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JP2019036506A - Negative electrode for battery formed by including positive electrode with organic compound as active material and battery formed by including positive electrode with the negative electrode and organic compound as active material - Google Patents

Negative electrode for battery formed by including positive electrode with organic compound as active material and battery formed by including positive electrode with the negative electrode and organic compound as active material Download PDF

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JP2019036506A
JP2019036506A JP2017158879A JP2017158879A JP2019036506A JP 2019036506 A JP2019036506 A JP 2019036506A JP 2017158879 A JP2017158879 A JP 2017158879A JP 2017158879 A JP2017158879 A JP 2017158879A JP 2019036506 A JP2019036506 A JP 2019036506A
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JP
Japan
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negative electrode
battery
carbonaceous material
active material
positive electrode
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Application number
JP2017158879A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
奥野 壮敏
Taketoshi Okuno
壮敏 奥野
俊相 趙
Shunso Cho
俊相 趙
桃太郎 竹田
Momotaro Takeda
桃太郎 竹田
岩崎 秀治
Hideji Iwasaki
秀治 岩崎
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.)
Kuraray Co Ltd
Original Assignee
Kuraray Co Ltd
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Publication date
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Abstract

To provide a negative electrode and a battery using the negative electrode, capable of achieving a high output characteristic and high durability, the battery formed by including a positive electrode with an organic compound as an active material.SOLUTION: The negative electrode for battery, formed by including a positive electrode with an organic compound as an active material, has a main resonance peak position of a chemical shift value based on lithium chloride observed by aLi nuclear-solid NMR analysis larger than 115 ppm when lithium is doped until a full-charge state is reached and contains a difficult-to-graphitize carbonaceous material, and a battery is formed by including a positive electrode with an organic compound using the negative electrode as an active material.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池において、高い出力特性を得るための負極、及び該負極を用いた電池に関する。   The present invention relates to a negative electrode for obtaining high output characteristics in a battery including a positive electrode using an organic compound as an active material, and a battery using the negative electrode.

有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池は高出力特性を有することから、携帯電話やパーソナルコンピュータ等の携帯機器だけでなく、ハイブリッド自動車、電気自動車、電力貯蔵蓄電システム等への適用が図られている。該電池は、例えば有機化合物を活物質として含む正極とリチウムを含む負極活物質を有する負極からなる。リチウムを含む負極活物質としてリチウム箔やリチウム金属板を用いた、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池が例えば特許文献1に知られている。   A battery comprising a positive electrode made of an organic compound as an active material has high output characteristics, so that it can be applied not only to portable devices such as mobile phones and personal computers, but also to hybrid vehicles, electric vehicles, power storage and storage systems, etc. It is illustrated. The battery includes, for example, a positive electrode including an organic compound as an active material and a negative electrode including a negative electrode active material including lithium. For example, Patent Document 1 discloses a battery including a positive electrode using an organic compound as an active material, using a lithium foil or a lithium metal plate as a negative electrode active material containing lithium.

金属リチウム箔を負極活物質として用いた場合、非常に高い電池容量が得られる反面、金属リチウム上で生じる不均一な充放電によって、長期の充放電時にデンドライト状のリチウム金属の形成、微小短絡が生じて電池容量が低下する恐れがある。また金属リチウムと電解液との副反応で生じた反応ガスなどにより電池が破裂した場合、空気中の水分と金属リチウムが反応して水素が発生するなど安全面の懸念がある。特許文献1では、負極活物質としてリチウムを吸蔵放出するグラファイトが例示されている。グラファイトは、リチウムイオン二次電池用の負極活物質として広く用いられている材料である。   When metal lithium foil is used as the negative electrode active material, a very high battery capacity can be obtained. On the other hand, non-uniform charge and discharge that occurs on metal lithium can cause dendrite-like lithium metal formation and micro short-circuiting during long-term charge and discharge. This may cause a reduction in battery capacity. In addition, when the battery ruptures due to a reaction gas generated by a side reaction between metallic lithium and the electrolytic solution, there is a safety concern that moisture in the air reacts with metallic lithium to generate hydrogen. Patent Document 1 exemplifies graphite that occludes and releases lithium as a negative electrode active material. Graphite is a material widely used as a negative electrode active material for lithium ion secondary batteries.

特許第5652029号Japanese Patent No. 5652029

近年、環境問題やより高性能な非水電解質系二次電池への関心の高まりから、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池の車載用途での開発が進められている。そのなかで、高い出力特性に加えてより高い耐久性を有する電池が求められている。   In recent years, the development of a battery including a positive electrode using an organic compound as an active material for in-vehicle use has been promoted due to environmental problems and increased interest in higher performance non-aqueous electrolyte secondary batteries. Among these, batteries having higher durability in addition to high output characteristics are demanded.

本発明の課題は、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池において、金属リチウムを負極活物質に用いた場合に懸念される安全面の問題が改善され、しかも高い出力特性を得るための負極、及び該負極を用いた電池を提供することである。   An object of the present invention is to improve a safety problem which is a concern when metallic lithium is used as a negative electrode active material in a battery including a positive electrode using an organic compound as an active material, and to obtain high output characteristics. A negative electrode and a battery using the negative electrode.

本発明者は鋭意検討した結果、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用の負極に、特定の難黒鉛化炭素質材料を使用することにより、上記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies, the inventor has found that the above problem can be solved by using a specific non-graphitizable carbonaceous material for a negative electrode for a battery including a positive electrode using an organic compound as an active material. The invention has been completed.

即ち、本発明は、以下の好適な態様を包含する。
〔1〕難黒鉛化炭素質材料を含む負極であって、満充電状態としたときに前記難黒鉛化炭素質材料のLi核−固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準物質とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きい、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極。
〔2〕前記難黒鉛化炭素質材料の広角X線回折法によるBragg式を用いて算出される(002)面の平均面間隔d002は0.36〜0.42nmの範囲にある、〔1〕に記載の負極。
〔3〕前記難黒鉛化炭素質材料は植物起源の炭素前駆体に由来する、〔1〕または〔2〕に記載の負極。
〔4〕カリウム元素含量が0.1質量%以下であり、鉄元素含量が0.02質量%以下である、〔1〕〜〔3〕のいずれかに記載の負極。
〔5〕〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の負極を含んでなる、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池。
That is, the present invention includes the following preferred embodiments.
[1] A negative electrode containing a non-graphitizable carbonaceous material, which is a chemistry using lithium chloride as a reference substance observed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis of the non-graphitizable carbonaceous material when fully charged. A negative electrode for a battery comprising a positive electrode using an organic compound as an active material, wherein a main resonance peak position of a shift value is greater than 115 ppm.
[2] The average plane distance d 002 of the (002) plane calculated using the Bragg equation by the wide-angle X-ray diffraction method of the non-graphitizable carbonaceous material is in the range of 0.36 to 0.42 nm. ] The negative electrode as described in].
[3] The negative electrode according to [1] or [2], wherein the non-graphitizable carbonaceous material is derived from a plant-derived carbon precursor.
[4] The negative electrode according to any one of [1] to [3], wherein the potassium element content is 0.1% by mass or less and the iron element content is 0.02% by mass or less.
[5] A battery comprising a negative electrode according to any one of [1] to [4], the cathode comprising an organic compound as an active material.

本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に使用すると、非常に高い出力特性、及び耐久性を有する電池とすることができる。   When used for a negative electrode for a battery comprising a positive electrode comprising the organic compound of the present invention as an active material, a battery having very high output characteristics and durability can be obtained.

実施例4に従って調製した難黒鉛化炭素質材料のLi核−固体NMR図を示す。 7 shows a 7 Li nucleus-solid NMR diagram of a non-graphitizable carbonaceous material prepared according to Example 4. FIG. 比較例1に従って調製した炭素質材料のLi核−固体NMR図を示す。 7 Li nucleus carbonaceous material prepared according to Comparative Example 1 - a solid state NMR view.

<有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用の負極および該負極を用いた電池は、難黒鉛化炭素質材料を含んでなり、該難黒鉛化炭素質材料を含む負極は満充電された際、Li核−固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きい。すなわち、本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極は、満充電状態となるまでリチウムをドープした場合、Li核−固体NMR分析により観測されるスペクトルにおいて、基準物質である塩化リチウムの共鳴ピークに対して低磁場側に115ppmより大きくシフトした位置に主共鳴ピークを有する。
<Battery negative electrode comprising a positive electrode comprising an organic compound as an active material>
A negative electrode for a battery comprising a positive electrode comprising the organic compound of the present invention as an active material, and a battery using the negative electrode comprise a non-graphitizable carbonaceous material, and the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material comprises When fully charged, the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride observed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis is greater than 115 ppm. That is, when the negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material is doped with lithium until it is in a fully charged state, in the spectrum observed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis, The main resonance peak is at a position shifted more than 115 ppm on the low magnetic field side with respect to the resonance peak of lithium chloride.

本明細書において「満充電」または「満充電状態」とは、難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極とリチウムを含んでなる対極とを用いて非水電解質二次電池を組み立て、金属リチウムの析出がLi核−固体NMR分析で確認される直前までリチウムを負極に充電(ドープ)すること、または、そのように充電された状態を意味する。通常、一定の電流値で負極活物質の単位質量当たり580〜700mAh/g、好ましくは580〜680mAh/g、さらに好ましくは580〜660mAh/gの範囲まで充電することにより満充電の状態となる。 In this specification, “fully charged” or “fully charged state” means that a non-aqueous electrolyte secondary battery is assembled using a negative electrode containing a non-graphitizable carbonaceous material and a counter electrode containing lithium, and metallic lithium It means that lithium is charged (doped) to the negative electrode until just before the precipitation is confirmed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis, or the state of being charged as such. Usually, a fully charged state is obtained by charging to a range of 580 to 700 mAh / g, preferably 580 to 680 mAh / g, more preferably 580 to 660 mAh / g per unit mass of the negative electrode active material at a constant current value.

本発明における負極は有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池に用いるものである。本発明の負極とリチウムを含んでなる正極とを用いて組み立てた非水電解質二次電池は、非常に高い出力特性、及び耐久性を有するため、本発明の負極は上記電池用の負極として特に適している。   The negative electrode in the present invention is used for a battery including a positive electrode using an organic compound as an active material. Since the non-aqueous electrolyte secondary battery assembled using the negative electrode of the present invention and the positive electrode comprising lithium has very high output characteristics and durability, the negative electrode of the present invention is particularly suitable as the negative electrode for the battery. Is suitable.

<化学シフト値の主共鳴ピーク位置(難黒鉛化炭素質材料)>
本発明の負極に含まれる難黒鉛化炭素質材料について、満充電状態となるまでリチウムを充電(ドープ)し、Li核−固体NMR分析を行ったときに観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置は、115ppmより大きく、好ましくは118ppmより大きく、より好ましくは120ppmより大きい。また、化学シフト値の主共鳴ピーク位置は、通常、148ppm以下であり、好ましくは146ppm以下、より好ましくは144ppm以下、さらに好ましくは142ppm以下である。
<Main resonance peak position of chemical shift value (non-graphitizable carbonaceous material)>
The non-graphitizable carbonaceous material contained in the negative electrode of the present invention is based on lithium chloride observed when lithium is charged (dope) until full charge and 7 Li nucleus-solid state NMR analysis is performed. The main resonance peak position of the chemical shift value is greater than 115 ppm, preferably greater than 118 ppm, more preferably greater than 120 ppm. Further, the main resonance peak position of the chemical shift value is usually 148 ppm or less, preferably 146 ppm or less, more preferably 144 ppm or less, and further preferably 142 ppm or less.

塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きい、即ち、115ppmから低磁場側に上記の主共鳴ピーク位置が観察されるということは、負極に含まれる難黒鉛化炭素質材料においてクラスター化リチウムの吸蔵量が多いこと、即ち、可逆的に充放電に寄与するクラスター化リチウムの存在量が多く、充放電中の不可逆な副反応によって失われるリチウムイオンの量が少ないことを意味する。副反応が生じ難く失われるリチウムイオンの量が少ないということは、副反応生成物による電池の内部抵抗上昇が抑えられることを意味し、電池の内部抵抗が低度に維持される結果、本発明の電池において高い出力特性が得られる。また、副反応が抑制されることで負極上での局所的な充放電や、デンドライト状のリチウム析出が抑制され、電池の耐久性の改善にも寄与する。   The main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride is larger than 115 ppm, that is, the above main resonance peak position is observed from 115 ppm on the low magnetic field side, indicating that the non-graphitizable carbonaceous material contained in the negative electrode The amount of occlusion of clustered lithium in the material is large, that is, the amount of clustered lithium that reversibly contributes to charge / discharge is large, and the amount of lithium ions lost due to irreversible side reactions during charge / discharge is small. means. The small amount of lithium ions that are hardly generated and lost due to the side reaction means that the increase in the internal resistance of the battery due to the side reaction product is suppressed, and as a result, the internal resistance of the battery is maintained at a low level. High output characteristics can be obtained with this battery. Further, by suppressing side reactions, local charge / discharge on the negative electrode and dendrite-like lithium deposition are suppressed, which contributes to improving the durability of the battery.

クラスター化リチウムの存在量が多い、つまり充放電中の副反応などによる、負極におけるリチウムのロスが少ない、プレドープ時の金属リチウムやリチウムイオンを含む正極を過剰に用いてリチウムを負極に補完する必要性がなくなるため、コスト面で有利となる。   The amount of clustered lithium is large, that is, there is little loss of lithium in the negative electrode due to side reactions during charging / discharging, etc., and it is necessary to supplement the negative electrode with lithium by using an excessive positive electrode containing metallic lithium and lithium ions during pre-doping This is advantageous in terms of cost.

塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppm以下である炭素質材料を用いた場合には、クラスター化リチウムの存在量が少ないため、充放電中の副反応が多く生じるため、本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池において、高い出力特性、および高い耐久性を有する電池を得ることは極めて困難である。   When a carbonaceous material having a main resonance peak position of a chemical shift value based on lithium chloride of 115 ppm or less is used, since the amount of clustered lithium is small, a large number of side reactions occur during charging and discharging. In a battery including a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material, it is extremely difficult to obtain a battery having high output characteristics and high durability.

前記主共鳴ピーク位置を上記範囲の値に調整するためには、例えば、気相脱灰や液相脱灰によって不純物が除去された炭素前駆体を含む材料を1050℃〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用することが挙げられる。Li核−固体NMR分析の詳細は、実施例に記載する通りである。 In order to adjust the main resonance peak position to a value within the above range, for example, a material containing a carbon precursor from which impurities have been removed by vapor phase deashing or liquid phase deashing is used as an inert gas at 1050 ° C. to 1400 ° C. The use of a non-graphitizable carbonaceous material produced by firing in an atmosphere for the negative electrode can be mentioned. Details of the 7 Li nucleus-solid NMR analysis are as described in the examples.

<電極の膨張率>
本発明の難黒鉛化炭素質材料を含む負極の満充電状態における膨張率は、充電前の負極の厚みに基づいて107%以下であることが好ましい。膨張率が107%を超える場合、電極内で活物質同士の接触不良が生じ、電極抵抗が高くなるため、良好な出力特性(高い放電容量維持率)を有する非水電解質二次電池は得られないことがある。
膨張率は、より好ましくは106%以下、特に好ましくは105%以下である。膨張率が上記上限値以下であると、電極内における活物質(難黒鉛化炭素質材料)同士の導電パスおよびリチウムイオンの拡散が良好に確保されやすいため、低い電極抵抗が得られやすく、良好な出力特性が得られやすい。
<Expansion coefficient of electrode>
The expansion coefficient in the fully charged state of the negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is preferably 107% or less based on the thickness of the negative electrode before charging. When the expansion coefficient exceeds 107%, contact failure between the active materials occurs in the electrode, and the electrode resistance becomes high. Therefore, a non-aqueous electrolyte secondary battery having good output characteristics (high discharge capacity retention rate) is obtained. There may not be.
The expansion coefficient is more preferably 106% or less, and particularly preferably 105% or less. When the expansion coefficient is less than or equal to the above upper limit value, it is easy to ensure good conduction paths and lithium ion diffusion between the active materials (non-graphitizable carbonaceous materials) in the electrode, so that low electrode resistance is easily obtained and good Easy output characteristics.

電極膨張率を上記の値以下に調整するためには、例えば、炭素を含む材料を一酸化炭素や水素などの熱分解ガスを積極的に除去しながら1050℃〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用することが挙げられる。前記方法で製造された難黒鉛化炭素質材料を含んでなる負極では、炭素結晶層間だけでなく炭素結晶間の空隙に多くのリチウムイオンが充電されるため、炭素結晶層間のみにリチウムイオンが充電される従来の負極より、有意に小さい電極膨張率がもたらされると考えられる。   In order to adjust the electrode expansion coefficient to the above value or less, for example, in an inert gas atmosphere at 1050 ° C. to 1400 ° C. while actively removing pyrolysis gas such as carbon monoxide and hydrogen from a material containing carbon. It is mentioned to use the non-graphitizable carbonaceous material produced by baking with a negative electrode. In the negative electrode comprising the non-graphitizable carbonaceous material manufactured by the above method, many lithium ions are charged not only between the carbon crystal layers but also in the gaps between the carbon crystals, so that the lithium ions are charged only between the carbon crystal layers. It is thought that the electrode expansion coefficient is significantly smaller than the conventional negative electrode.

<平均面間隔d002
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料は、広角X線回折法によるBragg式を用いて算出された(002)面の平均面間隔d002が、0.36nm〜0.42nmであることが好ましく、0.37nm〜0.40nmであることがより好ましく、0.38nm〜0.39nmであることが特に好ましい。(002)面の平均面間隔d002が上記範囲内であると、リチウムイオンが炭素質材料に挿入される際の抵抗が大きくなったり出力時の抵抗が大きくなったりすることによる電池としての出力特性の低下が抑制されやすい。また、難黒鉛化炭素質材料が膨張収縮を繰り返すことに起因する電池耐久性の低下が抑制されやすい。平均面間隔を上記範囲に調整するためには、例えば、難黒鉛化炭素質材料を与える炭素前駆体の焼成温度を1050〜1400℃の範囲で行えばよい。また、ポリスチレンなどの熱分解性樹脂と混合して焼成する方法、1050〜1400℃で焼成された難黒鉛化炭素質材料に炭化水素系ガスなどのCVD処理を施す方法を用いることもできる。ここで、平均面間隔d002の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Average surface distance d002 >
The non-graphitizable carbonaceous material used for the negative electrode for a battery comprising the positive electrode using the organic compound of the present invention as the active material is an average surface of (002) planes calculated using the Bragg equation by the wide angle X-ray diffraction method. The distance d 002 is preferably 0.36 nm to 0.42 nm, more preferably 0.37 nm to 0.40 nm, and particularly preferably 0.38 nm to 0.39 nm. When the average plane distance d 002 of the (002) plane is within the above range, the output as a battery due to an increase in resistance when lithium ions are inserted into the carbonaceous material or an increase in output resistance. It is easy to suppress deterioration of characteristics. In addition, a decrease in battery durability due to repeated expansion and contraction of the non-graphitizable carbonaceous material is easily suppressed. In order to adjust the average spacing to the above range, for example, the firing temperature of the carbon precursor that gives the non-graphitizable carbonaceous material may be in the range of 1050 to 1400 ° C. Moreover, the method of baking by mixing with thermally decomposable resin, such as a polystyrene, and the method of giving CVD processing, such as hydrocarbon gas, to the non-graphitizable carbonaceous material baked at 1050-1400 degreeC can also be used. Here, the details of the measurement of the average surface distance d002 are as described in the examples.

<植物起源の炭素前駆体>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料は、好ましくは植物起源の炭素前駆体に由来する。本発明では、「植物起源の炭素前駆体」とは、炭化前の植物起源物質、または炭化後の植物起源物質(植物由来のチャー)を意味する。原料となる植物(以下、「植物原料」と称することがある)は、特に限定されるものではない。例えば、椰子殻、珈琲豆、茶葉、サトウキビ、果実(例えば、みかん、バナナ)、藁、籾殻、広葉樹、針葉樹および竹が例示される。この例示は、本来の用途に供した後の廃棄物(例えば、使用済みの茶葉)、或いは植物原料の一部(例えば、バナナまたはみかんの皮)を包含する。これらの植物は、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。これらの植物の中でも、大量入手が容易な椰子殻が好ましい。
<Plant-derived carbon precursor>
The non-graphitizable carbonaceous material used for the negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material is preferably derived from a plant-derived carbon precursor. In the present invention, “plant-derived carbon precursor” means a plant-derived material before carbonization, or a plant-derived material after carbonization (char derived from plants). The plant as a raw material (hereinafter sometimes referred to as “plant raw material”) is not particularly limited. Examples include coconut shells, peas, tea leaves, sugar cane, fruits (eg, tangerines, bananas), cocoons, rice husks, hardwoods, conifers, and bamboo. Examples of this include waste (e.g. used tea leaves) after subjecting it to its intended use, or part of a plant material (e.g. banana or tangerine peel). These plants can be used alone or in combination of two or more. Among these plants, coconut shells that are easily available in large quantities are preferred.

椰子殻は、特に限定されるものではない。例えば、パームヤシ(アブラヤシ)、ココヤシ、サラクまたはオオミヤシの椰子殻が挙げられる。これらの椰子殻は、単独または組み合わせて使用することができる。食品、洗剤原料、バイオディーゼル油原料などとして利用され、大量に発生するバイオマス廃棄物である、ココヤシおよびパームヤシの椰子殻が特に好ましい。   The coconut shell is not particularly limited. For example, palm coconut (coconut palm), coconut palm, salak or coconut palm can be mentioned. These coconut shells can be used alone or in combination. Coconut palm and palm palm coconut shells, which are biomass wastes that are used as foods, detergent raw materials, biodiesel oil raw materials and the like and are generated in large quantities, are particularly preferable.

植物原料を炭化する方法、即ち、植物由来のチャーを製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば、植物原料を300℃以上の不活性ガス雰囲気下で熱処理(以下、「仮焼成」と称することがある)することによって行われる。   The method for carbonizing the plant material, that is, the method for producing the plant-derived char is not particularly limited. For example, it is performed by heat-treating the plant material in an inert gas atmosphere of 300 ° C. or higher (hereinafter sometimes referred to as “temporary firing”).

また、チャー(例えば、椰子殻チャー)の形態で入手することも可能である。   It can also be obtained in the form of char (eg, coconut shell char).

本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料の原料として、植物起源の適度な微小空隙を有する炭素前駆体を用いることにより、難黒鉛化炭素質材料の内部にクラスター化リチウムを多く吸蔵できる微小細孔が形成される。本発明の難黒鉛化炭素質材料を含む電極は、該難黒鉛化炭素質材料が有する多くの微小細孔が充放電に伴う電極活物質の体積変化を一部吸収することにより、その膨張率を低くすることに寄与できるものと考えられる。   By using a carbon precursor having moderately fine voids of plant origin as a raw material for a non-graphitizable carbonaceous material used for a negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material, Micropores capable of occluding a large amount of clustered lithium are formed inside the carbonaceous carbonaceous material. The electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention has a coefficient of expansion due to the fact that many micropores of the non-graphitizable carbonaceous material partially absorb the volume change of the electrode active material accompanying charge / discharge. It is thought that it can contribute to lowering.

<酸素元素含量>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料の酸素元素含量は少ないほどよい。元素分析によって得られた分析値は、好ましくは1質量%以下、より好ましくは0.8質量%以下、さらに好ましくは0.5質量%以下、最も好ましくは0.3質量%以下である。酸素元素含量が上記の値以下であると、リチウムイオンと酸素との副反応によりリチウムイオンが消費されることによるリチウムイオンの利用効率の低下、リチウムイオンと酸素との副反応により生じた反応生成物による電池内部抵抗の上昇、酸素が空気中水分を誘引して水が吸着され容易に脱離しないことによるリチウムイオンの利用効率の低下、および水分由来の副反応に起因する電極内のガス発生、が抑制されやすい。
<Oxygen element content>
The lower the oxygen element content of the non-graphitizable carbonaceous material used for the negative electrode for batteries comprising the positive electrode using the organic compound of the present invention as the active material, the better. The analytical value obtained by elemental analysis is preferably 1% by mass or less, more preferably 0.8% by mass or less, still more preferably 0.5% by mass or less, and most preferably 0.3% by mass or less. When the oxygen element content is less than the above value, the lithium ion is consumed due to the side reaction between lithium ions and oxygen, resulting in a decrease in utilization efficiency of the lithium ions, and the reaction produced by the side reaction between the lithium ions and oxygen. Increase in battery internal resistance due to materials, oxygen attracts moisture in the air and water is not absorbed and easily desorbed, and lithium ion utilization efficiency decreases, and gas generation in the electrode due to moisture-induced side reactions , Is easily suppressed.

酸素元素含量を上記の値以下に調整する方法は何ら限定されない。例えば、植物起源の炭素前駆体を所定の温度で酸処理した後に1050℃〜1400℃の温度で不活性ガス雰囲気下に焼成することにより、酸素元素含量を上記の値以下に調整することができる。   A method for adjusting the oxygen element content to the above value or less is not limited. For example, an oxygen element content can be adjusted to the above value or less by firing a carbon precursor of plant origin at a predetermined temperature and then firing it in an inert gas atmosphere at a temperature of 1050 ° C. to 1400 ° C. .

<真密度ρBt
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料は、電池における質量あたりの容量を高くする観点から、ブタノール法による真密度ρBtが、1.40〜1.70g/cmであることが好ましく、1.42〜1.65g/cmであることがより好ましく、1.44〜1.60g/cmであることが特に好ましい。上記範囲の真密度は、例えば植物原料から難黒鉛化炭素質材料を製造する際の焼成工程温度を1050〜1400℃とすることにより得ることができる。
<True density ρ Bt >
The non-graphitizable carbonaceous material used for the negative electrode for a battery comprising the positive electrode comprising the organic compound of the present invention as an active material has a true density ρ Bt by the butanol method from the viewpoint of increasing the capacity per mass in the battery. is preferably 1.40~1.70g / cm 3, more preferably 1.42~1.65g / cm 3, particularly preferably 1.44~1.60g / cm 3. The true density in the above range can be obtained, for example, by setting the firing process temperature when producing a non-graphitizable carbonaceous material from plant raw materials to 1050 to 1400 ° C.

<カリウム元素含量および鉄元素含量>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料のカリウム元素含量は、カリウムを含む不純物と電解液との副反応を抑制する観点から、0.1質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以下であることがより好ましく、0.03質量%以下であることが更に好ましい。難黒鉛化炭素質材料がカリウム元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。また、本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料の鉄元素含量は、鉄を含む不純物と電解液との副反応を抑制する観点から、0.02質量%以下であることが好ましく、0.015質量%以下であることがより好ましく、0.01質量%以下であることが更に好ましい。難黒鉛化炭素質材料が鉄元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。ここで、カリウム元素または鉄元素を実質的に含有しないとは、カリウム元素含量または鉄元素含量が、後述の蛍光X線分析(例えば島津製作所製「LAB CENTER XRF−1700」を用いた分析)の検出限界値以下であることを意味する。カリウム元素含量および鉄元素含量が上記の値以下であると、難黒鉛化炭素質材料を用いた本発明の電池において、十分に高い出力特性が得られやすい。更に、これらの金属元素が電解液中に溶出して再析出した際に短絡することに起因する電池の耐久性、安全性の問題が回避されやすい。カリウム元素含量および鉄元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Potassium element content and iron element content>
The potassium element content of the non-graphitizable carbonaceous material used for the negative electrode for batteries comprising the positive electrode comprising the organic compound of the present invention as the active material is from the viewpoint of suppressing side reactions between impurities containing potassium and the electrolytic solution. The content is preferably 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less, and further preferably 0.03% by mass or less. It is particularly preferred that the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no potassium element. In addition, the iron element content of the non-graphitizable carbonaceous material used in the negative electrode for a battery including the positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material is a viewpoint that suppresses a side reaction between an impurity containing iron and an electrolytic solution. Therefore, it is preferably 0.02% by mass or less, more preferably 0.015% by mass or less, and still more preferably 0.01% by mass or less. It is particularly preferable that the non-graphitizable carbonaceous material contains substantially no iron element. Here, the phrase “substantially containing no potassium element or iron element” means that the potassium element content or the iron element content is determined by the fluorescent X-ray analysis described later (for example, analysis using “LAB CENTER XRF-1700” manufactured by Shimadzu Corporation). It means that it is below the detection limit value. When the potassium element content and the iron element content are not more than the above values, sufficiently high output characteristics are easily obtained in the battery of the present invention using the non-graphitizable carbonaceous material. Furthermore, problems of durability and safety of the battery due to short-circuiting when these metal elements are eluted and re-deposited in the electrolytic solution are easily avoided. Details of the measurement of the potassium element content and the iron element content are as described in the examples.

<吸湿量>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、好ましくは50000ppm以下、より好ましくは30000ppm以下、特に好ましくは10000ppm以下である。吸湿量が少ないほど、難黒鉛化炭素質材料に吸着する水分が減り、水分由来の副反応に起因する電極内のガス発生が抑制されやすいので好ましい。難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、例えば、難黒鉛化炭素質材料に含まれる酸素原子の量を減らすことにより減らすことができる。難黒鉛化炭素質材料の吸湿量は、例えば、カールフィッシャーなどを用いて測定される。
<Moisture absorption>
The moisture absorption of the non-graphitizable carbonaceous material used for the negative electrode for a battery comprising the positive electrode comprising the organic compound of the present invention as an active material is preferably 50000 ppm or less, more preferably 30000 ppm or less, and particularly preferably 10000 ppm or less. . The smaller the amount of moisture absorption, the smaller the moisture adsorbed on the non-graphitizable carbonaceous material, and the more preferable it is because the generation of gas in the electrode due to moisture-induced side reactions is easily suppressed. The moisture absorption amount of the non-graphitizable carbonaceous material can be reduced, for example, by reducing the amount of oxygen atoms contained in the non-graphitizable carbonaceous material. The moisture absorption of the non-graphitizable carbonaceous material is measured using, for example, a Karl Fischer.

<比表面積>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料は、窒素吸着BET3点法により求めた比表面積が、1〜100m/gであることが好ましく、2〜80m/gであることがより好ましく、3〜60m/gであることが特に好ましい。比表面積が上記範囲内であると、難黒鉛化炭素質材料を用いて製造した電池において、電解液と難黒鉛化炭素質材料との過剰な副反応が抑制されつつリチウムイオンが難黒鉛化炭素質材料にドープされやすく、更にリチウムイオンを難黒鉛化炭素質材料から脱ドープするための接触面積が高く保持されやすいため高い出力特性を得ることができる。比表面積は、例えば、脱灰工程の温度を制御することによって調整することができる。
<Specific surface area>
The non-graphitizable carbonaceous material used for the negative electrode for batteries comprising the positive electrode using the organic compound of the present invention as the active material has a specific surface area determined by the nitrogen adsorption BET three-point method of 1 to 100 m 2 / g. it is preferred, more preferably 2~80m 2 / g, particularly preferably 3~60m 2 / g. When the specific surface area is within the above range, in a battery produced using a non-graphitizable carbonaceous material, lithium ions are hardly graphitized carbon while suppressing an excessive side reaction between the electrolyte and the non-graphitizable carbonaceous material. Since it is easy to dope into the carbonaceous material and the contact area for dedoping lithium ions from the non-graphitizable carbonaceous material is easy to be maintained, high output characteristics can be obtained. The specific surface area can be adjusted, for example, by controlling the temperature of the decalcification process.

<難黒鉛化炭素質材料の製造方法>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料の製造方法は、植物起源の炭素前駆体を酸処理する工程、および酸処理した炭素前駆体を1050℃〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成する工程を含む。
<Method for producing non-graphitizable carbonaceous material>
A method for producing a non-graphitizable carbonaceous material used for a negative electrode for a battery comprising a positive electrode comprising the organic compound of the present invention as an active material includes a step of acid-treating a plant-derived carbon precursor, and an acid-treated carbon precursor A step of firing the body in an inert gas atmosphere at 1050 ° C to 1400 ° C.

<植物起源の炭素前駆体>
「植物起源の炭素前駆体」とは、先に記載したように、炭化前の植物起源物質または炭化後の植物起源物質(植物由来のチャー)を意味する。原料となる植物(植物原料)は、特に限定されるものではない。先に例示したような植物を、単独でまたは2種以上組み合わせて使用することができる。これらの中でも、大量入手が容易な椰子殻が好ましい。
<Plant-derived carbon precursor>
The “plant-derived carbon precursor” means a plant-derived material before carbonization or a plant-derived material after carbonization (char derived from plants) as described above. The plant (plant raw material) used as a raw material is not specifically limited. Plants as exemplified above can be used alone or in combination of two or more. Among these, coconut shells that can be easily obtained in large quantities are preferable.

椰子殻は、特に限定されるものではない。先に例示したような椰子殻を、単独または組み合わせて使用することができる。食品、洗剤原料またはバイオディーゼル油原料などとして利用され、大量に発生するバイオマス廃棄物である、ココヤシおよびパームヤシの椰子殻が特に好ましい。   The coconut shell is not particularly limited. The coconut shells as exemplified above can be used alone or in combination. Coconut palm and palm palm coconut shells, which are used as foods, detergent raw materials, biodiesel oil raw materials and the like and are biomass wastes generated in large quantities, are particularly preferable.

植物原料を炭化する方法、即ち、植物由来のチャーを製造する方法は、特に限定されるものではない。例えば、植物原料を300℃以上の不活性ガス雰囲気下で仮焼成することによって行われる。   The method for carbonizing the plant material, that is, the method for producing the plant-derived char is not particularly limited. For example, it is performed by calcining a plant material in an inert gas atmosphere at 300 ° C. or higher.

また、チャー(例えば、椰子殻チャー)の形態で入手することも可能である。   It can also be obtained in the form of char (eg, coconut shell char).

一般に、植物原料は、アルカリ金属元素(例えば、カリウムおよびナトリウム)、アルカリ土類金属元素(例えば、マグネシウムおよびカルシウム)、遷移金属元素(例えば、鉄および銅)並びに非金属元素(例えば、リン)などを多く含んでいる。このような金属元素および非金属元素を多く含んだ難黒鉛化炭素質材料を負極として用いると、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池の電気化学的な特性や耐久性、安全性に好ましくない影響を与えることがある。   Generally, plant raw materials include alkali metal elements (eg, potassium and sodium), alkaline earth metal elements (eg, magnesium and calcium), transition metal elements (eg, iron and copper), and non-metallic elements (eg, phosphorus). Contains a lot. When such a non-graphitizable carbonaceous material containing a large amount of metallic elements and nonmetallic elements is used as the negative electrode, the electrochemical characteristics, durability, and safety of the battery including the positive electrode using an organic compound as an active material May be adversely affected.

<酸処理>
従って、本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料の製造方法は、植物起源の炭素前駆体を酸処理する工程を含む。ここで、植物起源の炭素前駆体を酸処理することにより、前記炭素前駆体中の金属元素および/または非金属元素の含量を低下させることを、以下、脱灰とも称する。
<Acid treatment>
Therefore, the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material used for a negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material includes a step of acid-treating a plant-derived carbon precursor. Here, reducing the content of the metal element and / or the non-metal element in the carbon precursor by acid treatment of the plant-derived carbon precursor is hereinafter also referred to as decalcification.

酸処理の方法、即ち、脱灰の方法は、特に限定されない。例えば、塩酸または硫酸などの鉱酸、酢酸またはギ酸などの有機酸などを含む酸性水を用いて金属分を抽出脱灰する方法(液相脱灰)、塩化水素などのハロゲン化合物を含有した高温の気相に暴露させて脱灰する方法(気相脱灰)を用いることができる。   The acid treatment method, that is, the decalcification method is not particularly limited. For example, a method of extracting and demineralizing metal using acidic water containing mineral acid such as hydrochloric acid or sulfuric acid, organic acid such as acetic acid or formic acid (liquid phase demineralization), high temperature containing halogen compounds such as hydrogen chloride A method of deashing by exposing to a gas phase (vapor phase deashing) can be used.

<液相脱灰>
液相脱灰としては、植物起源の炭素前駆体を有機酸水溶液中に浸漬し、植物起源の炭素前駆体から、アルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素および/または非金属元素を溶出させて除去することが好ましい。
<Liquid phase demineralization>
For liquid phase decalcification, plant-derived carbon precursors are immersed in an organic acid aqueous solution, and alkali metal elements, alkaline earth metal elements and / or non-metal elements are eluted from the plant-derived carbon precursors and removed. It is preferable to do.

これらの金属元素を含んだ植物起源の炭素前駆体を炭化すると、炭化時に必要な炭素質が分解される場合がある。また、リンなどの非金属元素は酸化し易いので、炭化物の表面の酸化度が変化し、炭化物の性状が大きく変化するため、好ましくない。更に、炭素前駆体を炭化した後に液相脱灰を行うと、リン、カルシウムおよびマグネシウムについては十分に除去することができない場合がある。また、炭化物中の金属元素および/または非金属元素の含量によって、液相脱灰実施時間や液相脱灰後の炭化物中の金属元素および/または非金属元素の残存量が大きく異なる。従って、炭素前駆体中の金属元素および/または非金属元素の含量を、炭化前に十分に除去しておくことが好ましい。即ち、液相脱灰では、「植物起源の炭素前駆体」として、炭化前の植物起源物質を使用することが好ましい。   When carbonaceous plant-derived carbon precursors containing these metal elements are carbonized, carbon necessary for carbonization may be decomposed. Further, since non-metallic elements such as phosphorus are easily oxidized, the degree of oxidation on the surface of the carbide changes and the properties of the carbide change greatly, which is not preferable. Furthermore, when liquid phase decalcification is performed after carbonizing the carbon precursor, phosphorus, calcium and magnesium may not be sufficiently removed. Further, depending on the content of the metal element and / or non-metal element in the carbide, the liquid-phase deashing time and the remaining amount of the metal element and / or non-metal element in the carbide after the liquid-phase deashing vary greatly. Therefore, it is preferable that the content of the metal element and / or non-metal element in the carbon precursor is sufficiently removed before carbonization. That is, in liquid phase decalcification, it is preferable to use a plant-derived material before carbonization as a “plant precursor carbon precursor”.

液相脱灰において使用される有機酸は、リン、硫黄およびハロゲンなどの不純物源となる元素を含まないことが好ましい。有機酸がリン、硫黄およびハロゲンなどの元素を含まない場合には、液相脱灰後の水洗を省略し、有機酸が残存する炭素前駆体を炭化した場合であっても、炭素材として好適に用いることできる炭化物が得られるため有利である。また、使用後の有機酸の廃液処理を特別な装置を用いることなく比較的容易に行うことができるため有利である。   It is preferable that the organic acid used in the liquid phase decalcification does not contain an element serving as an impurity source such as phosphorus, sulfur and halogen. When the organic acid does not contain elements such as phosphorus, sulfur and halogen, it is suitable as a carbon material even if the water precursor after liquid phase decalcification is omitted and the carbon precursor in which the organic acid remains is carbonized. This is advantageous because a carbide that can be used for the above is obtained. Further, it is advantageous because the waste liquid treatment of the organic acid after use can be performed relatively easily without using a special apparatus.

有機酸の例としては、飽和カルボン酸、例えばギ酸、酢酸、プロピオン酸、シュウ酸、酒石酸およびクエン酸など、不飽和カルボン酸、例えばアクリル酸、メタアクリル酸、マレイン酸およびフマル酸など、芳香族カルボン酸、例えば安息香酸、フタル酸およびナフトエン酸などが挙げられる。入手可能性、酸性度による腐食および人体への影響の観点から、酢酸、シュウ酸およびクエン酸が好ましい。   Examples of organic acids include saturated carboxylic acids such as formic acid, acetic acid, propionic acid, oxalic acid, tartaric acid and citric acid, unsaturated carboxylic acids such as acrylic acid, methacrylic acid, maleic acid and fumaric acid Carboxylic acids such as benzoic acid, phthalic acid and naphthoic acid. Acetic acid, oxalic acid and citric acid are preferred from the viewpoint of availability, corrosion due to acidity, and influence on human body.

本発明では、有機酸は、溶出する金属化合物の溶解度、廃棄物の処理、および環境適合性などの観点から、水性溶液と混合して有機酸水溶液として用いる。水性溶液としては、水、および水と水溶性有機溶媒との混合物などが挙げられる。水溶性有機溶媒としては、例えばメタノール、エタノール、プロピレングリコールまたはエチレングリコールなどのアルコールが挙げられる。   In the present invention, the organic acid is mixed with an aqueous solution and used as an organic acid aqueous solution from the viewpoints of solubility of the eluted metal compound, waste disposal, environmental compatibility, and the like. Examples of the aqueous solution include water and a mixture of water and a water-soluble organic solvent. Examples of the water-soluble organic solvent include alcohols such as methanol, ethanol, propylene glycol, and ethylene glycol.

有機酸水溶液中の酸の濃度としては、特に限定されるものではない。用いる酸の種類に応じて濃度を調節して用いることができる。本発明では、通常、有機酸水溶液の総量に基づいて0.001質量%〜20質量%、より好ましくは0.01質量%〜18質量%、特に好ましくは0.02質量%〜15質量%の範囲の酸濃度の有機酸水溶液を用いる。酸濃度が上記範囲内であれば、適切な金属元素および/または非金属元素の溶出速度が得られるため実用的な時間で液相脱灰を行うことが可能となる。また、炭素前駆体における酸の残留量が少なくなるので、その後の製品への影響も少なくなる。   The concentration of the acid in the organic acid aqueous solution is not particularly limited. The concentration can be adjusted according to the type of acid used. In the present invention, usually 0.001% to 20% by mass, more preferably 0.01% to 18% by mass, and particularly preferably 0.02% to 15% by mass based on the total amount of the organic acid aqueous solution. An organic acid aqueous solution having an acid concentration in the range is used. If the acid concentration is within the above range, an appropriate metal element and / or nonmetal element elution rate can be obtained, so that liquid phase deashing can be performed in a practical time. Moreover, since the residual amount of acid in the carbon precursor is reduced, the influence on the subsequent product is also reduced.

有機酸水溶液のpHは、好ましくは3.5以下、より好ましくは3以下である。有機酸水溶液のpHが上記の値以下であると、金属元素および/または非金属元素の有機酸水溶液への溶解速度が低下することなく、金属元素および/または非金属元素の除去が効率的に行われやすい。   The pH of the organic acid aqueous solution is preferably 3.5 or less, more preferably 3 or less. When the pH of the aqueous organic acid solution is not more than the above value, the removal of the metallic element and / or the nonmetallic element is efficiently performed without decreasing the dissolution rate of the metallic element and / or the nonmetallic element in the aqueous organic acid solution. Easy to be done.

炭素前駆体を浸漬する際の有機酸水溶液の温度は、特に限定されない。好ましくは45℃〜120℃、より好ましくは50℃〜110℃、特に好ましくは60℃〜100℃の範囲である。炭素前駆体を浸漬する際の有機酸水溶液の温度が、上記範囲内であれば、使用する酸の分解が抑制され、実用的な時間での液相脱灰の実施が可能となる金属元素の溶出速度が得られやすいため好ましい。また、特殊な装置を用いずに液相脱灰を行いやすいため好ましい。   The temperature of the organic acid aqueous solution when dipping the carbon precursor is not particularly limited. Preferably it is 45 to 120 ° C, more preferably 50 to 110 ° C, particularly preferably 60 to 100 ° C. If the temperature of the organic acid aqueous solution at the time of immersing the carbon precursor is within the above range, the decomposition of the acid to be used is suppressed, and the liquid element deashing can be performed in a practical time. It is preferable because the elution rate is easily obtained. Moreover, it is preferable because liquid phase demineralization can be easily performed without using a special apparatus.

炭素前駆体を有機酸水溶液に浸漬する時間としては、用いる酸に応じて適宜調節することができる。本発明では、浸漬する時間は、経済性および脱灰効率の観点から、通常1〜100時間、好ましくは2〜80時間、より好ましくは2.5〜50時間の範囲である。   The time for immersing the carbon precursor in the organic acid aqueous solution can be appropriately adjusted according to the acid used. In the present invention, the immersion time is usually in the range of 1 to 100 hours, preferably 2 to 80 hours, more preferably 2.5 to 50 hours, from the viewpoint of economy and decalcification efficiency.

有機酸水溶液の質量に対する浸漬する炭素前駆体の質量の割合は、用いる有機酸水溶液の種類、濃度および温度などに応じて適宜調節することが可能であり、通常0.1質量%〜200質量%、好ましくは1質量%〜150質量%、より好ましくは1.5質量%〜120質量%の範囲である。上記範囲内であれば、有機酸水溶液に溶出した金属元素および/または非金属元素が有機酸水溶液から析出しにくく、炭素前駆体への再付着が抑制されやすいため好ましい。また、上記範囲内であれば、容積効率が適切となるため経済的観点から好ましい。   The ratio of the mass of the carbon precursor to be immersed with respect to the mass of the organic acid aqueous solution can be appropriately adjusted according to the type, concentration and temperature of the organic acid aqueous solution to be used, and is usually 0.1% by mass to 200% by mass. The range is preferably 1% by mass to 150% by mass, and more preferably 1.5% by mass to 120% by mass. If it is in the said range, since the metal element and / or nonmetallic element which were eluted to organic acid aqueous solution are hard to precipitate from organic acid aqueous solution, and reattachment to a carbon precursor is easy to be suppressed, it is preferable. Moreover, if it is in the said range, since volume efficiency becomes appropriate, it is preferable from an economical viewpoint.

液相脱灰を行う雰囲気としては、特に限定されず、浸漬に使用する方法に応じて異なっていてよい。本発明では、液相脱灰は、通常、大気雰囲気中で実施する。   It does not specifically limit as atmosphere which performs liquid phase demineralization, According to the method used for immersion, you may differ. In the present invention, liquid phase demineralization is usually performed in an air atmosphere.

これらの操作は、好ましくは1回〜8回、より好ましくは2回〜5回繰り返して行ってよい。   These operations may be repeated preferably 1 to 8 times, more preferably 2 to 5 times.

本発明では、液相脱灰後、必要に応じて洗浄工程および/または乾燥工程を行ってよい。   In this invention, you may perform a washing | cleaning process and / or a drying process as needed after liquid phase demineralization.

<気相脱灰>
気相脱灰としては、植物起源の炭素前駆体を、ハロゲン化合物を含む気相中で熱処理することが好ましい。気相脱灰では、熱処理時に植物起源の炭素前駆体の急激な熱分解反応を伴うと、熱分解成分の発生により気相脱灰効率が低下するとともに、発生した熱分解成分により熱処理装置内が汚染され、安定運転に支障が生じることがある。これらの観点から、「植物起源の炭素前駆体」として、炭化後の植物起源物質を使用することが好ましい。
<Gas phase demineralization>
As the vapor phase decalcification, it is preferable to heat-treat the plant-derived carbon precursor in a vapor phase containing a halogen compound. In vapor phase deashing, if a pyrogenic reaction of a plant-derived carbon precursor is accompanied during heat treatment, the efficiency of vapor phase demineralization is reduced due to the generation of pyrolysis components, and the heat treatment components cause the inside of the heat treatment apparatus to Contaminated and may interfere with stable operation. From these viewpoints, it is preferable to use a plant-derived material after carbonization as the “plant-derived carbon precursor”.

気相脱灰で使用されるハロゲン化合物は特に限定されない。例えば、フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、フッ化水素、塩化水素、臭化水素、臭化ヨウ素、フッ化塩素(ClF)、塩化ヨウ素(ICl)、臭化ヨウ素(IBr)、塩化臭素(BrCl)およびそれらの混合物を使用することができる。熱分解によりこれらのハロゲン化合物を発生する化合物、またはそれらの混合物を用いることもできる。供給安定性および使用するハロゲン化合物の安定性の観点から、塩化水素を使用することが好ましい。   The halogen compound used in the gas phase deashing is not particularly limited. For example, fluorine, chlorine, bromine, iodine, hydrogen fluoride, hydrogen chloride, hydrogen bromide, iodine bromide, chlorine fluoride (ClF), iodine chloride (ICl), iodine bromide (IBr), bromine chloride (BrCl) And mixtures thereof can be used. A compound that generates these halogen compounds by thermal decomposition, or a mixture thereof can also be used. From the viewpoint of supply stability and stability of the halogen compound used, it is preferable to use hydrogen chloride.

気相脱灰では、ハロゲン化合物と不活性ガスとを混合して使用してもよい。不活性ガスは、植物起源の炭素前駆体を構成する炭素成分と反応しないガスであれば特に限定されない。例えば、窒素、ヘリウム、アルゴン、クリプトン、またはそれらの混合ガスを使用することができる。供給安定性および経済性の観点から、窒素を使用することが好ましい。   In vapor phase deashing, a halogen compound and an inert gas may be mixed and used. An inert gas will not be specifically limited if it is a gas which does not react with the carbon component which comprises the carbon precursor of plant origin. For example, nitrogen, helium, argon, krypton, or a mixed gas thereof can be used. From the viewpoint of supply stability and economy, it is preferable to use nitrogen.

気相脱灰において、ハロゲン化合物と不活性ガスとの混合比は、十分な脱灰が達成できる限り、限定されるものではない。例えば、安全性、経済性および炭素前駆体中への残留性の観点から、不活性ガスに対するハロゲン化合物の量は、好ましくは0.01〜10.0体積%であり、より好ましくは0.05〜8.0体積%であり、特に好ましくは0.1〜5.0体積%である。   In the gas phase deashing, the mixing ratio of the halogen compound and the inert gas is not limited as long as sufficient deashing can be achieved. For example, from the viewpoint of safety, economy, and persistence in the carbon precursor, the amount of the halogen compound with respect to the inert gas is preferably 0.01 to 10.0% by volume, more preferably 0.05. It is -8.0 volume%, Most preferably, it is 0.1-5.0 volume%.

気相脱灰の温度は、脱灰の対象である植物起源の炭素前駆体に応じて変えてよいが、所望の酸素元素含量および比表面積が得られやすい観点から、例えば500〜950℃、好ましくは600〜940℃、より好ましくは650〜940℃、特に好ましくは850〜930℃である。脱灰温度が上記範囲内であると、良好な脱灰効率が得られて十分に脱灰されやすく、ハロゲン化合物による賦活が回避されやすい。   The temperature of the vapor phase demineralization may vary depending on the plant-derived carbon precursor to be demineralized, but from the viewpoint of easily obtaining the desired oxygen element content and specific surface area, for example, 500 to 950 ° C., preferably Is 600 to 940 ° C, more preferably 650 to 940 ° C, and particularly preferably 850 to 930 ° C. When the deashing temperature is within the above range, good deashing efficiency is obtained, and the deashing is easily performed sufficiently, and activation by the halogen compound is easily avoided.

気相脱灰の時間は、特に限定されるものではない。反応設備の経済効率、および炭素分の構造保持性の観点から、例えば5〜300分であり、好ましくは10〜200分であり、より好ましくは20〜150分である。   The time for vapor phase demineralization is not particularly limited. From the viewpoint of the economic efficiency of the reaction equipment and the carbon structure retention, it is, for example, 5 to 300 minutes, preferably 10 to 200 minutes, more preferably 20 to 150 minutes.

気相脱灰の対象となる植物起源の炭素前駆体の粒子径は、特に限定されるものではない。粒子径が小さすぎる場合、除去されたカリウムなどを含む気相と、植物起源の炭素前駆体とを分離することが困難になり得ることから、粒子径の平均値(平均粒子径)の下限は100μm以上が好ましく、300μm以上がより好ましく、500μm以上が特に好ましい。また、粒子径の平均値(平均粒子径)の上限は、混合ガス気流中での流動性の観点から、10000μm以下が好ましく、8000μm以下がより好ましく、5000μm以下が特に好ましい。ここで、平均粒子径の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。   The particle diameter of the plant-derived carbon precursor to be subjected to vapor phase demineralization is not particularly limited. If the particle size is too small, it may be difficult to separate the gas phase containing the removed potassium and the carbon precursor of plant origin, so the lower limit of the average particle size (average particle size) is 100 μm or more is preferable, 300 μm or more is more preferable, and 500 μm or more is particularly preferable. Further, the upper limit of the average value of the particle diameter (average particle diameter) is preferably 10,000 μm or less, more preferably 8000 μm or less, and particularly preferably 5000 μm or less from the viewpoint of fluidity in the mixed gas stream. Here, the details of the measurement of the average particle diameter are as described in the examples.

気相脱灰に用いる装置は、植物起源の炭素前駆体とハロゲン化合物を含む気相とを混合しながら加熱できる装置であれば、特に限定されない。例えば、流動炉を用い、流動床などによる連続式またはバッチ式の層内流通方式を用いることができる。気相の供給量(流動量)も特に限定されない。混合ガス気流中での流動性の観点から、例えば植物起源の炭素前駆体1g当たり好ましくは1mL/分以上、より好ましくは5mL/分以上、特に好ましくは10mL/分以上の気相を供給する。   The apparatus used for vapor phase demineralization is not particularly limited as long as it can be heated while mixing a carbon precursor derived from a plant and a vapor phase containing a halogen compound. For example, using a fluidized furnace, a continuous or batch type in-bed flow system using a fluidized bed or the like can be used. The supply amount (flow amount) of the gas phase is not particularly limited. From the viewpoint of fluidity in a mixed gas stream, for example, a gas phase of preferably 1 mL / min or more, more preferably 5 mL / min or more, particularly preferably 10 mL / min or more is supplied per 1 g of the carbon precursor of plant origin.

気相脱灰においては、ハロゲン化合物を含む不活性ガス雰囲気中での熱処理(以下において「ハロゲン熱処理」と称することがある)の後に、更にハロゲン化合物非存在下での熱処理(以下において「気相脱酸処理」と称することがある)を行うことが好ましい。前記ハロゲン熱処理により、ハロゲンが植物起源の炭素前駆体に含まれるため、気相脱酸処理により植物起源の炭素前駆体に含まれているハロゲンを除去することが好ましい。具体的には、気相脱酸処理は、ハロゲン化合物を含まない不活性ガス雰囲気中で通常は500℃〜940℃、好ましくは600〜940℃、より好ましくは650〜940℃、特に好ましくは850〜930℃で熱処理することによって行う。この熱処理の温度は、先行のハロゲン熱処理の温度と同じか、またはそれよりも高い温度で行うことが好ましい。例えば、ハロゲン熱処理後に、ハロゲン化合物の供給を遮断して熱処理を行うことにより、気相脱酸処理を行うことができる。また、気相脱酸処理の時間も特に限定されるものではない。好ましくは5分〜300分であり、より好ましくは10分〜200分であり、特に好ましくは10分〜100分である。   In vapor phase deashing, after heat treatment in an inert gas atmosphere containing a halogen compound (hereinafter sometimes referred to as “halogen heat treatment”), further heat treatment in the absence of a halogen compound (hereinafter referred to as “vapor phase”). It is preferable to perform “deoxidation treatment”. Since halogen is contained in the plant-derived carbon precursor by the halogen heat treatment, it is preferable to remove the halogen contained in the plant-derived carbon precursor by gas phase deoxidation treatment. Specifically, the gas phase deoxidation treatment is usually performed at 500 ° C. to 940 ° C., preferably 600 to 940 ° C., more preferably 650 to 940 ° C., and particularly preferably 850 in an inert gas atmosphere containing no halogen compound. The heat treatment is performed at ˜930 ° C. The temperature of this heat treatment is preferably the same as or higher than the temperature of the preceding halogen heat treatment. For example, after the halogen heat treatment, the vapor phase deoxidation treatment can be performed by performing the heat treatment while shutting off the supply of the halogen compound. Further, the time for the vapor phase deoxidation treatment is not particularly limited. It is preferably 5 minutes to 300 minutes, more preferably 10 minutes to 200 minutes, and particularly preferably 10 minutes to 100 minutes.

本発明における酸処理は、植物起源の炭素前駆体に含まれているカリウムおよび/または鉄などを除去(脱灰)するものである。酸処理後に得られる植物起源の炭素前駆体に含まれるカリウム元素含量は、好ましくは0.1質量%以下、より好ましくは0.05質量%以下、更に好ましくは0.03質量%以下に低減される。特に好ましくは、カリウム元素含量は、難黒鉛化炭素質材料が実質的に含有しない程度まで低減される。また、酸処理後に得られる炭素前駆体に含まれる鉄元素含量は、好ましくは0.02質量%以下、より好ましくは0.015質量%以下、更に好ましくは0.01質量%以下に低減される。特に好ましくは、鉄元素含量は、難黒鉛化炭素質材料が実質的に含有しない程度まで低減される。ここで、カリウム元素または鉄元素を実質的に含有しないとは、カリウム元素含量または鉄元素含量が、後述の蛍光X線分析(例えば島津製作所製「LAB CENTER XRF−1700」を用いた分析)の検出限界値以下であることを意味する。カリウム元素含量および鉄元素含量が上記の値以下であると、先に記載した通り、十分な出力特性が得られやすく、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池の安全性の問題が回避されやすい。カリウム元素含量および鉄元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。   The acid treatment in the present invention is to remove (decalcify) potassium and / or iron contained in the plant-derived carbon precursor. The potassium element content contained in the plant-derived carbon precursor obtained after the acid treatment is preferably reduced to 0.1% by mass or less, more preferably 0.05% by mass or less, and further preferably 0.03% by mass or less. The Particularly preferably, the potassium element content is reduced to such an extent that the hardly graphitized carbonaceous material does not substantially contain. Further, the content of iron element contained in the carbon precursor obtained after the acid treatment is preferably 0.02% by mass or less, more preferably 0.015% by mass or less, and further preferably 0.01% by mass or less. . Particularly preferably, the iron element content is reduced to such an extent that the hardly graphitized carbonaceous material does not substantially contain. Here, the phrase “substantially containing no potassium element or iron element” means that the potassium element content or the iron element content is determined by the fluorescent X-ray analysis described later (for example, analysis using “LAB CENTER XRF-1700” manufactured by Shimadzu Corporation). It means that it is below the detection limit value. When the potassium element content and the iron element content are not more than the above values, as described above, sufficient output characteristics are easily obtained, and there is a problem of safety of a battery including a positive electrode using an organic compound as an active material. Easy to avoid. Details of the measurement of the potassium element content and the iron element content are as described in the examples.

本発明における酸処理では、脱灰と同時に炭素成分の一部が除去される。具体的には、液相脱灰であれば炭素成分の一部が溶出により除去され、気相脱灰であれば炭素成分の一部が塩素賦活により除去される。この除去された部分が、後述の焼成工程後にクラスター化リチウムの吸蔵ポイントをもたらす。   In the acid treatment in the present invention, a part of the carbon component is removed simultaneously with deashing. Specifically, in the case of liquid phase deashing, a part of the carbon component is removed by elution, and in the case of gas phase deashing, a part of the carbon component is removed by chlorine activation. This removed portion provides an occlusion point for clustered lithium after the firing step described below.

本発明において酸処理は少なくとも1回行う。同じまたは異なる酸を用いて2回以上酸処理を行ってもよい。   In the present invention, the acid treatment is performed at least once. The acid treatment may be performed twice or more using the same or different acids.

酸処理の対象である植物起源の炭素前駆体は、炭化前の植物起源物質または炭化後の植物起源物質であるが、酸処理を液相脱灰によって行う場合は、炭素成分の溶出の増加、即ち、リチウム吸蔵ポイントの増加の観点から、液相脱灰を、炭化前の植物原料そのものに行うことが好ましい。   The plant-derived carbon precursor that is the subject of acid treatment is a plant-derived material before carbonization or a plant-derived material after carbonization, but when acid treatment is performed by liquid phase decalcification, an increase in elution of carbon components, That is, from the viewpoint of increasing the lithium occlusion point, it is preferable to perform liquid phase decalcification on the plant raw material itself before carbonization.

酸処理後の炭素前駆体がまだ炭化処理に付されていない炭素前駆体である場合、即ち、炭化前の植物原料を酸処理した後の炭素前駆体である場合は、次いで、炭化処理を施す。炭化方法は、先に記載したように、特に限定されるものではない。例えば、酸処理された炭化前の植物原料を、300℃以上の不活性ガス雰囲気下で仮焼成することによって行われる。   If the carbon precursor after acid treatment is a carbon precursor that has not been subjected to carbonization treatment, that is, if it is a carbon precursor after acid treatment of the plant raw material before carbonization, then carbonization treatment is performed. . The carbonization method is not particularly limited as described above. For example, it is performed by pre-baking an acid-treated plant material before carbonization in an inert gas atmosphere of 300 ° C. or higher.

植物起源の炭素前駆体は、必要に応じて粉砕および分級され、その平均粒子径が調整される。粉砕工程および分級工程は、酸処理の後、実施することが好ましい。   Plant-derived carbon precursors are pulverized and classified as necessary, and the average particle size thereof is adjusted. The pulverization step and the classification step are preferably performed after the acid treatment.

<粉砕>
粉砕工程では、植物起源の炭素前駆体を、焼成工程後の平均粒子径が例えば1〜30μmの範囲になるように粉砕することが、電極作製時の塗工性の観点から好ましい。即ち、本発明の難黒鉛化炭素質材料の平均粒子径(Dv50)を、例えば1〜30μmの範囲になるように調整する。難黒鉛化炭素質材料の平均粒子径が1μm以上であると、微粉量が抑えられて電解液との副反応性が生じ難くなり、負極上への反応生成物の堆積による電池内部抵抗の上昇が抑制されやすい。また、得られた難黒鉛化炭素質材料を用いて負極を製造した際に、炭素質材料の間に形成される空隙が十分確保されやすく、電解液中のリチウムイオンの良好な移動が確保されやすい。本発明の炭素質材料の平均粒子径(Dv50)は、好ましくは1μm以上、より好ましくは1.5μm以上、特に好ましくは2μm以上である。一方、平均粒子径が30μm以下であると、粒子内でのリチウムイオンの拡散自由行程が少なく、急速な充放電が可能となりやすいため好ましい。更に出力特性の向上には電極面積を大きくすることが有効であり、そのため電極調製時に集電板への活物質の塗工厚みを薄くすることが有効である。塗工厚みを薄くするには、活物質の粒子径が小さいことが好ましい。このような観点から、平均粒子径は30μm以下であることが好ましく、より好ましくは19μm以下であり、更に好ましくは17μm以下であり、更に好ましくは16μm以下であり、特に好ましくは15μm以下である。
<Crushing>
In the pulverization step, the plant-derived carbon precursor is preferably pulverized so that the average particle size after the calcination step is in the range of, for example, 1 to 30 μm, from the viewpoint of coatability during electrode production. That is, the average particle diameter (Dv 50 ) of the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention is adjusted to be in the range of 1 to 30 μm, for example. When the average particle diameter of the non-graphitizable carbonaceous material is 1 μm or more, the amount of fine powder is suppressed and side reactivity with the electrolyte is difficult to occur, and the internal resistance of the battery is increased due to deposition of reaction products on the negative electrode Is easily suppressed. In addition, when a negative electrode is produced using the obtained non-graphitizable carbonaceous material, it is easy to ensure sufficient gaps formed between the carbonaceous materials, and good migration of lithium ions in the electrolyte is ensured. Cheap. The average particle diameter (Dv 50 ) of the carbonaceous material of the present invention is preferably 1 μm or more, more preferably 1.5 μm or more, and particularly preferably 2 μm or more. On the other hand, it is preferable that the average particle diameter is 30 μm or less because the diffusion free process of lithium ions in the particles is small and rapid charge / discharge is likely to be possible. In order to improve output characteristics, it is effective to increase the electrode area. Therefore, it is effective to reduce the thickness of the active material applied to the current collector plate during electrode preparation. In order to reduce the coating thickness, it is preferable that the particle diameter of the active material is small. From such a viewpoint, the average particle size is preferably 30 μm or less, more preferably 19 μm or less, still more preferably 17 μm or less, still more preferably 16 μm or less, and particularly preferably 15 μm or less.

なお、植物起源の炭素前駆体は、後述する本焼成の条件により、0〜20%程度収縮する。そのため、焼成後の平均粒子径が1〜30μmとなるようにするためには、植物起源の炭素前駆体の平均粒子径を、所望する焼成後の平均粒子径よりも0〜20%程度大きい粒子径となるように調整することが好ましい。従って、粉砕後の平均粒子径が、好ましくは1〜36μm、より好ましくは1〜22.8μm、更に好ましくは1〜20.4μm、更に好ましくは1〜19.2μm、特に好ましくは1〜18μmとなるように粉砕を行うことが好ましい。   In addition, the carbon precursor of plant origin contracts by about 0 to 20% depending on the conditions of the main firing described later. Therefore, in order for the average particle diameter after firing to be 1 to 30 μm, the average particle diameter of the plant-derived carbon precursor is 0 to 20% larger than the desired average particle diameter after firing. It is preferable to adjust so that it may become a diameter. Therefore, the average particle size after pulverization is preferably 1 to 36 μm, more preferably 1 to 22.8 μm, still more preferably 1 to 20.4 μm, still more preferably 1 to 19.2 μm, and particularly preferably 1 to 18 μm. It is preferable to perform pulverization.

炭素前駆体は、後述する焼成工程を実施しても溶解しないため、粉砕工程の順番は特に限定されない。酸処理における炭素前駆体の回収率(収率)を考慮すると、酸処理後に実施することが好ましく、炭素質材料の比表面積を十分に低減させる観点からは、焼成工程の前に実施することが好ましい。しかしながら、酸処理前または焼成工程後に粉砕工程を実施することも排除されない。   Since the carbon precursor does not dissolve even when the firing step described later is performed, the order of the pulverization step is not particularly limited. In view of the recovery rate (yield) of the carbon precursor in the acid treatment, it is preferable to carry out after the acid treatment, and from the viewpoint of sufficiently reducing the specific surface area of the carbonaceous material, it may be carried out before the firing step. preferable. However, it is not excluded to perform the pulverization step before the acid treatment or after the baking step.

粉砕工程に用いる粉砕機は特に限定されるものではない。例えば、ジェットミル、ボールミル、ハンマーミル、ビーズミルまたはロッドミルなどを使用することができる。微粉の発生が少ない観点からは、分級機能を備えたジェットミルが好ましい。ボールミル、ハンマーミル、ビーズミルまたはロッドミルなどを用いる場合は、粉砕工程後に分級を行うことで微粉を取り除くことができる。   The crusher used for a crushing process is not specifically limited. For example, a jet mill, a ball mill, a hammer mill, a bead mill or a rod mill can be used. From the viewpoint of generating less fine powder, a jet mill having a classification function is preferable. When using a ball mill, a hammer mill, a bead mill, a rod mill or the like, fine powder can be removed by classification after the pulverization step.

<分級>
分級工程によって、炭素質材料の平均粒子径をより正確に調整することが可能となる。例えば、粒子径が1μm未満の粒子を除くことが可能となる。
<Classification>
By the classification step, the average particle diameter of the carbonaceous material can be adjusted more accurately. For example, particles having a particle diameter of less than 1 μm can be removed.

分級によって粒子径1μm未満の粒子を除く場合、本発明の電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料において、粒子径1μm未満の粒子の含量が3体積%以下となるようにすることが好ましい。粒子径1μm未満の粒子の除去は、粉砕後に行うのであれば特に限定されないが、粉砕において分級と同時に行うことが好ましい。本発明の電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料において、粒子径1μm未満の粒子の含量は、電解液と難黒鉛化炭素質材料との副反応を抑制し、電池内部抵抗の上昇を抑制させる観点から、3体積%以下であることが好ましく、2.5体積%以下であることがより好ましく、2.0体積%以下であることが特に好ましい。   When particles having a particle diameter of less than 1 μm are removed by classification, it is preferable that the content of particles having a particle diameter of less than 1 μm is 3% by volume or less in the non-graphitizable carbonaceous material used in the negative electrode for a battery of the present invention. . The removal of particles having a particle diameter of less than 1 μm is not particularly limited as long as it is performed after pulverization, but it is preferably performed simultaneously with classification in pulverization. In the non-graphitizable carbonaceous material used in the battery negative electrode of the present invention, the content of particles having a particle diameter of less than 1 μm suppresses side reactions between the electrolyte and the non-graphitizable carbonaceous material, and increases the internal resistance of the battery. From the viewpoint of suppression, it is preferably 3% by volume or less, more preferably 2.5% by volume or less, and particularly preferably 2.0% by volume or less.

分級方法は、特に限定されない。例えば、篩を用いた分級、湿式分級または乾式分級が挙げられる。湿式分級機としては、例えば、重力分級、慣性分級、水力分級または遠心分級などの原理を利用した分級機が挙げられる。乾式分級機としては、沈降分級、機械的分級または遠心分級などの原理を利用した分級機が挙げられる。   The classification method is not particularly limited. Examples include classification using a sieve, wet classification, or dry classification. Examples of the wet classifier include a classifier using a principle such as gravity classification, inertia classification, hydraulic classification, or centrifugal classification. Examples of the dry classifier include a classifier using a principle such as sedimentation classification, mechanical classification, or centrifugal classification.

粉砕工程と分級工程は、1つの装置を用いて実施することもできる。例えば、乾式の分級機能を備えたジェットミルを用いて、粉砕工程と分級工程を実施することができる。更に、粉砕機と分級機とが独立した装置を用いることもできる。この場合、粉砕と分級とを連続して行うこともできるが、粉砕と分級とを不連続に行うこともできる。   The pulverization step and the classification step can be performed using one apparatus. For example, the pulverization step and the classification step can be performed using a jet mill having a dry classification function. Furthermore, an apparatus in which the pulverizer and the classifier are independent can be used. In this case, pulverization and classification can be performed continuously, but pulverization and classification can also be performed discontinuously.

<焼成>
場合により粉砕および分級した後、酸処理および炭化処理を施した炭素前駆体を焼成することにより、本発明の難黒鉛化炭素質材料を製造することができる。焼成工程は、室温から所定の焼成温度まで昇温した後に、焼成温度で焼成を行う工程である。上記炭素前駆体を(a)1050〜1400℃で焼成してもよいし(本焼成)、または上記炭素前駆体を(b)350〜1050℃未満で焼成(予備焼成)した後、更に1050〜1400℃で焼成(本焼成)、または(c)1050〜1400℃で焼成(本焼成)した後、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で500〜1000℃で熱処理(CVD処理)してもよい。以下に、予備焼成、本焼成、及びCVD処理の手順の一例を順に説明する。
<Baking>
After optionally pulverizing and classifying, the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention can be produced by firing the carbon precursor that has been subjected to acid treatment and carbonization treatment. The firing step is a step of firing at a firing temperature after the temperature is raised from room temperature to a predetermined firing temperature. The carbon precursor may be calcined at (a) 1050 to 1400 ° C. (main calcining), or the carbon precursor is calcined at (b) less than 350 to 1050 ° C. (preliminary calcining), and then further 1050 After baking at 1400 ° C. (main baking) or (c) baking at 1050 to 1400 ° C. (main baking), heat treatment (CVD processing) at 500 to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound. Good. Below, an example of the procedure of preliminary baking, main baking, and CVD processing is demonstrated in order.

<予備焼成>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料の製造方法における予備焼成工程は、例えば酸処理および炭化処理を施した炭素前駆体を350〜1100℃未満の温度で焼成することによって行うことができる。予備焼成により揮発分(例えば、CO、CO、CHおよびHなど)およびタール分を除去することによって、本焼成におけるそれらの発生を低減させ、焼成器の負担を軽減することができる。予備焼成温度は、通常は350〜1050℃未満、好ましくは400〜1050℃未満である。予備焼成は、通常の予備焼成の手順に従って行うことができる。具体的には、予備焼成は、不活性ガス雰囲気中で行うことができ、不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンなどを挙げることができる。また、予備焼成は、減圧下で行うこともでき、例えば10KPa以下で行うことができる。予備焼成の時間は特に限定されるものではなく、通常は0.5〜10時間、好ましくは1〜5時間である。
<Pre-baking>
The pre-baking step in the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material used for a negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material is, for example, a 350 carbon precursor subjected to acid treatment and carbonization treatment. It can carry out by baking at the temperature of less than -1100 degreeC. By removing volatile components (for example, CO 2 , CO, CH 4, H 2, etc.) and tar components by pre-calcination, their generation in the main calcination can be reduced, and the burden on the calciner can be reduced. The pre-baking temperature is usually less than 350 to 1050 ° C, preferably less than 400 to 1050 ° C. Pre-baking can be performed according to a normal pre-baking procedure. Specifically, the preliminary firing can be performed in an inert gas atmosphere, and examples of the inert gas include nitrogen or argon. Pre-baking can also be performed under reduced pressure, for example, 10 KPa or less. The pre-baking time is not particularly limited, and is usually 0.5 to 10 hours, preferably 1 to 5 hours.

なお、本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料の製造方法において予備焼成を行う場合は、予備焼成工程で炭素前駆体へのタール成分および炭化水素系ガスの被覆が起こると考えられる。この炭素質被膜により、難黒鉛化炭素質材料の比表面積が好ましく減少すると考えられる。   In the case of pre-baking in the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material used for a negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material, the tar to the carbon precursor is used in the pre-baking step. It is believed that component and hydrocarbon gas coverage occurs. This carbonaceous film is considered to favorably reduce the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material.

<本焼成>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料の製造方法における本焼成工程は、通常の本焼成の手順に従って行うことができ、本焼成後に難黒鉛化炭素質材料が得られる。
<Main firing>
The main firing step in the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material used for a negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material can be performed according to a normal main firing procedure. A non-graphitizable carbonaceous material is obtained later.

本焼成温度は、通常は1050〜1400℃であり、好ましくは1100〜1380℃であり、より好ましくは1150〜1350℃である。本焼成は、不活性ガス雰囲気中で行うことができ、不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンなどを挙げることができる。また、ハロゲンガスを含有する不活性ガス中で本焼成を行うことも可能である。更に、本焼成は、減圧下で、例えば10KPa以下で行うことも可能である。   The main firing temperature is usually from 1050 to 1400 ° C, preferably from 1100 to 1380 ° C, more preferably from 1150 to 1350 ° C. The main firing can be performed in an inert gas atmosphere, and examples of the inert gas include nitrogen and argon. In addition, the main baking can be performed in an inert gas containing a halogen gas. Furthermore, the main firing can be performed under reduced pressure, for example, at 10 KPa or less.

本焼成の時間は特に限定されるものではなく、例えば0.05〜10時間、好ましくは0.05〜8時間、より好ましくは0.05〜6時間である。   The time for the main baking is not particularly limited, and is, for example, 0.05 to 10 hours, preferably 0.05 to 8 hours, and more preferably 0.05 to 6 hours.

本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料では、炭素前駆体を焼成する際、揮発性有機物と混合して焼成することができる。揮発性有機物と混合して焼成することにより、炭素前駆体から得られる難黒鉛化炭素質材料の比表面積を、本発明の電池用負極にとってより好適な比表面積とすることができる。   In the non-graphitizable carbonaceous material used for the negative electrode for a battery including the positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material, when the carbon precursor is fired, it can be mixed with a volatile organic material and fired. The specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material obtained from the carbon precursor can be made more suitable for the negative electrode for a battery of the present invention by mixing with a volatile organic material and firing.

本焼成工程で炭素前駆体を熱処理する際、炭素前駆体自体から一酸化炭素および水素などのガスが生じる。これらのガスは高い反応性を有し、クラスター化リチウムを吸蔵できる炭素結晶間の空隙を破壊するために、熱処理中に生じるガスと炭素前駆体との反応を制御することが重要となる。例えば、WO2017/022486では、気相脱灰または液相脱灰を行った後に熱処理を行うことで充電時にクラスター化リチウムをより多く吸蔵できる難黒鉛化炭素質材料を得ている。WO2017/022486によって確かに高い充電容量および高い充放電効率を有する非水電解質二次電池用の炭素質材料を得ることはできるが、本発明では更に焼成時の熱分解ガスを積極的に除去することで、更に、高い出力特性を得ることができることを見出した。炭素前駆体から熱分解ガスを積極的に除去しながら焼成する手法は特に限定されないが、例えば本焼成中の不活性ガスの供給量を多くして熱処理を行う、または、本焼成時の試料の積層高さを低減することで試料内に滞留するガスを積極的に排除する方法が挙げられる。これらの方法により、炭素前駆体自体から生じる反応性のガスを、炭素前駆体と反応する前に除去することが可能となる。そのため、より制御された炭素構造を有する難黒鉛化炭素質材料を製造することができる。本焼成の時間は特に限定されるものではなく、例えば0.05〜10時間、好ましくは0.05〜8時間、より好ましくは0.05〜6時間である。   When the carbon precursor is heat-treated in the main firing step, gases such as carbon monoxide and hydrogen are generated from the carbon precursor itself. These gases are highly reactive, and in order to destroy voids between carbon crystals that can occlude clustered lithium, it is important to control the reaction between the gas generated during the heat treatment and the carbon precursor. For example, in WO2017 / 022486, a non-graphitizable carbonaceous material that can occlude a larger amount of clustered lithium during charging is obtained by performing heat treatment after performing vapor phase decalcification or liquid phase demineralization. Although it is possible to obtain a carbonaceous material for a non-aqueous electrolyte secondary battery having high charge capacity and high charge / discharge efficiency by WO2017 / 022486, the present invention further positively removes pyrolysis gas during firing. Thus, it has been found that higher output characteristics can be obtained. The method of firing while actively removing the pyrolysis gas from the carbon precursor is not particularly limited. For example, the heat treatment is performed by increasing the supply amount of the inert gas during the firing, or the sample at the time of the firing is prepared. There is a method of positively removing the gas staying in the sample by reducing the stacking height. By these methods, it is possible to remove the reactive gas generated from the carbon precursor itself before reacting with the carbon precursor. Therefore, a non-graphitizable carbonaceous material having a more controlled carbon structure can be produced. The time for the main baking is not particularly limited, and is, for example, 0.05 to 10 hours, preferably 0.05 to 8 hours, and more preferably 0.05 to 6 hours.

<揮発性有機物>
本発明では、炭素前駆体を焼成する際、揮発性有機物と混合して焼成することができる。揮発性有機物と混合して焼成することにより、炭素前駆体から得られる難黒鉛化炭素質材料の比表面積を、本発明の電池用負極にとってより好適な比表面積とすることができる。
<Volatile organic matter>
In the present invention, when the carbon precursor is fired, it can be fired by mixing with a volatile organic substance. The specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material obtained from the carbon precursor can be made more suitable for the negative electrode for a battery of the present invention by mixing with a volatile organic material and firing.

本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料の製造方法において使用できる揮発性有機物は、800℃で灰化した場合に残炭率が灰化前の揮発性有機物の質量に基づいて5質量%未満である常温で固体の揮発性有機物であれば特に限定されないが、炭素前駆体から製造される難黒鉛化炭素質材料の比表面積を低減させることのできる揮発物質(例えば、炭化水素系ガスやタール成分)を発生させるものが好ましい。揮発性有機物における、比表面積を低減させることのできる揮発物質の含量は特に限定されるものではないが、揮発性有機物の質量に基づいて、通常は1〜20質量%、好ましくは3〜15質量%である。なお、本明細書において、常温とは25℃を指す。   Volatile organic substances that can be used in the method for producing a non-graphitizable carbonaceous material used for a negative electrode for a battery comprising a positive electrode comprising the organic compound of the present invention as an active material have a residual carbon ratio when incinerated at 800 ° C. Although it will not specifically limit if it is a volatile organic substance solid at normal temperature which is less than 5 mass% based on the mass of the volatile organic substance before ashing, the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material produced from a carbon precursor Those that generate volatile substances that can be reduced (for example, hydrocarbon gases and tar components) are preferred. Although the content of the volatile substance capable of reducing the specific surface area in the volatile organic substance is not particularly limited, it is usually 1 to 20% by mass, preferably 3 to 15% by mass based on the mass of the volatile organic substance. %. In addition, in this specification, normal temperature refers to 25 degreeC.

揮発性有機物としては、熱可塑性樹脂や低分子有機化合物を挙げることができる。より具体的には、熱可塑性樹脂として、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ(メタ)アクリル酸またはポリ(メタ)アクリル酸エステルなどを挙げることができ、低分子有機化合物として、トルエン、キシレン、メシチレン、スチレン、ナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンなどを挙げることができる。揮発し、焼成温度で熱分解した場合に炭素前駆体の表面を酸化賦活しない観点から、熱可塑性樹脂としてはポリスチレン、ポリエチレンまたはポリプロピレンが好ましく、低分子有機化合物としてはナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンが好ましい。常温下で揮発性が小さいために安全上好ましい観点から、ナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンを使用することが更に好ましい。   Examples of volatile organic substances include thermoplastic resins and low molecular organic compounds. More specifically, examples of the thermoplastic resin include polystyrene, polyethylene, polypropylene, poly (meth) acrylic acid or poly (meth) acrylic acid ester, and low molecular organic compounds include toluene, xylene, mesitylene, Examples thereof include styrene, naphthalene, phenanthrene, anthracene, and pyrene. In view of not volatilizing and oxidatively activating the surface of the carbon precursor when pyrolyzed at the firing temperature, the thermoplastic resin is preferably polystyrene, polyethylene or polypropylene, and the low molecular organic compound is naphthalene, phenanthrene, anthracene or pyrene. preferable. It is more preferable to use naphthalene, phenanthrene, anthracene or pyrene from the viewpoint of safety because of low volatility at room temperature.

残炭率は、試料を不活性ガス中で強熱した後の強熱残分の炭素量を定量することにより測定することができる。強熱とは、揮発性有機物およそ1g(この正確な質量をW(g)とする)を坩堝にいれ、1分間に20リットルの窒素を流しながら坩堝を電気炉にて10℃/分で800℃まで昇温し、その後800℃で1時間保持することを意味する。このときの残存物を強熱残分とし、その質量をW(g)とする。 The residual carbon ratio can be measured by quantifying the carbon content of the ignition residue after the sample is ignited in an inert gas. Ignition is about 1 g of volatile organic matter (this exact mass is W 1 (g)) in a crucible and flowing 20 liters of nitrogen per minute at 10 ° C./min. It means that the temperature is raised to 800 ° C. and then held at 800 ° C. for 1 hour. Let the residue at this time be an ignition residue, and let the mass be W 2 (g).

次いで上記強熱残分について、JIS M8819に定められた方法に準拠して元素分析を行い、炭素の質量割合P(%)を測定する。残炭率P(%)は以下の式により算出する。

Figure 2019036506
Next, the ignition residue is subjected to elemental analysis in accordance with the method defined in JIS M8819, and the carbon mass ratio P 1 (%) is measured. The remaining coal rate P 2 (%) is calculated by the following equation.
Figure 2019036506

炭素前駆体と揮発性有機物とを混合して焼成する場合、好ましくは、炭素前駆体と揮発性有機物とを97:3〜40:60の質量比で混合する。この混合比は、より好ましくは95:5〜60:40、特に好ましくは93:7〜80:20である。混合比を上記範囲内とすることによって、難黒鉛化炭素質材料の比表面積を十分に低減させやすい。一方で、比表面積の低減効果が飽和して揮発性有機物を無駄に消費することを回避しやすい。   When the carbon precursor and the volatile organic substance are mixed and fired, the carbon precursor and the volatile organic substance are preferably mixed at a mass ratio of 97: 3 to 40:60. This mixing ratio is more preferably 95: 5 to 60:40, particularly preferably 93: 7 to 80:20. By setting the mixing ratio within the above range, it is easy to sufficiently reduce the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material. On the other hand, it is easy to avoid wasteful consumption of volatile organic substances due to saturation of the specific surface area reduction effect.

炭素前駆体と揮発性有機物との混合は、炭素前駆体の粉砕前または粉砕後のいずれの段階で行ってもよい。炭素前駆体の粉砕前に混合する場合は、炭素前駆体と揮発性有機物を同時に粉砕装置に計量供給することにより、粉砕と混合を同時に行うことができる。炭素前駆体の粉砕後に揮発性有機物を混合することも好ましい。この場合の混合方法は、両者が均一に混合される手法であればどのような混合方法であってもよい。   Mixing of the carbon precursor and the volatile organic substance may be performed at any stage before or after the carbon precursor is pulverized. When mixing before pulverization of the carbon precursor, pulverization and mixing can be performed simultaneously by metering and supplying the carbon precursor and the volatile organic substance to the pulverizer. It is also preferable to mix a volatile organic substance after pulverization of the carbon precursor. The mixing method in this case may be any mixing method as long as both are uniformly mixed.

揮発性有機物は粒子の形状で混合されることが好ましいが、粒子の形や粒子径は特に限定されない。粉砕された炭素前駆体に均一に分散させる観点からは、揮発性有機物の平均粒子径は、好ましくは0.1〜2000μm、より好ましくは1〜1000μm、特に好ましくは2〜600μmである。   The volatile organic substance is preferably mixed in the form of particles, but the particle shape and particle diameter are not particularly limited. From the viewpoint of uniformly dispersing in the pulverized carbon precursor, the average particle diameter of the volatile organic material is preferably 0.1 to 2000 μm, more preferably 1 to 1000 μm, and particularly preferably 2 to 600 μm.

炭素前駆体と揮発性有機物との混合物は、本発明における難黒鉛化炭素質材料についての効果が得られる限りにおいて、即ち、難黒鉛化炭素質材料の比表面積が低減する限りにおいて、炭素前駆体および揮発性有機物以外の他の成分を含んでもよい。例えば、天然黒鉛、人造黒鉛、金属系材料、合金系材料または酸化物系材料を含んでよい。他の成分の含量は特に限定されるものではなく、炭素前駆体と揮発性有機物との混合物100質量部に対して、好ましくは50質量部以下であり、より好ましくは30質量部以下であり、更に好ましくは20質量部以下であり、特に好ましくは10質量部以下である。   The mixture of the carbon precursor and the volatile organic material is used as long as the effect of the non-graphitizable carbonaceous material in the present invention is obtained, that is, as long as the specific surface area of the non-graphitizable carbonaceous material is reduced. And other components other than volatile organic substances. For example, natural graphite, artificial graphite, metal material, alloy material or oxide material may be included. The content of the other components is not particularly limited, and is preferably 50 parts by mass or less, more preferably 30 parts by mass or less, with respect to 100 parts by mass of the mixture of the carbon precursor and the volatile organic substance. More preferably, it is 20 mass parts or less, Most preferably, it is 10 mass parts or less.

<CVD処理>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる難黒鉛化炭素質材料では本焼成工程の後に、炭化水素化合物を用いるCVD処理を施してもよい。CVD処理とは、熱分解された炭化水素化合物で、本焼成工程で得られた難黒鉛化炭素質材料を被覆する化学的蒸着(CVD、Chemical Vapor Deposition)処理である。CVD処理の条件は、上記化学的蒸着が達成される限り特に限定されないが、例えば炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で500〜1000℃で熱処理する方法により行ってよい。CVD処理工程において、例えば500〜1000℃での熱処理によって炭化水素化合物が熱分解され、生じる熱分解物が難黒鉛化炭素質材料に添着し、難黒鉛化炭素質材料の表面を被覆する。これにより、以下のメカニズムに何ら限定されないが、難黒鉛化炭素質材料のクラスター化リチウムが吸蔵できる炭素結晶間の空隙を維持しつつ比表面積を低減させることができるため、電池内での副反応を抑制することができると考えられる。そのため、出力特性を高めることができると考えられる。またCVD処理により、リチウムイオンの吸蔵を阻害し得る−OH基や−COOH基など難黒鉛化炭素質材料表面の官能基が、熱分解された炭化水素化合物のラジカルと反応し、除去されると考えられる。そのため、炭素質材料における酸素元素含有量が低下し、充放電時の不可逆的な副反応が抑制されることにより、出力特性が向上すると考えられる。
<CVD process>
In the non-graphitizable carbonaceous material used for the negative electrode for batteries comprising the positive electrode using the organic compound of the present invention as the active material, a CVD treatment using a hydrocarbon compound may be performed after the main firing step. The CVD process is a chemical vapor deposition (CVD) process that coats the non-graphitizable carbonaceous material obtained in the main firing step with a thermally decomposed hydrocarbon compound. The conditions for the CVD treatment are not particularly limited as long as the chemical vapor deposition is achieved. For example, the CVD treatment may be performed by a method of heat treatment at 500 to 1000 ° C. in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound. In the CVD treatment step, for example, the hydrocarbon compound is thermally decomposed by heat treatment at 500 to 1000 ° C., and the resulting pyrolyzed product is attached to the non-graphitizable carbonaceous material to cover the surface of the non-graphitizable carbonaceous material. As a result, the mechanism is not limited to the following mechanism, but the specific surface area can be reduced while maintaining the voids between the carbon crystals that can be occluded by the clustered lithium of the non-graphitizable carbonaceous material. It is thought that it can be suppressed. Therefore, it is considered that output characteristics can be improved. Moreover, when the functional group on the surface of the non-graphitizable carbonaceous material such as —OH group and —COOH group that can inhibit the occlusion of lithium ions reacts with the radical of the thermally decomposed hydrocarbon compound and is removed by the CVD process. Conceivable. For this reason, the oxygen element content in the carbonaceous material is reduced, and the irreversible side reaction during charging and discharging is suppressed, so that the output characteristics are considered to be improved.

CVD処理工程において使用する炭化水素化合物は、主に炭素原子と水素原子から構成される化合物である。炭化水素化合物としては、例えば低分子有機炭化水素化合物等が挙げられる。CVD処理工程において、1種類の炭化水素化合物を使用してもよいし、2種以上の炭化水素化合物を組み合わせて使用してもよい。炭化水素化合物が主に炭素原子と水素原子から構成されるとは、炭化水素化合物における炭素原子と水素原子の合計量が、炭化水素化合物の総質量に基づいて、好ましくは75質量%以上、より好ましくは80質量%以上、さらに好ましくは85質量%以上である。   The hydrocarbon compound used in the CVD process is a compound mainly composed of carbon atoms and hydrogen atoms. Examples of the hydrocarbon compound include a low molecular organic hydrocarbon compound. In the CVD process, one type of hydrocarbon compound may be used, or two or more types of hydrocarbon compounds may be used in combination. The hydrocarbon compound mainly composed of carbon atoms and hydrogen atoms means that the total amount of carbon atoms and hydrogen atoms in the hydrocarbon compound is preferably 75% by mass or more based on the total mass of the hydrocarbon compound. Preferably it is 80 mass% or more, More preferably, it is 85 mass% or more.

低分子有機炭化水素化合物としては、例えば炭素数が1〜20の炭化水素化合物が挙げられる。炭化水素化合物の炭素数は、好ましくは2〜18、より好ましくは3〜16である。炭化水素化合物は、飽和炭化水素化合物または不飽和炭化水素化合物でもよく、鎖状の炭化水素化合物でも、環式の炭化水素化合物でもよい。不飽和炭化水素化合物の場合、不飽和結合は二重結合でも三重結合でもよく、1分子に含まれる不飽和結合の数も特に限定されるものではない。例えば、鎖状の炭化水素化合物は、脂肪族炭化水素化合物であり、直鎖状または分枝状のアルカン、アルケン、またはアルキンを挙げることができる。環式の炭化水素化合物としては、脂環式炭化水素化合物(例えば、シクロアルカン、シクロアルケン、シクロアルキン)または芳香族炭化水素化合物を挙げることができる。具体的には、脂肪族炭化水素化合物としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、ペンタン、ヘキサン、オクタン、ノナン、デカン、エチレン、プロピレン、ブテン、ペンテン、ヘキセンまたはアセチレン等を挙げることができる。脂環式炭化水素化合物としては、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン、シクロプロパン、シクロペンテン、シクロヘキセン、シクロヘプテン、シクロオクテン、デカリン、ノルボルネン、メチルシクロヘキサン、またはノルボルナジエン等を挙げることができる。さらに、芳香族炭化水素化合物としては、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、クメン、ブチルベンゼン、スチレン、α−メチルスチレン、o−メチルスチレン、m−メチルスチレン、p−メチルスチレン、ビニルキシレン、p−tert−ブチルスチレン、エチルスチレン等の単環芳香族化合物、ナフタレン、フェナントレン、アントラセン、ピレン等の3環〜6環の縮合多環芳香族化合物を挙げることができるが、好ましくは縮合多環芳香族化合物、より好ましくはナフタレン、フェナントレン、アントラセンまたはピレンである。ここで、前記炭化水素化合物は、任意の置換基を有していてよい。置換基は特に限定されるものではないが、例えば炭素数1〜4のアルキル基(好ましくは炭素数1〜2のアルキル基)、炭素数2〜4のアルケニル基(好ましくは炭素数2のアルケニル基)、炭素数3〜8のシクロアルキル基(好ましくは炭素数3〜6のシクロアルキル基)が挙げられる。   Examples of the low molecular organic hydrocarbon compound include hydrocarbon compounds having 1 to 20 carbon atoms. Carbon number of a hydrocarbon compound becomes like this. Preferably it is 2-18, More preferably, it is 3-16. The hydrocarbon compound may be a saturated hydrocarbon compound or an unsaturated hydrocarbon compound, and may be a chain hydrocarbon compound or a cyclic hydrocarbon compound. In the case of an unsaturated hydrocarbon compound, the unsaturated bond may be a double bond or a triple bond, and the number of unsaturated bonds contained in one molecule is not particularly limited. For example, the chain hydrocarbon compound is an aliphatic hydrocarbon compound, and can include a linear or branched alkane, alkene, or alkyne. Examples of the cyclic hydrocarbon compound include alicyclic hydrocarbon compounds (for example, cycloalkane, cycloalkene, cycloalkyne) and aromatic hydrocarbon compounds. Specifically, examples of the aliphatic hydrocarbon compound include methane, ethane, propane, butane, pentane, hexane, octane, nonane, decane, ethylene, propylene, butene, pentene, hexene, and acetylene. Examples of the alicyclic hydrocarbon compound include cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, cyclopropane, cyclopentene, cyclohexene, cycloheptene, cyclooctene, decalin, norbornene, methylcyclohexane, and norbornadiene. Further, aromatic hydrocarbon compounds include benzene, toluene, xylene, mesitylene, cumene, butylbenzene, styrene, α-methylstyrene, o-methylstyrene, m-methylstyrene, p-methylstyrene, vinylxylene, p- Examples thereof include monocyclic aromatic compounds such as tert-butylstyrene and ethylstyrene, and tricyclic to 6-ring condensed polycyclic aromatic compounds such as naphthalene, phenanthrene, anthracene, and pyrene, preferably condensed polycyclic aromatic compounds. A compound, more preferably naphthalene, phenanthrene, anthracene or pyrene. Here, the hydrocarbon compound may have an arbitrary substituent. The substituent is not particularly limited, and for example, an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms (preferably an alkyl group having 1 to 2 carbon atoms) or an alkenyl group having 2 to 4 carbon atoms (preferably alkenyl having 2 carbon atoms). Group) and a cycloalkyl group having 3 to 8 carbon atoms (preferably a cycloalkyl group having 3 to 6 carbon atoms).

CVD処理工程において、炭化水素化合物を気体状態で連続的に供給することが、CVD処理を均一に行い、炭素質材料の所望の特性を得やすい観点から好ましい。CVD処理を行う温度で気体状態となる炭化水素化合物を用いるか、または、CVD処理の前工程において気体状態とした炭化水素化合物をCVD処理工程に供給して行ってもよい。例えば500〜1000℃の温度で気体状態となる炭化水素化合物を用い、該温度で熱処理してCVD処理を行うことが、生産性および炭化水素化合物と難黒鉛化炭素質材料との混合性の観点から好ましい。上記観点からは、炭化水素化合物の沸点は、CVD処理を行う温度以下であることが好ましい。   In the CVD process, it is preferable to continuously supply the hydrocarbon compound in a gas state from the viewpoint of performing the CVD process uniformly and easily obtaining desired characteristics of the carbonaceous material. A hydrocarbon compound that is in a gaseous state at the temperature at which the CVD treatment is performed may be used, or a hydrocarbon compound that is in a gaseous state in the previous step of the CVD treatment may be supplied to the CVD treatment step. For example, using a hydrocarbon compound that is in a gaseous state at a temperature of 500 to 1000 ° C. and performing the CVD treatment by heat treatment at the temperature, the viewpoint of productivity and the mixing property between the hydrocarbon compound and the non-graphitizable carbonaceous material To preferred. From the above viewpoint, the boiling point of the hydrocarbon compound is preferably equal to or lower than the temperature at which the CVD treatment is performed.

CVD処理工程は、好ましくは、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で行ってよい。CVD処理工程において使用する不活性ガスとしては、窒素またはアルゴンなどを挙げることができる。本焼成工程とCVD処理工程で同じ不活性ガスを使用してもよいし、異なる不活性ガスを使用してもよい。製造工程を簡単にし、製造効率を高める観点からは、本焼成工程とCVD処理工程とで同じ不活性ガスを使用することが好ましい。   The CVD treatment step may be preferably performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound. Examples of the inert gas used in the CVD process include nitrogen and argon. The same inert gas may be used in the main baking step and the CVD treatment step, or different inert gases may be used. From the viewpoint of simplifying the manufacturing process and increasing the manufacturing efficiency, it is preferable to use the same inert gas in the main baking process and the CVD treatment process.

CVD処理工程を、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で行う場合、炭化水素化合物と不活性ガスとの混合比は、特に限定されない。例えば、安全性、経済性および焼成炉内の汚染性の観点から、不活性ガスに対する炭化水素化合物の量は、好ましくは1〜60体積%であり、より好ましくは5〜50体積%であり、さらにより好ましくは10〜45体積%である。炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で熱処理を行う本実施態様の製造方法によれば、酸素を効率的に除去しやすい。   When the CVD treatment step is performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound, the mixing ratio of the hydrocarbon compound and the inert gas is not particularly limited. For example, from the viewpoint of safety, economy, and contamination in the firing furnace, the amount of the hydrocarbon compound with respect to the inert gas is preferably 1 to 60% by volume, more preferably 5 to 50% by volume, Even more preferably, it is 10 to 45% by volume. According to the manufacturing method of this embodiment in which heat treatment is performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound, oxygen can be easily removed efficiently.

CVD処理工程における熱処理温度は、炭素質材料や使用する炭化水素化合物の種類等により変えてよいが、所望の炭素構造を得る観点から、好ましくは500〜1000℃、より好ましくは600〜900℃、さらに好ましくは700〜850℃である。熱処理温度が低すぎると、十分に比表面積を低減し、酸素を除去することができない。一方、熱処理温度が高くなりすぎると、電池容量に寄与しない炭化水素化合物由来の炭素構造が多く付着し、電池容量や出力特性を低下させる。   The heat treatment temperature in the CVD treatment step may vary depending on the carbonaceous material, the type of hydrocarbon compound used, and the like, but from the viewpoint of obtaining a desired carbon structure, preferably 500 to 1000 ° C, more preferably 600 to 900 ° C, More preferably, it is 700-850 degreeC. If the heat treatment temperature is too low, the specific surface area can be sufficiently reduced and oxygen cannot be removed. On the other hand, if the heat treatment temperature becomes too high, a large number of hydrocarbon compound-derived carbon structures that do not contribute to the battery capacity adhere, and the battery capacity and output characteristics decrease.

CVD処理工程を、炭化水素化合物を含む不活性ガス雰囲気中で行う場合、炭化水素化合物を含む不活性ガス気流の供給量は、特に限定されないが、炭素質材料50gあたり好ましくは0.1L/分以上、より好ましくは0.3L/分以上、さらにより好ましくは0.5L/分以上である。上記の下限以上の供給量で熱処理を行うと、均一に炭素被覆ができるため好ましい。供給量の上限は、好ましくは10L/分以下であり、より好ましくは5L/分以下である。上記の上限以下の供給量で熱処理を行うと、供給した炭化水素化合物が効率よく作用するため好ましい。   When the CVD treatment step is performed in an inert gas atmosphere containing a hydrocarbon compound, the supply amount of the inert gas stream containing the hydrocarbon compound is not particularly limited, but is preferably 0.1 L / min per 50 g of the carbonaceous material. As mentioned above, More preferably, it is 0.3 L / min or more, More preferably, it is 0.5 L / min or more. It is preferable to perform the heat treatment at a supply amount equal to or more than the above lower limit because carbon coating can be performed uniformly. The upper limit of the supply amount is preferably 10 L / min or less, more preferably 5 L / min or less. It is preferable to perform the heat treatment at a supply amount equal to or less than the above upper limit because the supplied hydrocarbon compound acts efficiently.

<有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極は、難黒鉛化炭素質材料を含んでなる。
<Battery negative electrode comprising a positive electrode comprising an organic compound as an active material>
The negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material comprises a non-graphitizable carbonaceous material.

<負極電極の製造>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極に用いられる負極電極材は、難黒鉛化炭素質材料に結合剤(バインダー)を添加し、適当な溶媒を適量添加し、混練して電極合剤とした後に、金属板などからなる集電板に電極合剤を塗布し、乾燥し、加圧成形することにより製造することができる。負極が高い導電性を有する場合、必ずしも導電助剤を添加する必要はないが、更に高い導電性を付与するために、必要に応じて、電極合剤の調製時に導電助剤を添加することもできる。
<Manufacture of negative electrode>
A negative electrode material used for a negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material is a binder (binder) added to a non-graphitizable carbonaceous material, an appropriate solvent is added in an appropriate amount, After kneading into an electrode mixture, the electrode mixture can be applied to a current collector plate made of a metal plate, etc., dried, and pressure molded. When the negative electrode has high conductivity, it is not always necessary to add a conductive aid. However, in order to impart higher conductivity, a conductive aid may be added when preparing the electrode mixture as necessary. it can.

導電助剤としては、導電性のカーボンブラック、気相成長炭素繊維(VGCF)、ナノチューブなどを用いることができる。導電助剤の添加量は、使用する導電助剤の種類によっても異なるが、好ましくは0.5〜10質量%(ここで、活物質(難黒鉛化炭素質材料)量+結合剤量+導電助剤量=100質量%とする)であり、より好ましくは0.5〜7質量%、特に好ましくは0.5〜5質量%である。導電助剤の添加量を上記範囲内とすることによって、電極合剤中での導電助剤の分散が悪化することなく、期待する導電性が得られやすい。   As the conductive assistant, conductive carbon black, vapor grown carbon fiber (VGCF), nanotube, or the like can be used. The addition amount of the conductive auxiliary agent varies depending on the type of conductive auxiliary agent to be used, but preferably 0.5 to 10% by mass (here, the amount of active material (non-graphitizable carbonaceous material) + the amount of binder + conductivity) Auxiliary agent amount = 100 mass%), more preferably 0.5-7 mass%, particularly preferably 0.5-5 mass%. By setting the addition amount of the conductive assistant within the above range, the expected conductivity can be easily obtained without deteriorating the dispersion of the conductive assistant in the electrode mixture.

添加する結合剤としては、電解液と反応しないものであれば特に限定されることはない。例えば、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)、ポリテトラフルオロエチレン、およびSBR(スチレン・ブタジエン・ラバー)とCMC(カルボキシメチルセルロース)との混合物などを挙げることができる。中でもPVDFは、活物質表面に付着したPVDFがリチウムイオン移動を阻害することが少なく、良好な入出力特性が得られるために好ましい。結合剤の添加量は、使用する結合剤の種類によっても異なるが、PVDF系の結合剤では、難黒鉛化炭素質材料、結合剤および導電助剤の総質量に基づいて、好ましくは3〜13質量%であり、より好ましくは3〜10質量%である。結合剤の添加量を上記範囲内とすることによって、得られる電極の抵抗が大きくなって電池の内部抵抗が大きくなり、電池特性が低下したり、負極粒子同士および負極粒子と集電板との結合が不十分になったりする問題を回避しやすい。   The binder to be added is not particularly limited as long as it does not react with the electrolytic solution. Examples thereof include PVDF (polyvinylidene fluoride), polytetrafluoroethylene, and a mixture of SBR (styrene butadiene rubber) and CMC (carboxymethyl cellulose). Among these, PVDF is preferable because PVDF attached to the surface of the active material hardly inhibits lithium ion migration and provides favorable input / output characteristics. The amount of the binder added varies depending on the type of the binder used, but in the case of a PVDF-based binder, it is preferably 3 to 13 based on the total mass of the non-graphitizable carbonaceous material, the binder and the conductive additive. It is mass%, More preferably, it is 3-10 mass%. By making the addition amount of the binder within the above range, the resistance of the obtained electrode is increased, the internal resistance of the battery is increased, the battery characteristics are deteriorated, or the negative electrode particles and the negative electrode particles and the current collector plate It is easy to avoid problems such as insufficient coupling.

PVDFを溶解してスラリーを形成するためには、溶媒として、N−メチルピロリドン(NMP)などの極性溶媒が好ましく用いられる。また、SBRなどの水性エマルジョン、またはCMCなどの水溶液を形成するためには、溶媒として、水が好ましく使用される。溶媒として水を使用する結合剤では、SBRとCMCとの混合物など、複数の結合剤を混合して使用することが多い。溶媒の添加量は、使用する結合剤の総質量に基づいて、好ましくは0.5〜5質量%、より好ましくは1〜4質量%である。   In order to dissolve PVDF to form a slurry, a polar solvent such as N-methylpyrrolidone (NMP) is preferably used as a solvent. In order to form an aqueous emulsion such as SBR or an aqueous solution such as CMC, water is preferably used as a solvent. In a binder that uses water as a solvent, a plurality of binders such as a mixture of SBR and CMC are often mixed and used. The addition amount of the solvent is preferably 0.5 to 5% by mass, more preferably 1 to 4% by mass, based on the total mass of the binder used.

電極活物質層は集電板の両面に形成するのが基本であるが、必要に応じて片面でもよい。活物質層(片面当たり)の厚みは、好ましくは10〜150μmであり、より好ましくは20〜140μm、特に好ましくは30〜120μmである。この厚みを上記範囲内とすることによって、集電板やセパレータなどが少なくて済むため高容量化が実現しやすい一方で、対極と対向する電極面積を広く確保できるため高い出力特性が得られやすい。   The electrode active material layer is basically formed on both sides of the current collector plate, but may be on one side if necessary. The thickness of the active material layer (per one side) is preferably 10 to 150 μm, more preferably 20 to 140 μm, and particularly preferably 30 to 120 μm. By setting the thickness within the above range, it is easy to achieve a high capacity because fewer current collectors and separators are required. On the other hand, it is easy to obtain high output characteristics because a large electrode area facing the counter electrode can be secured. .

本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極は、該電池の作製前に予めリチウムイオンをプレドープされたものでもよい。プレドープの方法は特に制限されないが、例えば負極近傍に金属リチウムを配した後に短絡させてプレドープを行う方法、負極近傍に金属リチウムを配した後に一定の電流値でプレドープを行う方法などが挙げられる。有機化合物を活物質とした正極に予めリチウムがドープされている場合は、負極へのリチウムイオンのプレドープを省略することができる。   The negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material may be pre-doped with lithium ions prior to the production of the battery. The pre-doping method is not particularly limited, and examples thereof include a method in which metallic lithium is arranged near the negative electrode and then short-circuited to perform pre-doping, and a method in which metallic lithium is arranged near the negative electrode and then pre-doped at a constant current value. When lithium is doped in advance on a positive electrode using an organic compound as an active material, pre-doping of lithium ions into the negative electrode can be omitted.

<有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池>
本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池は、本発明の電池用負極を含んでなる。本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池は、高い出力特性を示す。
<Battery comprising a positive electrode using an organic compound as an active material>
A battery comprising a positive electrode comprising the organic compound of the present invention as an active material comprises the battery negative electrode of the present invention. A battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material exhibits high output characteristics.

本発明の難黒鉛化炭素質材料を含む、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極を形成する場合、正極材として有機化合物を含む材料を用いる。セパレータ、電解液など電池を構成する他の材料は特に限定されることはない。有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池として従来使用され、或いは提案されている種々の材料を使用することが可能である。   When forming a negative electrode for a battery comprising a positive electrode using an organic compound as an active material, including the non-graphitizable carbonaceous material of the present invention, a material containing an organic compound is used as the positive electrode material. Other materials constituting the battery such as a separator and an electrolytic solution are not particularly limited. Various materials conventionally used or proposed as a battery including a positive electrode using an organic compound as an active material can be used.

例えば、正極材としては、有機ラジカル化合物や有機高分子化合物を用いることが出来る。これら有機化合物としては、例えば、ニトロキシルラジカルを有する化合物やポリマー、オキシラジカルを有する化合物やポリマー、窒素ラジカルを有する化合物やポリマー、フルバレン骨格を有する化合物やポリマーなどが挙げられるが、これらに限定されるものではない。これら有機化合物を含む正極材は2種以上を混合して用いることもできる。これらの正極材を適当なバインダーと電極に導電性を付与するための炭素材料とともに成形することにより正極が形成される。   For example, an organic radical compound or an organic polymer compound can be used as the positive electrode material. Examples of these organic compounds include, but are not limited to, compounds and polymers having a nitroxyl radical, compounds and polymers having an oxy radical, compounds and polymers having a nitrogen radical, and compounds and polymers having a fulvalene skeleton. It is not something. Two or more kinds of positive electrode materials containing these organic compounds can be used in combination. A positive electrode is formed by molding these positive electrode materials together with an appropriate binder and a carbon material for imparting conductivity to the electrodes.

電解液は、特に制限はされないが、溶媒にリチウム塩を溶解した溶液を用いることが好ましい。リチウム塩としては、LiPF、LiClO、LiBF、LiCFSO、LiN(CFSO、LiN(CSO、Li(CFSO3C、Li(CSOC等の公知の材料を用いることができるこれらは単独で用いてもよいし、複数を混合して用いてもよい。 The electrolytic solution is not particularly limited, but it is preferable to use a solution in which a lithium salt is dissolved in a solvent. Examples of the lithium salt include LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , LiCF 3 SO 3 , LiN (CF 3 SO 2 ) 2 , LiN (C 2 F 5 SO 2 ) 2 , Li (CF 3 SO 2 ) 3 C, Li Known materials such as (C 2 F 5 SO 2 ) 3 C may be used, and these may be used alone or in combination.

電解液の溶媒としては、非プロトン供与性で通常のリチウムイオン二次電池に用いられるものであれば特に限定されない。例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、γ−ブチロラクトン、テトラヒドロフラン、ジオキソラン、スルホラン、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、N−メチル−2−ピロリドン等の有機溶媒を用いることができる。これらの溶剤を単独もしくは2種類以上混合して用いることもできる。電解液は、高分子類などによってゲル化されていてもよい。   The solvent of the electrolytic solution is not particularly limited as long as it is non-proton donating and can be used for a normal lithium ion secondary battery. For example, organic solvents such as ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, methyl ethyl carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, dioxolane, sulfolane, dimethylformamide, dimethylacetamide, and N-methyl-2-pyrrolidone can be used. These solvents can be used alone or in admixture of two or more. The electrolytic solution may be gelled with a polymer or the like.

有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池は、一般に上記のようにして形成した正極と負極とを必要に応じて不織布またはその他の多孔質材料などからなる透液性セパレータを介して対向させ電解液中に浸漬させることにより形成される。セパレータとしては、二次電池に通常用いられる不織布またはその他の多孔質材料からなる透過性セパレータを用いることができる。或いはセパレータの代わりに、もしくはセパレータと一緒に、電解液を含浸させたポリマーゲルからなる固体電解質を用いることもできる。   A battery comprising a positive electrode made of an organic compound as an active material generally faces the positive electrode and negative electrode formed as described above with a liquid-permeable separator made of a nonwoven fabric or other porous material as necessary. And formed by immersing in an electrolytic solution. As a separator, the permeable separator which consists of a nonwoven fabric normally used for a secondary battery or another porous material can be used. Alternatively, a solid electrolyte made of a polymer gel impregnated with an electrolytic solution can be used instead of or together with the separator.

<化学シフト値の主共鳴ピーク位置(負極)>
本発明の難黒鉛化炭素質材料を含む有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極について、満充電状態となるまでリチウムを充電(ドープ)し、Li核−固体NMR分析を行ったときに観測される塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置は、115ppmより大きく、好ましくは118ppmより大きく、より好ましくは120ppmより大きい。Li核−固体NMR分析の詳細は、実施例に記載する通りである。また、化学シフト値の主共鳴ピーク位置は、通常、148ppm以下であり、好ましくは146ppm以下、より好ましくは144ppm以下、さらに好ましくは142ppm以下である。
<Main resonance peak position of chemical shift value (negative electrode)>
For a negative electrode for a battery comprising a positive electrode using an organic compound containing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention as an active material, lithium is charged (dope) until it is fully charged, and 7 Li nucleus-solid NMR analysis is performed. The main resonance peak position of the chemical shift value relative to lithium chloride observed when performed is greater than 115 ppm, preferably greater than 118 ppm, more preferably greater than 120 ppm. Details of the 7 Li nucleus-solid NMR analysis are as described in the examples. Further, the main resonance peak position of the chemical shift value is usually 148 ppm or less, preferably 146 ppm or less, more preferably 144 ppm or less, and further preferably 142 ppm or less.

先に記載した通り、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きい、即ち、115ppmから低磁場側に上記の主共鳴ピーク位置が観察されるということは、負極に含まれる難黒鉛化炭素質材料においてクラスター化リチウムの吸蔵量が多いこと、即ち、可逆的に充放電に寄与するクラスター化リチウムの存在量が多く、充放電中の不可逆な副反応によって失われるリチウムイオンの量が少ないことを意味する。副反応が生じ難く失われるリチウムイオンの量が少ないということは、副反応生成物による電池の内部抵抗上昇が抑えられることを意味し、電池の内部抵抗が低度に維持される結果、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池において高い出力特性が得られる。また、副反応が抑制されることで負極上での局所的な充放電や、デンドライト状のリチウム析出が抑制され、電池の耐久性の改善にも寄与する。   As described above, the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride is larger than 115 ppm, that is, the above main resonance peak position is observed from 115 ppm on the low magnetic field side, which is included in the negative electrode. In the non-graphitizable carbonaceous material, there are many occlusions of clustered lithium, that is, there is a large amount of clustered lithium that reversibly contributes to charge / discharge, and lithium ions lost due to irreversible side reactions during charge / discharge Means less. The small amount of lithium ions that are hardly generated and lost due to side reactions means that the increase in internal resistance of the battery due to side reaction products is suppressed, and the internal resistance of the battery is maintained at a low level. High output characteristics can be obtained in a battery comprising a positive electrode made of an active material. Further, by suppressing side reactions, local charge / discharge on the negative electrode and dendrite-like lithium deposition are suppressed, which contributes to improving the durability of the battery.

クラスター化リチウムの存在量が多い、つまり充放電中の副反応などによる負極におけるリチウムのロスが少ないと、プレドープ時の金属リチウムやリチウムイオンを含む正極を過剰に用いてリチウムを負極に補完する必要性がなくなるため、コスト面で有利となる。   When there is a large amount of clustered lithium, that is, when there is little loss of lithium in the negative electrode due to side reactions during charge and discharge, it is necessary to supplement the negative electrode with lithium by using an excessive amount of positive electrode containing metallic lithium and lithium ions during pre-doping This is advantageous in terms of cost.

塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppm以下である炭素質材料を用いた場合には、クラスター化リチウムの存在量が少ないため、充放電中の副反応が多く生じるため、本発明のような有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池において、高い出力特性、および高い耐久性を兼ね備えた電池を得ることは極めて困難である。   When a carbonaceous material having a main resonance peak position of a chemical shift value based on lithium chloride of 115 ppm or less is used, since the amount of clustered lithium is small, a large number of side reactions occur during charging and discharging. In a battery comprising a positive electrode using an organic compound as an active material as in the present invention, it is extremely difficult to obtain a battery having high output characteristics and high durability.

前記主共鳴ピーク位置を上記範囲の値に調整するためには、例えば、気相脱灰や液相脱灰によって不純物が除去された炭素前駆体を含む材料を1050℃〜1400℃の不活性ガス雰囲気下で焼成することにより製造された難黒鉛化炭素質材料を負極に使用することが挙げられる。Li核−固体NMR分析の詳細は、実施例に記載する通りである。 In order to adjust the main resonance peak position to a value within the above range, for example, a material containing a carbon precursor from which impurities have been removed by vapor phase deashing or liquid phase deashing is used as an inert gas at 1050 ° C. to 1400 ° C. The use of a non-graphitizable carbonaceous material produced by firing in an atmosphere for the negative electrode can be mentioned. Details of the 7 Li nucleus-solid NMR analysis are as described in the examples.

<カリウム元素含量および鉄元素含量(負極)>
本発明の難黒鉛化炭素質材料を含む有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極のカリウム元素含量は、カリウムを含む不純物と電解液との副反応を抑制する観点から、0.1質量%以下であることが好ましく、0.05質量%以下であることがより好ましく、0.03質量%以下であることが更に好ましい。負極がカリウム元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。また、本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極の鉄元素含量は、鉄を含む不純物と電解液との副反応を抑制する観点から、0.02質量%以下であることが好ましく、0.015質量%以下であることがより好ましく、0.01質量%以下であることが更に好ましい。負極が鉄元素を実質的に含有しないことが特に好ましい。ここで、カリウム元素または鉄元素を実質的に含有しないとは、カリウム元素含量または鉄元素含量が、後述の蛍光X線分析(例えば島津製作所製「LAB CENTER XRF−1700」を用いた分析)の検出限界値以下であることを意味する。カリウム元素含量および鉄元素含量が上記の値以下であると、難黒鉛化炭素質材料を用いた本発明の電池において、十分に高い出力特性と高い耐久性が得られやすい。更に、これらの金属元素が電解液中に溶出して再析出した際に短絡することに起因する電池の安全性の問題が回避されやすい。カリウム元素含量および鉄元素含量の測定の詳細は、実施例に記載する通りである。
<Potassium element content and iron element content (negative electrode)>
The potassium element content of the negative electrode for a battery comprising a positive electrode comprising an organic compound containing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention as an active material is 0 from the viewpoint of suppressing side reactions between an impurity containing potassium and an electrolytic solution. 0.1 mass% or less is preferable, 0.05 mass% or less is more preferable, and 0.03 mass% or less is still more preferable. It is particularly preferred that the negative electrode contains substantially no potassium element. Moreover, the iron element content of the negative electrode for a battery comprising a positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material is 0.02% by mass or less from the viewpoint of suppressing a side reaction between an impurity containing iron and an electrolytic solution. Preferably, it is 0.015 mass% or less, and more preferably 0.01 mass% or less. It is particularly preferable that the negative electrode contains substantially no iron element. Here, the phrase “substantially containing no potassium element or iron element” means that the potassium element content or the iron element content is determined by the fluorescent X-ray analysis described later (for example, analysis using “LAB CENTER XRF-1700” manufactured by Shimadzu Corporation). It means that it is below the detection limit value. When the potassium element content and the iron element content are not more than the above values, sufficiently high output characteristics and high durability are easily obtained in the battery of the present invention using the non-graphitizable carbonaceous material. Furthermore, battery safety problems due to short-circuiting when these metal elements are eluted and re-deposited in the electrolytic solution are easily avoided. Details of the measurement of the potassium element content and the iron element content are as described in the examples.

<吸湿量(負極)>
本発明の難黒鉛化炭素質材料を含む有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極の吸湿量は、好ましくは50000ppm以下、より好ましくは30000ppm以下、特に好ましくは10000ppm以下である。吸湿量が少ないほど、負極に吸着する水分が減り、水分由来の副反応に起因する電極内のガス発生が抑制されやすいので好ましい。負極の吸湿量は、例えば、難黒鉛化炭素質材料に含まれる酸素原子の量を減らすことにより減らすことができる。負極の吸湿量は、例えば、カールフィッシャーなどを用いて測定される。
<Moisture absorption (negative electrode)>
The moisture absorption of a negative electrode for a battery comprising a positive electrode comprising an organic compound containing a non-graphitizable carbonaceous material of the present invention as an active material is preferably 50000 ppm or less, more preferably 30000 ppm or less, and particularly preferably 10000 ppm or less. The smaller the amount of moisture absorption, the smaller the amount of moisture adsorbed on the negative electrode, which is preferable because the generation of gas in the electrode due to moisture-induced side reactions is easily suppressed. The amount of moisture absorbed by the negative electrode can be reduced, for example, by reducing the amount of oxygen atoms contained in the non-graphitizable carbonaceous material. The moisture absorption amount of the negative electrode is measured using, for example, a Karl Fischer.

以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。以下に分析方法ないし物性の測定方法を記載する。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described by way of examples, but these do not limit the scope of the present invention. The analytical methods and the methods for measuring physical properties are described below.

Li核−固体NMR分析の方法>
リチウムイオンが満充電状態でドープされた難黒鉛化炭素質材料を含む負極をセルから取り出し、電解液を拭き取った負極を全てNMR用サンプル管に充填した。Li核−固体NMR分析はBRUKER製「核磁気共鳴装置AVANCE300」を用いて行った。測定に際して、塩化リチウムを基準物質として、これを0ppmに設定した。
< 7 Li nuclear-solid NMR analysis method>
The negative electrode containing the non-graphitizable carbonaceous material doped with lithium ions in a fully charged state was taken out of the cell, and all the negative electrode from which the electrolytic solution had been wiped was filled in an NMR sample tube. 7 Li nuclear-solid NMR analysis was performed using “Nuclear Magnetic Resonance Apparatus AVANCE300” manufactured by BRUKER. In the measurement, lithium chloride was used as a reference substance, and this was set to 0 ppm.

<(002)面の平均面間隔d002の測定方法>
株式会社リガク製「MiniFlex II」を用いて、難黒鉛化炭素質材料粉末を試料ホルダーに充填し、Niフィルターにより単色化したCuKα線を線源とし、X線回折図形を得た。回折図形のピーク位置は重心法(回折線の重心位置を求め、これに対応する2θ値でピーク位置を求める方法)により求め、標準物質用高純度シリコン粉末の(111)面の回折ピークを用いて補正した。CuKα線の波長を0.15418nmとし、以下に示すBraggの公式によりd002を算出した。

Figure 2019036506
<Measuring method of average interplanar spacing d002 of (002) plane>
Using “MiniFlex II” manufactured by Rigaku Corporation, an X-ray diffraction pattern was obtained using CuKα rays monochromatized by a Ni filter by filling a non-graphitizable carbonaceous material powder in a sample holder. The peak position of the diffraction pattern is obtained by the barycentric method (a method of obtaining the barycentric position of the diffraction line and obtaining the peak position by the corresponding 2θ value), and using the diffraction peak on the (111) plane of the high-purity silicon powder for standard materials. Corrected. The wavelength of the CuKα ray was 0.15418 nm, and d 002 was calculated according to the Bragg formula shown below.
Figure 2019036506

<金属元素含量の測定>
カリウム元素含量および鉄元素含量の測定は、下記方法により実施した。予め所定のカリウム元素および鉄元素を含有する炭素試料を調製し、蛍光X線分析装置を用いて、カリウムKα線の強度とカリウム元素含量との関係、および鉄Kα線の強度と鉄元素含量との関係に関する検量線を作成した。ついで、試料(難黒鉛化炭素質材料や負極の試料)について蛍光X線分析におけるカリウムKα線および鉄Kα線の強度を測定し、先に作成した検量線よりカリウム元素含量および鉄元素含量を求めた。蛍光X線分析は、株式会社島津製作所製「LAB CENTER XRF−1700」を用いて、下記手順で行った。上部照射方式用ホルダーを用い、試料測定面積を直径20mmの円周内とした。被測定試料の設置は、内径25mmのポリエチレン製容器の中に被測定試料0.5gを入れ、裏をプランクトンネットで押さえ、測定表面をポリプロピレン製フィルムで覆うことにより行った。X線源は40kV、60mAに設定した。カリウムについては、分光結晶にLiF(200)、検出器にガスフロー型比例係数管を使用し、2θが90〜140°の範囲を、走査速度8°/分で測定した。鉄については、分光結晶にLiF(200)、検出器にシンチレーションカウンターを使用し、2θが56〜60°の範囲を、走査速度8°/分で測定した。
<Measurement of metal element content>
The potassium element content and the iron element content were measured by the following methods. A carbon sample containing a predetermined potassium element and iron element is prepared in advance, and using a fluorescent X-ray analyzer, the relationship between the intensity of potassium Kα ray and the potassium element content, and the intensity of iron Kα ray and iron element content A calibration curve for the relationship was created. Next, the intensity of potassium Kα ray and iron Kα ray in the fluorescent X-ray analysis is measured for the sample (non-graphitizable carbonaceous material or negative electrode sample), and the potassium element content and iron element content are obtained from the calibration curve prepared earlier. It was. The fluorescent X-ray analysis was performed by the following procedure using “LAB CENTER XRF-1700” manufactured by Shimadzu Corporation. Using the upper irradiation system holder, the sample measurement area was within the circumference of 20 mm in diameter. The sample to be measured was placed by placing 0.5 g of the sample to be measured in a polyethylene container having an inner diameter of 25 mm, pressing the back with a plankton net, and covering the measurement surface with a polypropylene film. The X-ray source was set to 40 kV and 60 mA. For potassium, LiF (200) was used for the spectroscopic crystal and a gas flow proportional coefficient tube was used for the detector, and 2θ was measured in the range of 90 to 140 ° at a scanning speed of 8 ° / min. For iron, LiF (200) was used for the spectroscopic crystal, and a scintillation counter was used for the detector, and 2θ was measured in the range of 56 to 60 ° at a scanning speed of 8 ° / min.

<レーザー散乱法による平均粒子径の測定>
植物由来のチャー、炭素前駆体、および揮発性有機物の平均粒子径(粒度分布)は、下記方法により測定した。試料を、界面活性剤(和光純薬工業株式会社製「Toriton X100」)を0.3質量%含む水溶液に投入し、超音波洗浄器で10分以上処理し、水溶液中に分散させた。この分散液を用いて粒度分布を測定した。粒度分布測定は、粒子径・粒度分布測定器(日機装株式会社製「マイクロトラックM T3000」)を用いて行った。Dv50は、累積体積が50%となる粒子径であり、この値を平均粒子径とした。
<Measurement of average particle size by laser scattering method>
The average particle diameter (particle size distribution) of plant-derived char, carbon precursor, and volatile organic substance was measured by the following method. The sample was put into an aqueous solution containing 0.3% by mass of a surfactant (“Toriton X100” manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), treated with an ultrasonic cleaner for 10 minutes or more, and dispersed in the aqueous solution. The particle size distribution was measured using this dispersion. The particle size distribution measurement was performed using a particle size / particle size distribution measuring instrument (“Microtrack MT3000” manufactured by Nikkiso Co., Ltd.). Dv 50 is the particle diameter at which the cumulative volume is 50%, and this value was taken as the average particle diameter.

実施例1
<炭素前駆体の調製>
椰子殻を500℃で乾留した後に破砕し、粒子径約2mmの椰子殻チャーを得た。この椰子殻チャー100gに対して、塩化水素ガス2体積%を含む窒素ガスを18L/分の流量で供給しながら、870℃で30分間ハロゲン熱処理を実施した。その後、塩化水素ガスの供給のみを停止し、窒素ガスを18L/分の流量で供給しながら、更に870℃で30分間気相脱酸処理を実施し、炭素前駆体を得た。
得られた炭素前駆体を、ミキサーミル(ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、MM400)を用いて平均粒子径6μmに粉砕した後、ナノジェットマイザー(株式会社アイシンナノテクノロジーズ製)を用いて分級し、平均粒子径5μmの炭素前駆体(1)を得た。
Example 1
<Preparation of carbon precursor>
The coconut shell was carbonized at 500 ° C. and then crushed to obtain an coconut shell char having a particle diameter of about 2 mm. Halogen heat treatment was performed at 870 ° C. for 30 minutes while supplying nitrogen gas containing 2% by volume of hydrogen chloride gas at a flow rate of 18 L / min to 100 g of this coconut shell char. Thereafter, only the supply of hydrogen chloride gas was stopped, and while supplying nitrogen gas at a flow rate of 18 L / min, vapor phase deoxidation treatment was further performed at 870 ° C. for 30 minutes to obtain a carbon precursor.
The obtained carbon precursor was pulverized to an average particle size of 6 μm using a mixer mill (manufactured by Vander Scientific Co., Ltd., MM400), and then classified using Nanojet Mizer (manufactured by Aisin Nanotechnology Co., Ltd.). A carbon precursor (1) having an average particle diameter of 5 μm was obtained.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
上記のように調製した炭素前駆体(1)5gを黒鉛製鞘に入れた結果、試料層高は2mmとなった。次いで、バッチ型焼成炉中、毎分5Lの窒素流量下、毎分10℃の昇温速度で1290℃まで昇温した後、30分間保持し、自然冷却した。炉内温度が200℃以下に低下したことを確認し、炉内から難黒鉛化炭素質材料を取り出した。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.8gであり回収率は96%であった。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
As a result of putting 5 g of the carbon precursor (1) prepared as described above into a graphite sheath, the sample layer height was 2 mm. Next, the temperature was raised to 1290 ° C. at a temperature rising rate of 10 ° C./min under a nitrogen flow rate of 5 L / min in a batch-type baking furnace, held for 30 minutes, and naturally cooled. After confirming that the furnace temperature had dropped to 200 ° C. or lower, the non-graphitizable carbonaceous material was taken out from the furnace. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.8 g, and the recovery rate was 96%.

Li核−固体NMRの分析>
上記のように調製した難黒鉛化炭素質材料94質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)6質量部およびNMP(N−メチルピロリドン)90質量部を混合し、スラリーを得た。厚さ14μmの銅箔に、得られたスラリーを塗布し、乾燥後プレスして、厚さ70〜80μmの電極を得た。得られた電極の密度は、0.9〜1.1g/cmであった。
負極を作用極とし、金属リチウムを対極および参照極として使用した。電解液としては、1.2M/LiPF電解質を含むエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート(体積混合比3:7)を用いた。セパレータにはガラス繊維不織布を使用した。アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを作製した。
得られた負極のハーフセルについて、充放電試験装置(東洋システム株式会社製、「TOSCAT」)を用いて充放電試験を行った。リチウムのドーピングは、活物質質量に対し金属リチウムが析出しない所定の容量(600mAh/g)まで、10mA/gの速度で行い、ドーピングを終了することにより満充電させた。ここで、「金属リチウムが析出しない所定の容量」とは、Li−NMRで金属リチウムの析出が見られない上限の充電容量(mAh/g)を指す。
この満充電された負極について、Li核−固体NMR分析を行い、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置を確認した。
<Analysis of 7 Li nucleus-solid NMR>
94 parts by mass of the non-graphitizable carbonaceous material prepared as described above, 6 parts by mass of PVDF (polyvinylidene fluoride) and 90 parts by mass of NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed to obtain a slurry. The obtained slurry was applied to a copper foil having a thickness of 14 μm, dried and pressed to obtain an electrode having a thickness of 70 to 80 μm. The density of the obtained electrode was 0.9 to 1.1 g / cm 3 .
A negative electrode was used as a working electrode, and metallic lithium was used as a counter electrode and a reference electrode. As the electrolytic solution, ethylene carbonate / dimethyl carbonate (volume mixing ratio 3: 7) containing 1.2 M / LiPF 6 electrolyte was used. A glass fiber nonwoven fabric was used for the separator. A coin cell was produced in a glove box under an argon atmosphere.
About the obtained half cell of the negative electrode, the charge / discharge test was done using the charge / discharge test apparatus (Toyo System Co., Ltd. make, "TOSCAT"). Lithium doping was performed at a rate of 10 mA / g up to a predetermined capacity (600 mAh / g) at which no metallic lithium was deposited with respect to the active material mass, and was fully charged by completing the doping. Here, the “predetermined capacity at which metallic lithium does not precipitate” refers to the upper limit charging capacity (mAh / g) at which metallic lithium is not precipitated by Li-NMR.
The fully charged negative electrode was subjected to 7 Li nucleus-solid NMR analysis to confirm the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride.

<電池の評価>
・正極の作製
正極活物質としてポリ(4ーメタクリロイルオキシー2、2、6、6ーテトラメチルピペリジンー1ーオキシル)(以下、PTMA)を用いた。24mLの軟膏容器に、溶媒としてN-メチル-2-ピロリドン(NMP)10mLと、PTMA15mgを加えて30分間攪拌し溶解させた。そこへ、導電性カーボンブラック(TIMCAL製、Super P、登録商標)20mg、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(クレハ製、PVDF#2200)18mgを測り取り、自転公転ミキサー(シンキー製、ARE−310)にて攪拌混練することによりスラリーを得た。得られたスラリーを厚み20μmのアルミニウム箔上に塗工し、80℃で乾燥した。乾燥電極を、ロールプレスを使用して圧力をかけて延伸した後に円形に打ち抜き、120℃で12時間真空乾燥することにより正極を得た。
<Battery evaluation>
-Production of positive electrode Poly (4-methacryloyloxy-2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl) (hereinafter referred to as PTMA) was used as a positive electrode active material. In a 24 mL ointment container, 10 mL of N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) as a solvent and 15 mg of PTMA were added and stirred for 30 minutes to dissolve. There, 20 mg of conductive carbon black (manufactured by TIMCAL, Super P, registered trademark) and 18 mg of polyvinylidene fluoride (manufactured by Kureha, PVDF # 2200) as a binder were measured, and a rotating and rotating mixer (manufactured by Sinky, ARE-310) was used. A slurry was obtained by stirring and kneading. The obtained slurry was applied onto an aluminum foil having a thickness of 20 μm and dried at 80 ° C. The dry electrode was stretched by applying pressure using a roll press, punched into a circle, and vacuum dried at 120 ° C. for 12 hours to obtain a positive electrode.

・負極の作製
難黒鉛化炭素質材料94質量部、PVDF(ポリフッ化ビニリデン)6質量部およびNMP(N−メチルピロリドン)90質量部を混合し、スラリーを得た。厚さ14μmの銅箔に、得られたスラリーを塗布し、乾燥後プレスして電極を得た。得られた電極の密度は、0.9〜1.1g/cmであった。
-Preparation of negative electrode 94 mass parts of non-graphitizable carbonaceous materials, 6 mass parts of PVDF (polyvinylidene fluoride), and 90 mass parts of NMP (N-methylpyrrolidone) were mixed, and the slurry was obtained. The obtained slurry was applied to a copper foil having a thickness of 14 μm, dried and pressed to obtain an electrode. The density of the obtained electrode was 0.9 to 1.1 g / cm 3 .

・負極のプレドープ
負極を作用極とし、金属リチウムを対極および参照極として使用した。電解液としては、1.2M/LiPF6電解質を含むエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート(体積混合比3:7)を用いた。セパレータにはガラス繊維不織布を使用した。アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを作製した。
得られた負極ハーフセルについて、充放電試験装置(東洋システム株式会社製、「TOSCAT」)を用いて充放電試験を行った。リチウムのドーピングは、活物質質量に対し金属リチウムが析出しない所定の容量(600mAh/g)まで、10mA/gの速度で行い、ドーピングを終了することにより満充電させた。ここで、「金属リチウムが析出しない所定の容量」とは、Li−NMRで金属リチウムの析出が見られない上限の充電容量を指す。
リチウムイオンのドーピングが完了した後、アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを分解し、負極を取り出した。エチレンカーボネート/ジメチルカーボネート(体積混合比3:7)溶媒で負極を洗浄後、乾燥することでリチウムイオンがプレドープされた負極を得た。
-Negative electrode pre-doping The negative electrode was used as a working electrode, and metallic lithium was used as a counter electrode and a reference electrode. As the electrolytic solution, ethylene carbonate / dimethyl carbonate (volume mixing ratio 3: 7) containing 1.2 M / LiPF 6 electrolyte was used. A glass fiber nonwoven fabric was used for the separator. A coin cell was produced in a glove box under an argon atmosphere.
About the obtained negative electrode half cell, the charging / discharging test was done using the charging / discharging test apparatus (the Toyo System Co., Ltd. make, "TOSCAT"). Lithium doping was performed at a rate of 10 mA / g up to a predetermined capacity (600 mAh / g) at which no metallic lithium was deposited with respect to the active material mass, and was fully charged by completing the doping. Here, the “predetermined capacity at which metallic lithium does not precipitate” refers to an upper limit charging capacity at which metallic lithium is not precipitated by Li-NMR.
After the lithium ion doping was completed, the coin cell was disassembled in a glove box under an argon atmosphere, and the negative electrode was taken out. The negative electrode was washed with an ethylene carbonate / dimethyl carbonate (volume mixing ratio 3: 7) solvent and then dried to obtain a negative electrode pre-doped with lithium ions.

・電池の作製
リチウムイオンをプレドープした負極とPTMAを含む正極の合剤塗工面を、ガラス繊維不織布からなるセパレータを介して対向させた。電解液としては、1.2M/LiPF電解質を含むエチレンカーボネート/ジメチルカーボネート(体積混合比3:7)を用いた。セパレータにはガラス繊維不織布を使用した。アルゴン雰囲気下のグローブボックス内でコインセルを作製した。
-Production of battery The negative electrode pre-doped with lithium ions and the positive electrode mixture containing PTMA were opposed to each other through a separator made of a glass fiber nonwoven fabric. As the electrolytic solution, ethylene carbonate / dimethyl carbonate (volume mixing ratio 3: 7) containing 1.2 M / LiPF 6 electrolyte was used. A glass fiber nonwoven fabric was used for the separator. A coin cell was produced in a glove box under an argon atmosphere.

・充放電試験
得られたコインセルについて、充放電試験装置(東洋システム株式会社製、「TOSCAT」)を用いて充放電試験を行った。まず負極活物質質量に対して充放電をそれぞれ10mA/gの速度で行った。次に、負極活物質質量に対して充電を10mA/gの速度で行った後、放電を50mA/gの速度で行った。10mA/gの速度で放電を行った場合の放電容量を(A)、50mA/gの速度で放電を行った場合の放電容量を(B)とし、放電容量(B)/放電容量(A)の百分率で算出される値を放電容量維持率とした。電池の内部抵抗上昇が抑えられた場合、良好な放電容量維持率(B)/(A)(出力特性)を得ることができる。一方で、負極活物質質量に対して10mA/gの速度で100サイクル充放電を行い、1サイクル目の放電容量を(C)、100サイクル目の放電容量を(D)とした場合の、放電容量(D)/放電容量(C)の百分率で算出される放電容量維持率を求めた。電池の内部抵抗上昇が抑えられて均一な充放電が進行した場合、良好な放電容量維持率(D)/(C)(耐久性)を得ることができる。
-Charging / discharging test About the obtained coin cell, the charging / discharging test was done using the charging / discharging test apparatus (the Toyo System Co., Ltd. make, "TOSCAT"). First, charge / discharge was performed at a rate of 10 mA / g with respect to the mass of the negative electrode active material. Next, after charging the negative electrode active material mass at a rate of 10 mA / g, discharging was performed at a rate of 50 mA / g. The discharge capacity when discharging at a rate of 10 mA / g is (A), the discharge capacity when discharging at a rate of 50 mA / g is (B), and the discharge capacity (B) / discharge capacity (A). The value calculated as a percentage of the discharge capacity maintenance rate. When the increase in the internal resistance of the battery is suppressed, a good discharge capacity retention ratio (B) / (A) (output characteristics) can be obtained. On the other hand, when 100 cycles of charge and discharge are performed at a rate of 10 mA / g with respect to the mass of the negative electrode active material, the discharge capacity at the first cycle is (C) and the discharge capacity at the 100th cycle is (D). The discharge capacity retention ratio calculated as a percentage of capacity (D) / discharge capacity (C) was determined. When the internal resistance increase of the battery is suppressed and uniform charge / discharge proceeds, a good discharge capacity retention ratio (D) / (C) (durability) can be obtained.

実施例2
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
実施例1と同様に調製した炭素前駆体(1)5gと、ポリスチレン(積水化成品工業株式会社製、平均粒子径400μm、残炭率1.2%)0.5gとを混合した。
この混合物5.5gをバッチ型焼成炉中、毎分5Lの窒素流量下、毎分10℃の昇温速度で1290℃まで昇温した後、30分間保持し、自然冷却した。炉内温度が200℃以下に低下したことを確認し、炉内から難黒鉛化炭素質材料を取り出した。上記方法による焼成後に回収された難黒鉛化炭素質材料は4.8gであり、回収率は87%であった。
Example 2
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
5 g of the carbon precursor (1) prepared in the same manner as in Example 1 was mixed with 0.5 g of polystyrene (manufactured by Sekisui Chemical Co., Ltd., average particle size 400 μm, residual carbon ratio 1.2%).
5.5 g of this mixture was heated to 1290 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min under a nitrogen flow rate of 5 L / min in a batch-type baking furnace, then held for 30 minutes and naturally cooled. After confirming that the furnace temperature had dropped to 200 ° C. or lower, the non-graphitizable carbonaceous material was taken out from the furnace. The non-graphitizable carbonaceous material recovered after firing by the above method was 4.8 g, and the recovery rate was 87%.

Li核−固体NMRの分析>
実施例1と同様の方法で満充電された負極を得た。この負極について、Li核−固体NMR分析を行い、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置を確認した。
<Analysis of 7 Li nucleus-solid NMR>
A fully charged negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1. The negative electrode was subjected to 7 Li nucleus-solid NMR analysis, and the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride was confirmed.

<電池の評価>
・正極の作製
実施例1と同様の正極を用いた。
<Battery evaluation>
-Production of positive electrode The same positive electrode as in Example 1 was used.

・負極の作製
実施例1と同様の方法で負極を作製した。
-Production of negative electrode A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1.

・負極のプレドープ
実施例1と同様の方法で負極へのプレドープ処理を実施した。
-Negative electrode pre-doping The pre-doping process to the negative electrode was implemented by the same method as Example 1.

・電池の作製
実施例1と同様の方法で電池を作製した。
-Production of battery A battery was produced in the same manner as in Example 1.

・充放電試験
実施例1と同様の方法で充放電を行い、放電容量(B)/放電容量(A)、及び放電容量(D)/放電容量(C)の百分率で算出される放電容量維持率を求めた。
Charge / discharge test Charge / discharge is carried out in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity is calculated as a percentage of discharge capacity (B) / discharge capacity (A) and discharge capacity (D) / discharge capacity (C). The rate was determined.

実施例3
<炭素前駆体の調製>
約5mm角のフィリピン ミンダナオ島産椰子殻チップ100gを7.4質量%クエン酸水溶液150gに浸漬し、85℃に加温し、3時間加熱した。その後室温まで冷却し、ろ過により脱液した。この操作を6回行い、脱灰を行った。脱灰した椰子殻を真空1Torr下、80℃で24時間乾燥した。このように脱灰した椰子殻チップ20gを坩堝に入れ、光洋サーモ製KTF1100炉(内径70mmΦ)を用いて、酸素含量15ppmの窒素気流3L/分(0.012メートル/秒)の流量下、10℃/分で750℃まで昇温、60分保持した後、6時間かけて冷却し、50℃以下で取り出し、炭化物(炭素前駆体)を得た。
得られた炭素前駆体を、ミキサーミル(ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、MM400)を用いて平均粒子径6μmに粉砕した後、ナノジェットマイザー(株式会社アイシンナノテクノロジーズ製)を用いて分級し、平均粒子径5μmの炭素前駆体(2)を得た。
Example 3
<Preparation of carbon precursor>
About 5 mm square Philippines coconut shell chips 100 g from Mindanao Island were immersed in 150 g of a 7.4% by mass citric acid aqueous solution, heated to 85 ° C., and heated for 3 hours. Thereafter, the mixture was cooled to room temperature and drained by filtration. This operation was performed 6 times and decalcification was performed. The decalcified coconut shell was dried at 80 ° C. under a vacuum of 1 Torr for 24 hours. 20 g of the coconut shell chip thus decalcified was placed in a crucible, and was used under a flow rate of 3 L / min (0.012 m / sec) of nitrogen stream with an oxygen content of 15 ppm using a KTF1100 furnace (inner diameter 70 mmΦ) manufactured by Koyo Thermo. The temperature was raised to 750 ° C./° C./minute and held for 60 minutes, then cooled over 6 hours, and taken out at 50 ° C. or less to obtain a carbide (carbon precursor).
The obtained carbon precursor was pulverized to an average particle size of 6 μm using a mixer mill (manufactured by Vander Scientific Co., Ltd., MM400), and then classified using Nanojet Mizer (manufactured by Aisin Nanotechnology Co., Ltd.). A carbon precursor (2) having an average particle diameter of 5 μm was obtained.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
上記のように調製した炭素前駆体(2)5gを実施例2と同様の方法で焼成した。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.8gであり回収率は87%であった。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
5 g of the carbon precursor (2) prepared as described above was fired in the same manner as in Example 2. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.8 g, and the recovery rate was 87%.

Li核−固体NMRの分析>
実施例1と同様の方法で満充電された負極を得た。この負極について、Li核−固体NMR分析を行い、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置を確認した。
<Analysis of 7 Li nucleus-solid NMR>
A fully charged negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1. The negative electrode was subjected to 7 Li nucleus-solid NMR analysis, and the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride was confirmed.

<電池の評価>
・正極の作製
実施例1と同様の正極を用いた。
<Battery evaluation>
-Production of positive electrode The same positive electrode as in Example 1 was used.

・負極の作製
実施例1と同様の方法で負極を作製した。
-Production of negative electrode A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1.

・負極のプレドープ
実施例1と同様の方法で負極へのプレドープ処理を実施した。
-Negative electrode pre-doping The pre-doping process to the negative electrode was implemented by the same method as Example 1.

・電池の作製
実施例1と同様の方法で電池を作製した。
-Production of battery A battery was produced in the same manner as in Example 1.

・充放電試験
実施例1と同様の方法で充放電を行い、放電容量(B)/放電容量(A)、及び放電容量(D)/放電容量(C)の百分率で算出される放電容量維持率を求めた。
Charge / discharge test Charge / discharge is carried out in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity is calculated as a percentage of discharge capacity (B) / discharge capacity (A) and discharge capacity (D) / discharge capacity (C). The rate was determined.

実施例4
<炭素前駆体の調製>
椰子殻を500℃で乾留した後に破砕し、粒子径約2mmの椰子殻チャーを得た。この椰子殻チャー100gに対して、塩化水素ガス2体積%を含む窒素ガスを18L/分の流量で供給しながら、1150℃で30分間ハロゲン熱処理を実施した。その後、塩化水素ガスの供給のみを停止し、窒素ガスを18L/分の流量で供給しながら、更に1150℃で30分間気相脱酸処理を実施し、難黒鉛化炭素質材料を得た。
得られた難黒鉛化炭素質材料を、ミキサーミル(ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、MM400)を用いて平均粒子径6μmに粉砕した後、ナノジェットマイザー(株式会社アイシンナノテクノロジーズ製)を用いて分級し、平均粒子径5μmの難黒鉛化炭素質材料を得た。
Example 4
<Preparation of carbon precursor>
The coconut shell was carbonized at 500 ° C. and then crushed to obtain an coconut shell char having a particle diameter of about 2 mm. Halogen heat treatment was performed at 1150 ° C. for 30 minutes while supplying nitrogen gas containing 2% by volume of hydrogen chloride gas at a flow rate of 18 L / min to 100 g of this coconut shell char. Thereafter, only the supply of hydrogen chloride gas was stopped, and while supplying nitrogen gas at a flow rate of 18 L / min, vapor phase deoxidation treatment was further performed at 1150 ° C. for 30 minutes to obtain a hardly graphitized carbonaceous material.
The obtained non-graphitizable carbonaceous material was pulverized to an average particle size of 6 μm using a mixer mill (manufactured by Vander Scientific, Inc., MM400), and then nanojet mizer (manufactured by Aisin Nanotechnology Co., Ltd.) was used. Thus, a non-graphitizable carbonaceous material having an average particle diameter of 5 μm was obtained.

Li核−固体NMRの分析>
実施例1と同様の方法で満充電された負極を得た。この負極について、Li核−固体NMR分析を行い、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置を確認した。
<Analysis of 7 Li nucleus-solid NMR>
A fully charged negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1. The negative electrode was subjected to 7 Li nucleus-solid NMR analysis, and the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride was confirmed.

<電池の評価>
・正極の作製
実施例1と同様の正極を用いた。
<Battery evaluation>
-Production of positive electrode The same positive electrode as in Example 1 was used.

・負極の作製
実施例1と同様の方法で負極を作製した。
-Production of negative electrode A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1.

・負極のプレドープ
実施例1と同様の方法で負極へのプレドープ処理を実施した。
-Negative electrode pre-doping The pre-doping process to the negative electrode was implemented by the same method as Example 1.

・電池の作製
実施例1と同様の方法で電池を作製した。
-Production of battery A battery was produced in the same manner as in Example 1.

・充放電試験
実施例1と同様の方法で充放電を行い、放電容量(B)/放電容量(A)、及び放電容量(D)/放電容量(C)の百分率で算出される放電容量維持率を求めた。
Charge / discharge test Charge / discharge is carried out in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity is calculated as a percentage of discharge capacity (B) / discharge capacity (A) and discharge capacity (D) / discharge capacity (C). The rate was determined.

比較例1
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
実施例1と同様に調製した炭素前駆体(1)5gをバッチ型焼成炉中、毎分5Lの窒素流量下、毎分10℃の昇温速度で1020℃まで昇温した後、30分間保持し、自然冷却した。炉内温度が200℃以下に低下したことを確認し、炉内から難黒鉛化炭素質材料を取り出した。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.9gであり回収率は98%であった。
Comparative Example 1
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
5 g of carbon precursor (1) prepared in the same manner as in Example 1 was heated to 1020 ° C. at a heating rate of 10 ° C./min under a 5 L / min nitrogen flow rate in a batch-type firing furnace, and then held for 30 minutes. And cooled naturally. After confirming that the furnace temperature had dropped to 200 ° C. or lower, the non-graphitizable carbonaceous material was taken out from the furnace. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.9 g, and the recovery rate was 98%.

Li核−固体NMRの分析>
実施例1と同様の方法で満充電された負極を得た。この負極について、Li核−固体NMR分析を行い、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置を確認した。
<Analysis of 7 Li nucleus-solid NMR>
A fully charged negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1. The negative electrode was subjected to 7 Li nucleus-solid NMR analysis, and the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride was confirmed.

<電池の評価>
・正極の作製
実施例1と同様の正極を用いた。
<Battery evaluation>
-Production of positive electrode The same positive electrode as in Example 1 was used.

・負極の作製
実施例1と同様の方法で負極を作製した。
-Production of negative electrode A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1.

・負極のプレドープ
満充電容量を650mAh/gとした以外は、実施例1と同様の方法で負極へのプレドープ処理を実施した。
-Pre-doping of negative electrode A pre-doping treatment for the negative electrode was performed in the same manner as in Example 1 except that the full charge capacity was 650 mAh / g.

・電池の作製
実施例1と同様の方法で電池を作製した。
-Production of battery A battery was produced in the same manner as in Example 1.

・充放電試験
実施例1と同様の方法で充放電を行い、放電容量(B)/放電容量(A)、及び放電容量(D)/放電容量(C)の百分率で算出される放電容量維持率を求めた。
Charge / discharge test Charge / discharge is carried out in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity is calculated as a percentage of discharge capacity (B) / discharge capacity (A) and discharge capacity (D) / discharge capacity (C). The rate was determined.

比較例2
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
処理温度を1020℃から1500℃に変更したこと以外は比較例1と同様の方法で難黒鉛化炭素質材料を得た。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.2gであり回収率は84%であった。
Comparative Example 2
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
A non-graphitizable carbonaceous material was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that the treatment temperature was changed from 1020 ° C. to 1500 ° C. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.2 g, and the recovery rate was 84%.

Li核−固体NMRの分析>
比較例1と同様の方法で満充電された負極を得た。この負極について、Li核−固体NMR分析を行い、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置を確認した。
<Analysis of 7 Li nucleus-solid NMR>
A fully charged negative electrode was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. The negative electrode was subjected to 7 Li nucleus-solid NMR analysis, and the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride was confirmed.

<電池の評価>
・正極の作製
実施例1と同様の正極を用いた。
<Battery evaluation>
-Production of positive electrode The same positive electrode as in Example 1 was used.

・負極の作製
実施例1と同様の方法で負極を作製した。
-Production of negative electrode A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1.

・負極のプレドープ
満充電容量を400mAh/gとした以外は、実施例1と同様の方法で負極へのプレドープ処理を実施した。なお、400mAh/gを超えて充電した場合、リチウムが析出したため、ここでは満充電容量を400mAh/gとした。
-Pre-doping of negative electrode A pre-doping treatment for the negative electrode was performed in the same manner as in Example 1 except that the full charge capacity was 400 mAh / g. In addition, when charging exceeding 400 mAh / g, since lithium precipitated, the full charge capacity was 400 mAh / g here.

・電池の作製
実施例1と同様の方法で電池を作製した。
-Production of battery A battery was produced in the same manner as in Example 1.

・充放電試験
実施例1と同様の方法で充放電を行い、放電容量(B)/放電容量(A)、及び放電容量(D)/放電容量(C)の百分率で算出される放電容量維持率を求めた。
Charge / discharge test Charge / discharge is carried out in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity is calculated as a percentage of discharge capacity (B) / discharge capacity (A) and discharge capacity (D) / discharge capacity (C). The rate was determined.

比較例3
<難黒鉛化炭素質材料の調製>
炭素前駆体(1)5gと、ポリスチレン(積水化成品工業株式会社製、平均粒子径400μm、残炭率1.2%)0.5gとを混合したこと以外は、比較例2と同様の方法で難黒鉛化炭素質材料を得た。上記方法による焼成後に回収された難黒鉛化炭素質材料は4.2gであり回収率は76%であった。
Comparative Example 3
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
The same method as Comparative Example 2 except that 5 g of carbon precursor (1) and 0.5 g of polystyrene (manufactured by Sekisui Plastics Co., Ltd., average particle size 400 μm, residual carbon ratio 1.2%) were mixed. A non-graphitizable carbonaceous material was obtained. The hardly graphitized carbonaceous material recovered after firing by the above method was 4.2 g, and the recovery rate was 76%.

Li核−固体NMRの分析>
比較例1と同様の方法で満充電された負極を得た。この負極について、Li核−固体NMR分析を行い、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置を確認した。
<Analysis of 7 Li nucleus-solid NMR>
A fully charged negative electrode was obtained in the same manner as in Comparative Example 1. The negative electrode was subjected to 7 Li nucleus-solid NMR analysis, and the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride was confirmed.

<電池の評価>
・正極の作製
実施例1と同様の正極を用いた。
<Battery evaluation>
-Production of positive electrode The same positive electrode as in Example 1 was used.

・負極の作製
実施例1と同様の方法で負極を作製した。
-Production of negative electrode A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1.

・負極のプレドープ
満充電容量を400mAh/gとした以外は、実施例1と同様の方法で負極へのプレドープ処理を実施した。なお、400mAh/gを超えて充電した場合、リチウムが析出したため、ここでは満充電容量を400mAh/gとした。
-Pre-doping of negative electrode A pre-doping treatment for the negative electrode was performed in the same manner as in Example 1 except that the full charge capacity was 400 mAh / g. In addition, when charging exceeding 400 mAh / g, since lithium precipitated, the full charge capacity was 400 mAh / g here.

・電池の作製
実施例1と同様の方法で電池を作製した。
-Production of battery A battery was produced in the same manner as in Example 1.

・充放電試験
実施例1と同様の方法で充放電を行い、放電容量(B)/放電容量(A)、及び放電容量(D)/放電容量(C)の百分率で算出される放電容量維持率を求めた。
Charge / discharge test Charge / discharge is carried out in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity is calculated as a percentage of discharge capacity (B) / discharge capacity (A) and discharge capacity (D) / discharge capacity (C). The rate was determined.

比較例4
<炭素前駆体の調製>
約5mm角のフィリピン ミンダナオ島産椰子殻チップ20gを坩堝に入れ、光洋サーモ製KTF1100炉(内径70mmΦ)を用いて、酸素含量15ppmの窒素気流3L/分(0.012メートル/秒)の流量下、10℃/分で750℃まで昇温、60分保持した後、6時間かけて冷却し、50℃以下で取り出し、炭化物を得た。得られた炭化物を7.4質量%クエン酸水溶液100gに浸漬し、80℃に加温し、4時間加熱した。その後室温まで冷却し、ろ過により脱液した。この操作を5回行い、脱灰を行った。脱灰した椰子殻を真空1Torr下、80℃で24時間乾燥した。
得られた炭素前駆体を、ミキサーミル(ヴァーダー・サイエンティフィック株式会社製、MM400)を用いて平均粒子径6μmに粉砕した後、ナノジェットマイザー(株式会社アイシンナノテクノロジーズ製)を用いて分級し、平均粒子径5μmの炭素前駆体(4)を得た。
Comparative Example 4
<Preparation of carbon precursor>
About 20 mm square Philippine Mindanao coconut shell chips 20 g are put in a crucible, and using a KTF1100 furnace (inner diameter 70 mmΦ) manufactured by Koyo Thermo under a flow of nitrogen of 3 L / min (0.012 m / sec) with an oxygen content of 15 ppm. The temperature was raised to 750 ° C. at 10 ° C./min and held for 60 minutes, then cooled over 6 hours, and taken out at 50 ° C. or less to obtain a carbide. The obtained carbide was immersed in 100 g of a 7.4% by mass citric acid aqueous solution, heated to 80 ° C., and heated for 4 hours. Thereafter, the mixture was cooled to room temperature and drained by filtration. This operation was performed 5 times and decalcification was performed. The decalcified coconut shell was dried at 80 ° C. under a vacuum of 1 Torr for 24 hours.
The obtained carbon precursor was pulverized to an average particle size of 6 μm using a mixer mill (manufactured by Vander Scientific Co., Ltd., MM400), and then classified using Nanojet Mizer (manufactured by Aisin Nanotechnology Co., Ltd.). A carbon precursor (4) having an average particle diameter of 5 μm was obtained.

<難黒鉛化炭素質材料の調製>
上記のように調製した炭素前駆体(4)5gを比較例3と同様の方法で焼成した。回収された難黒鉛化炭素質材料は4.3gであり回収率は78%であった。
<Preparation of non-graphitizable carbonaceous material>
5 g of the carbon precursor (4) prepared as described above was fired in the same manner as in Comparative Example 3. The recovered non-graphitizable carbonaceous material was 4.3 g, and the recovery rate was 78%.

Li核−固体NMRの分析>
実施例1と同様の方法で満充電された負極を得た。この負極について、Li核−固体NMR分析を行い、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置を確認した。
<Analysis of 7 Li nucleus-solid NMR>
A fully charged negative electrode was obtained in the same manner as in Example 1. The negative electrode was subjected to 7 Li nucleus-solid NMR analysis, and the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride was confirmed.

<電池の評価>
・正極の作製
実施例1と同様の正極を用いた。
<Battery evaluation>
-Production of positive electrode The same positive electrode as in Example 1 was used.

・負極の作製
実施例1と同様の方法で負極を作製した。
-Production of negative electrode A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1.

・負極のプレドープ
満充電容量を400mAh/gとした以外は、実施例1と同様の方法で負極へのプレドープ処理を実施した。なお、400mAh/gを超えて充電した場合、リチウムが析出したため、ここでは満充電容量を400mAh/gとした。
-Pre-doping of negative electrode A pre-doping treatment for the negative electrode was performed in the same manner as in Example 1 except that the full charge capacity was 400 mAh / g. In addition, when charging exceeding 400 mAh / g, since lithium precipitated, the full charge capacity was 400 mAh / g here.

・電池の作製
実施例1と同様の方法で電池を作製した。
-Production of battery A battery was produced in the same manner as in Example 1.

・充放電試験
実施例1と同様の方法で充放電を行い、放電容量(B)/放電容量(A)、及び放電容量(D)/放電容量(C)の百分率で算出される放電容量維持率を求めた。
Charge / discharge test Charge / discharge is carried out in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity is calculated as a percentage of discharge capacity (B) / discharge capacity (A) and discharge capacity (D) / discharge capacity (C). The rate was determined.

比較例5
Li核−固体NMRの分析>
難黒鉛化炭素質材料のかわりに平均粒径10μmの人造黒鉛粒子を用いたこと以外は、比較例1と同様の方法で満充電された黒鉛材料を得た。この黒鉛材料について、Li核−固体NMR分析を行い、塩化リチウムを基準とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置を確認した。
Comparative Example 5
<Analysis of 7 Li nucleus-solid NMR>
A fully charged graphite material was obtained in the same manner as in Comparative Example 1 except that artificial graphite particles having an average particle size of 10 μm were used instead of the non-graphitizable carbonaceous material. The graphite material was subjected to 7 Li nucleus-solid NMR analysis to confirm the main resonance peak position of the chemical shift value based on lithium chloride.

<電池の評価>
・正極の作製
実施例1と同様の正極を用いた。
<Battery evaluation>
-Production of positive electrode The same positive electrode as in Example 1 was used.

・負極の作製
実施例1と同様の方法で負極を作製した。
-Production of negative electrode A negative electrode was produced in the same manner as in Example 1.

・負極のプレドープ
満充電容量を400mAh/gとした以外は、実施例1と同様の方法で負極へのプレドープ処理を実施した。
-Pre-doping of negative electrode A pre-doping treatment for the negative electrode was performed in the same manner as in Example 1 except that the full charge capacity was 400 mAh / g.

・電池の作製
実施例1と同様の方法で電池を作製した。
-Production of battery A battery was produced in the same manner as in Example 1.

・充放電試験
実施例1と同様の方法で充放電を行い、放電容量(B)/放電容量(A)、及び放電容量(D)/放電容量(C)の百分率で算出される放電容量維持率を求めた。
Charge / discharge test Charge / discharge is carried out in the same manner as in Example 1, and the discharge capacity is calculated as a percentage of discharge capacity (B) / discharge capacity (A) and discharge capacity (D) / discharge capacity (C). The rate was determined.

各実施例および各比較例における炭素質材料の製造条件、得られた炭素質材料の物性の評価結果および電池特性の評価結果を、それぞれ以下の各表に示す。
本発明の負極を用いて作製した電池は、高い出力特性と共に、高い耐久性を示した。一方、各比較例の炭素質材料を用いて作製した電池では、出力特性と耐久性が十分であるとは言えなかった。
The production conditions of the carbonaceous material in each example and each comparative example, the evaluation results of the physical properties of the obtained carbonaceous material, and the evaluation results of the battery characteristics are shown in the following tables, respectively.
A battery produced using the negative electrode of the present invention exhibited high durability as well as high output characteristics. On the other hand, in the battery produced using the carbonaceous material of each comparative example, it could not be said that output characteristics and durability were sufficient.

Figure 2019036506
Figure 2019036506

Figure 2019036506
Figure 2019036506

本発明の有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極、及び該負極を用いた電池によると、電池の内部抵抗上昇を抑えることができ高い出力特性および高い耐久性が得られる。従って、例えばハイブリッド自動車(HEV)および電気自動車(EV)などの車載用途に好適に用いることができる。   According to the battery negative electrode including the positive electrode using the organic compound of the present invention as an active material and the battery using the negative electrode, an increase in the internal resistance of the battery can be suppressed, and high output characteristics and high durability can be obtained. Therefore, it can be suitably used for in-vehicle applications such as a hybrid vehicle (HEV) and an electric vehicle (EV).

Claims (5)

難黒鉛化炭素質材料を含む負極であって、満充電状態としたときに前記難黒鉛化炭素質材料のLi核−固体NMR分析により観測される塩化リチウムを基準物質とする化学シフト値の主共鳴ピーク位置が115ppmより大きい、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池用負極。 A negative electrode containing a non-graphitizable carbonaceous material having a chemical shift value with lithium chloride as a reference substance observed by 7 Li nucleus-solid NMR analysis of the non-graphitizable carbonaceous material when fully charged A negative electrode for a battery comprising a positive electrode having an organic compound as an active material, the main resonance peak position of which is greater than 115 ppm. 前記難黒鉛化炭素質材料の広角X線回折法によるBragg式を用いて算出される(002)面の平均面間隔d002は0.36〜0.42nmの範囲にある、請求項1に記載の負極。 2. The average interplanar spacing d 002 of the (002) plane calculated by using the Bragg equation by wide-angle X-ray diffraction of the non-graphitizable carbonaceous material is in the range of 0.36 to 0.42 nm. Negative electrode. 前記難黒鉛化炭素質材料は植物起源の炭素前駆体に由来する、請求項1または2に記載の負極。   The negative electrode according to claim 1, wherein the non-graphitizable carbonaceous material is derived from a plant-derived carbon precursor. カリウム元素含量が0.1質量%以下であり、鉄元素含量が0.02質量%以下である、請求項1〜3のいずれかに記載の負極。   The negative electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein the potassium element content is 0.1 mass% or less and the iron element content is 0.02 mass% or less. 請求項1〜4のいずれかに記載の負極を含んでなる、有機化合物を活物質とした正極を含んでなる電池。   A battery comprising a negative electrode according to any one of claims 1 to 4, comprising a positive electrode using an organic compound as an active material.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2010140512A1 (en) * 2009-06-02 2010-12-09 日本電気株式会社 Electricity storage device
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