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JPH1173961A - Manufacture of lithium secondary battery - Google Patents

Manufacture of lithium secondary battery

Info

Publication number
JPH1173961A
JPH1173961A JP9235142A JP23514297A JPH1173961A JP H1173961 A JPH1173961 A JP H1173961A JP 9235142 A JP9235142 A JP 9235142A JP 23514297 A JP23514297 A JP 23514297A JP H1173961 A JPH1173961 A JP H1173961A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
carbonaceous material
secondary battery
lithium
lithium secondary
negative electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP9235142A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Norio Takami
則雄 高見
Asako Satou
麻子 佐藤
Takahisa Osaki
隆久 大崎
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP9235142A priority Critical patent/JPH1173961A/en
Publication of JPH1173961A publication Critical patent/JPH1173961A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide the manufacturing method of a lithium secondary battery capable of enhancing discharge capacity, the initial charge/discharge efficiency, and prolonging the cycle life. SOLUTION: In a manufacturing method of a lithium secondary battery having a positive electrode, a negative electrode containing a carbonaceous material capable of absorbing/releasing lithium ions, and a nonaqueous electrolyte, the carbonaceous material is obtained by graphitizing a carbon precursor containing 1-50 wt.% at least one kind selected from among polymers having at least one of an amide group and a nitrile group and thermosetting resin, and mesophase pitch obtained through heating at 200-500 deg.C.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、リチウム二次電池
の負極に含まれる炭素質物の製造方法に関する。
The present invention relates to a method for producing a carbonaceous material contained in a negative electrode of a lithium secondary battery.

【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ー密度電池として注目さ
れており、正極活物質に二酸化マンガン(MnO2 )、
フッ化炭素[(CF2 n ]、塩化チオニル(SOCl
2 )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, non-aqueous electrolyte batteries using lithium as a negative electrode active material have attracted attention as high energy density batteries, and manganese dioxide (MnO 2 ) has been used as a positive electrode active material.
Fluorocarbon [(CF 2 ) n ], thionyl chloride (SOCl
Primary batteries using 2 ) and the like are already widely used as power supplies 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
高エネルギー密度の二次電池の要求が高まり、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, the demand for secondary batteries having a high energy density as a power source for these devices has increased, and lithium secondary batteries using lithium as a negative electrode active material have been required. Battery research is being actively conducted.

【0004】リチウム二次電池は、負極にリチウムを用
い、電解液として炭酸プロピレン(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LiClO4 、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
電解質を用い、また正極活物質としては主にTiS2
MoS2 、V2 5、V6 13、MnO2 等のリチウム
との間でトポケミカル反応する化合物を用いることが研
究されている。
A lithium secondary battery uses lithium as a negative electrode and propylene carbonate (PC), 1,2-dimethoxyethane (DME), γ-butyrolactone (γ-
BL), a non-aqueous electrolyte in which a lithium salt such as LiClO 4 , LiBF 4 , or LiAsF 6 is dissolved in a non-aqueous solvent such as tetrahydrofuran (THF) or a lithium ion conductive solid electrolyte. TiS 2 ,
The use of compounds that undergo a topochemical reaction with lithium, such as MoS 2 , V 2 O 5 , V 6 O 13 , and MnO 2 , has been studied.

【0005】しかしながら、上述したリチウム二次電池
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
電時に析出する際に溶媒と反応し、その表面が一部不活
性化される。このため、充放電を繰り返していくとデン
ドライド状(樹枝状)や小球状にリチウムが析出し、さ
らにはリチウムが集電体より脱離するなどの現象が生じ
る。
[0005] However, the above-mentioned lithium secondary battery 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 at the time of discharge reacts with the solvent at the time of deposition at the time of charging, and its surface is partially inactivated. Therefore, when charge and discharge are repeated, lithium precipitates in a dendritic (dendritic) or small spherical shape, and further, phenomena such as detachment of lithium from the current collector occur.

【0006】また、組成式がLiX A(AはAlなどの
金属からなる)で表されるリチウム合金を負極として用
いることが検討されている。この負極は単位体積当りの
リチウムイオンの吸蔵放出量が多く、高容量であるもの
の、リチウムイオンが吸蔵放出される際に膨脹収縮する
ためにリチウムイオンの吸蔵放出を繰り返し行うと合金
構造が破壊される。このため、前記負極を備えたリチウ
ム二次電池は、充放電サイクル寿命が短いという問題点
がある。
Further, the use of a lithium alloy having a composition formula of Li X A (A is composed of a metal such as Al) as a negative electrode is being studied. This negative electrode has a large amount of lithium ion storage and release per unit volume, and has a high capacity.However, the lithium ion expands and contracts when it is stored and released. You. For this reason, the lithium secondary battery provided with the negative electrode has a problem that the charge / discharge cycle life is short.

【0007】このようなことから、リチウム二次電池に
組み込まれる負極としてリチウムを吸蔵・放出する炭素
質物、例えばコークス、樹脂焼成体、炭素繊維、熱分解
気相炭素などを用いることによって、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による負極特
性の劣化を改善することが提案されている。
[0007] For this reason, by using a carbonaceous substance that absorbs and releases lithium, such as coke, a resin fired body, carbon fiber, and pyrolysis gas phase carbon, as a negative electrode incorporated in a lithium secondary battery, lithium and lithium can be removed. It has been proposed to improve the reaction with a non-aqueous electrolyte and the deterioration of the negative electrode characteristics due to the precipitation of dendrites.

【0008】前記炭素質物を含む負極は、炭素質物の中
でも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)の部分において、前記の層と層の間の部
分にリチウムイオンが出入りすることにより充放電を行
うと考えられている。このため、リチウム二次電池の負
極に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非水電解液中で負極として用いる
と、非水電解液が分解し、結果として電池の容量および
充放電効率が低くなる。また、充放電サイクルが進むに
従い容量低下が大きくなるため、サイクル寿命が低下す
るという問題点がある。
[0008] In the negative electrode containing the carbonaceous material, in the carbonaceous material having a structure in which hexagonal mesh layers mainly composed of carbon atoms are stacked (graphite structure), lithium ions are present in a portion between the layers. It is considered that charging and discharging are performed by going in and out. For this reason, it is necessary to use a carbonaceous material having a somewhat developed graphite structure for the negative electrode of the lithium secondary battery. However, when a carbonaceous material obtained by pulverizing a graphitized giant crystal is used as a negative electrode in a non-aqueous electrolyte, the non-aqueous electrolyte is decomposed, and as a result, the capacity and charge / discharge efficiency of the battery are reduced. In addition, there is a problem that the cycle life is shortened because the capacity decrease becomes larger as the charge / discharge cycle progresses.

【0009】また、前記炭素質物を含む負極の高容量化
が検討されている。このようなことから、J.Elec
trochem.Soc.,Vol.142,No.1
1,November 1995の3668頁〜367
7頁のTableIIには、小角X線散乱法による直径が
7.4〜8.8オングストロームの空隙を有するエポキ
シノボラック樹脂焼成体を含むカソードと、リチウム箔
からなるアノードを備えたコイン型電池が開示されてい
る。このような樹脂焼成体を用いることにより単位重量
容量で372mAh/g以上の高容量が得られている。
しかしながら、前記樹脂焼成体は、X線回折に0.37
nmより大きいd002 (d002 は(002)面の面
間隔である)に相当するピークを有し、そのうえ真密度
が高くてもせいぜい1.7g/cm3 程度であるため、
単位体積当たりのリチウムイオンの吸蔵・放出量が少な
い。従って、前記樹脂焼成体を含む負極を備えたリチウ
ム二次電池は、初充放電効率及び放電容量が低く、充放
電サイクル寿命が短いという問題点がある。
Further, studies have been made to increase the capacity of the negative electrode containing the carbonaceous material. For these reasons, J.I. Elec
trochem. Soc. , Vol. 142, no. 1
1, November 1995, pages 3668-367.
Table II on page 7 discloses a coin-type battery including a cathode including a fired epoxy novolak resin having a void having a diameter of 7.4 to 8.8 angstroms by a small angle X-ray scattering method, and an anode made of lithium foil. Have been. By using such a resin fired body, a high capacity of 372 mAh / g or more in unit weight capacity is obtained.
However, the fired resin body has an X-ray diffraction of 0.37.
Since it has a peak corresponding to d 002 larger than nm (d 002 is the spacing between (002) planes), and even if the true density is high, it is at most about 1.7 g / cm 3 .
The amount of occluded and released lithium ions per unit volume is small. Therefore, the lithium secondary battery provided with the negative electrode including the resin fired body has a problem that the initial charge / discharge efficiency and the discharge capacity are low and the charge / discharge cycle life is short.

【0010】[0010]

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、放電
容量、初期充放電効率及びサイクル寿命を向上すること
が可能なリチウム二次電池の製造方法を提供しようとす
るものである。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a lithium secondary battery capable of improving discharge capacity, initial charge / discharge efficiency and cycle life.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明によると、正極
と、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物を含む負
極と、非水電解液とを具備したリチウム二次電池の製造
方法であって、前記炭素質物は、アミド基及びニトリル
基のうち少なくともいずれか一方を有する高分子及び熱
硬化性樹脂から選ばれる少なくとも1種を1〜50重量
%と、200〜500℃で加熱したメソフェーズピッチ
とを含む炭素前駆体に黒鉛化処理を施す工程を具備する
方法により作製されることを特徴とするリチウム二次電
池の製造方法が提供される。
According to the present invention, there is provided a method of manufacturing a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode containing a carbonaceous substance that occludes and releases lithium ions, and a non-aqueous electrolyte. The carbonaceous material may be a polymer having at least one of an amide group and a nitrile group, and 1 to 50% by weight of at least one selected from thermosetting resins, and a mesophase pitch heated at 200 to 500 ° C. A method for manufacturing a lithium secondary battery is provided, which is manufactured by a method including a step of performing a graphitization treatment on a carbon precursor containing the same.

【0012】本発明によると、正極と、リチウムイオン
を吸蔵・放出する炭素質物を含む負極と、非水電解液と
を具備したリチウム二次電池の製造方法であって、前記
炭素質物は、アミド基及びニトリル基のうち少なくとも
いずれか一方を有する高分子及び熱硬化性樹脂から選ば
れる少なくとも1種を1〜50重量%と、200〜50
0℃で加熱したメソフェーズピッチとを含む炭素前駆体
を200〜500℃で紡糸する工程と、紡糸された炭素
前駆体を粉砕する工程と、粉砕された炭素前駆体に黒鉛
化処理を施す工程とを具備する方法により作製されるこ
とを特徴とするリチウム二次電池の製造方法が提供され
る。
According to the present invention, there is provided a method for manufacturing a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode containing a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions, and a non-aqueous electrolyte, wherein the carbonaceous material is an amide. 1 to 50% by weight of at least one selected from a polymer having at least one of a group and a nitrile group, and a thermosetting resin;
A step of spinning the carbon precursor containing the mesophase pitch heated at 0 ° C. at 200 to 500 ° C., a step of pulverizing the spun carbon precursor, and a step of subjecting the pulverized carbon precursor to a graphitization treatment; And a method for producing a lithium secondary battery characterized by being produced by a method comprising:

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係わる方法で製造
される炭素質物を含む負極を備えたリチウム二次電池
(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。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a lithium secondary battery (for example, a cylindrical lithium secondary battery) provided with a negative electrode containing a carbonaceous material manufactured by the method according to the present invention will be described in detail with reference to FIG. .

【0014】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
帯状物を前記セパレータ5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。
For example, a cylindrical container 1 having 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:
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 separator 5 is located outside.

【0015】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).

【0016】次に、前記正極4、前記セパレータ5、前
記負極6および前記電解液について詳しく説明する。
Next, the positive electrode 4, the separator 5, the negative electrode 6, and the electrolytic solution will be described in detail.

【0017】1)正極4 正極4は、正極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。
1) Positive Electrode 4 The positive electrode 4 is prepared by suspending a conductive agent and a binder in a positive electrode active material in an appropriate solvent, applying the suspension to a current collector, and drying to form a thin plate. Is done.

【0018】前記正極活物質としては、種々の酸化物、
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
含有鉄酸化物、リチウムを含むバナジウム酸化物や、二
硫化チタン、二硫化モリブデンなどのカルコゲン化合物
などを挙げることができる。中でも、リチウムコバルト
酸化物{Lix CoO2 (0.8≦x≦1)}、リチウ
ムニッケル酸化物(LiNiO2 )、リチウムマンガン
酸化物(LiMn2 4 またはLiMnO2 )を用いる
と、高電圧が得られるために好ましい。
As the positive electrode active material, various oxides,
For example, manganese dioxide, lithium manganese composite oxide,
Examples include lithium-containing nickel oxide, lithium-containing cobalt compound, lithium-containing nickel-cobalt oxide, lithium-containing iron oxide, lithium-containing vanadium oxide, and chalcogen compounds such as titanium disulfide and molybdenum disulfide. Above all, when lithium cobalt oxide {Li x CoO 2 (0.8 ≦ x ≦ 1)}, lithium nickel oxide (LiNiO 2 ), and lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 or LiMnO 2 ) are used, high voltage Is preferred because

【0019】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。
Examples of the conductive agent include acetylene black, carbon black, graphite and the like.

【0020】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)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), and styrene-butadiene rubber (SBR). it can.

【0021】前記正極活物質、導電剤および結着剤の配
合割合は、正極活物質80〜95重量%、導電剤3〜2
0重量%、結着剤2〜7重量%の範囲にすることが好ま
しい。
The mixing ratio of the positive electrode active material, the conductive agent and the binder is 80 to 95% by weight of the positive electrode active material, 3 to 2% of the conductive agent.
It is preferable that the content be in the range of 0% by weight and 2 to 7% by weight of the binder.

【0022】前記集電体としては、例えばアルミニウム
箔、ステンレス箔、ニッケル箔等を用いることができ
る。
As the current collector, for example, aluminum foil, stainless steel foil, nickel foil or the like can be used.

【0023】2)セパレータ5 前記セパレータ5としては、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
ィルム等を用いることができる。
2) Separator 5 The separator 5 may be, for example, a synthetic resin nonwoven fabric,
A polyethylene porous film, a polypropylene porous film, or the like can be used.

【0024】3)負極6 前記負極6は、リチウムイオンを吸蔵放出する炭素質物
を含む。前記炭素質物は、例えば、以下に説明する方法
で作製される。
3) Negative Electrode 6 The negative electrode 6 contains a carbonaceous material that stores and releases lithium ions. The carbonaceous material is produced, for example, by a method described below.

【0025】まず、メソフェーズピッチを空気中などの
酸素ガス存在雰囲気において200〜500℃で加熱処
理を施す。これに、アミド基及びニトリル基のうち少な
くともいずれか一方を有する高分子か、または熱硬化性
樹脂、あるいは前記高分子及び前記熱硬化性樹脂の両方
を1〜50重量%添加する。得られた炭素前駆体を冷却
後、粉砕し、黒鉛化処理を施すことにより炭素質物を作
製することができる。
First, the mesophase pitch is subjected to a heat treatment at 200 to 500 ° C. in an atmosphere containing oxygen gas such as air. To this, 1 to 50% by weight of a polymer having at least one of an amide group and a nitrile group, a thermosetting resin, or both of the polymer and the thermosetting resin is added. After cooling the obtained carbon precursor, it is pulverized and subjected to a graphitization treatment to produce a carbonaceous material.

【0026】このような方法により得られた炭素質物
は、例えば図2に示すように、多相構造であり、複数の
六角網面層20が一定の規則性をもって積層された構造
の黒鉛結晶子Cを有する黒鉛構造領域と、無定形炭素構
造領域とを含む。前記無定形炭素構造領域では、黒鉛結
晶子の六角網面層20の配置に規則性がなく、例えば領
域Dのような空隙(欠陥)が存在する。前記空隙のう
ち、大部分のもの(全空隙の50%以上)の直径は0.
5〜5nmである。このような直径を有する空隙におい
てリチウムイオンは錯体を形成することができるため、
前記空隙はリチウムイオンを高密度で含浸することがで
きる。なお、前記空隙の直径は、小角X線散乱法により
測定することができる。
The carbonaceous material obtained by such a method has a multi-phase structure as shown in FIG. 2, for example, and is a graphite crystallite having a structure in which a plurality of hexagonal mesh layers 20 are laminated with a certain regularity. It includes a graphite structure region having C and an amorphous carbon structure region. In the amorphous carbon structure region, the arrangement of the hexagonal reticular layers 20 of graphite crystallites is not regular, and for example, voids (defects) such as region D exist. Most of the voids (50% or more of all voids) have a diameter of 0.1 mm.
5-5 nm. Since lithium ions can form a complex in the void having such a diameter,
The voids can be impregnated with lithium ions at high density. The diameter of the gap can be measured by a small-angle X-ray scattering method.

【0027】前記炭素質物は、粉末X線回折に0.34
0nm以下のd002 に相当するピークを有する。このよ
うなピークが存在しない炭素質物は、前記空隙をリチウ
ムイオンの吸蔵サイトとして利用することがほとんど困
難である。前記炭素質物は、粉末X線回折において0.
340nm以下のd002 に相当するピークのみを有して
いても良いが、0.340nmを越えるd002 に相当す
るピークが存在していても良い。しかしながら、粉末X
線回折によって0.370nm以上のd002 に相当する
ピークが検出される炭素質物は、真密度が1.8g/c
3 よりも小さくなる恐れがある。
The carbonaceous material had a powder X-ray diffraction of 0.34.
It has a peak corresponding to d 002 of 0 nm or less. It is almost difficult for carbonaceous materials without such peaks to use the voids as lithium ion storage sites. The carbonaceous material has a particle size of 0.1 in powder X-ray diffraction.
It may have only a peak corresponding to d 002 of 340 nm or less, or may have a peak corresponding to d 002 exceeding 0.340 nm. However, powder X
The carbonaceous material whose peak corresponding to d 002 of 0.370 nm or more is detected by line diffraction has a true density of 1.8 g / c.
It may become smaller than m 3.

【0028】前記炭素質物の(002)面の面間隔d
002 は、粉末X線回折によって得られる回折図のピーク
の位置及び半値幅から求めることができる。算出方法と
しては、学振法に規定された半値幅中点法を用いる。ま
た、粉末X線回折測定においては、CuKαをX線源、
標準物質に高純度シリコンを使用する。なお、半値幅中
点法は、「Tanso(炭素)」、1963、p25の
文献に記載されている。
The spacing d of the (002) plane of the carbonaceous material
002 can be determined from the position of the peak and the half width of the diffraction pattern obtained by powder X-ray diffraction. As the calculation method, the half-width half-point method specified in the Gakushin method is used. In the powder X-ray diffraction measurement, CuKα was used as an X-ray source,
Use high-purity silicon as a standard. In addition, the half value width midpoint method is described in the literature of "Tanso (carbon)", 1963, p25.

【0029】前記炭素質物の真密度は、1.8g/cm
3 以上である。前記炭素質物の真密度が1.8g/cm
3 未満であると、前記炭素質物中の黒鉛構造領域の不足
や、黒鉛構造領域の黒鉛化度の低下が生じ、負極の体積
比容量(mAh/cc)が低下する。微細組織が黒鉛構
造領域のみからなる炭素質物の真密度は2.25g/c
3 であり、本発明の方法により得られる炭素質物の真
密度は2.25g/cm3 にならない。
The true density of the carbonaceous material is 1.8 g / cm
3 or more. The true density of the carbonaceous material is 1.8 g / cm
If it is less than 3 , the graphite structure region in the carbonaceous material will be insufficient, and the degree of graphitization of the graphite structure region will decrease, and the volume specific capacity (mAh / cc) of the negative electrode will decrease. The true density of a carbonaceous material whose microstructure is composed only of a graphite structure region is 2.25 g / c.
m 3 , and the true density of the carbonaceous material obtained by the method of the present invention does not reach 2.25 g / cm 3 .

【0030】前述した加熱処理工程について説明する。The above-mentioned heat treatment step will be described.

【0031】前記メソフェーズピッチとしては、例え
ば、石油又は石炭から得られるピッチ、合成ピッチなど
を挙げることができる。
Examples of the mesophase pitch include a pitch obtained from petroleum or coal, a synthetic pitch, and the like.

【0032】前記加熱処理を行うことによって、前記メ
ソフェーズピッチを溶融させることができ、前記メソフ
ェーズピッチに対する前述した高分子(固体)、熱硬化
性樹脂(固体)の分散性を向上することができる。その
結果、炭素質物中の空隙の大きさが直径0.5〜5nm
になりやすくなる。また、前記加熱処理を行うことによ
って、前記メソフェーズピッチに不融化処理を施すこと
ができる。前記加熱処理の温度を200℃未満にする
と、メソフェーズピッチを溶融させることが困難にな
る。一方、前記加熱処理の温度が500℃を越えると、
前記メソフェーズピッチが酸化されやすくなり、燃焼す
る恐れがある。前記加熱処理温度のより好ましい範囲
は、200〜400℃の範囲である。
By performing the heat treatment, the mesophase pitch can be melted, and the dispersibility of the polymer (solid) and the thermosetting resin (solid) in the mesophase pitch can be improved. As a result, the size of the void in the carbonaceous material is 0.5 to 5 nm in diameter.
It becomes easy to become. Further, by performing the heat treatment, the mesophase pitch can be subjected to infusibility treatment. If the temperature of the heat treatment is lower than 200 ° C., it becomes difficult to melt the mesophase pitch. On the other hand, when the temperature of the heat treatment exceeds 500 ° C.,
The mesophase pitch is easily oxidized and may burn. A more preferred range of the heat treatment temperature is in the range of 200 to 400 ° C.

【0033】次いで、前述したアミド基及びニトリル基
のうち少なくともいずれか一方を有する高分子と、熱硬
化性樹脂について説明する。
Next, a polymer having at least one of the amide group and the nitrile group and a thermosetting resin will be described.

【0034】前記加熱処理が施されたメソフェーズピッ
チに前記高分子、熱硬化性樹脂を1〜50重量%添加す
ることによって、黒鉛化処理を例えば2000℃以上と
いう高温で行っても黒鉛結晶が発達する部分と発達しな
いで空隙となる部分を形成することができる。これは、
前記高分子や樹脂に熱処理を施しても黒鉛結晶が発達し
ないためである。
By adding the polymer and the thermosetting resin to the heat-treated mesophase pitch in an amount of 1 to 50% by weight, graphite crystals develop even when the graphitization treatment is performed at a high temperature of, for example, 2000 ° C. or more. It is possible to form a portion that becomes a gap without developing and a portion that does not develop. this is,
This is because graphite crystals do not develop even if the polymer or resin is subjected to heat treatment.

【0035】前記アミド基を有する高分子としては、例
えば、芳香族(ベンゼン環)とアミド基を有するアラミ
ドなどを挙げることができる。
Examples of the polymer having an amide group include aramid having an aromatic (benzene ring) and an amide group.

【0036】前記ニトリル基を有する高分子としては、
例えば、ポリアクリロニトリル等を挙げることができ
る。
Examples of the polymer having a nitrile group include:
For example, polyacrylonitrile and the like can be mentioned.

【0037】前記熱硬化性樹脂としては、例えば、フェ
ノール樹脂、フラン樹脂等を挙げることができる。
Examples of the thermosetting resin include a phenol resin and a furan resin.

【0038】前記高分子及び前記熱硬化性樹脂の中で
も、ポリアクリロニトリルが好ましい。
Among the above-mentioned polymers and thermosetting resins, polyacrylonitrile is preferred.

【0039】炭素前駆体中の高分子、熱硬化性樹脂の配
合量を前述したような範囲にするのは次のような理由に
よるものである。前記配合量を1重量%未満にすると、
炭素質物中の空隙の存在比率が低下し、炭素質物の微細
構造が黒鉛構造(真密度が2.25g/cm3 )に近く
なる。一方、前記配合量が50重量%を越えると、炭素
質物中の空隙に占める直径5nmを越える空隙の割合が
高くなる。直径が5nmを越える空隙は、リチウムの錯
体を形成することができないため、リチウムイオンを高
密度に含浸させることが困難である。また、前記配合量
が50重量%を越えると、真密度が1.8g/cm3
り小さくなる恐れがある。従って、このような炭素質物
を含む負極を備えたリチウム二次電池は放電容量及びサ
イクル寿命が低下する。前記配合量のより好ましい範囲
は、20〜40重量%である。
The reason why the amounts of the polymer and the thermosetting resin in the carbon precursor are set in the above-described ranges is as follows. When the amount is less than 1% by weight,
The proportion of voids in the carbonaceous material decreases, and the fine structure of the carbonaceous material approaches a graphite structure (true density of 2.25 g / cm 3 ). On the other hand, if the amount exceeds 50% by weight, the proportion of voids having a diameter exceeding 5 nm in the voids in the carbonaceous material becomes high. A void having a diameter exceeding 5 nm cannot form a lithium complex, so that it is difficult to impregnate lithium ions with high density. If the amount exceeds 50% by weight, the true density may be less than 1.8 g / cm 3 . Accordingly, the lithium secondary battery including the negative electrode containing such a carbonaceous material has reduced discharge capacity and cycle life. A more preferable range of the compounding amount is 20 to 40% by weight.

【0040】前述した黒鉛化処理について説明する。The above-described graphitization process will be described.

【0041】前記黒鉛化処理は、例えば、アルゴン雰囲
気のような不活性ガス雰囲気における2000℃以上で
の熱処理によって行うことができる。前記黒鉛化処理の
温度が2000℃未満であると、得られた炭素質物のX
線回折におけるピークに0.340nm以下のd002
相当するピークが存在しない場合がある。前記黒鉛化処
理温度のより好ましい範囲は、2400〜3000℃で
ある。
The graphitization treatment can be performed, for example, by a heat treatment at 2000 ° C. or higher in an inert gas atmosphere such as an argon atmosphere. When the temperature of the graphitization treatment is less than 2000 ° C., the X
In some cases, a peak corresponding to d 002 of 0.340 nm or less does not exist in a line diffraction peak. A more preferable range of the graphitization temperature is 2400 to 3000 ° C.

【0042】前記炭素前駆体を黒鉛化処理を行う温度ま
で昇温させる際、昇温速度を100℃/hr以下にする
ことが好ましい。このような速度で昇温させることによ
って、直径が0.5〜5nmの空隙が得られやすくな
る。前記昇温速度を100℃/hrより速くすると、黒
鉛化処理中、炭素前駆体にひび割れを生じさせる恐れが
ある。前記昇温速度は、50℃/hr以下にすることが
より好ましい。また、炭素質物の生産性を向上させる観
点から、前記昇温速度は20℃/hr以上にすることが
好ましい。
When raising the temperature of the carbon precursor to a temperature at which the carbonization treatment is performed, it is preferable to set the temperature raising rate to 100 ° C./hr or less. By increasing the temperature at such a rate, a gap having a diameter of 0.5 to 5 nm is easily obtained. If the heating rate is higher than 100 ° C./hr, the carbon precursor may be cracked during the graphitization treatment. It is more preferable that the heating rate be 50 ° C./hr or less. Further, from the viewpoint of improving the productivity of the carbonaceous material, it is preferable that the heating rate be 20 ° C./hr or more.

【0043】前記炭素質物は、繊維状か、球状か、もし
くは繊維状と球状の混合物の形態で負極中に存在するこ
とができる。繊維状の炭素質物は、例えば、以下に説明
する方法で製造される。
The carbonaceous material may be present in the negative electrode in the form of fibrous, spherical, or a mixture of fibrous and spherical. The fibrous carbonaceous material is produced, for example, by the method described below.

【0044】まず、メソフェーズピッチを空気中などの
酸素ガス存在雰囲気において200〜500℃で加熱処
理を施す。これに、アミド基及びニトリル基のうち少な
くともいずれか一方を有する高分子か、または熱硬化性
樹脂、あるいは前記高分子及び前記熱硬化性樹脂の両方
を1〜50重量%添加する。得られた炭素前駆体を20
0〜500℃で紡糸し、粉砕し、黒鉛化処理を施すこと
により繊維状炭素質物(炭素繊維)を作製することがで
きる。
First, the mesophase pitch is subjected to a heat treatment at 200 to 500 ° C. in an atmosphere containing oxygen gas such as air. To this, 1 to 50% by weight of a polymer having at least one of an amide group and a nitrile group, a thermosetting resin, or both of the polymer and the thermosetting resin is added. The obtained carbon precursor was converted to 20
A fibrous carbonaceous material (carbon fiber) can be produced by spinning at 0 to 500 ° C., pulverizing, and subjecting to graphitization.

【0045】前記紡糸工程について説明する。The spinning step will be described.

【0046】前記紡糸工程は、空気中のような酸素ガス
存在雰囲気において行われる。このような雰囲気で前記
紡糸工程を行うことにより、炭素前駆体の不融化を併せ
て行うことができる。紡糸を行う温度を前記範囲にする
のは次のような理由によるものである。紡糸温度を20
0℃未満にすると、炭素前駆体が溶融しないために紡糸
を行うことが困難になる。一方、紡糸温度が500℃を
越えると、炭素前駆体が燃焼する恐れがある。
The spinning step is performed in an atmosphere containing oxygen gas such as air. By performing the spinning step in such an atmosphere, the carbon precursor can be infusibilized together. The reason why the spinning temperature is set in the above range is as follows. Spinning temperature 20
When the temperature is lower than 0 ° C., it is difficult to perform spinning because the carbon precursor does not melt. On the other hand, if the spinning temperature exceeds 500 ° C., the carbon precursor may burn.

【0047】炭素前駆体の硬度を更に高める観点から、
紡糸後、熱処理(例えば、350〜500℃)を施して
も良い。
From the viewpoint of further increasing the hardness of the carbon precursor,
After spinning, heat treatment (for example, 350 to 500 ° C.) may be performed.

【0048】前記粉砕工程について説明する。The pulverizing step will be described.

【0049】前記粉砕は、平均繊維径が1〜20μm、
かつ平均繊維長が5〜60μmの繊維形状になるように
行うことが好ましい。中でも、粉砕された炭素前駆体の
アスペクト比(繊維長さ/繊維径)が2〜10になるよ
うに行うことが好ましい。特に、前記粉砕は、前述した
平均繊維径、平均繊維長及びアスペクト比を有し、かつ
比表面積が0.1〜5m2 /gの繊維形状になるように
行うことが更に好ましい。
In the pulverization, the average fiber diameter is 1 to 20 μm,
Further, it is preferable to carry out the treatment so that the fiber has an average fiber length of 5 to 60 μm. In particular, it is preferable to perform the pulverization so that the aspect ratio (fiber length / fiber diameter) of the pulverized carbon precursor is 2 to 10. In particular, it is more preferable that the pulverization is performed so that the fiber has the above-described average fiber diameter, average fiber length, and aspect ratio, and has a specific surface area of 0.1 to 5 m 2 / g.

【0050】前記方法により得られた炭素繊維は、黒鉛
結晶子の配向が放射型であることが好ましい。ここで、
黒鉛結晶子の配向が放射型であるとは、炭素繊維の少な
くとも側周面領域の黒鉛結晶子の六角網面層間が前記炭
素繊維の側周面に露出していることを意味する。この放
射型配向には、ラメラ型、ブルックステーラ型に属する
配向も包含される。図3に、放射型配向を有する炭素繊
維21のうち、炭素繊維21に含まれる全ての黒鉛結晶
子22の六角網面層間が前記炭素繊維21の側周面を向
いている例を示す。なお、この炭素繊維21は、無定形
炭素構造領域に空隙23を有する。黒鉛結晶子の配向が
放射型に属する炭素繊維の中でも、その配向に適度な乱
れを有しているものが好ましい。この配向に適度な乱れ
を有する炭素繊維は強度が高く、Liイオンの吸蔵・放
出反応に伴う構造劣化が少ないため、寿命特性が向上さ
れる。特に、炭素繊維の内部に存在する黒鉛結晶子の配
向が乱れていると良い。このような炭素繊維は、側周面
からのLiイオンの吸蔵・放出反応が容易であり、寿命
特性が向上されるばかりか急速充放電性能が向上され
る。ただし、炭素繊維の黒鉛結晶の配向を同軸同管状
(オニオン型)にすると、リチウムイオンの内部拡散を
妨げる恐れがある。
The carbon fibers obtained by the above method preferably have a graphite crystallite orientation of a radial type. here,
The radial orientation of the graphite crystallite means that the hexagonal mesh plane layer of the graphite crystallite in at least the side peripheral surface region of the carbon fiber is exposed to the side peripheral surface of the carbon fiber. The radial orientation includes orientations belonging to a lamella type or a Brooks-Taylor type. FIG. 3 shows an example in which among the carbon fibers 21 having the radial orientation, the hexagonal mesh plane layers of all the graphite crystallites 22 included in the carbon fibers 21 face the side peripheral surface of the carbon fibers 21. The carbon fibers 21 have voids 23 in the amorphous carbon structure region. Among carbon fibers in which the orientation of graphite crystallites belongs to the radial type, those having an appropriate disturbance in the orientation are preferable. The carbon fibers having an appropriate disorder in the orientation have high strength and little structural deterioration due to Li ion occlusion / release reactions, so that the life characteristics are improved. In particular, it is preferable that the orientation of graphite crystallites existing inside the carbon fiber is disordered. Such a carbon fiber is easy to occlude and release Li ions from the side peripheral surface, so that not only life characteristics are improved but also rapid charge / discharge performance is improved. However, if the orientation of the graphite crystal of the carbon fiber is made coaxial and tubular (onion type), there is a possibility that the internal diffusion of lithium ions may be hindered.

【0051】前記負極6は、例えば、適当な溶媒(例え
ば、有機溶媒)に分散された結着剤と前記方法で得られ
た炭素質物を混合し、得られた懸濁物を集電体に塗布
し、乾燥した後、プレスすることにより作製することが
できる。なお、プレス工程において、2〜5回の多段階
プレスを行っても良い。
The negative electrode 6 is prepared, for example, by mixing a binder dispersed in an appropriate solvent (for example, an organic solvent) and the carbonaceous material obtained by the above-mentioned method, and forming the resulting suspension into a current collector. It can be produced by applying, drying and pressing. In the pressing step, two to five times of multi-stage pressing may be performed.

【0052】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.

【0053】前記炭素質物および結着剤の配合割合は、
炭素材90〜98重量%、結着剤2〜10重量%の範囲
にすることが好ましい。特に、前記負極6は、炭素質物
の含有量を5〜20mg/cm2 の範囲することが好ま
しい。
The mixing ratio of the carbonaceous material and the binder is as follows:
It is preferable that the carbon material is in the range of 90 to 98% by weight and the binder is in the range of 2 to 10% by weight. In particular, the negative electrode 6 preferably has a carbonaceous material content in the range of 5 to 20 mg / cm 2 .

【0054】前記集電体としては、例えば銅箔、ステン
レス箔、ニッケル箔等を用いることができる。
As the current collector, for example, a copper foil, a stainless steel foil, a nickel foil or the like can be used.

【0055】4)電解液 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。
4) Electrolyte The non-aqueous electrolyte is prepared by dissolving an electrolyte in a non-aqueous solvent.

【0056】前記非水溶媒としては、リチウム二次電池
の溶媒として公知の非水溶媒を用いることができ、特に
限定はされないが、エチレンカーボネート(EC)と前
記エチレンカーボネートより低融点であり且つドナー数
が18以下である1種以上の非水溶媒(以下第2溶媒と
称す)との混合溶媒を主体とする非水溶媒を用いること
が好ましい。このような非水溶媒は、前記負極を構成す
る黒鉛構造の発達した炭素質物に対して安定で、電解液
の還元分解または酸化分解が起き難く、さらに導電性が
高いという利点がある。
As the non-aqueous solvent, a known non-aqueous solvent as a solvent for a lithium secondary battery can be used, and is not particularly limited. Ethylene carbonate (EC) has a melting point lower than that of ethylene carbonate and a donor. It is preferable to use a non-aqueous solvent mainly composed of a mixed solvent with one or more non-aqueous solvents having a number of 18 or less (hereinafter, referred to as a second solvent). Such a non-aqueous solvent is advantageous in that it is stable with respect to the carbonaceous material having a graphite structure that constitutes the negative electrode, hardly causes reductive decomposition or oxidative decomposition of the electrolytic solution, and has high conductivity.

【0057】エチレンカーボネートを単独で含む非水電
解液では、黒鉛化した炭素質物に対して還元分解されに
難い性質を持つ利点があるが、融点が高く(39℃〜4
0℃)粘度が高いため、導電率が小さく常温作動の二次
電池では不向きである。エチレンカーボネートに混合す
る第2の溶媒は混合溶媒を前記エチレンカーボネートよ
りも粘度を小さくして導電性を向上させる。また、ドナ
ー数が18以下の第2の溶媒(ただし、エチレンカーボ
ネートのドナー数は16.4)を用いることにより前記
エチレンカーボネートがリチウムイオンに選択的に溶媒
和し易くなくなり、黒鉛構造の発達した炭素質物に対し
て前記第2の溶媒の還元反応が抑制されることが考えら
れる。また、前記第2の溶媒のドナー数を18以下にす
ることによって、酸化分解電位がリチウム電極に対して
4V以上となり易く、高電圧なリチウム二次電池を実現
できる利点も有している。
The non-aqueous electrolyte containing ethylene carbonate alone has the advantage of being hardly reductively decomposed to the graphitized carbonaceous material, but has a high melting point (39 ° C. to 4 ° C.).
0 ° C.) Because of its high viscosity, the conductivity is low and it is not suitable for a secondary battery operated at room temperature. The second solvent mixed with ethylene carbonate has a lower viscosity than the ethylene carbonate in the mixed solvent to improve conductivity. Further, by using the second solvent having a donor number of 18 or less (provided that the number of donors of ethylene carbonate is 16.4), the ethylene carbonate is not easily solvated selectively with lithium ions, and the graphite structure is developed. It is considered that the reduction reaction of the second solvent with respect to the carbonaceous material is suppressed. Further, by setting the number of donors of the second solvent to 18 or less, the oxidative decomposition potential easily becomes 4 V or more with respect to the lithium electrode, and there is an advantage that a high-voltage lithium secondary battery can be realized.

【0058】前記第2の溶媒としては、例えば鎖状カー
ボンが好ましく、中でもジメチルカーボネート(DM
C)、メチルエチルカーボネート(MEC)、ジエチル
カーボネート(DEC)、プロピオン酸エチル、プロピ
オン酸メチル、またはプロピレンカーボネート(P
C)、γ−ブチロラクトン(γ−BL)、アセトニトリ
ル(AN)、酢酸エチル(EA)、ギ酸プロピル(P
F)、ギ酸メチル(MF)、トルエン、キシレンまた
は、酢酸メチル(MA)などが挙げられる。これらの第
2の溶媒は、単独または2種以上の混合物の形態で用い
ることができる。特に、前記第2種の溶媒はドナー数が
16.5以下であることがより好ましい。
As the second solvent, for example, chain carbon is preferable, and among them, dimethyl carbonate (DM
C), methyl ethyl carbonate (MEC), diethyl carbonate (DEC), ethyl propionate, methyl propionate, or propylene carbonate (P
C), γ-butyrolactone (γ-BL), acetonitrile (AN), ethyl acetate (EA), propyl formate (P
F), methyl formate (MF), toluene, xylene or methyl acetate (MA). These second solvents can be used alone or in the form of a mixture of two or more. In particular, the second type solvent more preferably has a donor number of 16.5 or less.

【0059】前記第2溶媒の粘度は、25℃において2
8cp以下であることが好ましい。前記混合溶媒中の前
記エチレンカーボネートの配合量は、体積比率で10〜
80%であることが好ましい。この範囲を逸脱すると、
導電性の低下あるいは溶媒の分解がおき、充放電効率が
低下する恐れがある。より好ましい前記エチレンカーボ
ネートの配合量は体積比率で20〜75%である。非水
溶媒中のエチレンカーボネートの配合量を20体積%以
上に高めることによりエチレンカーボネートのリチウム
イオンへの溶媒和が容易になるため、溶媒の分解抑制効
果を向上することが可能になる。
The viscosity of the second solvent is 2 at 25 ° C.
It is preferably 8 cp or less. The blending amount of the ethylene carbonate in the mixed solvent is 10 to 10 by volume.
Preferably it is 80%. If you deviate from this range,
There is a possibility that charge and discharge efficiency may decrease due to a decrease in conductivity or decomposition of the solvent. A more preferable blending amount of the ethylene carbonate is 20 to 75% by volume ratio. By increasing the amount of ethylene carbonate in the non-aqueous solvent to 20% by volume or more, solvation of ethylene carbonate with lithium ions is facilitated, so that the effect of suppressing the decomposition of the solvent can be improved.

【0060】前記混合溶媒のより好ましい組成は、EC
とMEC、ECとPCとMEC、ECとMECとDE
C、ECとMECとDMC、ECとMECとPCとDE
Cの混合溶媒で、MECの体積比率は30〜80%とす
ることが好ましい。このようにMECの体積比率を30
〜80%、より好ましくは40〜70%にすることによ
り、導電率を向上できる。一方、溶媒の還元分解反応を
抑える観点から、炭酸ガス(CO2 )を溶解した電解液
を用いると、容量とサイクル寿命の向上に効果的であ
る。
A more preferred composition of the mixed solvent is EC
And MEC, EC and PC and MEC, EC and MEC and DE
C, EC, MEC, DMC, EC, MEC, PC, DE
In the mixed solvent of C, the volume ratio of MEC is preferably 30 to 80%. Thus, the volume ratio of MEC is set to 30.
By setting the content to 80%, more preferably 40% to 70%, the conductivity can be improved. On the other hand, from the viewpoint of suppressing the reductive decomposition reaction of the solvent, using an electrolytic solution in which carbon dioxide (CO 2 ) is dissolved is effective in improving the capacity and cycle life.

【0061】前記混合溶媒(非水溶媒)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)などが挙げら
れる。前記各不純物は、黒鉛化物の表面に絶縁性の被膜
を形成し、電極の界面抵抗を増大させるものと考えられ
る。したがって、サイクル寿命や容量の低下に影響を与
える恐れがある。また高温(60℃以上)貯蔵時の自己
放電も増大する恐れがある。このようなことから、非水
溶媒を含む電解液においては前記不純物はできるだけ低
減されることが好ましい。具体的には、水分は50pp
m以下、有機過酸化物は1000ppm以下であること
が好ましい。
The main impurities present in the mixed solvent (non-aqueous solvent) include water and organic peroxides (eg, glycols, alcohols, carboxylic acids). It is considered that each of the impurities forms an insulating film on the surface of the graphitized material and increases the interfacial resistance of the electrode. Therefore, there is a possibility that the cycle life and capacity may be reduced. In addition, self-discharge during high-temperature (60 ° C. or higher) storage may increase. For this reason, it is preferable that the impurities be reduced as much as possible in the electrolytic solution containing the non-aqueous solvent. Specifically, the water content is 50 pp
m or less, and the amount of the organic peroxide is preferably 1000 ppm or less.

【0062】前記非水電解液に含まれる電解質として
は、例えば過塩素酸リチウム(LiClO4 )、六フッ
化リン酸リチウム(LiPF6 )、ホウフッ化リチウム
(LiBF4 )、六フッ化砒素リチウム(LiAs
6 )、トリフルオロメタスルホン酸リチウム(LiC
3 SO3 )、ビストリフルオロメチルスルホニルイミ
ドリチウム[LiN(CF3 SO2 2 ]などのリチウ
ム塩(電解質)が挙げられる。中でもLiPF6 、Li
BF4 、LiN(CF3 SO2 2 を用いるのが好まし
い。
As the electrolyte contained in the non-aqueous electrolyte, for example, lithium perchlorate (LiClO 4 ), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium borofluoride (LiBF 4 ), lithium arsenide hexafluoride (LiBF 4 ) LiAs
F 6 ), lithium trifluorometasulfonate (LiC
F 3 SO 3 ) and lithium salts (electrolytes) such as lithium bistrifluoromethylsulfonylimide [LiN (CF 3 SO 2 ) 2 ]. Among them, LiPF 6 , Li
It is preferable to use BF 4 or LiN (CF 3 SO 2 ) 2 .

【0063】前記電解質の前記非水溶媒に対する溶解量
は、0.5〜2.0モル/1とすることが望ましい。
The amount of the electrolyte dissolved in the non-aqueous solvent is desirably 0.5 to 2.0 mol / 1.

【0064】なお、前述した図1においては、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
器内に収納される電極群は渦巻形に限らず、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 FIG. 1 described above, an example in which the present invention is applied to a cylindrical lithium secondary battery has been described, but the present invention can be similarly applied to a prismatic lithium secondary battery. Further, the electrode group housed in the battery container is not limited to the spiral shape, but may be a form in which a plurality of positive electrodes, separators, and negative electrodes are stacked in this order.

【0065】以上詳述したように本発明に係る製造方法
は、正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出する炭素質物
を含む負極と、非水電解液とを具備したリチウム二次電
池の製造方法であって、前記炭素質物は、アミド基及び
ニトリル基のうち少なくともいずれか一方を有する高分
子及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも1種を1〜
50重量%と、200〜500℃で加熱したメソフェー
ズピッチとを含む炭素前駆体に黒鉛化処理を施す工程を
具備する方法により作製されることを特徴とするもので
ある。このような方法によれば、黒鉛結晶間に大部分の
直径が0.5〜5nmである空隙が形成された炭素質物
(黒鉛質材料)を得ることができる。このような大きさ
の空隙は、リチウムイオンを高密度に含浸することがで
きる。また、前記炭素質物は、X線回折に、0.340
nm以下のd002 に相当するピークを有するため、リチ
ウムの吸蔵サイトとして黒鉛結晶層間に加えて前記空隙
を高い比率で吸蔵サイトとして利用することができる。
更に、前記炭素質物は、真密度が1.8g/cm3 以上
であるため、黒鉛結晶構造を有する領域と前記空隙との
存在割合を適度なものにすることができる。その結果、
前記炭素質物を含む負極は、容量を黒鉛の理論容量(3
72mAh/g)よりも大幅に向上することができるた
め、リチウム二次電池の放電容量及びサイクル寿命を改
善することができる。また、前記炭素質物は、従来の炭
素質物と比較して結晶性の発達した黒鉛結晶子の比率が
高いため、リチウム二次電池の初充放電効率を改善する
ことができる。
As described in detail above, the manufacturing method according to the present invention is a method for manufacturing a lithium secondary battery including a positive electrode, a negative electrode containing a carbonaceous substance that occludes and releases lithium ions, and a non-aqueous electrolyte. The carbonaceous material may include at least one selected from a polymer having at least one of an amide group and a nitrile group and a thermosetting resin by 1 to 1.
It is produced by a method including a step of subjecting a carbon precursor containing 50% by weight and a mesophase pitch heated at 200 to 500 ° C. to a graphitization treatment. According to such a method, it is possible to obtain a carbonaceous material (graphitic material) in which voids having a diameter of mostly 0.5 to 5 nm are formed between graphite crystals. The void having such a size can be impregnated with lithium ions at a high density. In addition, the carbonaceous material has an X-ray diffraction of 0.340.
Since it has a peak corresponding to d002 of nm or less, it can be used as a storage site for lithium at a high ratio in addition to the graphite storage layer between the graphite crystal layers.
Furthermore, since the carbonaceous material has a true density of 1.8 g / cm 3 or more, the ratio between the region having the graphite crystal structure and the voids can be made appropriate. as a result,
The negative electrode containing the carbonaceous material has a capacity equal to the theoretical capacity of graphite (3
72 mAh / g), so that the discharge capacity and cycle life of the lithium secondary battery can be improved. In addition, since the carbonaceous material has a higher ratio of graphite crystallites having improved crystallinity as compared with the conventional carbonaceous material, the initial charge / discharge efficiency of the lithium secondary battery can be improved.

【0066】また、本発明に係る別のリチウム二次電池
の製造方法によれば、前記炭素質物は、アミド基及びニ
トリル基のうち少なくともいずれか一方を有する高分子
及び熱硬化性樹脂から選ばれる少なくとも1種を1〜5
0重量%と、200〜500℃で加熱したメソフェーズ
ピッチとを含む炭素前駆体を200〜500℃で紡糸す
る工程と、紡糸された炭素前駆体を粉砕する工程と、粉
砕された炭素前駆体に黒鉛化処理を施す工程とを具備す
る方法により作製される。このような方法によれば、黒
鉛結晶間に大部分の直径が0.5〜5nmである空隙が
形成され、X線回折に0.340nm以下のd002 に相
当するピークを有し、かつ真密度が1.8g/cm3
上の炭素繊維粉末を得ることができる。その結果、初充
放電効率、放電容量及びサイクル寿命が大幅に改善され
たリチウム二次電池を提供することができる。
According to another method of manufacturing a lithium secondary battery according to the present invention, the carbonaceous material is selected from a polymer having at least one of an amide group and a nitrile group and a thermosetting resin. 1 to 5 at least one
A step of spinning a carbon precursor containing 0% by weight and a mesophase pitch heated at 200 to 500 ° C at 200 to 500 ° C, a step of pulverizing the spun carbon precursor, and a step of pulverizing the pulverized carbon precursor. And performing a graphitization process. According to such a method, most of the voids having a diameter of 0.5 to 5 nm are formed between the graphite crystals, and the X-ray diffraction has a peak corresponding to d 002 of 0.340 nm or less, and is true. A carbon fiber powder having a density of 1.8 g / cm 3 or more can be obtained. As a result, a lithium secondary battery with significantly improved initial charge / discharge efficiency, discharge capacity, and cycle life can be provided.

【0067】また、このような方法によると、黒鉛結晶
子の配向が放射型である炭素繊維が得られやすい。この
ような配向を有する炭素繊維は、前記配向を持たない炭
素繊維に比べて側周面からのリチウムイオン吸蔵・放出
速度を向上することができるため、前記二次電池の初充
放電効率、放電容量及びサイクル寿命をより一層向上す
ることができる。
Further, according to such a method, carbon fibers having a graphite crystallite orientation in a radial type can be easily obtained. Since the carbon fibers having such an orientation can improve the lithium ion occlusion / release speed from the side peripheral surface as compared with the carbon fibers having no orientation, the initial charge / discharge efficiency and discharge of the secondary battery can be improved. The capacity and cycle life can be further improved.

【0068】[0068]

【実施例】以下、本発明の実施例を前述した図面を参照
して詳細に説明する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0069】実施例1 まず、リチウムコバルト酸化物(LiCoO2 )粉末9
1重量%をアセチレンブラック3.5重量%、グラファ
イト3.5重量%及びエチレンプロピレンジエンモノマ
粉末2重量%とトルエンを加えて共に混合し、アルミニ
ウム箔(30μm)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。
Example 1 First, lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ) powder 9
1% by weight of acetylene black 3.5% by weight, graphite 3.5% by weight, and ethylene propylene diene monomer powder 2% by weight and toluene were added and mixed together, applied to an aluminum foil (30 μm) current collector, and then pressed. This produced a positive electrode.

【0070】また、石油ピッチから得られたメソフェー
ズピッチを空気中で300℃に加熱し、ポリアクリロニ
トリルを30重量%添加し、これを空気中において35
0℃で紡糸することにより併せて不融化を行った後、ア
ルゴンガス雰囲気下において600℃で炭素化し、平均
粒径11μm、粒度1〜80μmで90体積%が存在す
るように、かつ粒径0.5μm以下の粒子を少なく(5
%以下)になるように適度に粉砕する。これを不活性ガ
ス雰囲気下で80℃/hrで昇温し、3000℃にて黒
鉛化することにより繊維状の炭素粉末を製造した。
The mesophase pitch obtained from petroleum pitch was heated to 300 ° C. in air, and 30% by weight of polyacrylonitrile was added.
After spinning at 0 ° C., the mixture was infusibilized, and then carbonized at 600 ° C. in an argon gas atmosphere. The average particle diameter was 11 μm, the particle diameter was 1 to 80 μm, and 90% by volume was present. Less particles of 0.5 μm or less (5
% Or less). This was heated at 80 ° C./hr in an inert gas atmosphere and graphitized at 3000 ° C. to produce a fibrous carbon powder.

【0071】得られた繊維状炭素粉末は、平均繊維径が
7μm、平均繊維長が40μmであり、平均粒径が20
μmであった。粒度分布で1〜80μmの範囲に90体
積%以上が存在し、粒径が0.5μm以下の粒子の粒度
分布は0体積%であった。N2 ガス吸着BET法による
比表面積は、3m2 /gであった。真密度は、2.1g
/cm3 であった。X線回折による(002)格子像か
ら、前記繊維状炭素粉末の微細組織が黒鉛構造および無
定形構造が共存したものであることを確認した。また、
以下に説明する小角X線散乱法によって前記無定形構造
部分に直径が1〜2nmの微細空隙が多数存在すること
を確認した。前記炭素質物の粉末X線回折には、0.3
36nmのd002 に相当するピークが存在していた。こ
の0.336nmのピークは炭素質物の黒鉛構造に起因
するものである。さらに、SEM観察による繊維断面の
黒鉛結晶子の配向は放射型に属するものであった。ただ
し、配向性に若干の乱れを有しているため、繊維に欠落
部はなかった。
The obtained fibrous carbon powder has an average fiber diameter of 7 μm, an average fiber length of 40 μm, and an average particle diameter of 20 μm.
μm. In the particle size distribution, 90% by volume or more was present in the range of 1 to 80 µm, and the particle size distribution of the particles having a particle size of 0.5 µm or less was 0% by volume. The specific surface area by the N 2 gas adsorption BET method was 3 m 2 / g. True density is 2.1g
/ Cm 3 . From a (002) lattice image obtained by X-ray diffraction, it was confirmed that the fine structure of the fibrous carbon powder was a mixture of a graphite structure and an amorphous structure. Also,
It was confirmed by the small-angle X-ray scattering method described below that a large number of fine voids having a diameter of 1 to 2 nm exist in the amorphous structure portion. In the powder X-ray diffraction of the carbonaceous material, 0.3
Peak corresponding to d 002 of 36nm was present. This 0.336 nm peak is attributable to the graphite structure of the carbonaceous material. Furthermore, the orientation of graphite crystallites in the fiber cross section observed by SEM belonged to the radial type. However, there were no missing portions in the fibers because the orientation was slightly disordered.

【0072】なお、小角X線散乱法による測定は以下に
説明する方法で行った。
The measurement by the small-angle X-ray scattering method was performed by the method described below.

【0073】すなわち、シーメンス(Siemens)
社製の商品名がD5000の粉末X線装置を用い、管球
としてCu・Kαを使用し、透過型の配置で測定を行っ
た。また、測定条件は以下の通りである。試料ホルダー
としては、縦と横のサイズがそれぞれ13mmで、高さ
が9mmで、厚さが1.5mmのチャンバからなるもの
を使用した。前記試料ホルダーは、前記装置内に一次光
線と直交するように配置した。窓材料として厚さが25
μmの高分子フィルム(Kapton箔)を使用した。
前記試料ホルダーに収容する炭素質物の量は150mg
〜200mgの範囲にした。入射角及び対散乱角はそれ
ぞれ0.1°に設定した。受光スリットの幅は、0.1
mmにした。
That is, Siemens
The measurement was performed in a transmission type arrangement using a powder X-ray apparatus (trade name: D5000, manufactured by the company) and Cu · Kα as a tube. The measurement conditions are as follows. As the sample holder, a vertical and horizontal size chamber having a size of 13 mm, a height of 9 mm, and a thickness of 1.5 mm was used. The sample holder was arranged in the device so as to be orthogonal to the primary light beam. 25 thickness as window material
A μm polymer film (Kapton foil) was used.
The amount of carbonaceous material contained in the sample holder is 150 mg
It was in the range of 200200 mg. The incident angle and the scattering angle were each set to 0.1 °. The width of the receiving slit is 0.1
mm.

【0074】散乱角を0.4°から0.05°刻みづつ
10°まで上昇させ、各散乱角における小角散乱強度を
測定した。得られた散乱強度の平均値をI(q)とし、
下記数1に示す(1)式から前記空隙の回転半径Rg
求めた。
The scattering angle was raised from 0.4 ° to 10 ° in increments of 0.05 °, and the small-angle scattering intensity at each scattering angle was measured. The average value of the obtained scattering intensities is defined as I (q),
Shown in the following Equation 1 from Equation (1) it was determined rotation radius R g of the gap.

【0075】[0075]

【数1】 (Equation 1)

【0076】ここで、qは波動ベクトル、Nは炭素質物
中の空隙の数、Vは前記空隙の総体積を示す。
Here, q is a wave vector, N is the number of voids in the carbonaceous material, and V is the total volume of the voids.

【0077】得られた回転半径Rg を下記(2)式に代
入し、前記炭素質物の空隙の小角X線散乱法による直径
s を得る。
The obtained radius of gyration R g is substituted into the following equation (2) to obtain the diameter R s of the voids of the carbonaceous material by the small-angle X-ray scattering method.

【0078】Rg =(3/5)1/2 ×Rs (2) 次いで、前記メソフェーズピッチ系繊維状炭素粉末9
6.7重量%をスチレンブタジエンゴム2.2重量%と
カルボキシメチルセルロース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、乾燥し、プレ
スすることにより負極を作製した。
R g = (3/5) 1/2 × R s (2) Next, the mesophase pitch-based fibrous carbon powder 9
6.7% by weight was mixed with 2.2% by weight of styrene-butadiene rubber and 1.1% by weight of carboxymethylcellulose, applied to a copper foil as a current collector, dried, and pressed to produce a negative electrode. .

【0079】前記正極、ポリエチ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 the positive electrode, the separator made of a porous film made of polyethylene, and the negative electrode were laminated in this order, the electrode group was formed by spirally winding the negative electrode so as to be positioned outside.

【0080】さらに、六フッ化リン酸リチウム(LiP
6 )をエチレンカーボネート(EC)とメチルエチル
カーボネート(MEC)の混合溶媒(混合体積比率5
0:50)に1.0モル/L溶解して非水電解液を調製
した。
Further, lithium hexafluorophosphate (LiP)
F 6 ) in a mixed solvent of ethylene carbonate (EC) and methyl ethyl carbonate (MEC) (mixing volume ratio 5
0:50) to prepare a non-aqueous electrolyte.

【0081】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。
The above-mentioned electrode group and the above-mentioned electrolytic solution were housed in a stainless steel bottomed cylindrical container, respectively, to assemble the above-mentioned cylindrical lithium secondary battery shown in FIG.

【0082】実施例2 以下に説明する炭素質物を用いたこと以外は、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 2 Example 1 was repeated except that the carbonaceous material described below was used.
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG.

【0083】まず、石油ピッチから得られたメソフェー
ズピッチを空気中において350℃に加熱し、これにア
ラミドを30重量%添加した。得られた炭素前駆体を空
気中において350℃で紡糸することにより併せて不融
化を行った後、アルゴンガス雰囲気下において600℃
で炭素化し、平均粒径11μm、粒度1〜80μmで9
0体積%が存在するように、かつ粒径0.5μm以下の
粒子を少なく(5%以下)になるように適度に粉砕す
る。これを不活性ガス雰囲気下で80℃/hrで昇温さ
せ、3000℃にて黒鉛化することにより繊維状の炭素
粉末を製造した。
First, mesophase pitch obtained from petroleum pitch was heated to 350 ° C. in air, and 30% by weight of aramid was added thereto. The obtained carbon precursor was infusibilized by spinning at 350 ° C. in air, and then 600 ° C. under an argon gas atmosphere.
And carbonized at 9 μm with an average particle size of 11 μm and a particle size of 1 to 80 μm.
Pulverize appropriately so that 0% by volume is present and particles having a particle size of 0.5 μm or less are reduced (5% or less). This was heated at 80 ° C./hr in an inert gas atmosphere and graphitized at 3000 ° C. to produce a fibrous carbon powder.

【0084】得られた繊維状炭素粉末は、平均繊維径が
7μm、平均繊維長が40μmであり、平均粒径が20
μmであった。粒度分布で1〜80μmの範囲に90体
積%以上が存在し、粒径が0.5μm以下の粒子の粒度
分布は0体積%であった。N2 ガス吸着BET法による
比表面積は、3m2 /gであった。真密度は、2.2g
/cm3 であった。X線回折による(002)格子像か
ら、前記繊維状炭素粉末の微細組織が黒鉛構造および無
定形構造が共存したものであることを確認した。また、
前述した小角X線散乱法によって前記無定形構造部分に
直径が1〜3nmの微細空隙が多数存在することを確認
した。前記炭素質物の粉末X線回折には、0.3358
nmのd002 に相当するピークが存在していた。この
0.3358nmのピークは炭素質物の黒鉛構造に起因
するものである。さらに、SEM観察による繊維断面の
黒鉛結晶子の配向は放射型に属するものであった。ただ
し、配向性に若干の乱れを有しているため、繊維に欠落
部はなかった。
The obtained fibrous carbon powder had an average fiber diameter of 7 μm, an average fiber length of 40 μm, and an average particle diameter of 20 μm.
μm. In the particle size distribution, 90% by volume or more was present in the range of 1 to 80 µm, and the particle size distribution of the particles having a particle size of 0.5 µm or less was 0% by volume. The specific surface area by the N 2 gas adsorption BET method was 3 m 2 / g. The true density is 2.2g
/ Cm 3 . From a (002) lattice image obtained by X-ray diffraction, it was confirmed that the fine structure of the fibrous carbon powder was a mixture of a graphite structure and an amorphous structure. Also,
It was confirmed by the small-angle X-ray scattering method described above that there were many fine voids having a diameter of 1 to 3 nm in the amorphous structure portion. 0.3358 for powder X-ray diffraction of the carbonaceous material
There was a peak corresponding to d002 in nm. The peak at 0.3358 nm is attributable to the graphite structure of the carbonaceous material. Furthermore, the orientation of graphite crystallites in the fiber cross section observed by SEM belonged to the radial type. However, there were no missing portions in the fibers because the orientation was slightly disordered.

【0085】実施例3 以下に説明する炭素質物を用いたこと以外は、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 Example 1 was repeated except that the carbonaceous material described below was used.
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG.

【0086】まず、石油ピッチから得られたメソフェー
ズピッチを空気中において400℃に加熱し、フェノー
ル樹脂を10重量%添加した。得られた炭素前駆体を空
気中において400℃で紡糸することにより併せて不融
化を行った後、アルゴンガス雰囲気下において600℃
で炭素化し、平均粒径11μm、粒度1〜80μmで9
0体積%が存在するように、かつ粒径0.5μm以下の
粒子を少なく(5%以下)になるように適度に粉砕す
る。これを不活性ガス雰囲気下で80℃/hrで昇温さ
せ、3000℃にて黒鉛化することにより繊維状の炭素
粉末を製造した。
First, a mesophase pitch obtained from a petroleum pitch was heated to 400 ° C. in the air, and 10% by weight of a phenol resin was added. After spinning the obtained carbon precursor at 400 ° C. in the air to make it infusibilized, it was heated to 600 ° C. in an argon gas atmosphere.
And carbonized at 9 μm with an average particle size of 11 μm and a particle size of 1 to 80 μm.
Pulverize appropriately so that 0% by volume is present and particles having a particle size of 0.5 μm or less are reduced (5% or less). This was heated at 80 ° C./hr in an inert gas atmosphere and graphitized at 3000 ° C. to produce a fibrous carbon powder.

【0087】得られた繊維状炭素粉末は、平均繊維径が
7μm、平均繊維長が40μmであり、平均粒径が20
μmであった。粒度分布で1〜80μmの範囲に90体
積%以上が存在し、粒径が0.5μm以下の粒子の粒度
分布は0体積%であった。N2 ガス吸着BET法による
比表面積は、3m2 /gであった。真密度は、2.15
g/cm3 であった。X線回折による(002)格子像
から、前記繊維状炭素粉末の微細組織が黒鉛構造および
無定形構造が共存したものであることを確認した。ま
た、前述した小角X線散乱法によって前記無定形構造部
分に直径が0.5〜3nmの微細空隙が多数存在するこ
とを確認した。前記炭素質物の粉末X線回折には、0.
3360nmのd002 に相当するピークが存在してい
た。この0.3360nmのピークは炭素質物の黒鉛構
造に起因するものである。さらに、SEM観察による繊
維断面の黒鉛結晶子の配向は放射型に属するものであっ
た。ただし、配向性に若干の乱れを有しているため、繊
維に欠落部はなかった。
The obtained fibrous carbon powder had an average fiber diameter of 7 μm, an average fiber length of 40 μm, and an average particle diameter of 20 μm.
μm. In the particle size distribution, 90% by volume or more was present in the range of 1 to 80 µm, and the particle size distribution of the particles having a particle size of 0.5 µm or less was 0% by volume. The specific surface area by the N 2 gas adsorption BET method was 3 m 2 / g. The true density is 2.15
g / cm 3 . From a (002) lattice image obtained by X-ray diffraction, it was confirmed that the fine structure of the fibrous carbon powder was a mixture of a graphite structure and an amorphous structure. Further, it was confirmed by the small-angle X-ray scattering method described above that a large number of fine voids having a diameter of 0.5 to 3 nm exist in the amorphous structure portion. In the powder X-ray diffraction of the carbonaceous material, a value of 0.
Peak corresponding to d 002 of 3360nm was present. The peak at 0.3360 nm is attributable to the graphite structure of the carbonaceous material. Furthermore, the orientation of graphite crystallites in the fiber cross section observed by SEM belonged to the radial type. However, there were no missing portions in the fibers because the orientation was slightly disordered.

【0088】比較例1 微細組織が黒鉛構造のみから構成され、d002 が0.3
354nmで、Lcが100nm以上で、真密度が2.
25g/cm3 である人造黒鉛を負極の炭素質物質とし
て用いること以外は、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 The microstructure was composed of only a graphite structure, and d 002 was 0.3
At 354 nm, Lc is 100 nm or more, and the true density is 2.
The cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 described above was assembled in the same manner as in Example 1 except that artificial graphite of 25 g / cm 3 was used as the carbonaceous material of the negative electrode.

【0089】比較例2 以下に説明する負極炭素質物を用いること以外は、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 The cylindrical lithium secondary battery shown in FIG. 1 was assembled in the same manner as in Example 1 except that the negative electrode carbonaceous material described below was used.

【0090】前記炭素質物は、ノボラック樹脂を110
0℃で炭素化処理することにより作製された。前記炭素
質物の真密度は1.55g/cm3 であった。X線回折
による(002)格子像から、前記炭素質物の微細組織
が黒鉛構造と無定形構造とからなることを確認した。ま
た、前述した小角X線散乱法によって前記無定形構造部
分に直径が1nmの空隙が多数存在することを確認し
た。また、前記炭素質物のd002 は0.380nmのピ
ークが得られた。C軸方向の結晶子の長さLcは1nm
であった。
The carbonaceous material is obtained by mixing novolak resin with 110
It was produced by a carbonization treatment at 0 ° C. The true density of the carbonaceous material was 1.55 g / cm 3 . From the (002) lattice image by X-ray diffraction, it was confirmed that the fine structure of the carbonaceous material had a graphite structure and an amorphous structure. Further, it was confirmed by the small-angle X-ray scattering method described above that there were many voids having a diameter of 1 nm in the amorphous structure portion. Further, d 002 of the carbonaceous material is a peak of 0.380nm was obtained. The crystallite length Lc in the C-axis direction is 1 nm
Met.

【0091】参照例 以下に説明する炭素質物を用いたこと以外は、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。
Reference Example Example 1 was repeated except that the carbonaceous material described below was used.
The above-described cylindrical lithium secondary battery shown in FIG.

【0092】まず、石油ピッチから得られたメソフェー
ズピッチにフェノール樹脂を20重量%添加し、これを
空気中において500℃で紡糸することにより併せて不
融化を行った後、アルゴンガス雰囲気下において600
℃で炭素化し、平均粒径11μm、粒度1〜80μmで
90体積%が存在するように、かつ粒径0.5μm以下
の粒子を少なく(5%以下)になるように適度に粉砕す
る。その後、不活性ガス雰囲気下で2700℃にて黒鉛
化することにより繊維状の炭素粉末を製造した。
First, 20% by weight of a phenol resin was added to the mesophase pitch obtained from petroleum pitch, and this was spun in air at 500 ° C. to make it infusibilized.
C. and appropriately pulverized so that 90 volume% exists with an average particle size of 11 μm and a particle size of 1 to 80 μm, and particles having a particle size of 0.5 μm or less are reduced (5% or less). Then, it was graphitized at 2700 ° C. in an inert gas atmosphere to produce a fibrous carbon powder.

【0093】得られた繊維状炭素粉末は、平均繊維径が
7μm、平均繊維長が40μmであり、平均粒径が20
μmであった。粒度分布で1〜80μmの範囲に90体
積%以上が存在し、粒径が0.5μm以下の粒子の粒度
分布は0体積%であった。N2 ガス吸着BET法による
比表面積は、3m2 /gであった。真密度は、2.0g
/cm3 であった。X線回折による(002)格子像か
ら、前記繊維状炭素粉末の微細組織が黒鉛構造および無
定形構造が共存したものであることを確認した。また、
前述した小角X線散乱法によって前記無定形構造部分に
直径が0.5〜2nmの微細空隙が多数存在することを
確認した。前記炭素質物の粉末X線回折には、0.33
60nmのd002 に相当するピークが存在していた。
0.3360nmのピークは炭素質物の黒鉛構造に起因
するものである。さらに、SEM観察による繊維断面の
黒鉛結晶子の配向は放射型に属するものであった。ただ
し、配向性に若干の乱れを有しているため、繊維に欠落
部はなかった。
The obtained fibrous carbon powder has an average fiber diameter of 7 μm, an average fiber length of 40 μm, and an average particle diameter of 20 μm.
μm. In the particle size distribution, 90% by volume or more was present in the range of 1 to 80 µm, and the particle size distribution of the particles having a particle size of 0.5 µm or less was 0% by volume. The specific surface area by the N 2 gas adsorption BET method was 3 m 2 / g. True density is 2.0g
/ Cm 3 . From a (002) lattice image obtained by X-ray diffraction, it was confirmed that the fine structure of the fibrous carbon powder was a mixture of a graphite structure and an amorphous structure. Also,
It was confirmed by the small-angle X-ray scattering method described above that a large number of fine voids having a diameter of 0.5 to 2 nm existed in the amorphous structure portion. 0.33 powder X-ray diffraction of the carbonaceous material
There was a peak corresponding to d002 at 60 nm.
The peak at 0.3360 nm is attributable to the graphite structure of the carbonaceous material. Furthermore, the orientation of graphite crystallites in the fiber cross section observed by SEM belonged to the radial type. However, there were no missing portions in the fibers because the orientation was slightly disordered.

【0094】得られた実施例1〜2、比較例1〜2及び
参照例の二次電池について、充電電流1Aで4.2Vま
で2.5時間充電した後、2.7Vまで1Aで放電する
充放電サイクル試験を行った。その結果から、各二次電
池について、初充放電効率、1サイクル目の放電容量お
よび300サイクル時における容量維持率(1サイクル
目の放電容量に対する)を測定し、その結果を下記表1
に示す。
The obtained secondary batteries of Examples 1 and 2, Comparative Examples 1 and 2, and Reference Example were charged at a charging current of 1 A to 4.2 V for 2.5 hours, and then discharged at a current of 2.7 V at 1 A. A charge / discharge cycle test was performed. From the results, the initial charge / discharge efficiency, the first cycle discharge capacity, and the capacity retention ratio at 300 cycles (relative to the first cycle discharge capacity) were measured for each secondary battery.
Shown in

【0095】[0095]

【表1】 [Table 1]

【0096】表1から明らかなように、アミド基または
ニトリル基を有する高分子か、あるいは熱硬化性樹脂を
1〜50重量%と、200〜500℃で加熱したメソフ
ェーズピッチとを含む炭素前駆体に黒鉛化処理を施す工
程を具備する方法により作製された炭素質物を含む負極
を備えた実施例1〜3の二次電池は、初充放電効率、放
電容量および300サイクル時の容量維持率が高いこと
がわかる。
As apparent from Table 1, a carbon precursor containing a polymer having an amide group or a nitrile group, or a thermosetting resin in an amount of 1 to 50% by weight and a mesophase pitch heated at 200 to 500 ° C. The secondary batteries of Examples 1 to 3 provided with the negative electrode containing the carbonaceous material produced by the method including the step of performing the graphitization treatment on the first charge-discharge efficiency, the discharge capacity, and the capacity retention rate at 300 cycles. It turns out that it is high.

【0097】これに対し、微細組織が黒鉛構造のみから
なり、0.3354nmのd002 に相当するピークを有
する炭素質物を含む負極を備えた比較例1の二次電池
は、初充放電効率に優れるものの、放電容量及び容量維
持率が実施例1〜3に比べて低いことがわかる。一方、
微細組織が黒鉛構造と無定形構造とからなり、0.38
0nmのd002 に相当するピークを有し、真密度が1.
55g/cm3 と小さい炭素質物を含む負極を備えた比
較例2の二次電池は、初充放電効率、放電容量が実施例
1〜3よりも低いことがわかる。また、炭素前駆体のメ
ソフェーズピッチに加熱処理を施さない方法により得ら
れた炭素質物を含む負極を備えた参照例の二次電池は、
実施例1〜3に比べて放電容量及び容量維持率が低いこ
とがわかる。メソフェーズピッチに加熱処理を施さない
と、メソフェーズピッチと高分子、樹脂との反応が固相
反応になり、高分子や樹脂のメソフェーズピッチに対す
る分散性が低下し、炭素質物に形成されるほとんどの空
隙の直径が5nmを上回るからである。
On the other hand, the secondary battery of Comparative Example 1 provided with a negative electrode containing a carbonaceous material having a fine structure consisting only of a graphite structure and having a peak corresponding to d 002 of 0.3354 nm has a lower initial charge / discharge efficiency. Although excellent, the discharge capacity and the capacity retention ratio are lower than those of Examples 1 to 3. on the other hand,
The microstructure is composed of a graphite structure and an amorphous structure,
It has a peak corresponding to d 002 at 0 nm and a true density of 1.
It can be seen that the secondary battery of Comparative Example 2 including the negative electrode containing a carbonaceous material as small as 55 g / cm 3 has lower initial charge / discharge efficiency and discharge capacity than Examples 1 to 3. Further, a secondary battery of a reference example including a negative electrode containing a carbonaceous material obtained by a method of not performing a heat treatment on a mesophase pitch of a carbon precursor,
It can be seen that the discharge capacity and the capacity retention ratio are lower than those of Examples 1 to 3. If heat treatment is not applied to the mesophase pitch, the reaction between the mesophase pitch and the polymer or resin becomes a solid-phase reaction, and the dispersibility of the polymer or resin in the mesophase pitch decreases, and most voids formed in the carbonaceous material are reduced. Is larger than 5 nm.

【0098】[0098]

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、高
容量で、初充放電効率及びサイクル寿命に優れたリチウ
ム二次電池の製造方法を提供することができる。
As described in detail above, according to the present invention, it is possible to provide a method of manufacturing a lithium secondary battery having a high capacity, an excellent initial charge / discharge efficiency, and an excellent cycle life.

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

【図1】本発明に係わる方法で製造されるリチウム二次
電池の一例(円筒形リチウム二次電池)を示す部分断面
図。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an example of a lithium secondary battery (cylindrical lithium secondary battery) manufactured by a method according to the present invention.

【図2】本発明に係る方法で製造される炭素質物の微細
組織の一例を示す模式図。
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a microstructure of a carbonaceous material produced by the method according to the present invention.

【図3】本発明に係る方法で製造される炭素繊維の一例
を示す模式図。
FIG. 3 is a schematic view showing an example of a carbon fiber produced by the method according to the present invention.

【符号の説明】 1…容器、 3…電極群、 4…正極、 6…負極、 8…封口板。[Description of Signs] 1 ... Container, 3 ... Electrode group, 4 ... Positive electrode, 6 ... Negative electrode, 8 ... Sealing plate.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出す
る炭素質物を含む負極と、非水電解液とを具備したリチ
ウム二次電池の製造方法であって、 前記炭素質物は、アミド基及びニトリル基のうち少なく
ともいずれか一方を有する高分子及び熱硬化性樹脂から
選ばれる少なくとも1種を1〜50重量%と、200〜
500℃で加熱したメソフェーズピッチとを含む炭素前
駆体に黒鉛化処理を施す工程を具備する方法により作製
されることを特徴とするリチウム二次電池の製造方法。
1. A method for manufacturing a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode containing a carbonaceous substance that occludes and releases lithium ions, and a non-aqueous electrolyte, wherein the carbonaceous substance comprises an amide group and a nitrile. 1 to 50% by weight of at least one selected from a polymer having at least one of the groups and a thermosetting resin;
A method for producing a lithium secondary battery, characterized by being produced by a method comprising a step of subjecting a carbon precursor containing a mesophase pitch heated at 500 ° C. to a graphitization treatment.
【請求項2】 正極と、リチウムイオンを吸蔵・放出す
る炭素質物を含む負極と、非水電解液とを具備したリチ
ウム二次電池の製造方法であって、 前記炭素質物は、アミド基及びニトリル基のうち少なく
ともいずれか一方を有する高分子及び熱硬化性樹脂から
選ばれる少なくとも1種を1〜50重量%と、200〜
500℃で加熱したメソフェーズピッチとを含む炭素前
駆体を200〜500℃で紡糸する工程と、 紡糸された炭素前駆体を粉砕する工程と、 粉砕された炭素前駆体に黒鉛化処理を施す工程とを具備
する方法により作製されることを特徴とするリチウム二
次電池の製造方法。
2. A method for manufacturing a lithium secondary battery comprising a positive electrode, a negative electrode including a carbonaceous material that occludes and releases lithium ions, and a non-aqueous electrolyte, wherein the carbonaceous material includes an amide group and a nitrile. 1 to 50% by weight of at least one selected from a polymer having at least one of the groups and a thermosetting resin;
Spinning a carbon precursor containing a mesophase pitch heated at 500 ° C. at 200 to 500 ° C., pulverizing the spun carbon precursor, and subjecting the pulverized carbon precursor to a graphitization process. A method for producing a lithium secondary battery, characterized by being produced by a method comprising:
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018168286A1 (en) * 2017-03-13 2018-09-20 株式会社豊田中央研究所 Secondary battery and method for producing same
JP2018152230A (en) * 2017-03-13 2018-09-27 株式会社豊田中央研究所 Secondary battery and manufacturing method thereof

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US11171389B2 (en) 2017-03-13 2021-11-09 Kabushiki Kaisha Toyota Chuo Kenkyusho Secondary battery and method for producing the same

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