した値であり、好ましくは0.200mL/g以下であり、より好ましくは0.150mL/g以下であり、さらに好ましくは0.100mL/g以下であり、特に好ましくは0.090mL/g以下であり、最も好ましくは0.080mL/g以下であり、一方、好ましくは0.001mL/g以上であり、より好ましくは0.002mL/g以上であり、さらに好ましくは0.005mL/g以上である。本発明の負極材において、細孔径が0.01μm以上1μm以下の範囲における積算細孔容積は、負極材粒子内部に存在する細孔容積の指標となる。これを上記上限値以下とすることにより、電極を一定密度となるまでプレスした際に、従来の粒子内部に存在する細孔容積が大きい負極材と比較して、相対的に粒子間の細孔容積を大きく確保することが可能となる。この結果、充放電時にLiイオンが電極内をスムーズに移動することが可能となり、低温入出力特性に優れる傾向がある。一方で、上記下限値以上とすることにより、電極表面に十分なLiイオンの挿入・脱離サイトを確保することができるため低温入出力特性に優れる傾向がある。
本発明の負極材は、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。
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]
本発明の負極材は、体積基準平均粒子径(「平均粒子径d50」とも記載する。)は好ましくは1μm以上、より好ましくは3μm以上、更に好ましくは4μm以上、特に好ましくは5μm以上である。また、好ましくは50μm以下、より好ましくは40μm以下、更に好ましくは30μm以下、特に好ましくは25μm以下、最も好ましくは20μm以下である。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。
本発明の非水系二次電池用負極材の製造方法は、表面の少なくとも一部に非晶質炭素を有する黒鉛を含み、前記細孔容積と前記熱的特性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、黒鉛と特定の非晶質炭素前駆体(非晶質炭素の原料)を混合し、特定の条件で焼成することで製造することができる。具体的には、表面の少なくとも一部に非晶質炭素を有する黒鉛に、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、負極材の細孔容積と熱的特性を特定範囲に調整することが可能となるため好ましい。
本発明の負極材は黒鉛を含む。本発明の負極材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黒鉛について説明したものと同様である。
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。
本発明の負極材の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。
[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]
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。
黒鉛のタップ密度は、好ましくは0.60g/cm3以上であり、より好ましくは0.70g/cm3以上であり、更に好ましくは0.80g/cm3以上であり、特に好ましくは0.85g/cm3以上であり、最も好ましくは0.90g/cm3以上であり、一方、通常1.40g/cm3以下であり、好ましくは1.30g/cm3以下であり、より好ましくは1.20g/cm3以下である。
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。
黒鉛のBET比表面積は特に限定されないが、通常1.0m2/g以上であり、好ましくは1.5m2/g以上であり、より好ましくは2.0m2/g以上であり、更に好ましくは3.0m2/g以上であり、特に好ましくは4.5m2/g以上であり、最も好ましくは5.0m2/g以上である。また、通常、30.0m2/g以下であり、好ましくは20.0m2/g以下であり、より好ましくは10.0m2/g以下である。
黒鉛の下記式αで表されるラマンR1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R1値=(ラマンスペクトル分析における1360cm-1付近のピークPBの強度IB)/(1580cm-1付近のピークPAの強度IA)
前記黒鉛は加圧処理してもよい。加圧処理することにより前記細孔径が0.01μm以上1μm以下の範囲における積算細孔容積を調整することができる。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加えてもよい。
本発明の負極材は、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。この非晶質炭素複合化の処理は黒鉛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。黒鉛の非晶質炭素複合化を適切な条件で行うことにより、前述の熱的特性を満足するものになると共に、細孔容積も前述の範囲に制御しやすくなる。
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。
本発明の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。
本発明の非水系二次電池用負極(以下、「本発明の負極」と称する場合がある。)は、集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを備え、該活物質層が本発明の負極材を含有するものである。
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。
本発明の非水系二次電池は、正極及び負極、並びに電解質を備える非水系二次電池であって、負極として、本発明の負極を用いたものである。特に、本発明の非水系二次電池に用いる正極及び負極は、通常、Liイオンを吸蔵、放出可能なリチウムイオン二次電池であることが好ましい。
本発明の非水系二次電池の正極の活物質となる正極材としては、例えば、基本組成がLiCoO2で表されるリチウムコバルト複合酸化物、LiNiO2で表されるリチウムニッケル複合酸化物、LiMnO2及びLiMn2O4で表されるリチウムマンガン複合酸化物等のリチウム遷移金属複合酸化物、二酸化マンガン等の遷移金属酸化物、並びにこれらの複合酸化物混合物等を用いればよい。更にはTiS2、FeS2、Nb3S4、Mo3S4、CoS2、V2O5、CrO3、V3O3、FeO2、GeO2及びLiNi0.33Mn0.33Co0.33O2、LiFePO4等を用いればよい。
電解液は、従来周知の非水溶媒に種々のリチウム塩を溶解させたものを用いることができる。
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。
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。
後述の実施例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1.6±0.03g/cm3(表-1の実施例1~3、比較例1~3、及び比較例5)、及び1.5±0.03g/cm3(表-1の比較例4)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。
正極は、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(LiNiMnCoO2)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/cm2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/cm3になるよう調整し電極シートを得た。
上記方法で作製した負極材料が10.0±0.3mg/cm2付着した、活物質層の密度が1.6±0.03g/cm3(表-1の実施例1~3、比較例1~3、及び比較例5)、1.5±0.03g/cm3(表-1の比較例4)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、LiPF6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、シート状の非水系電解液二次電池を作製した。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。
上記方法で作製した、負極材料が10.0±0.3mg/cm2付着した、活物質層の密度が1.6±0.03g/cm3(表-1の実施例1~3、比較例1~3、及び比較例5)、1.5±0.03g/cm3(表-1の比較例4)の電極シートを直径12.5mmの円盤状に打ち抜き、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(容積比=3:7)に、LiPF6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。
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。
前述の非水電解液二次電池の方法により作製したラミネート型非水電解液二次電池を用いて、次の測定方法で低温出力特性を測定した。
前述の非水電解液二次電池の方法により作製したラミネート型非水電解液二次電池を用いて、次の測定方法で高温保存特性を測定した。
平均粒径(d50)が100μmの鱗片状天然黒鉛を球形化処理して作製した球形化天然黒鉛(平均粒径(d50)16.2μm、BET比表面積(SA)6.9m2/g、タップ密度1.00g/cm3)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、炉内の酸素濃度<1000ppmになるまで窒素を流通させて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1:0.03であることが確認された。また、前記した測定法で積算細孔容積、示差熱分析(DTA)、各ラマンR値、ラマン半値全幅(ΔνB)、平均粒子径(d50)、BET比表面積(SA)、タップ密度、面間隔(d002)、結晶子の大きさ(Lc)等の複合炭素材の各特性を測定し、さらに、前記した測定法で負極密度1.6g/cm3での放電容量、初期効率、低温出力特性、高温保存特性等の電池特性を測定した。結果を表-1に示す。
平均粒径(d50)が100μmの鱗片状天然黒鉛を球形化処理して作製した球形化天然黒鉛(平均粒径(d50)16.2μm、SA6.9m2/g、タップ密度1.00g/cm3)をゴム製容器に充填・密閉して等方的加圧処理を行った後、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、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1:0.03であることが確認された。実施例1と同様の測定を行った結果を表-1に示す。
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1:0.015とした以外は実施例2と同様の方法で負極材を得た。実施例1と同様の測定を行った結果を表-1に示す。
平均粒径(d50)が100μmの鱗片状天然黒鉛を球形化処理して作製した球形化天然黒鉛(平均粒径(d50)11.2μm、SA8.3m2/g、タップ密度0.88g
/cm3)と、非晶質炭素前駆体として灰分0.1%、金属不純物量500ppm、Qi3%に調整したタールを混合した後、炉内の酸素濃度<1000ppmになるまで窒素を流通させて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1:0.07であることが確認された。実施例1と同様の測定を行った結果を表-1に示す。
不活性ガス中で900℃熱処理を施した以外は実施例1と同様の方法で負極材を得た。実施例1と同様の測定を行った結果を表-1に示す。
不活性ガス中で1100℃熱処理を施した以外は実施例1と同様の方法で負極材を得た。実施例1と同様の測定を行った結果を表-1に示す。
平均粒径(d50)が100μmの鱗片状天然黒鉛を粉砕してd50が8.5μmの鱗片上天然黒鉛を得た。得られた鱗片状天然黒鉛に造粒剤としてパラフィン系オイルを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材を除去し、球形化天然黒鉛(平均粒径(d50)12.6μm、SA15.3m2/g、タップ密度0.88g/cm3)を得た。得られた球形化黒鉛粉末と非晶質炭素前駆体としてピッチを混合し、不活性ガス中で1300℃熱処理を施した後、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1:0.07であることが確認された。負極密度1.5g/cm3で測定した以外は実施例1と同様の測定を行った結果を表-1に示す。
平均粒径(d50)が100μmの鱗片状天然黒鉛を球形化処理して作製した球形化天然黒鉛(平均粒径(d50)16.2μm、SA6.9m2/g、タップ密度1.00g/cm3)をそのまま用いて、実施例1と同様の測定を行った結果を表-1に示す。
フにおいては実施例と比較例の結果を元にそれぞれ近似直線を示している。それぞれのグラフにおいて、より右上の領域にある結果が高温保存特性と低温出力特性のバランスに優れることを意味する。
Claims (11)
- 表面の少なくとも一部に非晶質炭素質物を有する黒鉛を含み、空気気流中における示差熱分析(DTA)から得られるDTA曲線において、下記条件1)を満たす非水系二次電池用負極材。
1)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱開始温度を有する。 - 以下の式αから算出されるラマンR1値が0.15以上1.00以下、ラマン半値全幅(ΔνB)が65cm-1以上400cm-1以下であり、空気気流中における示差熱分析(DTA)から得られるDTA曲線において、下記条件1)を満たす非水系二次電池用負極材。
1)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱開始温度を有する。
式α:
[ラマンR1値]=[ラマンスペクトル分析における1360cm-1付近のピークPBの強度IB]/[1580cm-1付近のピークPAの強度IA] - 前記DTA曲線において、下記条件2)及び3)のうちの少なくとも一方を満たす請求項1または2に記載の非水系二次電池用負極材。
2)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱ピークを有さない。
3)630℃以上800℃以下の温度範囲に発熱ピークを有し、かつ該発熱ピークの面積が0μV・s/mg超過90μV・s/mg以下である。 - 前記DTA曲線において、下記条件4)を満たす、請求項1乃至3のいずれか一項に記載の非水系二次電池用負極材。
4)800℃超過1000℃以下の温度範囲に発熱ピークを有する。 - 以下の式βから算出されるラマンR2値が0.03以上0.60以下、以下の式γから算出されるラマンR3値が0.10以上1.00以下である、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の非水系二次電池用負極材。
式β:
[ラマンR2値]=[ラマンスペクトル分析における1580cm-1付近のピークPAと1360cm-1付近のピークPBの間の谷(極小値)の強度IC]/[1580cm-1付近のピークPAの強度IA]
式γ:
[ラマンR3値]=[ラマンスペクトル分析における1580cm-1付近のピークPAと1360cm-1付近のピークPBの間の谷(極小値)の強度IC]/[1360cm-1付近のピークPBの強度IB] - BET比表面積(SA)が0.5m2/g以上7.0m2/g以下である、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の非水系二次電池用負極材。
- タップ密度が0.60g/cm3以上1.40g/cm3以下である、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の非水系二次電池用負極材。
- X線回折法より求められる面間隔(d002)が0.340nm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乃至7のいずれか一項に記載の非水系二次電池用負極材。
- 水銀圧入法(水銀ポロシメトリー)を用いて測定した、細孔径が0.01μm以上1μm以下の範囲における積算細孔容積が0.200mL/g以下である、請求項1乃至8の
いずれか一項に記載の非水系二次電池用負極材。 - 集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを備え、該活物質層が請求項1乃至9のいずれか一項に記載の負極材を含有する、非水系二次電池用負極。
- 正極及び負極、並びに電解質を備える非水系二次電池であって、該負極が請求項10に記載の非水系二次電池用負極である、非水系二次電池。
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