TWI543431B - Non-aqueous electrolyte secondary battery negative electrode carbonaceous material and its manufacturing method, and the use of the carbonaceous material of the negative and non-aqueous electrolyte secondary battery - Google Patents

Description

非水電解質二次電池負極用碳質材料及其製造方法、與使用前述碳質材料之負極及非水電解質二次電池

本發明係關於一種實施有氧化處理之非水電解質二次電池負極用碳質材料及其製造方法。

近年來，隨著對環境問題之關心之高漲，業界不斷研究能量密度較高、輸出特性優異之大型鋰離子二次電池於電動汽車中之搭載。於行動電話或筆記型電腦等小型行動裝置用途中，平均體積之電容變得重要，因此主要利用密度較大之石墨質材料作為負極活性物質。但是，關於車載用鋰離子二次電池，其大型且價格昂貴，故而中途之更換較為困難。因此，需要至少與汽車同等之耐久性，而追求10年以上之壽命性能之實現(高耐久性)。石墨質材料或石墨結構發達之碳質材料容易因由鋰之摻雜、脫摻雜之反覆引起之結晶膨脹收縮而發生破裂，充放電之反覆性能較差，因此不適合作為要求較高之循環耐久性之車載用鋰離子二次電池用負極材料。相對於此，就由鋰之摻雜、脫摻雜反應引起之粒子之膨脹收縮較小而具有較高之循環耐久性之觀點而言，難石墨化性碳適合用於汽車用途(專利文獻1)。

先前，作為難石墨性碳之碳源，而研究瀝青類、高分子化合物、以及植物系之有機物等。瀝青存在石油系與煤系，其中大量含有多種金屬雜質，因此使用時必須將該等去除。作為歸入石油系範疇者，有於由石腦油等製造乙烯之步驟中進行精製之底油，雜質較少而 成為優質之碳原料，但亦存在輕質成分較多、碳化產率較低之問題。該等瀝青類具有藉由熱處理而生成易石墨化性碳(焦炭等)之性質，製造難石墨化性碳時必須進行交聯處理。如此，由瀝青類製備難石墨化性碳時需要較多步驟。

可藉由對高分子化合物、尤其酚樹脂或呋喃樹脂等熱硬化性樹脂進行熱處理而獲得難石墨化性碳。但是，以用以獲得高分子化合物之單體之合成為代表，需要聚合、碳化等較多步驟，製造成本變高，作為需要廉價且大量地製造之大型電池用負極材之製造方法存在很多問題。

對此，本發明者等人發現，利用源自植物之有機物之碳源可摻雜大量活性物質，故而有望作為負極材料(專利文獻2)。進而，於使用源自植物之有機物作為負極用碳質材料之碳源的情形時，存在於有機物原料中之鉀元素或鈣元素等灰分會對用作負極之碳質材料之摻雜及脫摻雜特性造成不良影響，故而提出有藉由對源自植物之有機物進行利用酸清洗之去灰分處理(以下稱為液相去灰分)而使鉀元素之含量降低的方法(專利文獻2及3)。

另一方面，專利文獻4中揭示，使用未曾進行300℃以上之熱處理之廢棄咖啡豆以溫水去灰分。於使用無高溫下之熱處理歷程之原料的該方法中，即便於使用粒徑為1mm以上之原料之情形時，亦可使鉀含量降低至0.1質量%以下，過濾性亦得到改善。

[先前技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開平8-64207號公報

[專利文獻2]日本專利特開平9-161801號公報

[專利文獻3]日本專利特開平10-21919號公報

[專利文獻4]日本專利特開2000-268823號公報

上述以源自植物之有機物作為原料之碳質材料容易獲取原料，故而期望其工業化。本發明者等人對源自植物之負極用碳質材料之製造方法中的工業上可使用之去灰分方法進行努力研究，結果發現，藉由將平均粒徑100μm以上之源自植物之有機物於進行脫焦油之前在pH值3.0以下之酸性溶液中進行去灰分處理，可將鉀及鈣去除。

但是，由藉由前述方法製備之源自植物之有機物獲得的碳質材料中，其結晶結構之秩序性較高，有助於鋰之摻雜、脫摻雜之d(002)面之平均層面間隔較小。其結果為，所獲得之碳質材料之真密度變大。因此，容易因由鋰之摻雜、脫摻雜之反覆而引起之結晶膨脹收縮而發生結構破壞，因此循環特性較低。因此，於動作溫度較高之情形時，電解液中之鋰之遷移性亦增高，因此更容易發生鋰之摻雜、脫摻雜，而有結構破壞加速而高溫循環特性顯著降低之問題。

本發明之第1目的在於提供一種以源自植物之有機物作為原料、將如鉀元素之鹼金屬充分去灰分而純度較高、高溫循環特性優異的非水電解質二次電池負極用碳質材料、及使用其之鋰離子二次電池。又，本發明之第2目的在於提供一種穩定且有效率地製造高溫循環特性優異之非水電解質二次電池負極用碳質材料之方法。

本發明者等人於由源自植物之有機物製作將如鉀元素之鹼金屬充分去灰分且高溫時之循環特性優異的非水電解質二次電池負極用碳質材料時，進行努力研究，結果發現，藉由在去灰分後且脫焦油前對源自植物之有機物進行於氧化性氣體環境下以200~400℃進行加熱之氧化處理步驟，可使真密度成為特定範圍，其結果為可製造高溫循環特性優異之鋰離子二次電池，從而完成本發明。

進而本發明者等人發現，於前述之氧化處理中，產生由原料之氧化反應引起之發熱，體系內溫度急遽上升，因此必須適當地控制體系內溫度。若由氧化發熱引起之體系內溫度上升難以抑制，則有如下情況：體系內溫度加速上升，原料之熱分解之生成氣體與氧化性氣體發生反應，引起體系內之原料之燃燒與熱失控。因此，為了抑制因由乾燥或氧化處理引起之氧化發熱導致體系內溫度過度上升，而必須向體系內供給水，藉由水之蒸發潛熱而使體系內冷卻，藉此適當地控制體系內溫度。消耗巨大能量對含有較多水分之咖啡萃取殘渣進行乾燥，進而於下一步驟中消耗能量進行加熱，並於此時為了抑制發熱而向體系內供給水，該製造法就製造之觀點而言並非效率者，但此步驟不可避免。

本發明者等人對穩定且有效率地製造高溫循環特性優異之非水電解質二次電池負極用碳質材料的方法進行努力研究，結果發現，於對咖啡萃取殘渣(源自咖啡豆之有機物)或其去灰分物(經去灰分之源自咖啡豆之有機物)進行氧化性氣體環境下之氧化處理時，針對伴隨氧化反應之過剩發熱而將含有水分之咖啡萃取殘渣(源自咖啡豆之有機物)或其去灰分物(經去灰分之源自咖啡豆之有機物)導入至體系內並混合，藉此進行冷卻而控制為特定之反應溫度，可穩定且有效率地製造高溫循環特性優異之碳質材料，從而完成本發明。

因此，本發明係關於：[1]一種非水電解質二次電池負極用碳質材料，其係使源自植物之有機物碳化而獲得之碳質材料，且其利用元素分析獲得之氫原子與碳原子之原子比(H/C)為0.1以下，平均粒徑D_v50為2μm以上且50μm以下，藉由粉末X射線繞射法求出之002面之平均面間隔為0.365nm以上且0.400nm以下，鉀元素含量為0.5質量%以下，鈣元素含量為0.02質量%以下，藉由使用丁醇之比重瓶法求出之真密度為1.44g/cm³以上 且未達1.54g/cm³；[2]如[1]之非水電解質二次電池負極用碳質材料，其中前述源自植物之有機物包含源自咖啡豆之有機物；[3]如[1]或[2]之非水電解質二次電池負極用碳質材料，其中平均粒徑Dv₅₀為2μm以上且8μm以下；[4]一種非水電解質二次電池負極用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其包括：對平均粒徑為100μm以上之源自植物之有機物進行去灰分之步驟，將前述經去灰分之有機物於氧化性氣體環境下以200℃以上且400℃以下進行加熱之氧化處理步驟，及將氧化處理後之前述有機物於300℃以上且1000℃以下進行脫焦油之步驟；[5]如[4]之非水電解質二次電池負極用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其包括：對平均粒徑為100μm以上之源自咖啡豆之有機物進行去灰分之步驟，一面將前述經去灰分之源自咖啡豆之有機物導入及混合一面於氧化性氣體環境下以200℃以上且400℃以下進行加熱及乾燥的氧化處理步驟，及將前述經氧化處理之源自咖啡豆之有機物於300℃以上且1000℃以下進行脫焦油之步驟；[6]一種非水電解質二次電池負極用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其包括：一面將平均粒徑為100μm以上之源自咖啡豆之有機物導入及混合一面於氧化性氣體環境下以200℃以上且400℃以下進行加熱及乾燥的氧化處理步驟，對前述經氧化處理之源自咖啡豆之有機物進行去灰分之步驟，及將前述經去灰分之源自咖啡豆之有機物於300℃以上且1000℃以下進行脫焦油之步驟；[7]如[4]至[6]中任一項之非水電解質二次電池負極用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其中前述去灰分係使用pH值為3.0以下之酸性溶液進行；[8]如[4]至[7]中任一項之非水電解質二次電池負極用碳質材料製 造用之中間物之製造方法，其中於0℃以上且80℃以下之溫度下進行前述去灰分步驟；[9]如[4]至[8]中任一項之方法，其中進而包括將前述經去灰分之有機物粉碎之步驟；[10]一種中間物，其係藉由如[4]至[9]中任一項之方法而獲得；[11]一種非水電解質二次電池用碳質材料之製造方法，其包括：將利用如[4]至[8]中任一項之方法製造之前述中間物於1000℃以上且1500℃以下進行煅燒之步驟，及將前述中間物或其煅燒物粉碎之步驟；[12]一種非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法，其中包括將利用如[9]之方法製造之前述中間物於1000℃以上且1500℃以下進行煅燒之步驟；[13]一種非水電解質二次電池負極用碳質材料，其係藉由如[11]或[12]之製造方法而獲得；[14]一種非水電解質二次電池用負極電極，其包含如[1]至[3]及[13]中任一項之非水電解質二次電池負極用碳質材料；[15]如[14]之非水電解質二次電池用負極電極，其包含水溶性高分子；[16]一種非水電解質二次電池，其包含如[14]或[15]之非水電解質二次電池用負極電極；[17]如[16]之非水電解質二次電池，其包含含有使用半經驗分子軌道法之AM1(Austin Model 1)計算法算出之LUMO值為-1.10eV以上且1.11eV以下之範圍之添加劑的電解液；[18]一種車輛，其搭載有如[16]或[17]之非水電解質二次電池。進而，本發明係關於：[19]如[1]至[3]中任一項之非水電解質二次電池負極用碳質材 料，其中鹵素含量為50ppm以上且10000ppm以下；[20]如[1]或[2]之非水電解質二次電池負極用碳質材料，其中平均粒徑Dv₅₀為2μm以上且50μm以下，且1μm以下之粒子為2體積%以下；[21]如[3]之非水電解質二次電池負極用碳質材料，其中平均粒徑Dv₅₀為2μm以上且8μm以下，且1μm以下之粒子為10%以下；[22]如[4]至[9]中任一項之非水電解質二次電池負極用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其中於含氧環境下進行前述脫焦油；[23]一種中間物，其係藉由如[4]至[9]及[22]中任一項之方法而獲得；[24]一種非水電解質二次電池用碳質材料之製造方法，其包括：將利用如[22]之方法製造之未經粉碎之前述中間物於1000℃以上且1500℃以下進行煅燒之步驟，及將前述中間物或其煅燒物粉碎之步驟；[25]一種非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法，其包括將利用如[22]之方法製造之經粉碎之前述中間物於1000℃以上且1500℃以下進行煅燒之步驟；[26]如[11]、[12]、[24]、及[25]中任一項之非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法，其中於含有鹵素氣體之惰性氣體中進行前述煅燒；[27]一種非水電解質二次電池負極用碳質材料，其係藉由如[11]、[12]、[24]至[26]中任一項之製造方法而獲得；[28]一種非水電解質二次電池用負極電極，其包含如[1]至[3]及[27]中任一項之非水電解質二次電池負極用碳質材料；[29]如[28]之非水電解質二次電池用負極電極，其包含水溶性高分子； [30]如[14]、[15]、[28]及[29]中任一項之非水電解質二次電池用負極電極，其係於壓製壓力2.0~5.0tf/cm²下製造；[31]一種非水電解質二次電池，其包含如[14]、[15]、[28]至[30]中任一項之非水電解質二次電池用負極電極；[32]如[31]之非水電解質二次電池，其包含含有使用半經驗分子軌道法之AM1(Austin Model 1)計算法算出之LUMO值為-1.10eV以上且1.11eV以下之範圍之添加劑的電解液；及[33]一種車輛，其搭載有如[16]、[17]、[31]、及[32]中任一項之非水電解質二次電池。

根據本發明之非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法，藉由在進行脫焦油前實施氧化處理，而碳質材料係可於將雜質離子、具體而言鉀元素去除之同時將真密度調節為特定範圍內，因此於使用其製成電池之情形時，可維持作為難石墨化性碳之特徵且使高溫循環特性提高。根據本發明之非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法，可工業化且大量地獲得作為負極之電氣特性方面優異之源自植物之負極用碳質材料。即，藉由將含有水分之咖啡萃取殘渣(源自咖啡豆之有機物)或其去灰分物(經去灰分之源自咖啡豆之有機物)導入及混合並實施乾燥及氧化處理，可順利且有效率地進行步驟。所獲得之碳質材料之品質不均較小而均勻。

圖1係表示將本發明之碳質材料用於負極之非水電解質二次電池之高溫循環特性的圖。

以下，對本發明之實施形態進行說明。

[1]非水電解質二次電池負極用碳質材料

本發明之非水電解質二次電池負極用碳質材料(以下亦有簡稱為碳質材料之情況)之特徵在於：其係使源自植物之有機物碳化而獲得之碳質材料，且利用元素分析獲得之氫原子與碳原子之原子比(H/C)為0.1以下，平均粒徑D_v50為2~50μm，藉由粉末X射線繞射法求出之002面之平均面間隔為0.365nm~0.400nm，鉀元素含量為0.5質量%以下，鈣元素含量為0.02質量%以下，藉由使用丁醇之比重瓶法求出之真密度為1.44g/cm³以上且未達1.54g/cm³。又，本發明之非水電解質二次電池負極用碳質材料較佳為平均粒徑Dv₅₀為2~8μm。

上述本發明之碳質材料係以源自植物之有機物為碳源者，因此為難石墨化性碳質材料。難石墨化性碳由鋰之摻雜、脫摻雜反應引起之粒子之膨脹收縮較小，具有較高之循環耐久性。作為此種源自植物之有機物，於本發明之製造方法之說明中進行詳細敍述。

本發明之碳質材料之H/C係藉由元素分析測定氫原子及碳原子所得者，碳化度越高，碳質材料之含氫率越小，因此存在H/C變小之傾向。因此，H/C作為表示碳化度之指標有效。本發明之碳質材料之H/C並無限定，為0.1以下，更佳為0.08以下。尤佳為0.05以下。若氫原子與碳原子之比H/C超過0.1，則有碳質材料中存在較多官能基，藉由與鋰之反應而使不可逆電容增加之情況，故而欠佳。

本發明之碳質材料之平均粒徑(體積平均粒徑：Dv₅₀)較佳為2~50μm。於平均粒徑未達2μm之情形時，微粉增加，因此比表面積增加，與電解液之反應性變高，作為即便充電亦不會放電之電容之不可逆電容增加，正極之電容變得無用之比率增加，故而欠佳。又，於製造負極電極之情形時，形成於碳質材料之間之1個空隙變小，電解液中之鋰之遷移受到抑制，故而欠佳。作為平均粒徑，下限較佳為2μm以上，進而較佳為3μm以上，尤佳為4μm以上(具體而言為8μm以上)。另一方面，於平均粒徑為50μm以下之情形時，粒子內之鋰之擴 散自由行程較少，可進行快速之充放電。進而，關於鋰離子二次電池，對於提高輸入輸出特性而言重要的是增大電極面積，因此於電極製備時必須縮薄活性物質於集電板上之塗敷厚度。為了縮薄塗敷厚度而必須減小活性物質之粒徑。就此種觀點而言，作為平均粒徑之上限，較佳為50μm以下，更佳為40μm以下，進而較佳為30μm以下，尤佳為25μm以下，最佳為20μm以下。

於本發明之特定之態樣中，碳質材料之平均粒徑(體積平均粒徑：Dv₅₀)亦可為1~8μm，較佳為2~8μm。藉由使平均粒徑為1~8μm，可降低電極之電阻，藉此可減少電池之不可逆電容。於此情形時，平均粒徑之下限較佳為1μm，進而較佳為3μm。又，於平均粒徑為8μm以下之情形時，粒子內之鋰之擴散自由行程較少，可進行快速之充放電。進而，關於鋰離子二次電池，對於提高輸入輸出特性而言重要的是增大電極面積，因此於電極製備時必須縮薄活性物質於集電板上之塗敷厚度。為了縮薄塗敷厚度而必須減小活性物質之粒徑。就此種觀點而言，作為平均粒徑之上限，較佳為8μm以下，更佳為7μm以下。若超過8μm，則活性物質之表面積增加，使電極反應電阻增加，故而欠佳。

(微粉之去除)

本發明之碳質材料較佳為去除了微粉者。若將去除了微粉之碳質材料用作非水電解質二次電池之負極，則不可逆電容降低，充放電效率提高。於微粉較少之碳質材料之情形時，可以少量之黏合劑使活性物質充分接著。即，含有較多微粉之碳質材料有無法使微粉充分接著而長期之耐久性較差之情況。

作為本發明之碳質材料中所含之微粉之量，並無限定，於平均粒徑2~50μm(較佳為平均粒徑8~50μm)之情形時，1μm以下之粒子之比率較佳為2體積%以下，更佳為1體積%以下，進而較佳為0.5體積 %以下。若使用1μm以下之粒子之比率多於2%之碳質材料，則有所獲得之電池之不可逆電容增大，循環耐久性較差之情況。又，於平均粒徑1~8μm(較佳為平均粒徑2~8μm)之情形時，並無限定，1μm以下之粒子之比率較佳為10體積%以下，更佳為8體積%以下，進而較佳為6體積%以下。若使用1μm以下之粒子之比率多於10%之碳質材料，則有所獲得之電池之不可逆電容增大，循環耐久性較差之情況。

於平均粒徑10μm之碳質材料中，若將使用含有0.0體積%(幾乎不含)1μm以下之微粉碳質材料與含有2.8體積%1μm以下之微粉之碳質材料製造之二次電池之不可逆電容加以比較，則分別為65(mAh/g)及88(mAh/g)，可知藉由使微粉較少而使不可逆電容降低。

因此，本發明係關於一種非水電解質二次電池負極用碳質材料，其係使源自植物之有機物碳化而獲得之碳質材料，且利用元素分析獲得之氫原子與碳原子之原子比(H/C)為0.1以下，平均粒徑D_v50為2~50μm，藉由粉末X射線繞射法求出之002面之平均面間隔為0.365nm~0.400nm，鉀元素含量為0.5質量%以下，1μm以下之粒子之比率為2%以下，且藉由使用丁醇之比重瓶法求出之真密度為1.44g/cm³以上且未達1.54g/cm³。

又，本發明係關於一種非水電解質二次電池負極用碳質材料，其係使源自植物之有機物碳化而獲得之碳質材料，且利用元素分析獲得之氫原子與碳原子之原子比(H/C)為0.1以下，平均粒徑D_v50為1~8μm，藉由粉末X射線繞射法求出之002面之平均面間隔為0.365nm~0.400nm，鉀元素含量為0.5質量%以下，1μm以下之粒子之比率為10%以下，且藉由使用丁醇之比重瓶法求出之真密度為1.44g/cm³以上且未達1.54g/cm³。

(碳質材料中之元素)

源自植物之有機物包含鹼金屬(例如鉀、鈉)、鹼土金屬(例如 鎂、或鈣)、過渡金屬(例如鐵或銅)及其他元素類，該等金屬類之含量亦較佳為減少。其原因在於，若含有該等金屬，則於自負極之脫摻雜時雜質於電解液中溶出，而對電池性能或安全性造成不良影響之可能性較高。

本發明之碳質材料中之鉀元素含量為0.5質量%以下，更佳為0.2質量%以下，進而較佳為0.1質量%以下。使用鉀含量超過0.5質量%之負極用碳質材料之非水電解質二次電池存在脫摻雜電容變小、及非脫摻雜電容變大之情況。

本發明之碳質材料中之鈣之含量為0.02質量%以下，更佳為0.01質量%以下，進而較佳為0.005質量%以下。使用鈣之含量較多之負極用碳質材料之非水電解質二次電池有因微小短路而引起發熱之可能性。又，亦有對摻雜特性及脫摻雜特性造成不良影響之可能性。

又，利用後述之含有鹵素氣體之非氧化性氣體進行了煅燒的本發明之碳質材料中所含之鹵素含量並無限定，為50~10000ppm，更佳為100~5000ppm，進而較佳為200~3000ppm。

因此，本發明係關於一種非水電解質二次電池負極用碳質材料，其係使源自植物之有機物碳化而獲得之碳質材料，且利用元素分析獲得之氫原子與碳原子之原子比(H/C)為0.1以下，平均粒徑D_v50為2~50μm，藉由粉末X射線繞射法求出之002面之平均面間隔為0.365nm~0.400nm，鉀元素含量為0.5質量%以下，鹵素含量為50~10000ppm，藉由使用丁醇之比重瓶法求出之真密度為1.44g/cm³以上且未達1.54g/cm³。

(碳質材料之平均面間隔)

碳質材料之(002)面之平均層面間隔係結晶完全性越高則顯示越小值，理想之石墨結構之(002)面之平均層面間隔顯示0.3354nm之值，有結構越亂該值越增加之傾向。因此，平均層面間隔作為表示碳 之結構之指標有效。本發明之非水電解質二次電池用碳質材料之藉由X射線繞射法求出之002面之平均面間隔為0.365nm以上，更佳為0.370nm以上，進而較佳為0.375nm以上。同樣地，上述平均面間隔為0.400nm以下，更佳為0.395nm以下，進而較佳為0.390nm以下。若002面之面間隔未達0.365nm，則於用作非水電解質二次電池之負極之情形時，由於摻雜電容變小，或由於伴隨著鋰之摻雜、脫摻雜所產生之膨脹收縮變大，而於粒子間產生空隙，遮斷粒子間之導電網路，由此導致反覆特性較差，故而尤其作為汽車用途欠佳。又，若超過0.400nm，則非脫摻雜電容變大，故而欠佳。

(碳質材料之真密度)

本發明之碳質材料之真密度係藉由使用丁醇之比重瓶法而求出。具有理想之結構之石墨質材料之真密度為2.2g/cm³，有結晶結構越亂真密度越小之傾向。因此，真密度可用作表示碳之結構之指標。本發明之碳質材料之真密度為1.44g/cm³以上且未達1.54g/cm³，下限更佳為1.47g/cm³以上，進而較佳為1.50g/cm³以上。真密度之上限較佳為1.53g/cm³以下，更佳為1.52g/cm³以下。若真密度為1.54g/cm³以上，則於用於電池之情形時，高溫循環特性較差，若未達1.44g/cm³，則電極密度降低，因此會導致電池之體積能量密度降低，故而欠佳。

(碳質材料之比表面積)

本發明之碳質材料之藉由氮吸附之BET(Brunauer-Emmett-Teller，布厄特)法求出之比表面積(以下有記為「SSA」之情況)並無限定，但較佳為13m²/g以下，更佳為12m²/g以下，進而較佳為10m²/g以下。若使用SSA大於13m²/g之碳質材料，則有所獲得之電池之不可逆電容增大之情況。又，其比表面積之下限較佳為1m²/g以上，更佳為1.5m²/g以上，進而較佳為2m²/g以上。若使用SSA未達1m²/g 之碳質材料，則有電池之放電電容變小之情況。

使本發明之非水電解質二次電池用碳質材料之高溫循環特性提高之機構並未詳細闡明，但可認為如下所述。然而，本發明並不受以下說明限定。

源自植物之有機物藉由在氧化性氣體環境下以200~400℃進行加熱，而將源自植物之有機物中之環狀結構之末端部氧化，生成加成有氧原子之含氧官能基。其後，於經過煅燒步驟之過程中，發生環化反應，生成芳香族化合物，與此同時，以含氧官能基為起點而生成交聯結構。並且，可認為藉由該作用，而由經氧化處理之源自植物之有機物獲得之碳質材料中結晶形成雜亂之狀態，d(002)面間隔變大。可認為藉由使d(002)面間隔變大，而於常溫環境下、或高溫環境下，由鋰之摻雜、脫摻雜引起之結晶之膨脹收縮得到抑制，循環特性、尤其是高溫循環特性得到改善。又，由咖啡殘渣之有機物獲得之碳質材料於分類為難石墨化性碳之碳結構中，具有結晶結構之秩序性相對較高，有助於鋰之摻雜、脫摻雜之d(002)面之平均層面間隔較小之特徵。因此，容易因由鋰之摻雜、脫摻雜之反覆引起之結晶之膨脹收縮而引起結構破壞，因此循環特性較低，於50℃左右之高溫下，與室溫相比循環特性之降低顯著加速。因此，可認為尤其藉由將咖啡殘渣於氧化性氣體環境下進行加熱之氧化處理，而使源自咖啡殘渣之有機物中以含氧官能基為起點而生成交聯結構，藉由該作用而獲得之碳質材料之結晶形成更雜亂之狀態，d(002)面間隔保持為較大，藉此於常溫環境下、或高溫環境下，由鋰之摻雜、脫摻雜引起之結晶之膨脹收縮得到抑制，循環特性、尤其是高溫循環特性得到改善。

[2]非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法

本發明之非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法係以平均粒徑100μm以上之源自植物之有機物作為原料，且至少包括如下 步驟之碳質材料之製造方法：(1)使用酸性溶液進行去灰分之步驟(以下有稱為「液相去灰分步驟」之情況)、(2)將經去灰分之有機物於氧化性氣體環境下以200~400℃進行加熱之氧化處理步驟(以下有稱為「氧化處理步驟」之情況)、及(3)將氧化處理後之前述有機物於300~1000℃下脫焦油之步驟(以下有稱為「脫焦油步驟」之情況)。非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法較佳為包括(4)將經去灰分之有機物、或碳化物(脫焦油後之碳化物、或正式煅燒後之碳化物)之任一者粉碎成平均粒徑2~50μm之步驟(以下有稱為「粉碎步驟」之情況)、及/或(5)於非氧化性環境下以1000~1500℃進行煅燒之步驟(以下有稱為「煅燒步驟」之情況)。因此，本發明之非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法包括液相去灰分步驟(1)、氧化處理步驟(2)及脫焦油步驟(3)，較佳為包括粉碎步驟(4)及/或煅燒步驟(5)。

(源自植物之有機物)

於可用於本發明之源自植物之有機物中，成為原料之植物並無特別限定，例如可列舉：咖啡豆、椰子殼、茶葉、甘蔗、水果(蜜柑、或香蕉)、稻草、闊葉樹、針葉樹、竹、或稻穀殼。該等源自植物之有機物可單獨使用或組合使用2種以上。前述源自植物之有機物之中，自咖啡豆中萃取完飲料咖啡成分所得之萃取殘渣於萃取咖啡成分時一部分礦物成分被萃取去除，其中工業上經萃取處理所得之咖啡萃取殘渣被適度粉碎，且可大量獲取，故而尤佳。

由該等源自植物之有機物(尤其是咖啡豆之萃取殘渣)製造之負極用碳質材料可摻雜大量活性物質，故而作為非水電解質二次電池之負極材料有用。然而，源自植物之有機物含有較多金屬元素，尤其含有較多鉀與鈣。又，由含有大量金屬元素之源自植物之有機物製造之碳質材料於用作負極之情形時會對電化學特性或安全性造成不良影響。 因此，負極用碳質材料中所含之鉀元素或鈣元素等之含量以儘可能降低為佳。

本發明中所使用之源自植物之有機物較佳為未曾於500℃以上進行熱處理者。曾於500℃以上進行熱處理之情形時，有因有機物之碳化而無法充分進行去灰分之情況。本發明中所使用之源自植物之有機物較佳為未曾進行熱處理者。於進行熱處理之情形時，較佳為400℃以下，更佳為300℃以下，進而較佳為200℃以下，最佳為100℃以下。然而，於使用咖啡豆之萃取殘渣作為原料之情形時，有藉由烘焙而進行200℃左右之熱處理之情況，但可充分用作本發明中所使用之源自植物之有機物。

本發明中所使用之源自植物之有機物較佳為未發生腐爛者。例如於使用咖啡之萃取殘渣之情形時，有因於含有較多水分之狀態下長期保管而微生物增殖，脂質或蛋白質等有機物發生分解之情況。該等有機物於碳化之過程中，一部分進行環化反應成為芳香族化合物而形成碳結構，因此若因腐爛而使有機物發生分解，則有最終之碳結構成為不同者之情況。

若使用發生好氧性腐爛之咖啡萃取殘渣，則有所獲得之碳質材料之真密度降低之情況。若碳質材料之真密度降低，則於用於電池之情形時有不可逆電容增多之情況，故而欠佳。又，由於碳質材料之吸水性亦變高，故而由大氣暴露引起之劣化之程度增大。

1.去灰分步驟

本發明之製造方法中之去灰分步驟基本上為將源自植物之有機物在脫焦油之前於pH值3.0以下之酸性溶液中進行處理之液相去灰分步驟。藉由該液相去灰分可將鉀元素及鈣元素等高效率地去除，尤其與未使用酸之情形相比，可將鈣元素高效率地去除。又，可將其他鹼金屬、鹼土金屬、進而銅或鎳等過渡金屬去除。於液相去灰分步驟 中，較佳為將源自植物之有機物於0℃以上且80℃以下之pH值3.0以下之酸性溶液中進行處理。使用藉由在0℃以上且80℃以下進行液相去灰分而獲得之碳質材料之二次電池於放電電容及效率方面尤其優異。

於作為本發明之特定之實施態樣之前述項目[5]及項目[6]之製造方法中，作為去灰分之方法，液相去灰分、氣相去灰分等任一種方法均可。去灰分於自原料階段至製成碳質材料後之任一階段均可，但為了使鉀元素含量及鈣元素含量儘可能降低，較佳為將成為原料之咖啡萃取殘渣在實施脫焦油之前於液相中進行去灰分。液相去灰分步驟係將咖啡萃取殘渣在脫焦油之前於水相中進行處理，藉此使鉀元素等金屬元素含量高效率地降低。作為液相去灰分步驟中之水相之條件，亦可使用水，但較佳為於pH值3.0以下之酸性溶液中進行處理。藉由pH值3.0以下之酸性溶液中之液相去灰分，可將鉀元素及鈣元素等高效率地去除，尤其與未使用酸之情形相比，可將鈣元素高效率地去除。又，可將其他鹼金屬、鹼土金屬、進而銅或鎳等過渡金屬高效率地去除。

液相去灰分中所使用之酸並無特別限定，例如可列舉：鹽酸、氫氟酸、硫酸、硝酸等強酸，或檸檬酸、乙酸等弱酸，或其等之混合物，較佳為鹽酸、或氫氟酸。

本發明中所使用之源自植物之有機物較佳為未曾於500℃以上進行熱處理者，但於在500℃以上進行熱處理而使有機物發生碳化之情形時，可藉由使用氫氟酸而充分地進行去灰分。例如於將咖啡萃取殘渣於700℃下脫焦油後，使用35%鹽酸進行1小時液相去灰分，其後水洗3次並乾燥後，粉碎成10μm後於1250℃下正式煅燒之情形時，鉀殘存409ppm，鈣殘存507ppm。另一方面，於使用8.8%鹽酸+11.5%氫氟酸混合溶液之情形時，螢光X射線測定中，鉀與鈣為檢測極限以下(10ppm以下)。

液相去灰分中之pH值只要可達成充分之去灰分，則並無限定，較佳為pH值為3.0以下，更佳為2.5以下，進而較佳為2.0以下。若pH值超過3.0，則有無法充分地進行去灰分之情況(尤其無法將鈣元素充分地去灰分之情況)，故而欠佳。

本發明之液相去灰分時之處理溫度並無特別限定，可於0℃以上且100℃以下進行，較佳為80℃以下，更佳為40℃以下，進而較佳為室溫(0~40℃)。於處理溫度為80℃以下之情形時，碳質材料之真密度變高，於製成電池之情形時，電池之放電電容或效率提高。又，於去灰分溫度較低之情形時，有為了進行充分之去灰分而需要長時間之情況，於去灰分溫度較高之情形時，以短時間之處理便可完成，但碳質材料之使用丁醇之真密度降低。故而欠佳。

液相去灰分之時間根據pH值或處理溫度而有所不同，並無特別限定，下限較佳為1分鐘，更佳為3分鐘，進而較佳為5分鐘，進而較佳為10分鐘，最佳為30分鐘。上限較佳為300分鐘，更佳為200分鐘，進而較佳為150分鐘。若較短則無法充分地進行去灰分，若較長則於作業效率方面欠佳。

本發明中之液相去灰分步驟(1)係用以將源自植物之有機物中所含之鉀及鈣等去除之步驟。液相去灰分步驟(1)後之鉀含量較佳為0.5質量%以下，更佳為0.2質量%以下，進而較佳為0.1質量%以下。又，鈣含量較佳為0.02質量%以下，更佳為0.01質量%以下，進而較佳為0.005質量%以下。其原因在於，若鉀含量超過0.5質量%及鈣含有率超過0.02質量%，則於使用所獲得之負極用碳質材料之非水電解質二次電池中，有脫摻雜電容變小，及非脫摻雜電容變大，不僅如此，該等金屬元素亦會於電解液中溶出，於再析出時引起短路，而在安全性方面引起較大問題之情況。

液相去灰分中所使用之源自植物之有機物之粒徑並無特別限 定。然而，於粒徑過小之情形時，去灰分後之過濾時之溶液之透過性降低，故而粒徑之下限較佳為100μm以上，更佳為300μm以上，進而較佳為500μm以上。又，粒徑之上限較佳為10000μm以下，更佳為8000μm以下，進而較佳為5000μm以下。

再者，可於液相去灰分之前，將源自植物之有機物粉碎成適當之平均粒徑(較佳為100~50000μm，更佳為100~10000μm，進而較佳為100~5000μm)。該粉碎與煅燒後之以使平均粒徑成為2~50μm之方式進行粉碎之粉碎步驟(2)不同。

可藉由本發明之製造方法中之液相去灰分而將鉀、其他鹼金屬、鹼土金屬、及過渡金屬等高效率地去除之機制尚不明確，但可認為如下所述。若經受500℃以上之熱處理，則會發生碳化而成為疏水性，因此液酸不浸漬至有機物之內部，相對於此，於未經受熱處理之情形時，為親水性，液酸浸漬至有機物之內部，藉此源自植物之有機物中所含之鉀等金屬以氯化物等之形式析出，藉由水洗而將其去除，但本發明並不限定於前述說明。

2.氧化處理步驟

於本發明之製造方法中，需要將經去灰分之有機物在脫焦油之前於氧化性氣體環境下以200~400℃進行加熱之氧化處理步驟。藉由該氧化處理，使所獲得之碳質材料之結晶之秩序性降低，真密度適度降低，藉此可減少鋰之摻雜、脫摻雜時之膨脹收縮，可改善高溫循環特性。又，亦可對經液相去灰分、脫焦油之源自植物之有機物進而實施氧化處理。

藉由在進行脫焦油之前進行氧化處理，與僅對有機物進行脫焦油之情形相比，使碳質材料之產率提高或使其結晶結構之秩序性降低，藉此尤其可提高高溫循環特性。其原因在於，藉由進行氧化處理，而使原料中所含之有機物之經由含氧官能基之交聯進行從而實現 高分子化，不揮發化，因此未藉由脫焦油而蒸餾去除者之比率增加。又，由氧化處理引起之有機物之氧交聯會使源自其等之碳之結晶結構之秩序性降低，平均層面間隔之擴大抑制充放電時之由鋰之摻雜、脫摻雜引起之膨脹收縮。

本發明之氧化處理係於氧化性氣體環境下對碳源進行加熱而進行。此處，氧化處理中所使用之氧化性氣體並無特別限定，例如較佳為包含氧、硫、氮等元素之氣體之狀態，就操作性之觀點而言，較佳為含有氧之氣體環境。亦可使用空氣作為氧化性氣體。又，亦可為非氧化性氣體、例如與氮氣、氦氣、氬氣等之混合氣體。於混合氣體之情形時，並無特別限定，就操作性之觀點而言，較佳為含有氧、氮之混合氣體環境。

氧化處理之溫度並無特別限定，最佳溫度根據氧化性氣體、氧化處理時間而有所不同。例如於含有氧、氮之混合氣體環境之情形時，氧化處理溫度較佳為200~400℃，更佳為220~360℃，進而較佳為240~320℃。於未達200℃之情形時，有不易引起對源自植物之有機物之氧化，結晶之真密度不會充分降低之傾向。於本發明之氧化處理中，較佳為將反應溫度控制為200~400℃。又，若氧化處理之反應溫度未達200℃，則有乾燥及氧化不充分之情況，故而欠佳。另一方面，若超過400℃，則處理溫度較高，因此較利用氧化之氧之加成更容易引起氧化分解，使所獲得之碳質材料之比表面積增加，故而欠佳。進而，若反應溫度超過400℃，則因發熱而上升之溫度之降低變得困難，並且碳源之氧化分解之速度增大，因此氧化步驟中之產率降低。氧化反應溫度之最高極限溫度於200~400℃之範圍內並無特別限定，但就氧化步驟之產率之觀點而言，較佳為350℃以下，更佳為300℃以下。

氧化處理之時間並無特別限定，最佳時間根據氧化處理溫度、 氧化性氣體而有所不同。例如於含有氧之氣體環境下、240~320℃下之氧化處理之情形時，較佳為10分鐘~3小時，更佳為30分鐘~2小時30分鐘，進而較佳為50分鐘~1小時30分鐘。

於氧化處理時之源自植物之有機物之粒徑過小之情形時，有容易發生由氧化處理引起之氧化分解反應，使所獲得之碳質材料之比表面積增加之傾向。因此，粒徑之下限較佳為100μm以上，更佳為300μm以上，進而較佳為500μm。另一方面，於粒徑過大之情形時，有不易發生由氧化處理引起之氧之加成之傾向。因此，粒徑之上限較佳為10000μm以下，更佳為8000μm以下，進而較佳為5000μm以下。

於作為本發明之製造方法特定之實施態樣之前述項目[5]及項目[6]之製造方法中，必需將咖啡萃取殘渣(源自咖啡豆之有機物)或經去灰分之咖啡萃取殘渣(經去灰分之源自咖啡豆之有機物)在脫焦油之前於氧化性氣體環境下進行加熱之氧化處理步驟。即，氧化處理步驟(2)可於去灰分步驟之前、或去灰分步驟之後進行。咖啡萃取殘渣或其液相去灰分品含有大量水分，為了順利地進行保管或向下一步驟之搬運等，而必須對其進行乾燥。於本發明中，藉由將該乾燥與氧化處理總括進行，可達成步驟之縮短或節能化。又，藉由對伴隨氧化反應而過剩地發熱之反應體系內添加含有水分之殘渣並進行混合，而將反應體系內之熱冷卻，控制為適當之溫度，因此即便於大量生產之情形時，亦可使原料之氧化條件均勻，可使最終生產之碳質材料之品質穩定化。本發明之製造方法並不排除在以上之氧化處理步驟以外進而另外設置乾燥步驟之情況，亦可於各步驟中視需要設置進行乾燥之步驟。

咖啡萃取殘渣或其液相去灰分品之水分含量並無特別限定，較佳為10~70%左右。若水分過多，則氧化及乾燥所需之處理時間變長，或為了冷卻而添加殘渣時之導入量之調整幅度較小而溫度控制變 得困難，或所需之氣體量或熱量變大，就此方面而言欠佳。

雖並無限定，本發明之氧化處理中可使用具有原料供給構件及氧化性氣體供給構件之縱型爐或橫型爐。作為原料粉末之導入方法，例如只要利用由原料供給管供給自定量輸送台(table feeder)切入之原料粉末等公知之方法實施即可。又，氣體流量或溫度亦可於步驟之間設定為固定值，但就管理步驟溫度之方面而言，較佳為監測原料粉末中之溫度等，調節控制氣體流量或反應體系內溫度。

本發明中之氧化處理中之反應體系內之混合方法並無特別限定，可藉由包含使用攪拌翼之攪拌裝置之氧化裝置進行混合，亦可使用與其類似之機械攪拌裝置。又，亦可以自包含地漏之反應裝置之下部導入氣體，使原料粉末流動，藉此使反應體系內混合之形態實施。

若起始原料之溫度超過100℃，則由附著及含有於起始原料之水分之蒸發產生之水蒸氣會隨著起始原料之溫度上升而產生起始原料中所含之油脂類等之揮發氣體。若起始原料之溫度上升而超過300℃，則會因構成起始原料之組成分之熱分解反應而產生烴類氣體(C_nH_m)、一氧化碳(CO)、二氧化碳(CO₂)等之混合氣體，因此更佳為具有將其排出而去除之構件。

3.脫焦油步驟

於本發明之製造方法中，對碳源進行脫焦油而形成碳質前驅物。又，將用以使碳質前驅物改質成碳質之熱處理稱為煅燒。煅燒可以一階段進行，亦可以低溫及高溫之兩階段進行。於此情形時，將低溫下之煅燒稱為預煅燒，將高溫下之煅燒稱為正式煅燒。再者，於本說明書中，將不以自碳源中去除揮發成分等而形成碳質前驅物(脫焦油)或使碳質前驅物改質成碳質(煅燒)為主要目的之情形稱為「非碳化熱處理」，區別為「脫焦油」或「煅燒」。所謂非碳化熱處理，意指例如未達500℃之熱處理。更具體而言，200℃左右下之咖啡豆之烘焙等 包含於非碳化熱處理中。如上所述，本發明中所使用之源自植物之有機物較佳為未曾於500℃以上進行熱處理者，即本發明中所使用之源自植物之有機物可使用經非碳化熱處理者。

脫焦油係藉由將碳源於300℃以上且1000℃以下進行煅燒而進行。進而較佳為500℃以上且未達900℃。脫焦油係將揮發成分、例如CO₂、CO、CH₄、及H₂等與焦油成分去除，從而於正式煅燒中，可減少其等之產生，減輕煅燒器之負擔。若脫焦油溫度未達300℃，則有脫焦油變得不充分，粉碎後之正式煅燒步驟中所產生之焦油成分或氣體較多，而附著於粒子表面之可能性，未保持粉碎時之表面性而引起電池性能之降低，故而欠佳。另一方面，若脫焦油溫度超過1000℃，則會超出焦油產生溫度區域，導致所使用之能量效率降低，故而欠佳。進而，有所產生之焦油發生二次分解反應且其等附著於中間物，引起性能之降低之情況，故而欠佳。

脫焦油之環境並無特別限定，例如於惰性氣體環境中進行，作為惰性氣體，可列舉氮氣、或氬氣等。又，脫焦油亦可於減壓下進行，例如於10KPa以下進行。脫焦油之時間亦並無特別限定，例如可進行0.5~10小時，更佳為1~5小時。又，亦可於脫焦油之後進行粉碎步驟。

於本發明之製造方法中，亦可除上述步驟，根據目的適當追加將原料、中間物或最終處理品粉碎之步驟，對中間物進行煅燒之步驟。

於將脫焦油步驟之後之中間物(碳質前驅物)粉碎之情形時，平均粒徑Dv₅₀較佳為設為2~63μm，更佳為設為1~10μm。若將平均粒徑設定為該範圍，則於經過接下來之煅燒步驟(預煅燒、正式煅燒)而收縮之後，可使碳質材料之粒徑成為本發明之範圍內。又，中間物中，鉀、鈣之含量較佳為以分別以0.5質量%以下、0.02質量%以下含有之 方式進行調節。若在該範圍內，則可使煅燒後之碳質材料中所含之各離子之濃度成為本案發明之數值範圍內。

(含氧環境中之脫焦油)

於本發明中，亦可於含氧環境中進行脫焦油。含氧環境並無限定，例如可使用空氣，但氧含量越少越好。因此，含氧環境中之氧含量較佳為20體積%以下，更佳為15體積%以下，進而較佳為10體積%以下，最佳為5體積%以下。再者，氧含量例如亦可為1體積%以上。

因此，本發明較佳為關於一種非水電解質二次電池用碳質材料之製造方法，其包括液相去灰分步驟(1)、氧化處理步驟(2)、脫焦油步驟(3)、粉碎步驟(4)、及煅燒步驟(5)，且於含氧環境中進行脫焦油步驟(3)。

通常，若於含氧環境中進行脫焦油，則會造成發生活化等副反應，碳質材料之比表面積增大等不良影響。因此，通常必須於惰性氣體(例如氮氣、或氬氣)環境下進行脫焦油。然而，於本發明中，即便於含氧環境中進行脫焦油，亦未見比表面積之增加。

活化發生之有無可根據於脫焦油後經過煅燒步驟(4)之碳質材料之比表面積推測，若為發生活化之材料，則比表面積增大。例如於使用曾在600℃下進行熱處理之源自植物之有機物(例如椰殼炭(coconut shell char))，於含氧環境中進行脫焦油步驟(3)之情形時，其後經過煅燒步驟(4)之碳質材料之比表面積為60m²/g，但於使用未曾在500℃以上進行熱處理之源自植物之有機物(例如咖啡殘渣)，於含氧環境中進行脫焦油步驟(3)之情形時，經過煅燒步驟(4)之碳質材料之比表面積為8m²/g，未見比表面積之增加。其為與於惰性氣體環境下進行了脫焦油之碳質材料同等之數值。

於本發明中，可於含氧環境中進行脫焦油之理由尚不明確，但可認為如下所述。由於本發明中所使用之源自植物之有機物未曾進行 高溫下之熱處理，故而於脫焦油步驟中產生大量之焦油成分或氣體。推測所產生之焦油成分或氣體與氧藉由氧化反應而被優先消耗，會與源自植物之有機物反應之氧被耗盡，因此不引起活化。

於本發明中，可於含氧環境中進行脫焦油，因此可使環境控制簡化。進而，藉由減少氮氣等惰性氣體之使用量，可降低製造成本。

4.粉碎步驟

本發明之製造方法中之粉碎步驟係將去除了鉀及鈣之有機物(經去灰分之有機物)、經氧化處理之有機物、或碳化物(脫焦油後之碳化物、或正式煅燒後之碳化物)以煅燒後之平均粒徑成為2~50μm之方式粉碎之步驟。即，藉由粉碎步驟而將所獲得之碳質材料之平均粒徑製備成2~50μm。粉碎步驟係以煅燒後之平均粒徑較佳為成為1~8μm、更佳為成為2~8μm之方式進行粉碎。即，藉由粉碎步驟而將所獲得之碳質材料之平均粒徑製備成1~8μm、更佳為2~8μm。再者，於本說明書中，所謂「碳質前驅物」或「中間物」，意指結束脫焦油步驟者。即，於本說明書中，「碳質前驅物」及「中間物」係以實質上相同之含義使用，包含經粉碎者及未經粉碎者。

粉碎中所使用之粉碎機並無特別限定，例如可使用噴射磨機、球磨機、錘磨機、或棒磨機等，又，亦可將該等組合使用，但就微粉之產生較少之方面而言，較佳為具備分級機能之噴射磨機。另一方面，於使用球磨機、錘磨機、或棒磨機等之情形時，可藉由在粉碎後進行分級而將微粉去除。

作為分級，可列舉：利用篩網之分級、濕式分級、或乾式分級。作為濕式分級機，例如可列舉：利用重力分級、慣性分級、水力分級、或離心分級等原理之分級機。又，作為乾式分級機，可列舉：利用沈澱分級、機械分級、或離心分級之原理之分級機。

於粉碎步驟中，粉碎與分級亦可使用一個裝置進行。例如可使 用乾式之具備分級機能之噴射磨機進行粉碎與分級。進而，亦可使用粉碎機與分級機獨立之裝置。於此情形時，亦可連續地進行粉碎與分級，但亦可不連續地進行粉碎與分級。

粉碎中間物(碳質前驅物)可藉由煅燒步驟進行煅燒。根據煅燒之條件會產生0~20%左右之收縮，因此於在煅燒前進行粉碎，然後進行煅燒步驟之情形時，為了最終獲得平均粒徑D_v50為2~50μm之非水電解質二次電池負極用碳質材料，較佳為將粉碎中間物之平均粒徑於0~20%左右之範圍內製備成稍大。粉碎後之平均球徑只要最終獲得之碳質材料之平均粒徑成為2~50μm，則並無限定，具體而言較佳為將平均粒徑D_v50製備成2~63μm，更佳為2~50μm，進而較佳為2~38μm，進而較佳為2~32μm，最佳為3~25μm。又，於煅燒後為了獲得平均粒徑Dv₅₀為1~8μm之非水電解質二次電池負極用碳質材料，較佳為將粉碎碳質前驅物之平均粒徑於0~20%左右之範圍製備成稍大。粉碎後之平均球徑只要最終獲得之碳質材料之平均粒徑成為2~8μm，則並無限定，具體而言較佳為將平均粒徑Dv₅₀製備成1~10μm，更佳為1~9μm。

(微粉之去除)

本發明之碳質材料較佳為去除了微粉者。藉由將微粉去除，可使二次電池之長期之耐久性上升。又，可使二次電池之不可逆電容降低。

作為去除微粉之方法，並無特別限定，例如可使用具備分級機能之噴射磨機等粉碎機，於粉碎步驟中將微粉去除。另一方面，於使用不具有分級機能之粉碎機之情形時，藉由在粉碎後進行分級可將微粉去除。進而，可於粉碎之後、或分級之後使用旋風集塵機(cyclone)或過濾袋將微粉回收。

5.煅燒步驟

本發明之製造方法中之煅燒步驟為對中間物進行煅燒而使之成為碳質之步驟。例如於1000℃~1500℃下進行，於本發明之技術領域中，為通常稱為「正式煅燒」者。又，於本發明之煅燒步驟中，可視需要於正式煅燒之前進行預煅燒。

本發明之製造方法中之煅燒可依據通常之工序進行，藉由進行煅燒，可獲得非水電解質二次電池負極用碳質材料。亦可於煅燒之前將中間物粉碎。煅燒之溫度為1000~1500℃。若煅燒溫度未達1000℃，則碳質材料中殘存較多官能基而H/C之值變高，因與鋰之反應而使不可逆電容增加，故而欠佳。本發明之煅燒溫度之下限為1000℃以上，更佳為1100℃以上，尤佳為1150℃以上。另一方面，若煅燒溫度超過1500℃，則碳六角平面之選擇配向性增高，放電電容降低，故而欠佳。本發明之煅燒溫度之上限為1500℃以下，更佳為1450℃以下，尤佳為1400℃以下。

煅燒較佳為於非氧化性氣體環境中進行。作為非氧化性氣體，可列舉氦氣、氮氣或氬氣等，該等可單獨或混合使用。進而亦可於將氯等鹵素氣體與上述非氧化性氣體混合而成之氣體環境中進行正式煅燒。氣體之供給量(流通量)亦並無限定，相對於經去灰分之碳前驅物每1g，為1mL/min以上，較佳為5mL/min以上，進而較佳為10mL/min以上。又，煅燒亦可於減壓下進行，例如亦可於10KPa以下進行。煅燒之時間亦並無特別限定，例如作為滯留於1000℃以上之時間，可以0.05~10小時進行，較佳為0.05~3小時，更佳為0.05~1小時。又，亦可於煅燒後進行前述粉碎步驟。

(預煅燒)

於本發明之製造方法中，可進行預煅燒。預煅燒係藉由將碳源於300℃以上且未達1000℃、較佳為300℃以上且未達900℃下進行煅燒而進行。預煅燒係將經過脫焦油步驟亦殘存之揮發成分、例如 CO₂、CO、CH₄、及H₂等與焦油成分去除，從而於正式煅燒中，可減少其等之產生，減輕煅燒器之負擔。即，亦可除脫焦油步驟，進而藉由預煅燒將CO₂、CO、CH₄、H₂、或焦油成分去除。

預煅燒係於惰性氣體環境中進行，作為惰性氣體，可列舉氮氣、或氬氣等。又，預煅燒亦可於減壓下進行，例如可於10KPa以下進行。預煅燒之時間亦無特別限定，例如可進行0.5~10小時，更佳為1~5小時。又，亦可於預煅燒之後進行前述粉碎步驟。又，藉由預煅燒將經過脫焦油步驟亦殘存之揮發成分、例如CO₂、CO、CH₄、及H₂等與焦油成分去除，從而於正式煅燒中，可減少其等之產生，減輕煅燒器之負擔。

(利用含有鹵素氣體之非氧化性氣體之煅燒)

本發明中之煅燒或預煅燒可於含有鹵素氣體之非氧化性氣體中進行。作為所使用之鹵素氣體，可列舉氯氣、溴氣、碘氣、或氟氣，尤佳為氯氣。進而，亦可以惰性氣體為載體供給如CCl₄、Cl₂F₂之於高溫下容易放出鹵素之物質。

利用含有鹵素氣體之非氧化性氣體之煅燒或預煅燒可於正式煅燒之溫度(1000~1500℃)下進行，亦可於低於正式煅燒之溫度(例如300℃~1000℃)下進行。其區域較佳為800~1400℃。作為溫度之下限，較佳為800℃，進而較佳為850℃。作為上限，較佳為1400℃，進而較佳為1350℃，最佳為1300℃。

於對原料有機物進行加熱而使之碳化時，經過於含有氯等鹵素氣體之環境中進行加熱之步驟而碳化，藉此所獲得之碳質材料顯示出適當之鹵素含量，進而變得具有適合於鋰之吸藏之微細結構。藉此可獲得較大之充放電電容。例如與一面相對於碳前驅物每1g以0.2L/min供給氮氣一面進行煅燒之情形相比，於一面供給氮氣0.2L/min中添加有氯氣0.04L/min之混合氣體一面進行煅燒之情形時，放電電 容增加7%。

利用含有鹵素氣體之非氧化性氣體進行了煅燒之本發明之碳質材料中所含之鹵素含量並無限定，為50~10000ppm，更佳為100~5000ppm，進而較佳為200~3000ppm。

可藉由進行利用含有鹵素氣體之非氧化性氣體之煅燒或預煅燒而獲得充放電電容較大之非水電解質二次電池負極用碳質材料之理由尚不明確，但可認為其原因在於，鹵素與碳質材料中之氫原子反應，而於迅速將氫自碳質材料中去除之狀態下進行碳化。又，可認為鹵素氣體亦與碳質材料中所含之灰分反應，亦具有減少殘存灰分之效果。再者，若碳質材料中所含之鹵素含量過少，則有於其製造製程之過程中無法將氫充分去除，結果無法使充放電電容充分提高之虞，另一方面，若過大，則可能存在所殘存之鹵素於電池內與鋰反應而使不可逆電容增加之問題。

因此，本發明較佳為關於一種非水電解質二次電池用碳質材料之製造方法，其包括液相去灰分步驟(1)、氧化處理步驟(2)、粉碎步驟(3)、脫焦油步驟(4)、及煅燒步驟(5)，且於含有鹵素氣體之惰性氣體中進行煅燒。

《中間物之製造方法》

本發明之中間物(碳質前驅物)之製造方法包括對平均粒徑為100μm以上之源自植物之有機物進行去灰分之步驟(去灰分步驟)、將前述經去灰分之有機物於氧化性氣體環境下以200~400℃進行加熱之氧化處理步驟、及將氧化處理後之前述有機物於300~1000℃下脫焦油之步驟(脫焦油步驟)，較佳為進而包括將前述去灰分所得之有機物粉碎之步驟(粉碎步驟)。進而較佳為於0℃以上且80℃以下之溫度下進行前述液相去灰分步驟。

去灰分步驟、氧化處理步驟、脫焦油步驟、及粉碎步驟與本發 明之非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法中之去灰分步驟、脫焦油步驟、氧化處理步驟、及粉碎步驟相同。於本發明之中間物之製造方法中，可於液相去灰分步驟之後、或脫焦油步驟之後進行粉碎步驟。再者，藉由脫焦油步驟而獲得之中間物(碳質前驅物)可經粉碎亦可未經粉碎。

於作為本發明之製造方法特定之實施態樣之前述項目[5]之製造方法中包括如下步驟：對平均粒徑為100μm以上之源自咖啡豆之有機物進行去灰分之步驟(去灰分步驟)；一面將前述經去灰分之源自咖啡豆之有機物導入及混合一面於氧化性氣體環境下以200~400℃進行加熱及乾燥之氧化處理步驟；及將前述經氧化處理之源自咖啡豆之有機物於300~1000℃下脫焦油之步驟(脫焦油步驟)。

進而，於作為本發明之製造方法特定之實施態樣之前述項目[6]之製造方法中包括如下步驟：一面將平均粒徑為100μm以上之源自咖啡豆之有機物導入及混合一面於氧化性氣體環境下以200~400℃進行加熱及乾燥之氧化處理步驟；對前述經氧化處理之源自咖啡豆之有機物進行去灰分之步驟(去灰分步驟)；及將前述經去灰分之源自咖啡豆之有機物於300~1000℃下脫焦油之步驟(脫焦油步驟)。

前述去灰分步驟、氧化處理步驟、脫焦油步驟、及粉碎步驟與本發明之非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法中之去灰分步驟、氧化處理步驟、脫焦油步驟、及粉碎步驟相同。

[3]非水電解質二次電池負極

本發明之非水電解質二次電池負極包含本發明之非水電解質二次電池負極用碳質材料。

(負極電極之製造)

使用本發明之碳質材料之負極電極可藉由在碳質材料中添加結合劑(黏合劑)並添加適量適當之溶劑，進行混練而製成電極合劑後， 塗佈於包含金屬板等之集電板上並乾燥後，進行加壓成形而製造。藉由使用本發明之碳質材料，尤其即便不添加導電助劑亦可製造具有較高之導電性之電極，但於以進而賦予較高之導電性為目的而視需要製備電極合劑時，可添加導電助劑。作為導電助劑，可使用導電性之碳黑、氣相成長碳纖維(VGCF)、奈米管等，添加量亦根據所使用之導電助劑之種類而有所不同，但若添加量過少，則無法獲得所期待之導電性，故而欠佳，若過多，則電極合劑中之分散變差，故而欠佳。就此種觀點而言，所添加之導電助劑之較佳比率為0.5~10質量%(此處，設為活性物質(碳質材料)量+黏合劑量+導電助劑量=100質量%)，進而較佳為0.5~7質量%，尤佳為0.5~5質量%。

作為結合劑，只要為PVDF(聚偏二氟乙烯)、聚四氟乙烯、及SBR(苯乙烯-丁二烯橡膠)與CMC(羧基甲基纖維素)之混合物等不與電解液反應者，則並無特別限定。其中，PVDF因附著於活性物質表面之PVDF阻礙鋰離子遷移之情況較少，獲得良好之輸入輸出特性，故而較佳。為了使PVDF溶解而形成漿料，較佳為使用N-甲基吡咯啶酮(NMP)等極性溶劑，亦可將SBR等水性乳膠或CMC溶解於水中而使用。

若結合劑之添加量過多，則所獲得之電極之電阻變大，因此電池之內部電阻變大而使電池特性降低，故而欠佳。又，若結合劑之添加量過少，則負極材料粒子相互及與集電材之結合變得不充分，故而欠佳。結合劑之較佳添加量亦根據所使用之黏合劑之種類而有所不同，若為PVDF系之黏合劑，則較佳為3~13質量%，進而較佳為3~10質量%。另一方面，若為使用水作為溶劑之黏合劑，則使用SBR與CMC之混合物等將複數種黏合劑混合使用之情況較多，作為所使用之全部黏合劑之總量，較佳為0.5~5質量%，進而較佳為1~4質量%。電極活性物質層基本上係形成於集電板之兩面，但亦可視需要形 成於單面。電極活性物質層越厚，集電板或分隔件等越少即可，因此對高電容化而言較佳，但由於與對極對向之電極面積越廣，對輸入輸出特性之提高越有利，故而若活性物質層過厚，則會使輸入輸出特性降低，故而欠佳。較佳之活性物質層(每單面)之厚度為10~80μm，進而較佳為20~75μm，尤佳為20~60μm。

(水溶性高分子黏合劑)

作為本發明之較佳之非水電解質二次電池負極中所使用之黏合劑，可列舉水溶性高分子。藉由將水溶性高分子用於本發明之非水電解質二次電池負極，可獲得不可逆電容不會因暴露試驗而降低之非水電解質二次電池。又，可獲得循環特性優異之非水電解質二次電池。

作為此種水溶性高分子，只要為溶解於水者，則可無特別限定地使用。具體例可列舉：纖維素系化合物、聚乙烯醇、澱粉、聚丙烯醯胺、聚(甲基)丙烯酸、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯醯胺-丙烯酸共聚物、聚伸乙基亞胺等及其等之衍生物或鹽。該等之中，較佳為纖維素系化合物、聚乙烯醇、聚(甲基)丙烯酸及其等之衍生物。又，進而較佳為使用羧基甲基纖維素(CMC)衍生物、聚乙烯醇衍生物、聚丙烯酸鹽。該等可單獨使用或組合2種以上而使用。

本發明之水溶性高分子之質量平均分子量為10,000以上，更佳為15,000以上，進而較佳為20,000以上。若未達10,000，則電極合劑之分散穩定性較差或變得容易溶出至電解液，故而欠佳。又，水溶性高分子之質量平均分子量為6,000,000以下，更佳為5,000,000以下。若質量平均分子量超過6,000,000，則於溶劑中之溶解性降低，故而欠佳。

於本發明中，作為黏合劑，亦可併用非水溶性聚合物。該等係分散於水系介質中形成乳液。作為較佳之非水溶性聚合物，可列舉：二烯系聚合物、烯烴系聚合物、苯乙烯系聚合物、(甲基)丙烯酸酯系 聚合物、醯胺系聚合物、醯亞胺系聚合物、酯系聚合物、纖維素系聚合物。

作為用作負極之黏合劑之其他熱塑性樹脂，只要為具有黏結效果且具有對所使用之非水電解液之耐性或對負極中之電化學反應之耐性者，則可無特別限定地使用。具體而言，多數情況下係使用前述水溶性高分子與乳液兩種成分。水溶性高分子主要用作分散性賦予劑、或黏度調整劑，乳液對粒子間之黏結性及電極之可撓性之賦予較為重要。

該等之中，可列舉共軛二烯系單體或丙烯酸酯系(亦包含甲基丙烯酸酯系)單體之均聚物或共聚物作為較佳例，作為其具體例，可列舉：聚丁二烯、聚異戊二烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、天然橡膠、異戊二烯-異丁烯共聚物、苯乙烯-1,3-丁二烯共聚物、苯乙烯-異戊二烯共聚物、1,3-丁二烯-異戊二烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-1,3-丁二烯-異戊二烯共聚物、1,3-丁二烯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丙烯腈-1,3-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-丙烯腈-1,3-丁二烯-伊康酸共聚物、苯乙烯-丙烯腈-1,3-丁二烯-甲基丙烯酸甲酯-反丁烯二酸共聚物、苯乙烯-1,3-丁二烯-伊康酸-甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物、丙烯腈-1,3-丁二烯-甲基丙烯酸-甲基丙烯酸甲酯共聚物、苯乙烯-1,3-丁二烯-伊康酸-甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丙烯酸正丁酯-伊康酸-甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物、苯乙烯-丙烯酸正丁酯-伊康酸-甲基丙烯酸甲酯-丙烯腈共聚物、丙烯酸2-乙基己酯-丙烯酸甲酯-丙烯酸-甲氧基聚乙二醇單甲基丙烯酸酯等。其中，尤其可較佳地使用具有橡膠彈性之聚合物(橡膠)。亦較佳為PVDF(聚偏二氟乙烯)、PTFE(聚四氟乙烯)、及SBR(苯乙烯-丁二烯-橡膠)。

進而，作為非水溶性聚合物，就黏結性之方面而言，可列舉具 有羧基、羰氧基、羥基、腈基、羰基、磺醯基、次硫酸基、環氧基等極性基者作為較佳例。極性基之尤佳例為羧基、羰氧基、羥基。

上述黏合劑中之水溶性高分子之含有比率較佳為8~100質量%。若未達8質量%，則耐吸水性提高，但另一方面，電池之循環耐久性變得不充分。

若黏合劑之添加量過多，則所獲得之電極之電阻變大，因此電池之內部電阻變大而使電池特性降低，故而欠佳。又，若黏合劑之添加量過少，則負極材料粒子相互及與集電材之結合變得不充分，故而欠佳。黏合劑之較佳之添加量亦根據所使用之黏合劑之種類而有所不同，但若為使用水作為溶劑之黏合劑，則多數情況下係使用SBR與CMC之混合物等混合複數種黏合劑而使用，作為所使用之全部黏合劑之總量，較佳為0.5~10質量%，進而較佳為1~8質量%。

可使用之溶劑只要為可溶解上述黏合劑且可使碳質材料良好地分散者，則可無特別限制地使用。例如可使用選自水、甲醇、乙醇、丙醇、N-甲基吡咯啶酮(NMP)等中之1種或2種以上。

電極活性物質層基本上係形成於集電板之兩面，但亦可視需要形成於單面。電極活性物質層越厚，集電板或分隔件等較少即可，因此對高電容化而言較佳，但由於與對極對向之電極面積越廣，對輸入輸出特性之提高越有利，故而若活性物質層過厚，則會使輸入輸出特性降低，故而欠佳。較佳之活性物質層(每單面)之厚度為10~80μm，進而較佳為20~75μm，尤佳為20~60μm。

(壓製壓力)

使用本發明之碳質材料之電極之製造中之壓製壓力並無特別限定。然而，較佳為2.0~5.0tf/cm²，更佳為2.5~4.5tf/cm²，進而較佳為3.0~4.0tf/cm²。於塗敷碳質材料並乾燥後，藉由施加前述之壓製壓力，使活性物質彼此之接觸改善而使導電性提高。因此，可獲得長 期之循環耐久性優異之電極。再者，於壓製壓力過低之情形時，活性物質彼此之接觸變得不充分，因此有電極之電阻變高，庫侖效率降低，因此長期之耐久性較差之情況。又，於壓製壓力過高之情形時，有因壓延而使電極彎曲，因而難以捲繞之情況。

[4]非水電解質二次電池

本發明之非水電解質二次電池係包含本發明之非水電解質二次電池負極者。應用使用本發明之碳質材料之非水電解質二次電池用負極電極之非水電解質二次電池顯示出優異之輸出特性及優異之循環特性。

(非水電解質二次電池之製造)

於使用本發明之負極材料形成非水電解質二次電池之負極電極之情形時，正極材料、分隔件、及電解液等構成電池之其他材料並無特別限定，可使用作為非水溶劑二次電池而先前所使用或提出之各種材料。

例如作為正極材料，較佳為層狀氧化物系(表示為LiMO₂者，M為金屬：例如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、或LiNi_xCo_yMo_zO₂(此處，x、y、z表示組成比)、橄欖石系(以LiMPO₄表示，M為金屬：例如LiFePO₄等)、尖晶石系(以LiM₂O₄表示，M為金屬：例如LiMn₂O₄等)之複合金屬硫族元素化合物，亦可視需要混合該等硫族元素化合物。使該等正極材料與適當之黏合劑及用以對電極賦予導電性之碳質材料一併成形，於導電性之集電材上形成層，藉此形成正極。

該等正極與負極之組合中所使用之非水溶劑型電解液通常可藉由在非水溶劑中溶解電解質而形成。作為非水溶劑，例如可使用碳酸丙二酯、碳酸乙二酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、γ-丁內酯、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、環丁碸、或1,3-二氧雜環戊烷等有機溶劑之一種或組合使用兩種以上。又，作為 電解質，可使用LiClO₄、LiPF₆、LiBF₄、LiCF₃SO₃、LiAsF₆、LiCl、LiBr、LiB(C₆H₅)₄、或LiN(SO₃CF₃)₂等。二次電池通常係藉由使以如上所述形成之正極層與負極層視需要隔著包含不織布、其他多孔質材料等之透液性分隔件對向並浸漬於電解液中而形成。作為分隔件，可使用二次電池中通常所使用之包含不織布、其他多孔質材料之透過性分隔件。或者，亦可代替分隔件或與分隔件一併使用包含含浸有電解液之聚合物凝膠之固體電解質。

(電解液添加劑)

本發明之非水電解質二次電池較佳為於電解質中包含使用半經驗分子軌道法之AM1(Austin Model 1)計算法算出之LUMO之值為-1.10~1.11eV之範圍之添加劑者。應用使用本發明之碳質材料及添加劑之非水電解質二次電池用負極電極之非水電解質二次電池具有高摻雜、脫摻雜電容，顯示出優異之高溫循環特性。

對本發明之非水電解質二次電池中所使用之添加劑進行說明。 通常於初次充電時藉由有機電解液之還原分解而形成固體電解質被膜(SEI)。此處，藉由使用較電解液先發生還原分解之添加劑，可控制SEI之性質，使高溫循環特性提高。為了選定此種添加劑，可應用LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital，最低未占分子軌道)理論。LUMO表示最低能階上無電子之分子軌道函數，於分子接受電子時，該能階中埋有電子，由該值決定還原之程度。具有LUMO值越低則還原性越高之特性，LUMO值越高則越具有耐還原性。

添加至電解液中之化合物之LUMO值係利用作為量子化學計算方法中之一方法之半經驗分子軌道法中的AM1計算方法。

作為半經驗計算方法，根據假定及參數之種類而分類為AM1、PM3(Parametric method 3，參數法3)、MNDO(Modified Neglect of Differential Overlap，改良的忽略微分重疊法)、CNDO(Complete Neglect of Differential Overlap，全略微分重疊法)、INDO(Intermediate Neglect of Differential Overlap，間略微分重疊法)、MINDO(Modified Intermediate Neglect of Differential Overlap，改良的間略微分重疊法)等。AM1計算法係1985年Dewer等人對MNDO法進行部分改善以適合於氫鍵計算而開發者。本發明中之AM1法係由Computer Program Package Gaussian03(Gaussian公司)提供者，但並不限定於此。

以下，例示使用Gaussian03計算LUMO值之操作工序。計算之前階段中之分子結構之模型化係使用搭載於繪圖程式GaussView3.0之可視化機能。製成分子結構，哈密頓算符(Hamiltonian)中使用AM1法於「基底狀態」、電荷「0」、自旋「單態(Singlet)」、溶劑效果「無」下進行結構最佳化之後，以相同等級進行能量單點計算。將藉由結構最佳化獲得之總電子能量之值最小之結構設為最穩定結構，將對應於該分子結構中之最低空軌道之數值設為LUMO值。結果由於單位以原子單位提供，故而使用1a.u.=27.2114eV換算為電子伏特(electron volt)。

本發明之添加劑藉由量子化學計算方法中之AM1計算法求出之LUMO值為-1.1~1.11eV，較佳為-0.6~1.0eV，進而較佳為0~1.0eV。若LUMO值為1.11eV以上，則有無法作為添加劑而發揮作用之情況，故而欠佳。又，若LUMO值為-1.1eV以下，則有於正極側引起副反應之情況，故而欠佳。

作為LUMO值為-1.10~1.11eV之添加劑，例如可列舉：碳酸氟乙二酯(FEC，0.9829eV)、三甲基甲矽烷基磷酸(TMSP，0.415eV)、四氟化硼酸鋰(LiBF4，0.2376eV)、碳酸氯乙二酯(ClEC，0.1056eV)、丙烷磺內酯(PS，0.0656eV)、亞硫酸乙二酯(ES，0.0248eV)、碳酸伸乙烯酯(VC，0.0155eV)、碳酸乙烯基乙二酯(VEC，-0.5736 eV)、二唑噻吩二氧化物(DTD，-0.7831eV)、雙(草酸基)硼酸鋰(LiBOB，-1.0427eV)等，但並不限定於該等。

於使用本發明之負極材料形成非水電解質二次電池之負極電極之情形時，除電解質中至少包含碳酸伸乙烯酯或碳酸氟乙二酯，正極電極、分隔件、及電解液等構成電池之其他材料並無特別限定，可使用作為非水溶劑二次電池而先前所使用或提出之各種材料。

本發明之非水電解質二次電池中所使用之電解液中包含使用半經驗分子軌道法中之AM1計算法算出之LUMO之值為-1.10~1.11eV之範圍之添加劑，可使用1種或併用2種以上而使用。作為其於電解液中之含量，較佳為0.1~6質量%，進而較佳為0.2~5質量%。若含量未達0.1質量%，則無法充分形成源自添加劑之還原分解之被膜，因此無法改善高溫循環特性，若超過6質量%而存在，則會於負極上產生較厚之皮膜，因此電阻增大，輸入輸出特性降低。

二次電池通常係藉由如下方式而形成：使以如上所述之方式形成之正極層與負極層視需要隔著包含不織布、其他多孔質材料等之透液性分隔件而對向並浸漬於電解液中。作為分隔件，可使用二次電池中通常所使用之包含不織布、其他多孔質材料之透過性分隔件。或者，亦可代替分隔件或與分隔件一併使用包含含浸有電解液之聚合物凝膠之固體電解質。

[5]車輛

本發明之鋰二次電池適合作為例如搭載於汽車等車輛之電池(典型的是車輛驅動用鋰二次電池)。

關於本發明之車輛，可將通常作為電動車輛而為大眾所知者或燃料電池與內燃機之油電混合車等無特別限制地設為對象，為至少包括包含上述電池之電源裝置、藉由自該電源裝置之電源供給而驅動之電動驅動機構、及控制其之控制裝置者。進而亦可包含如下機構：包 含發電制動或回充制動且將由制動產生之能量轉換為電而對該鋰二次電池進行充電。

[實施例]

以下，藉由實施例對本發明進行具體說明，但該等並不限定本發明之範圍。再者，以下記載本發明之非水電解質二次電池用碳質材料之物性值(「利用使用丁醇之比重瓶法(以下稱為「丁醇法」)獲得之真密度(ρ_Bt)」、「利用氮吸附獲得之比表面積(SSA)」、「氫/碳之原子比(H/C)」、「利用X射線繞射法獲得之平均層面間隔(d(002)面間隔)之算出」、「利用雷射繞射法獲得之平均粒徑(D_v50)」、「利用使用氦氣之乾式密度測定法(以下稱為「氦氣法」)獲得之真密度」、及「灰分」)之測定法，包括實施例在內，本說明書中所記載之物性值係基於藉由以下方法而求出之值。

(利用丁醇法獲得之真密度(ρ_Bt))

真密度係依據JIS R 7212中所規定之方法，藉由丁醇法而測定。精確稱量內容積約40mL之附側管之比重瓶之質量(m₁)。繼而，於其底部以成為約10mm厚度之方式平坦地放入試樣後，精確地稱量其質量(m₂)。向其中慢慢地添加1-丁醇，形成距離底20mm左右之深度。繼而，對比重瓶施加輕微振動，確認無大氣泡之產生之後，放入真空乾燥器中，緩慢地進行排氣而成為2.0~2.7kPa。保持於該壓力20分鐘以上，氣泡之產生停止後取出，進而填充1-丁醇，塞上塞子並於恆溫水槽(調節為30±0.03℃)中浸漬15分鐘以上，使1-丁醇之液面與標線對齊。繼而，將其取出充分地擦拭外部並冷卻至室溫後，精確地稱量質量(m₄)。

繼而，對相同比重瓶僅填充1-丁醇，以與前述相同之方式浸漬於恆溫水槽中，使標線對齊後稱量質量(m₃)。又，即將使用前將經沸騰而已溶解之氣體被去除的蒸餾水裝入比重瓶中，以與前述相同之方式 浸漬於恆溫水槽中，使標線對齊後稱量質量(m5)。ρ_Bt係藉由下式計算。

此時，d為水於30℃下之比重(0.9946)。

(利用氦氣法獲得之真密度)

ρH之測定係使用島津製作所公司製造之乾式自動密度計AccuPyc 1330。試樣係預先於200℃下乾燥5小時以上後進行測定。使用10cm³之單元，放入試樣1g，於周圍溫度23℃下進行。沖洗次數係設為5次，將確認體積值於反覆測定中於0.5%以內一致的n=5之平均值設為ρ_H。

測定裝置包含試樣室及膨脹室，試樣室包含用以測定室內之壓力之壓力計。試樣室與膨脹室係由包含閥門之連接管連接。試樣室上連接有包含終止閥門之氦氣導入管，膨脹室上連接有包含終止閥門之氦氣排出管。

具體而言，測定係以如下方式進行。

試樣室之容積(V_CELL)及膨脹室之容積(V_EXP)係使用體積已知之校正球預先測定。於試樣室中放入試樣，以氦氣將體系內填滿，將此時之體系內壓力設為P_a。繼而，關閉閥門，僅對試樣室添加氦氣而增加至壓力P₁。其後打開閥門，使膨脹室與試樣室連接，體系內壓力因膨脹而減少至P₂。

此時，試樣之體積(V_SAMP)係利用下式進行計算。

[數2]V_SAMP=V_CELL-[V_EXP/{(P₁-P_a)/(P₂-P_a)-1}]

因此，若將試樣之質量設為W_SAMP，則密度成為[數3]ρ_H=W_SAMP/V_SAMP。

(利用氮吸附獲得之比表面積(SSA))

以下記載由BET公式導出之近似式。

使用上述之近似式，藉由液態氮溫度下之利用氮吸附之一點法(相對壓力x=0.3)求出v_m，並藉由下式計算試樣之比表面積。

此時，v_m為於試樣表面形成單分子層時所需之吸附量(cm³/g)，v為實測之吸附量(cm³/g)，x為相對壓力。

具體而言，使用MICROMERITICS公司製造之「Flow Sorb II2300」，以如下方式測定液態氮溫度下氮對碳質材料之吸附量。將粉碎成粒徑約5~50μm之碳質材料填充至試樣管中，一面通入氦氣：氮氣=70：30之混合氣體，一面將試樣管冷卻至-196℃而使氮吸附於碳質材料。繼而，使試樣管恢復至室溫。此時，利用導熱率型檢測器測定自試樣脫附之氮量，設為吸附氣體量v。

(氫/碳之原子比(H/C))

依據JIS M8819中所規定之方法進行測定。根據藉由利用CHN分 析儀之元素分析獲得之試樣中之氫及碳之質量比率，求出氫/碳之原子數之比。

(利用X射線繞射法獲得之平均層面間隔(d(002)面間隔))

將碳質材料粉末填充至試樣固持器中，以經Ni濾光片進行過單色化之CuKα射線作為放射源，獲得X射線繞射圖形。繞射圖形之波峰位置係藉由重心法(求出繞射線之重心位置，利用與其對應之2θ值求出波峰位置之方法)求出，並使用標準物質用高純度矽粉末之(111)面之繞射峰進行修正。將CuKα射線之波長設為0.15418nm，並藉由以下所記載之Bragg公式算出d(002)。

λ：X射線之波長(CuKαm=0.15418nm)，θ：繞射角

(利用雷射繞射法獲得之平均粒徑(D_v50))

於試樣中添加分散劑(界面活性劑SN WET 366(San Nopco公司製造))並使之融合。繼而，添加純水，藉由超音波使之分散後，利用粒徑分佈測定器(島津製作所公司製造之「SALD-3000S」)，將折射率設為2.0-0.1i，求出粒徑0.5~3000μm之範圍之粒徑分佈。根據所獲得之粒徑分佈，將累積體積成為50%之粒徑設為平均粒徑D_v50。

(灰分)

為了測定鉀元素含有率及鈣含有率，而預先製備特定之含有鉀元素及鈣元素之碳試樣，使用螢光X射線分析裝置，製成關於鉀Kα射線之強度與鉀含量之關係、及關於鈣Kα射線之強度與鈣含量之關係的校準曲線。繼而，針對試樣測定螢光X射線分析中之鉀Kα射線及鈣Kα射線之強度，並根據上述製成之校準曲線求出鉀含量及鈣含量。

螢光X射線分析係使用島津製作所股份有限公司製造之LAB CENTER XRF-1700於以下條件下進行。使用上部照射方式用固持器，將試樣測定面積設為直徑20mm之圓周內。被測定試樣之設置係於內徑25mm之聚乙烯製容器中加入被測定試樣0.5g，利用浮游生物採集網(plankton net)對內部進行按壓，並以聚丙烯製膜覆蓋測定表面而進行測定。X射線源係設定為40kV、60mA。針對鉀，分光結晶使用LiF(200)，檢測器使用氣流(gas flow)型比例計數管，以掃描速度8°/min測定2θ為90~140°之範圍。針對鈣，分光結晶使用LiF(200)，檢測器使用閃爍計數器(scintillation counter)，以掃描速度8°/min測定2θ為56~60°之範圍。

《參考例1》

對萃取後之咖啡殘渣100g添加1%鹽酸300g，於100℃下攪拌1小時後進行過濾，反覆進行3次添加沸騰水300g進行水洗之清洗操作而進行去灰分處理，獲得經去灰分之咖啡萃取殘渣。使所獲得之經去灰分之咖啡萃取殘渣於氮氣環境中乾燥後，於700℃下脫焦油而進行預碳化。使用棒磨機將其粉碎而製成碳前驅物微粒子。繼而，將該碳前驅物於1250℃下正式煅燒1小時，獲得平均粒徑10μm之參考碳質材料1。

《參考例2》

不進行利用酸之去灰分步驟，除此以外，以與參考例1相同之方式獲得參考碳質材料2。

《參考例3》

使萃取後之咖啡殘渣於氮氣環境中乾燥後，於700℃下進行脫焦油而進行預碳化。對進行了預碳化之咖啡殘渣100g添加1%鹽酸300g，於100℃下攪拌1小時後進行過濾，反覆進行3次添加沸騰水300g進行水洗之清洗操作而進行去灰分處理，獲得經去灰分之咖啡萃取殘渣使用棒磨機將其粉碎而製成碳前驅物微粒子。繼而，將該碳前驅 物於1250℃下正式煅燒1小時，獲得平均粒徑10μm之參考碳質材料3。

《參考例4》

使萃取後之咖啡殘渣於氮氣環境中乾燥後，於700℃下進行脫焦油而進行預碳化。使用棒磨機將其粉碎而製成微粉狀。對進行了預碳化之微粉狀之咖啡殘渣100g添加1%鹽酸300g，於100℃下攪拌1小時後進行過濾，反覆進行3次添加沸騰水300g進行水洗之清洗操作而進行去灰分處理，獲得經去灰分之咖啡萃取殘渣。繼而，將該碳前驅物於1250℃下正式煅燒1小時，獲得平均粒徑10μm之參考碳質材料4。

《參考例5》

於去灰分時不使用酸而僅反覆進行水洗，除此以外，以與參考例1相同之方式獲得參考碳質材料5。

(活性物質之摻雜-脫摻雜試驗)

使用參考例1~5中所獲得之參考碳質材料1~5，進行以下之(a)~(c)之操作，製作負極電極及非水電解質二次電池，並且進行電極性能之評價。

(a)電極製作

於上述碳質材料90質量份、聚偏二氟乙烯(KUREHA股份有限公司製造之「KF#1100」)10質量份中添加NMP而製成糊狀，並均勻地塗佈於銅箔上。乾燥後，將銅箔沖裁成直徑15mm之圓板狀，對其進行壓製而製成電極。再者，電極中之碳質材料之量係以成為約10mg之方式進行製備。

(b)試驗電池之製作

本發明之碳質材料適於構成非水電解質二次電池之負極電極，但為了不影響對極之性能之變動而高精度地評價電池活性物質之放電電容(脫摻雜量)及不可逆電容(非脫摻雜量)，以特性穩定之鋰金屬作為對極，使用上述所獲得之電極構成鋰二次電池，並對其特性進行評 價。

鋰極之製備係於Ar環境中之手套箱內進行。預先對2016尺寸之紐扣型電池用罐之外蓋點焊直徑16mm之不鏽鋼網圓盤之後，將厚度0.8mm之金屬鋰薄板沖裁成直徑15mm之圓盤狀，並將所得者壓接於不鏽鋼網圓盤，製成電極(對極)。

使用以此種方式製造之電極對，使用於將碳酸乙二酯、碳酸二甲酯、及碳酸甲乙酯以電容比1：2：2混合而成之混合溶劑中以1.5mol/L之比率添加LiPF₆而成者作為電解液，使用聚乙烯製之墊圈(gasket)作為直徑19mm之硼矽酸鹽玻璃纖維製微細微孔膜之分隔件，於Ar手套箱中組裝2016尺寸之紐扣型非水電解質系鋰二次電池。

(c)電池電容之測定

使用充放電試驗裝置(東洋系統製造之「TOSCAT」)對上述構成之鋰二次電池進行充放電試驗。藉由定電流定電壓法進行鋰對碳極之摻雜反應，藉由定電流法進行脫摻雜反應。此處，若為正極中使用鋰硫族元素化合物之電池，則鋰對碳極之摻雜反應為「充電」，若為如本發明之試驗電池般對極中使用鋰金屬之電池，則將對碳極之摻雜反應稱為「放電」，鋰對相同碳極之摻雜反應之稱謂根據所使用之對極而有所不同。因此此處方便起見將鋰對碳極之摻雜反應表述為「充電」。反之，所謂「放電」，若為試驗電池則為充電反應，但由於為鋰自碳質材料之脫摻雜反應，故而方便起見而表述為「放電」。此處，所採用之充電方法為定電流定電壓法，具體而言，以0.5mA/cm²進行定電流充電直至端子電壓成為0mV為止，使端子電壓達到0mV之後，於端子電壓0mV下進行定電壓充電且繼續充電直至電流值達到20μA為止。此時，將以電極之碳質材料之質量除所供給之電量所得之值定義為碳質材料之每單位質量之充電電容(mAh/g)。充電結束後，使30分鐘電池電路開放，其後進行放電。放電係以0.5mA/cm²進 行定電流放電，將終止電壓設為1.5V。此時，將以電極之碳質材料之質量除放電之電量所得之值定義為碳質材料之每單位質量之放電電容(mAh/g)。不可逆電容係計算充電電容-放電電容。將關於使用同一試樣製作之試驗電池之n=3之測定值平均而決定充放電電容及不可逆電容。將電池特性示於表3。

將參考例1~5中所製備之參考碳質材料1~5之去灰分及煅燒之條件、與所獲得之碳質材料中所含之離子之含量、電池特性分別示於表1~3。

根據本發明之參考例中所獲得之參考碳質材料1與參考碳質材料2~5之比對可知，於自參考碳質材料1與參考碳質材料2進行液相去灰分之情形時，可大幅度減少鉀元素、鈣元素。又，可知藉由鉀元素、鈣元素之減少，而充電電容、放電電容均增加，藉由液相去灰分而使起因於鋰之摻雜、及脫摻雜之微孔增加。

根據參考碳質材料1與參考碳質材料3、及4之比對可知，於在液相去灰分步驟之前對源自植物之有機物進行脫焦油之情形時，鉀元素、及鈣元素之去灰分效率降低。又，可知即便將其等材料粉碎而減小去灰分粒徑，若在液相去灰分步驟之前對有機物進行脫焦油，則鈣元素之減少效率亦較低。即，可謂在藉由脫焦油而使結晶結構之秩序性增強之前進行液相去灰分較為有益。

根據參考碳質材料1與參考碳質材料5之比對，可知於不進行利用酸性溶液之酸處理而僅以利用純水之水洗進行去灰分之情形時，鉀元素、及鈣元素不會減少。因此，可知由於灰分殘存，故而於電池特性方面充電電容、放電電容較低。

《實施例1》

對萃取後之咖啡殘渣2000g(含水率65%)添加35%鹽酸(純正化學股份有限公司製造 特級)171g、純水5830g，而使pH值成為0.5。於液溫20℃下攪拌1小時後進行過濾，獲得經酸處理之咖啡萃取殘渣。其後，反覆進行3次於經酸處理之咖啡萃取殘渣中添加純水6000g並攪拌1小時之水洗操作而進行去灰分處理，獲得經去灰分之咖啡萃取殘渣。

使所獲得之經去灰分之咖啡萃取殘渣於氮氣環境中150℃下乾燥後，於管狀爐中380℃下脫焦油1小時，而獲得經脫焦油去灰分之咖啡萃取殘渣。將所獲得之經脫焦油去灰分之咖啡萃取殘渣50g放入至氧化鋁盒中，於電爐中、空氣氣流下、220℃下進行1小時氧化處理，獲 得經氧化處理之咖啡萃取殘渣。

將該經氧化處理之咖啡萃取殘渣30g於管狀爐中、氮氣流下、700℃下脫焦油1小時而進行預碳化。利用棒磨機將其粉碎而製成碳前驅物微粒子。繼而，將該碳前驅物微粒子10g放入至橫型管狀爐，一面通入氮氣，一面於1250℃下保持1小時而使之碳化，獲得平均粒徑10μm之碳質材料1。

《實施例2》

將實施例1中之氧化處理溫度設為260℃，除此以外，以與實施例1相同之方式獲得碳質材料2。

《實施例3》

將實施例1中之氧化處理溫度設為300℃，除此以外，以與實施例1相同之方式獲得碳質材料3。

《實施例4》

將實施例1中之氧化處理溫度設為350℃，除此以外，以與實施例1相同之方式獲得碳質材料4。

《實施例5》

將實施例1中之氧化處理溫度設為400℃，除此以外，以與實施例1相同之方式獲得碳質材料5。

《比較例1》

對萃取後之咖啡殘渣2000g(含水率65%)添加35%鹽酸(純正化學股份有限公司製造 特級)171g、純水5830g，於液溫20℃下攪拌1小時後，進行過濾，獲得經酸處理之咖啡萃取殘渣。其後，反覆進行3次於經酸處理之咖啡萃取殘渣中添加純水6000g並攪拌1小時之水洗操作而進行去灰分處理，獲得經去灰分之咖啡萃取殘渣。

將該經去灰分之咖啡萃取殘渣50g於管狀爐中、氮氣流下、700℃下脫焦油1小時而進行預碳化。利用棒磨機將其粉碎而製成碳前 驅物微粒子。繼而，將該碳前驅物微粒子10g放入至橫型管狀爐中，一面通入氮氣，一面於1250℃下保持1小時而使之碳化，獲得平均粒徑10μm之比較碳質材料1。

《比較例2》

將實施例1中之氧化處理溫度設為190℃，除此以外，以與實施例1相同之方式獲得比較碳質材料2。

《比較例3》

將實施例1中之氧化處理溫度設為410℃，除此以外，以與實施例1相同之方式獲得比較碳質材料3。

(活性物質之摻雜-脫摻雜試驗) (a)電極製作

於上述碳質材料94質量份、聚偏二氟乙烯(KUREHA股份有限公司製造之「KF#9100」)6質量份中添加NMP而製成糊狀，並均勻地塗佈於銅箔上。乾燥後，將銅箔沖裁成直徑15mm之圓板狀，並對其進行壓製而製成電極。再者，電極中之碳質材料之量係以成為約10mg之方式進行製備。

(b)試驗電池之製作

本發明之碳質材料適於構成非水電解質二次電池之負極電極，但為了不影響對極之性能之變動而高精度地評價電池活性物質之放電電容(脫摻雜量)及不可逆電容(非脫摻雜量)，以特性穩定之鋰金屬作為對極，使用上述所獲得之電極構成鋰二次電池，並對其特性進行評價。

鋰極之製備係於Ar環境中之手套箱內進行。預先對2016尺寸之紐扣型電池用罐之外蓋點焊直徑16mm之不鏽鋼網圓盤之後，將厚度0.8mm之金屬鋰薄板沖裁成直徑15mm之圓盤狀，並將所得者壓接於不鏽鋼網圓盤，製成電極(對極)。

使用以此種方式製造之電極對，使用於將碳酸乙二酯、碳酸二甲酯、及碳酸甲乙酯以電容比1：2：2混合而成之混合溶劑中以1.5mol/L之比率添加LiPF₆而成者作為電解液，使用聚乙烯製之墊圈(gasket)作為直徑19mm之硼矽酸鹽玻璃纖維製微細微孔膜之分隔件，於Ar手套箱中組裝2016尺寸之紐扣型非水電解質系鋰二次電池。

(c)電池電容之測定

使用充放電試驗裝置(東洋系統製造之「TOSCAT」)對上述構成之鋰二次電池進行充放電試驗。藉由定電流定電壓法進行鋰對碳極之摻雜反應，藉由定電流法進行脫摻雜反應。此處，若為正極中使用鋰硫族元素化合物之電池，則鋰對碳極之摻雜反應為「充電」，若為如本發明之試驗電池般對極中使用鋰金屬之電池，則將對碳極之摻雜反應稱為「放電」，鋰對相同碳極之摻雜反應之稱謂根據所使用之對極而有所不同。因此此處方便起見將鋰對碳極之摻雜反應表述為「充電」。反之，所謂「放電」，若為試驗電池則為充電反應，但由於為鋰自碳質材料之脫摻雜反應，故而方便起見而表述為「放電」。此處，所採用之充電方法為定電流定電壓法，具體而言，以0.5mA/cm²進行定電流充電直至端子電壓成為0mV為止，使端子電壓達到0mV之後，於端子電壓0mV下進行定電壓充電且繼續充電直至電流值達到20μA為止。此時，將以電極之碳質材料之質量除所供給之電量所得之值定義為碳質材料之每單位質量之充電電容(mAh/g)。充電結束後，使30分鐘電池電路開放，其後進行放電。放電係以0.5mA/cm²進行定電流放電，將終止電壓設為1.5V。此時，將以電極之碳質材料之質量除放電之電量所得之值定義為碳質材料之每單位質量之放電電容(mAh/g)。不可逆電容係計算充電電容-放電電容。將關於使用同一試樣製作之試驗電池之n=3之測定值平均而決定充放電電容及不可逆電容。

(高溫循環試驗)

求出與LiCoO₂正極之組合電池於50℃下相對於初次放電電容之150循環後之放電電容的%電容維持率。其詳細內容如下所述。

使用LiCoO₂(日本化學工業股份有限公司製造之「CellSeed C5-H」)作為正極材料(活性物質)，將該正極材料94質量份、乙炔黑3質量份與黏結材料聚偏二氟乙烯(KUREHA股份有限公司製造之「KF#1300」)3質量份混合，添加N-甲基-2-吡咯啶酮(NMP)而製成糊狀，均勻地塗佈於厚度20μm之帶狀鋁箔之單面。乾燥後，將所獲得之片狀電極沖裁成直徑14mm之圓板狀，並對其進行壓製而製成正極。

負極(碳極)係於前述之實施例或比較例中所製造之負極材料各94質量份、聚偏二氟乙烯(KUREHA股份有限公司製造之「KF#9100」)6質量份中添加NMP而製成糊狀，並均勻地塗佈於銅箔上。乾燥後，將所獲得之片狀電極沖裁成直徑15mm之圓板狀，並對其進行壓製而製成負極。再者，電極中之負極材料(碳質材料)之量係以成為約10mg之方式製備。

使用以如上所述之方式製備之正極與負極，使用於將碳酸乙二酯、碳酸二甲酯、及碳酸甲乙酯以電容比1：2：2混合而成之混合溶劑中以1.5mol/L之比率添加LiPF₆而成者作為電解液，使用聚乙烯製之墊圈作為直徑19mm之硼矽酸鹽玻璃纖維製微細微孔膜之分隔件，於Ar手套箱中組裝2016尺寸之紐扣型非水電解質系鋰二次電池。針對此種構成之鋰離子二次電池，進行充放電試驗。

充電係藉由定電流定電壓法進行。充電條件係將充電上限電壓設定為4.2V，將充電電流值設定為2C(即用以充電30分鐘所需之電流值)，達到4.2V後，於固定電壓之狀態下使電流衰減，於成為1/100C之電流之時間點使充電結束。繼而，向反向通入電流而進行放電。放 電係以2C之電流值進行，於達到2.75V之時間點使放電結束。於50℃之恆溫槽中反覆進行此種充電及放電，進行高溫循環特性之評價。

於上述高溫循環特性之評價中，將150循環後之放電電容除以第1循環之放電電容，設為150循環後放電電容保持率(%)。

將碳質材料1~5、及比較碳質材料1~3之物性示於表4，及將使用其等碳質材料製造之鋰離子二次電池之性能示於表5。又，將碳質材料2、及比較碳質材料1相對於充放電循環數之放電電容保持率之變化示於圖1。

於本發明之實施例1~5中所獲得之碳質材料之基礎物性、與比 較例1中所獲得之碳質材料之基礎物性之比對中可知，藉由實施氧化處理，而使d(002)面間隔增加，ρ_Bt降低，因此氧化處理使結晶之秩序性變得雜亂，使微孔增加(表4)。

又，於實施例1~5中所獲得之碳質材料之電氣特性、與比較例1中所獲得之碳質材料之電氣特性之比對中可知，藉由實施氧化處理，而使高溫下之150循環後之放電電容保持率變高，可知藉由氧化處理而使由源自植物之有機物獲得之碳質材料之高溫循環特性提高(表5及圖1)。

然而，比較例2由於氧化處理溫度為較低之190℃，故而d(002)面間隔較小，ρ_Bt亦較大，因此氧化處理之效果亦較小。另一方面，比較例3由於氧化處理溫度為較高之410℃，故而會促進利用氧化之分解反應，使比表面積變大。比表面積之增大會使電化學的反應部位增大，因此有於充電時利用電解液之分解反應之固體電解質膜之形成量增加，因由此產生之鋰消耗而使不可逆電容增大之虞。因此，其以上之氧化處理溫度欠佳。

(實施例6)

對粒徑1mm之烘焙咖啡豆之萃取後之咖啡殘渣100g添加1%鹽酸300g，於20℃下攪拌1小時後進行過濾，反覆進行3次添加20℃之水300g進行水洗之清洗操作而進行去灰分處理，獲得經去灰分之咖啡萃取殘渣。

最初將所獲得之經去灰分之咖啡萃取殘渣50g導入至包含原料供給給料機攪拌裝置及地漏之直徑50mm之縱型爐中，一面自地漏下部以5L/min導入空氣，一面以升溫速度100℃/h升溫至220℃，於220℃下進行乾燥及氧化。反應係於達到220℃後進行1小時。藉由溫度控制裝置，於超過設定溫度時，自給料機重新導入經去灰分之咖啡萃取殘渣，於內部溫度降低至設定溫度時，停止經去灰分之咖啡殘渣之供 給，將內部溫度調節為設定溫度。

繼而，將實施了氧化處理之經去灰分之咖啡殘渣於管狀爐中、氮氣流下、700℃下脫焦油1小時而進行預碳化。使用棒磨機將其粉碎而製成碳前驅物微粒子。繼而，將該碳前驅物於1250℃下正式煅燒1小時，獲得平均粒徑10μm之碳質材料6。

(實施例7)

於260℃下進行乾燥及氧化，除此以外，以與實施例6相同之方式獲得碳質材料7。

(實施例8)

於300℃下進行乾燥及氧化，除此以外，以與實施例6相同之方式獲得碳質材料8。

(實施例9)

於附有給料機之橫型爐中、260℃下進行乾燥及氧化，除此以外，以與實施例6相同之方式獲得碳質材料9。

(實施例10)

使用縱型爐，依序分別進行乾燥及氧化，除此以外，以與實施例6相同之方式獲得碳質材料10。於將氧化溫度調節為設定溫度時，向縱型爐中導入水而進行溫度調節。

於實施例中，上述氧化處理步驟中未產生溫度管理上之問題。又，於利用與實施例1~5相同之方法製成之實施例10中，為了調節氧化步驟中之設定溫度，而需要131g之導入水。將氧化條件、與所獲得之碳質材料中所含之離子之含量及各種特性分別示於表6。

(活性物質之摻雜-脫摻雜試驗)

使用實施例6~10中所獲得之碳質材料6~10，進行前述活性物質之摻雜-脫摻雜試驗之(a)~(c)之操作，製作負極電極及非水電解質二次電池，並且進行電極性能之評價。

(高溫循環試驗) (a)測定單元之製成方法

於上述碳質材料94質量份、聚偏二氟乙烯(KUREHA製造之KF#9100)6質量份中添加NMP而製成糊狀，並均勻地塗佈於銅箔上。乾燥後，將愛那個塗敷電極沖裁成直徑15mm之圓板狀，並對其進行壓製，藉此製作負極電極。

於鈷酸鋰(LiCoO₂)94質量份、碳黑3質量份、聚偏二氟乙烯(KUREHA製造之KF#1300)3質量份中添加NMP而製成糊狀，並均勻地塗佈於鋁箔上。乾燥後，將塗敷電極沖裁成直徑14mm之圓板狀。再者，以成為(c)中測定之負極活性物質之充電電容之95%之方式調整正極電極中之鈷酸鋰之量。將鈷酸鋰之電容設為150mAh/g而進行計算。

使用以此種方式製備之電極對，使用與活性物質之摻雜-脫摻雜試驗中使用者相同者作為電解液，使用聚乙烯製之墊圈作為直徑19mm之硼矽酸鹽玻璃纖維製微細微孔膜之分隔件，於Ar手套箱中組裝 2032尺寸之紐扣型非水電解質系鋰二次電池。

(b)循環試驗

充電係藉由定電流定電壓而進行。充電條件係以固定之電流(2C)進行充電直至成為4.2V為止，其後以使電壓保持於4.2V之方式(於保持於定電壓之狀態下)使電流值衰減而繼續充電直至電流值達到(1/100)C為止。充電結束後，使電池電路開放30分鐘，其後進行放電。放電係以固定之電流(2C)進行直至電池電壓成為2.75V為止。最初之3循環係於25℃下進行，以後之循環係於50℃之恆溫槽內進行。

將利用上述之製造方法製成之鋰二次電池之電池特性示於表7。

確認到可製作於一面混合及追加咖啡萃取殘渣或其去灰分物，一面於氧化性氣體環境下進行乾燥及氧化處理之情形(實施例6~9)時，未見氧化中之溫度之異常上升，又，於使用所製備之碳質材料製作負極之情形時，不遜色於將利用於用於氧化步驟中之溫度調整之冷卻時導入水之方法製備之碳質材料(實施例10)用於負極之電池之特性的二次電池。反覆數次藉由相同之操作製備碳質材料，並對其特性進行評價，但確認到均可獲得相同之各種特性且特性之不均勻均較少。

(參考例6)

對萃取後之咖啡殘渣100g添加1%鹽酸300g，於20℃下攪拌1小時後進行過濾，反覆進行3次添加20℃之水300g進行水洗之清洗操作 而進行去灰分處理，獲得經去灰分之咖啡萃取殘渣。使所獲得之經去灰分之咖啡萃取殘渣於氮氣環境中150℃下乾燥後，於管狀爐中、氮氣流下、700℃下脫焦油1小時而進行預碳化。使用棒磨機將其粉碎後，利用38μm之篩網進行篩分，對粗大粒子進行切割而製成碳前驅物微粒子。繼而，將該碳前驅物放入至橫型管狀爐中，一面通入氮氣，一面於1250℃下保持1小時而使之碳化，獲得平均粒徑6.1μm之參考碳質材料6。

(參考例7)

使用對烘焙度不同之巴西豆(***咖啡種)進行萃取所得者作為使用咖啡殘渣，除此以外，以與參考碳質材料6相同之方式獲得參考碳質材料7。

(參考例8)

使用對越南豆(中果種)進行萃取所得者作為使用咖啡殘渣，除此以外，以與參考碳質材料6相同之方式獲得參考碳質材料8。

(參考例9)

對萃取後之咖啡殘渣2000g(含水率65%)添加35%鹽酸(純正化學股份有限公司製造特級)171g、純水5830g，而使pH值成為0.5。於液溫20℃下攪拌1小時後進行過濾，而獲得經酸處理之咖啡萃取殘渣。其後，反覆進行3次於經酸處理之咖啡萃取殘渣中添加純水6000g並攪拌1小時之水洗操作而進行去灰分處理，獲得經去灰分之咖啡萃取殘渣。

使所獲得之經去灰分之咖啡萃取殘渣於氮氣環境中150℃下乾燥後，於管狀爐中380℃下脫焦油1小時，而獲得經脫焦油去灰分之咖啡萃取殘渣。將所獲得之經脫焦油去灰分之咖啡萃取殘渣50g放入至氧化鋁盒中，於電爐中、空氣氣流下、260℃下進行1小時氧化處理，獲得經氧化處理之咖啡萃取殘渣。

繼而，將該經氧化處理之咖啡萃取殘渣30g於管狀爐中、氮氣流下、700℃下脫焦油1小時而進行預碳化。利用棒磨機將其粉碎而製成碳前驅物微粒子。繼而，將該碳前驅物微粒子放入至橫型管狀爐中，一面通入氮氣，一面於1250℃下保持1小時而使之碳化，獲得平均粒徑6.2μm之參考碳質材料9。

(參考例10)

將平均粒徑設為11μm，除此以外，以與參考例6相同之方式獲得參考碳質材料10。

(參考例11)

將正式煅燒溫度設為800℃，除此以外，以與參考例6相同之方式獲得參考碳質材料11。

製成使用參考例6~11之碳質材料之負極電極，將利用以下所示之方法測定之電阻值與以與上述相同之方式測定之電池特性示於表8。

(測定單元之製成方法)

於上述參考例6~11中所獲得之碳質材料各94質量份、聚偏二氟乙烯(KUREHA製造之KF#9100)6質量份中添加NMP而製成糊狀，並均勻地塗佈於銅箔上。乾燥後，將塗敷電極沖裁成直徑15mm之圓板狀，並對其進行壓製，藉此製作負極電極。

於鈷酸鋰(LiCoO₂，日本化學工業製造之「CellSeed C-5H」)94質量份、碳黑3質量份、聚偏二氟乙烯(KUREHA製造之KF#1300)3質量份中添加NMP而製成糊狀，並均勻地塗佈於鋁箔上。乾燥後，將塗敷電極沖裁成直徑14mm之圓板狀。再者，以成為(c)中測定之負極活性物質之充電電容之95%之方式調整正極電極中之鈷酸鋰之量。將鈷酸鋰之電容設為150mAh/g而進行計算。

使用以此種方式製備之電極對，使用於將碳酸乙二酯、碳酸二 甲酯、及碳酸甲乙酯以電容比1：2：2混合而成之混合溶劑中以1.5莫耳/升之比率添加LiPF₆而成者作為電解液，使用聚乙烯製之墊圈作為直徑19mm之硼矽酸鹽玻璃纖維製微細微孔膜之分隔件，於Ar手套箱中組裝2032尺寸之紐扣型非水電解質系鋰二次電池。

(直流電阻之測定方法)

首先，反覆進行2次充放電而進行老化。老化中之電流值向C速率之換算係根據上文規定之鈷酸鋰之電容與質量而算出。充電係藉由定電流定電壓而進行。充電條件係以固定電流0.2C(將用以充電1小時所需之電流值定義為1C)進行充電直至成為4.2V為止，其後以使電壓保持於4.2V之方式(於保持於定電壓之狀態下)使電流值衰減而繼續充電直至電流值達到(1/100)C為止。充電結束後，使電池電路開放30分鐘，其後進行放電。放電係以固定電流0.2C進行直至電池電壓達到2.75V為止。第2次之充放電將電流值分別設為0.4C。

繼而，以0.4C進行充電直至電容達到SOC(State of Charge，充電狀態)50%為止，其後於低溫恆溫器內(0℃環境)進行脈衝充放電。脈衝充放電係將以固定電流充電10秒後開電路600秒、放電10秒後開電路600秒設為1循環，於0.5C、1C、2C之各電流下進行測定。對相對於各電流之電壓變化進行繪圖，將其線性近似之斜率作為直流電阻而算出。

如根據表9所明確般，使用粒徑較小之參考例6~9之碳質材料之負極電極之電阻較小，並且使用其之電池之不可逆電容亦較小。根據以上結果可知，作為同時要求反覆進行大電流供給與接受之較高之輸入輸出特性之油電混合車(HEV)用二次電池用，尤其純度較高且具有特定之物性之本發明之碳質材料有用。

(碳質材料製備)

於本參考例中，利用以下方法將咖啡豆殘渣及椰殼製成負極用碳質材料粉末。以源自植物之有機物作為原料之碳質材料粉末係利用以下方法製成。

(參考例12)

對萃取後之摻合咖啡殘渣100g添加1%鹽酸300g，於20℃下攪拌1小時後進行過濾。繼而，反覆進行3次添加20℃之水300g並攪拌1小時後進行過濾之水洗操作而進行去灰分處理，獲得經去灰分之咖啡萃取殘渣。使所獲得之經去灰分之咖啡萃取殘渣於氮氣環境中乾燥後，於700℃下脫焦油而進行預碳化。使用棒磨機將其粉碎而製成碳前驅物微粒子。繼而，將該碳前驅物於1250℃下正式煅燒1小時，獲得平均粒徑10μm之參考碳質材料12。將所研究之碳質材料之各種特性分別示於表10。

(參考例13)

使用對淺煎巴西豆進行萃取所得者作為使用咖啡殘渣，除此以外，以與參考例12相同之方式獲得參考碳質材料13。將所獲得之碳質材料之各種特性示於表10。

(參考例14)

使用對深煎巴西豆進行萃取所得者作為使用咖啡殘渣，除此以外，以與參考例12相同之方式獲得參考碳質材料14。將所獲得之碳質材料之各種特性示於表10。

(參考例15)

將煅燒溫度設為800℃，除此以外，以與參考例12相同之方式獲得參考碳質材料15。將所獲得之碳質材料之各種特性分別示於表10。

(參考例16)

將椰殼炭於氮氣環境中(常壓)600℃下預煅燒1小時後進行粉碎，製成平均粒徑19μm之粉末狀碳前驅物。繼而，反覆進行2次將該粉末狀碳前驅物於35%鹽酸中浸漬1小時後，利用沸騰之水清洗1小時之清洗操作而進行去灰分處理，獲得經去灰分之粉末狀碳前驅物。將所獲得之經去灰分之粉末狀碳前驅物10g放置於橫型管狀爐中，於氮氣環境下、1200℃下進行1小時正式煅燒，獲得參考碳質材料16。將所獲得之參考碳質材料16之各種特性示於表10。

(活性物質之摻雜-脫摻雜試驗) (a)電極製作

於上述碳質材料與黏合劑中添加溶劑而製成糊狀，並均勻地塗佈於銅箔上。乾燥後，將銅箔沖裁成直徑15mm之圓板狀，並對其進行壓製而製成參考例17~24之電極。將所使用之碳質材料及黏合劑、調配比分別示於表11。

再者，表中所使用之簡略符號之黏合劑如下所述。

SBR：苯乙烯-丁二烯橡膠

CMC：羧基甲基纖維素

PVA：聚乙烯醇

PAA：聚丙烯酸鹽

PVDF：聚偏二氟乙烯(KUREHA股份有限公司製造之「KF#9100」)

進行前述「(活性物質之摻雜-脫摻雜試驗)」之(b)及(c)之操作，製作負極電極及非水電解質二次電池，並且進行電極性能之評價。將電池之初期特性示於表12。

(d)電池暴露試驗

將上述構成之鋰二次電池於25℃、50%RH、空氣中放置1星期。試驗電池之製作與電池電容之測定係使用暴露後之電極作為試驗極，除此以外，以與暴露前之試驗相同之方式進行。

(e)循環試驗 (負極電極之製作)

將實施碳1之電極合劑均勻地塗佈於厚度18μm之銅箔之單面上，將其於120℃下加熱、乾燥25分鐘。乾燥後，沖裁成直徑15mm之圓盤狀並對其進行壓製，藉此製作負極電極。再者，圓盤狀負極電極所具有之活性物質之質量係以成為10mg之方式進行調整。

(正極電極之製作)

於鈷酸鋰(日本化學工業製造之「CellSeed C-5」)94質量份、碳黑3質量份、聚偏二氟乙烯(KUREHA股份有限公司製造之KF#1300)3質量份、碳黑3質量份中添加NMP並混合而製備正極用合劑。將所獲得之合劑均勻地塗佈於厚度50μm之鋁箔上。乾燥後，將塗敷電極沖裁成直徑14mm之圓盤狀而製作正極電極。再者，以成為利用前述所記載之方法測定的參考例17中之活性物質之每單位質量之充電電容之95%之方式調整正極電極中之鈷酸鋰之量。將鈷酸鋰之電容設為150mAh/g而進行計算。

使用以此種方式製造之電極對，使用於將碳酸乙二酯、碳酸二甲酯、及碳酸甲乙酯以體積比1：2：2混合而成之混合溶劑中以1.5莫耳/升之比率添加LiPF₆而成者作為電解液，以直徑19mm之硼矽酸鹽玻璃纖維製微細微孔膜作為分隔件，使用聚乙烯製之墊圈於Ar手套箱中組裝2032尺寸之紐扣型非水電解質系鋰二次電池。

此處，首先反覆進行3次充放電而進行老化之後，開始循環試驗。循環試驗中所採用之定電流定電壓條件係以固定之電流密度2.5mA/cm²進行充電直至電池電壓成為4.2V為止，其後以使電壓保持於4.2V之方式(於保持於定電壓之狀態下)使電流值連續地變化而繼續充電直至電流值達到50μA為止。充電結束後，開放電池電路10分鐘，其後進行放電。放電係以固定之電流密度2.5mA/cm²進行直至電池電 壓達到3.0V為止。於50℃下反覆進行100次該充電及放電，求出100次後之放電電容。又，將以初次之放電電容除100次後之放電電容所得之值設為維持率(%)。

針對所製成之鋰二次電池，將暴露試驗及循環之特性示於表12。

可確認若電極中使用本案發明之碳質材料，則即便使用水溶性樹脂作為黏合劑，暴露試驗後之電池之不可逆電容亦不會增加。可認為其原因在於，藉由在pH值3.0以下之酸性溶液中進行去灰分處理而獲得之本案發明之負極用碳質材料為難石墨化性碳質材料，儘管如此，但由於水分吸附性較低，故而即便使用如水溶性樹脂之吸濕性較高之黏合劑，亦不會具有作為電極成為問題之程度之吸濕性。因此，本案發明之非水電解質二次電池於暴露試驗中顯示出良好之耐久性。進而，可使用水溶性樹脂，結果於循環試驗中亦顯示出優異之耐久性。

使用前述參考例12~15中所製造之碳質材料，研究本發明之非水電解質二次電池中所使用之添加劑之效果。

(活性物質之摻雜-脫摻雜試驗) (a)電極製作

使用前述各參考例中所製造之負極材料，以如下方式製成非水電解液二次電池，並對其特性進行評價。本發明之負極材料適合作為非水電解質二次電池之負極，但為了不影響對極性能之變動而高精度地評價電池活性物質之放電電容及不可逆電容，而以特性穩定之鋰金屬作為對極，使用前述所獲得之電極構成鋰二次電池，並對其特性進行評價。

正極(碳極)係以如下方式製造。於所製造之負極材料(碳質材料)94質量份、聚偏二氟乙烯6質量份中添加N-甲基-2-吡咯啶酮而製成糊狀，將糊劑均勻地塗佈於銅箔上並乾燥後，將片狀電極沖裁成直徑15mm之圓板狀，對其進行壓製而製成電極。電極中之碳質材料(負極材料)之質量係以成為10mg之方式進行調整，以碳質材料之填充率(電極中之碳質材料密度/利用丁醇法獲得之真密度)成為約61%之方式進行壓製。

負極(鋰極)之製備係於Ar氣體環境中之手套箱內進行。預先對2016尺寸之紐扣型電池用罐之外蓋點焊直徑16mm之不鏽鋼網圓盤後，將厚度0.8mm之金屬鋰薄板沖裁成直徑15mm之圓板狀，並將所得者壓接於不鏽鋼網圓盤，而製成電極。

(b)試驗電池之製作

使用上述正極及負極，使用於將碳酸乙二酯、碳酸二甲酯、及碳酸甲乙酯以電容比1：2：2混合而成之混合溶劑中以1.5mol/L之比率添加LiPF₆並以1或3wt%之比率添加表5所示之添加劑而成者作為電解液，使用聚乙烯製之墊圈作為直徑19mm之硼矽酸鹽玻璃纖維製微細微孔膜之分隔件，於Ar環境之手套箱內組裝2016尺寸之紐扣型非水電解質鋰二次電池。又，以除不使用添加劑相同者作為比較電解質， 於參考例(表13)中使用。

(c)電池電容之測定

針對上述構成之鋰二次電池，使用充放電試驗裝置(東洋系統製造之「TOSCAT」)進行充放電試驗，充放電係藉由定電流定電壓法進行。此處，關於「充電」，若為試驗電池則為放電反應，於此情形時為對碳質材料之鋰***反應，故而方便起見而表述為「充電」。反之，所謂「放電」，若為試驗電池則為充電反應，為鋰自碳質材料之脫附反應，故而方便起見而表述為「放電」。此處所採用之定電流定電壓法係以固定之電流密度0.5mA/cm²進行充電直至電池電壓成為0V為止，其後以使電壓保持於0V之方式(於保持定電壓之狀態下)使電流值連續地變化而繼續充電直至電流值達到20μA為止。此時，將以電極之碳質材料之質量除所供給之電量所得之值定義為碳質材料之每單位質量之充電電容(摻雜電容)(mAh/g)。充電結束後，開放電池電路30分鐘，其後進行放電。放電係以固定之電流密度0.5mA/cm²進行直至電池電壓成為1.5V為止，此時，將以電極之碳質材料之質量除所放電之電量所得之值定義為碳質材料之每單位質量之放電電容(脫摻雜電容)(mAh/g)。不可逆電容(非脫摻雜電容)(mAh/g)係計算充電量-放電量，效率(%)係算出(放電電容/充電電容)×100。將關於使用同一試樣製作之試驗電池之n=3之測定值平均而決定充放電電容及不可逆電容。

(高溫循環試驗) (a)測定單元之製成方法

於上述碳質材料94質量份、聚偏二氟乙烯(KUREHA製造之KF#9100)6質量份中添加NMP而製成糊狀，並均勻地塗佈於銅箔上。乾燥後，將塗敷電極沖裁成直徑15mm之圓板狀並對其進行壓製，藉此製作負極電極。

於鈷酸鋰(LiCoO₂，日本化學工業製造之「CellSeed C-5H」)94質量份、碳黑3質量份、聚偏二氟乙烯(KUREHA製造之KF#1300)3質量份中添加NMP而製成糊狀，並均勻地塗佈於鋁箔上。乾燥後，將塗敷電極沖裁成直徑14mm之圓板狀。再者，以成為(c)中所測定之負極活性物質之充電電容之95%之方式調整正極電極中之鈷酸鋰之量。此時，將鈷酸鋰之電容設為150mAh/g而進行計算。

使用以此種方式製備之電極對，使用與活性物質之摻雜-脫摻雜試驗中使用者相同者作為電解液，使用聚乙烯製之墊圈作為直徑19mm之硼矽酸鹽玻璃纖維製微細微孔膜之分隔件，於Ar手套箱中組裝2032尺寸之紐扣型非水電解質系鋰二次電池。

(b)循環試驗

充電係藉由定電流定電壓而進行。充電條件係以固定之電流(2C；將用以充電1小時所需之電流值定義為1C)進行充電直至成為4.2V為止，其後以使電壓保持於4.2V之方式(於保持於定電壓之狀態下)使電流值衰減而繼續充電直至電流值達到(1/100)C為止。充電結束後，使電池電路開放30分鐘，其後進行放電。放電係以固定之電流(2C)進行直至電池電壓成為2.75V為止。最初之3循環係於25℃下進行，以後之循環係於50℃之恆溫槽內進行。

循環特性之評價係將移至50℃之恆溫槽之最初之充放電設為第1循環，將以第1循環之放電電容除150循環後之放電電容所得之值設為放電電容維持率(%)而進行。

表13中表示所使用之添加劑及利用上述製造方法製成之鋰二次電池之特性。若將參考例31與參考例25~28加以比較，則可知藉由使用本發明之LUMO為-1.10~1.11eV之添加劑，而使電池之高溫循環特性提高。關於參考例29及30亦相同。又，根據參考例32可知，若LUMO超過1.10eV，則高溫循環特性不會改善。另一方面，於參考例 33中，由於將d002或H/C等處於範圍外之碳質材料用於負極，故而電池初期特性較差。

(表中之添加劑之簡略符號與LUMO)

VC：碳酸伸乙烯酯(0.0155eV)

FEC：碳酸氟乙二酯(0.9829eV)

CIEC：碳酸氯乙二酯(0.1056eV)

PC：碳酸丙二酯(1.3132eV)

電解液與LUMO

EC：碳酸乙二酯(1.2417eV)

DMC：碳酸二甲酯(1.1366eV)

EMC：碳酸甲乙酯(1.1301eV)

進而，本說明書揭示有如下者：[1]一種非水電解質二次電池用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其包括：包含一面將咖啡萃取殘渣或其去灰分物導入及混合一面於氧化性氣體環境下進行乾燥之步驟之氧化處理步驟、及對氧化處理物進行脫焦油之步驟； [2]如[1]之方法，其中將前述氧化性氣體之溫度控制為200℃以上且400℃以下；[3]如[1]或[2]之方法，其進而包括於0℃以上且100℃以下之溫度下使用pH值為3.0以下之酸性溶液對前述咖啡萃取殘渣進行去灰分之步驟；[4]如[3]之方法，其進而包括將前述經去灰分之原料組合物(咖啡萃取殘渣)粉碎之步驟；[5]一種非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法，其包括：將利用如[1]至[3]中任一項之方法製造之前述中間物於1000℃以上且1500℃以下進行煅燒之步驟、及將前述中間物或其被熱處理物(煅燒物)粉碎之步驟；[6]一種非水電解質二次電池用碳質材料之製造方法，其包括將利用如[4]之方法製造之前述中間物於1000℃以上且1500℃以下進行煅燒之步驟；[7]一種非水電解質二次電池用負極電極，其包括利用如[5]或[6]之方法製造之非水電解質二次電池用碳質材料；[8]一種非水電解質二次電池，其包含如[7]之非水電解質二次電池用負極電極；或[9]一種車輛，其搭載有如[8]之非水電解質二次電池。

Claims (21)

1. 一種非水電解質二次電池負極用碳質材料，其係使源自植物之有機物碳化而獲得之碳質材料，且其利用元素分析獲得之氫原子與碳原子之原子比(H/C)為0.1以下，平均粒徑D_v50為2μm以上且50μm以下，藉由粉末X射線繞射法求出之002面之平均面間隔為0.365nm以上且0.400nm以下，鉀元素含量為0.5質量%以下，鈣元素含量為0.02質量%以下，藉由使用丁醇之比重瓶法求出之真密度為1.44g/cm³以上且未達1.54g/cm³。
2. 如請求項1之非水電解質二次電池負極用碳質材料，其中前述源自植物之有機物包含源自咖啡豆之有機物。
3. 如請求項1或2之非水電解質二次電池負極用碳質材料，其中平均粒徑Dv50為2μm以上且8μm以下。
4. 一種非水電解質二次電池負極用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其包括：對平均粒徑為100μm以上之源自植物之有機物進行去灰分之步驟；將前述經去灰分之有機物於氧化性氣體環境下以200℃以上且400℃以下進行加熱之氧化處理步驟；及將氧化處理後之前述有機物於300℃以上且1000℃以下進行脫焦油之步驟。
5. 如請求項4之非水電解質二次電池負極用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其包括：對平均粒徑為100μm以上之源自咖啡豆之有機物進行去灰分之步驟；一面將前述經去灰分之源自咖啡豆之有機物導入及混合，一 面於氧化性氣體環境下以200℃以上且400℃以下進行加熱及乾燥之氧化處理步驟；及將前述經氧化處理之源自咖啡豆之有機物於300℃以上且1000℃以下進行脫焦油之步驟。
6. 一種非水電解質二次電池負極用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其包括：一面將平均粒徑為100μm以上之源自咖啡豆之有機物導入及混合，一面於氧化性氣體環境下以200℃以上且400℃以下進行加熱及乾燥之氧化處理步驟；對前述經氧化處理之源自咖啡豆之有機物進行去灰分之步驟；及將前述經去灰分之源自咖啡豆之有機物於300℃以上且1000℃以下進行脫焦油之步驟。
7. 如請求項4至6中任一項之非水電解質二次電池負極用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其中前述去灰分係使用pH值為3.0以下之酸性溶液進行。
8. 如請求項4至6中任一項之非水電解質二次電池負極用碳質材料製造用之中間物之製造方法，其中於0℃以上且80℃以下之溫度下進行前述去灰分步驟。
9. 如請求項4至6中任一項之方法，其中進而包括將前述經去灰分之有機物粉碎之步驟。
10. 一種中間物，其係藉由如請求項4至6中任一項之方法而獲得。
11. 一種非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法，其包括：將利用如請求項4至6中任一項之方法製造之前述中間物於1000℃以上且1500℃以下進行煅燒之步驟；及 將前述中間物或其煅燒物粉碎之步驟。
12. 一種非水電解質二次電池負極用碳質材料之製造方法，其中包括將利用如請求項9之方法製造之前述中間物於1000℃以上且1500℃以下進行煅燒之步驟。
13. 一種非水電解質二次電池負極用碳質材料，其係藉由如請求項11之製造方法而獲得。
14. 一種非水電解質二次電池負極用碳質材料，其係藉由如請求項12之製造方法而獲得。
15. 一種非水電解質二次電池用負極電極，其包含如請求項1至3中任一項之非水電解質二次電池負極用碳質材料。
16. 如請求項15之非水電解質二次電池用負極電極，其包含水溶性高分子。
17. 一種非水電解質二次電池，其包含如請求項15之非水電解質二次電池用負極電極。
18. 如請求項17之非水電解質二次電池，其包含含有使用半經驗分子軌道法之AM1(Austin Model 1)計算法算出之LUMO值為-1.10eV以上且1.11eV以下之範圍之添加劑的電解液。
19. 一種車輛，其搭載有如請求項17之非水電解質二次電池。
20. 一種非水電解質二次電池，其包含含有如請求項13之非水電解質二次電池負極用碳質材料之非水電解質二次電池用負極電極。
21. 一種非水電解質二次電池，其包含含有如請求項14之非水電解質二次電池負極用碳質材料之非水電解質二次電池用負極電極。