JPH06236754A - Negative electrode material, its manufacture, and lithium secondary battery - Google Patents

Negative electrode material, its manufacture, and lithium secondary battery

Info

Publication number
JPH06236754A
JPH06236754A JP5343889A JP34388993A JPH06236754A JP H06236754 A JPH06236754 A JP H06236754A JP 5343889 A JP5343889 A JP 5343889A JP 34388993 A JP34388993 A JP 34388993A JP H06236754 A JPH06236754 A JP H06236754A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
negative electrode
carbon
aromatic
electrode material
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5343889A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Akihiro Mabuchi
昭弘 馬淵
Katsuhisa Tokumitsu
勝久 徳満
Hiroyuki Fujimoto
宏之 藤本
Takanori Kakazu
隆敬 嘉数
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.)
Osaka Gas Co Ltd
Original Assignee
Osaka Gas Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osaka Gas Co Ltd filed Critical Osaka Gas Co Ltd
Priority to JP5343889A priority Critical patent/JPH06236754A/en
Publication of JPH06236754A publication Critical patent/JPH06236754A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

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

Landscapes

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

Abstract

PURPOSE:To remarkably improve the discharge capacity per unit volume by containing a carbon material of a specified atomic ratio or more in the reaction quantity of lithium to carbon when a negative electrode material for lithium secondary battery is reacted with n-butyl lithium. CONSTITUTION:A negative electrode 3 is formed by the use of a carbon material in which the reaction quantity of lithium Li to carbon C when a carbonizable maternal is baked at a temperature less than 1000 deg.C in nonoxidizing atmosphere, carbonized, and reacted with n-butyl lithium is an atomic ratio Li/C=0.001 or more. A separator 2 consisting of a porous polypropylene nonwoven fabric is impregnated with an nonaqueous solvent electrolyte, and nipped between the negative electrode 3 and a positive electrode 1 formed of a positive electrode active material such as V2O5. This is housed in a case 4 through a current collector 6 such as nickel mesh, and sealed by a sealing plate 5 through an insulating packing 7 to form a lithium secondary battery.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、極めて大きな放電容量
を有するリチウム二次電池の負極材とその製造方法、お
よび負極材を用いたリチウム二次電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a negative electrode material for a lithium secondary battery having an extremely large discharge capacity, a method for producing the same, and a lithium secondary battery using the negative electrode material.

【0002】[0002]

【従来の技術】リチウム二次電池は、高エネルギー密度
型二次電池の一種として注目されている。前記リチウム
二次電池においては、負極活物質としてリチウム、正極
活物質として金属カルコゲン化物や金属酸化物が用いら
れ、電解液として非プロトン性有機溶媒に種々の塩を溶
解させた電解液が使用されている。また、リチウム二次
電池は起電力とエネルギー密度が高く、分散型、可搬型
電池として、電子機器、電気機器、電気自動車、電力貯
蔵などの広い分野での用途が期待されている。
2. Description of the Related Art Lithium secondary batteries have attracted attention as a type of high energy density secondary batteries. In the lithium secondary battery, lithium is used as the negative electrode active material, metal chalcogenide or metal oxide is used as the positive electrode active material, and an electrolytic solution prepared by dissolving various salts in an aprotic organic solvent is used as the electrolytic solution. ing. Further, the lithium secondary battery has high electromotive force and energy density, and is expected to be used as a distributed or portable battery in a wide range of fields such as electronic devices, electric devices, electric vehicles, and power storage.

【0003】しかし、従来のリチウム二次電池では、負
極活物質として箔状などの金属リチウム単体を用いる場
合が多いので、種々の問題が生じる。すなわち、金属リ
チウム単体を用いると、充放電の繰返しにより、電極表
面に樹枝状のリチウムデンドライトが析出する。しか
も、樹枝状のリチウムデンドライトは隔膜を貫通して成
長し、正極との間で短絡する危険性が大きい。そのた
め、充放電のサイクル寿命が短い。
However, in the conventional lithium secondary battery, since a metallic lithium simple substance such as a foil is often used as the negative electrode active material, various problems occur. That is, when a metallic lithium simple substance is used, dendritic lithium dendrites are deposited on the electrode surface due to repeated charging and discharging. Moreover, the dendritic lithium dendrite grows through the diaphragm, and there is a high risk of short circuit with the positive electrode. Therefore, the charge / discharge cycle life is short.

【0004】そこで、アルミニウムや、鉛、カドミウム
およびインジウムを含む可融性合金を用い、充電時にリ
チウムを合金として析出させ、放電時には合金からリチ
ウムを溶出させる方法が提案されている(米国特許第4
002492号明細書)。この方法では、樹枝状のリチ
ウムの析出は防止できるものの、電極としての加工性が
低下する。また、単位重量又は単位容積当りのエネルギ
ー密度が低下し、金属の劣化に伴なって寿命が低下す
る。
Therefore, a method has been proposed in which a fusible alloy containing aluminum, lead, cadmium and indium is used to deposit lithium as an alloy during charging and to elute lithium from the alloy during discharging (US Pat. No. 4).
No. 002492). Although this method can prevent the deposition of dendritic lithium, it deteriorates the workability as an electrode. Further, the energy density per unit weight or unit volume is lowered, and the life is shortened as the metal is deteriorated.

【0005】近年、このような課題を解決するため、リ
チウムを黒鉛などの各種の炭素材に担持させる研究が盛
んに行なわれている。しかし、リチウム金属を負極材と
して用いた場合には、理論容量が約3800Ah/kg
(リチウム金属ベース)であるのに対して、黒鉛にリチ
ウムを担持させたリチウム二次電池の理論的な容量は、
組成C6 Liから求めると、372Ah/kg(炭素ベ
ース)程度である。従って、炭素材にリチウムを担持さ
せた負極材を用いても、372Ah/kg(炭素ベー
ス)という容量は、必ずしも十分に高い容量であるとは
言えない。そのため、従来から提案されている黒鉛層間
化合物としても、リチウムの貯蔵能が小さく、リチウム
二次電池の容量が小さいという問題がある。
[0005] In recent years, in order to solve such problems, researches for supporting lithium on various carbon materials such as graphite have been actively conducted. However, when lithium metal is used as the negative electrode material, the theoretical capacity is about 3800 Ah / kg.
(Lithium metal base), the theoretical capacity of a lithium secondary battery in which graphite is loaded with lithium is
When calculated from the composition C 6 Li, it is about 372 Ah / kg (carbon base). Therefore, even if a negative electrode material in which lithium is supported on a carbon material is used, the capacity of 372 Ah / kg (carbon base) is not necessarily a sufficiently high capacity. Therefore, even the graphite intercalation compounds that have been conventionally proposed have a problem that the lithium storage capacity is low and the capacity of the lithium secondary battery is low.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、デンドライトの生成がなく、安全性が高いだけでな
く、単位体積当りの放電容量が大きな負極材、およびリ
チウム二次電池を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a negative electrode material which does not generate dendrites, has high safety, and has a large discharge capacity per unit volume, and a lithium secondary battery. Especially.

【0007】本発明の他の目的は、前記の如き優れた特
性を有する負極材を効率よく製造できる方法を提供する
ことにある。
Another object of the present invention is to provide a method for efficiently producing a negative electrode material having the above-mentioned excellent properties.

【0008】[0008]

【発明の構成】本発明者らは、前記目的を達成するため
鋭意検討の結果、炭化可能な材料を、比較的低温で焼成
して炭化すると、生成した炭素材に数多くの構造欠陥が
生じること、このような炭素材のなかでn−ブチルリチ
ウムとの反応性を示す炭素材が意外にも二次電池の容量
が著しく増大することを見いだし、本発明を完成した。
The present inventors have made earnest studies to achieve the above-mentioned object, and as a result, when carbonizing a carbonizable material by firing at a relatively low temperature, many structural defects are generated in the generated carbon material. Among these carbon materials, it was found that a carbon material showing reactivity with n-butyllithium surprisingly significantly increases the capacity of the secondary battery, and has completed the present invention.

【0009】すなわち、本発明のリチウム二次電池用負
極材は、n−ブチルリチウムと反応させたとき、炭素C
に対するリチウムLiの反応量が、原子比Li/C=
0.001以上である炭素材を含んでいる。
That is, the negative electrode material for a lithium secondary battery of the present invention contains carbon C when reacted with n-butyllithium.
The reaction amount of lithium Li with respect to the atomic ratio Li / C =
It contains a carbon material of 0.001 or more.

【0010】また、本発明のリチウム二次電池は、前記
負極材を備えている。
Further, the lithium secondary battery of the present invention comprises the above negative electrode material.

【0011】さらに、本発明の方法では、炭化可能な材
料を、非酸化性雰囲気中、1000℃以下の温度で焼成
して炭化し、n−ブチルリチウムと反応させたとき、炭
素Cに対するリチウムLiの反応量が、原子比Li/C
=0.001以上である炭素材を用いて負極材を製造す
る。
Further, according to the method of the present invention, when a carbonizable material is fired in a non-oxidizing atmosphere at a temperature of 1000 ° C. or less to carbonize and react with n-butyllithium, lithium Li to carbon C is added. The reaction amount of the atomic ratio Li / C
A negative electrode material is manufactured using a carbon material having a value of 0.001 or more.

【0012】なお、本明細書において、「炭化」とは、
炭素質化可能な温度以上であり、かつ1000℃以下の
温度で焼成して炭素材を得る全ての処理を言う。「樹
脂」には、重合度の低いオリゴマー領域の樹脂を含む樹
脂組成物も含まれる。
In this specification, "carbonization" means
It refers to all the treatments to obtain a carbon material by firing at a temperature that is higher than the temperature at which carbonization is possible and is 1000 ° C. or lower. The “resin” also includes a resin composition containing a resin in an oligomer region having a low degree of polymerization.

【0013】以下に、必要に応じて添付図面を参照しつ
つ、本発明をより詳細に説明する。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings as needed.

【0014】本発明の負極材に含まれる前記炭素材は、
(A)n−ブチルリチウムと反応させたとき、炭素Cに
対するリチウムLiの反応量が、原子比Li/C=0.
001以上、好ましくは0.003〜3.0、さらに好
ましくは0.005〜3.0(例えば、0.005〜
1.0程度)であり、リチウム二次電池の負極材として
有用である。リチウムとの反応活性の高いこのような炭
素材は結晶部分よりも非晶質部分の割合が大きいため
か、放電容量を高めることができる。
The carbon material contained in the negative electrode material of the present invention is
(A) When reacted with n-butyllithium, the reaction amount of lithium Li with respect to carbon C has an atomic ratio of Li / C = 0.
001 or more, preferably 0.003 to 3.0, more preferably 0.005 to 3.0 (for example, 0.005 to 3.0).
1.0) and is useful as a negative electrode material for lithium secondary batteries. It is possible to increase the discharge capacity, probably because such a carbon material having a high reaction activity with lithium has a larger proportion of an amorphous portion than a crystalline portion.

【0015】なお、黒鉛などの積層構造を有する炭素材
料は、一般に、n−ブチルリチウムとインターカレーシ
ョン反応が生じないと報告されている(J. Electroche
m. Soc., Vol. 124, 1387-1388 )。しかし、本発明者
らは、炭素材のうちn−ブチルリチウムと反応し、炭素
中にリチウムが取込まれる炭素材が存在すること、この
ような炭素材をリチウム二次電池の負極材として使用す
ると、放電容量が著しく増大することを見いだした。な
お、炭素材とn−ブチルリチウムとの反応性が高くなる
につれて、リチウム二次電池の放電容量が増大するとは
限らず、前記原子比Li/Cを示す炭素材であれば、高
い放電容量が得られる。
It has been reported that carbon materials having a laminated structure such as graphite do not generally cause an intercalation reaction with n-butyllithium (J. Electroche
m. Soc., Vol. 124, 1387-1388). However, the present inventors have found that among carbon materials, there is a carbon material that reacts with n-butyllithium to incorporate lithium into the carbon, and such carbon material is used as a negative electrode material of a lithium secondary battery. Then, it was found that the discharge capacity remarkably increased. It should be noted that the discharge capacity of the lithium secondary battery does not always increase as the reactivity of the carbon material with n-butyllithium increases, and that the carbon material having the atomic ratio Li / C has a high discharge capacity. can get.

【0016】炭素材に対するn−ブチルリチウムの反応
量は、例えば、所定濃度のn−ブチルリチウムの有機溶
媒溶液に所定量の炭素材を添加し、適当な時間(例え
ば、1〜6時間程度)撹拌させて反応させ、未反応のn
−ブチルリチウムを水の添加により分解し、生成した水
酸化リチウムを、塩酸などの酸を用いて滴定することに
より、算出することができる。
The reaction amount of n-butyllithium with respect to the carbon material is, for example, by adding a predetermined amount of the carbon material to an organic solvent solution of n-butyllithium having a predetermined concentration, and at an appropriate time (for example, about 1 to 6 hours). Stir to react and react with unreacted n
It can be calculated by decomposing butyl lithium by adding water and titrating the produced lithium hydroxide with an acid such as hydrochloric acid.

【0017】好ましい前記炭素材は、(B)ラマンスペ
クトルにおいて、1360cm-1におけるピークと15
80cm-1におけるピークとの強度比R=I1360/I
1580=0.4以上、好ましくは0.4〜2.0、さらに
好ましくは0.6〜1.2程度である。なお、ラマンス
ペクトルにおいてグラファイト結晶では1580cm-1
に吸収線が現われ、構造欠陥などにより平面の対称性が
低下すると、非晶質部に由来して1360cm-1に吸収
線が現われる。そのため、前記強度比Rが0.4未満で
あると、リチウム二次電池の放電容量が小さくなる。
The preferred carbonaceous material is (B) Raman spectrum which has a peak at 1360 cm -1 and a peak at 15
Intensity ratio with peak at 80 cm −1 R = I 1360 / I
1580 = 0.4 or more, preferably 0.4 to 2.0, more preferably about 0.6 to 1.2. The Raman spectrum of the graphite crystal was 1580 cm -1.
The absorption line appears at 1, and when the plane symmetry is reduced due to a structural defect or the like, the absorption line appears at 1360 cm −1 due to the amorphous portion. Therefore, when the intensity ratio R is less than 0.4, the discharge capacity of the lithium secondary battery becomes small.

【0018】また、本発明の炭素材の(C)BET比表
面積は70m2 /g以下、好ましくは50m2 /g以
下、さらに好ましくは40m2 /g以下である。BET
比表面積は、例えば、0.1〜40m2 /g、好ましく
は0.5〜35m2 /g程度である場合が多い。比表面
積が70m2 /gを越えると、リチウム二次電池の放電
容量が低下し易い。
The (C) BET specific surface area of the carbon material of the present invention is 70 m 2 / g or less, preferably 50 m 2 / g or less, more preferably 40 m 2 / g or less. BET
The specific surface area is, for example, 0.1 to 40 m 2 / g, preferably 0.5 to 35 m 2 / g in many cases. When the specific surface area exceeds 70 m 2 / g, the discharge capacity of the lithium secondary battery tends to decrease.

【0019】さらに、本発明の負極材に含まれる炭素材
は、前記特性に加えて、次のような特性を示す場合が多
い。
Further, the carbonaceous material contained in the negative electrode material of the present invention often exhibits the following characteristics in addition to the above characteristics.

【0020】(D)炭素材の種類により変動するが、X
線広角回折による平均格子定数d(002)は、3.4
オングストローム以上(例えば、3.4〜3.6オング
ストローム程度)である。平均格子定数d(002)が
3.4オングストローム未満であると、リチウム二次電
池の放電容量が低下する場合がある。
(D) X depends on the type of carbon material,
The average lattice constant d (002) by wide-angle diffraction is 3.4.
It is angstrom or more (for example, about 3.4 to 3.6 angstrom). If the average lattice constant d (002) is less than 3.4 Å, the discharge capacity of the lithium secondary battery may decrease.

【0021】(E)比重瓶法(JIS R7212)に
よる真比重は1.8g/cc以下(例えば、1.3〜
1.8g/cc程度)である。真比重が1.8g/cc
を越えると、リチウム二次電池の放電容量が低下する場
合がある。
(E) The true specific gravity according to the specific gravity bottle method (JIS R7212) is 1.8 g / cc or less (for example, 1.3 to
It is about 1.8 g / cc). True specific gravity is 1.8g / cc
If it exceeds, the discharge capacity of the lithium secondary battery may decrease.

【0022】(F)炭素材の種類により異なるが、炭素
/水素の原子比C/Hは、2〜40(例えば、2〜2
5、好ましくは3〜15程度)である。原子比C/Hが
2未満であると、電極としての導電性が低下し易く、4
0を越えるとリチウム二次電池の放電容量が低下する場
合がある。
(F) The carbon / hydrogen atomic ratio C / H varies from 2 to 40 (for example, from 2 to 2) although it depends on the type of carbon material.
5, preferably about 3 to 15). When the atomic ratio C / H is less than 2, the conductivity as an electrode is likely to be lowered.
If it exceeds 0, the discharge capacity of the lithium secondary battery may decrease.

【0023】なお、炭化可能な材料として樹脂を用いた
炭素材の原子比C/Hは、通常、10以下、好ましくは
4.0〜9.5程度である場合が多い。また、炭化可能
な材料として微小粒子を用いた炭素材の原子比C/H
は、通常、2〜10、好ましくは3〜9程度である場合
が多い。
The atomic ratio C / H of the carbon material using a resin as the carbonizable material is usually 10 or less, preferably about 4.0 to 9.5 in many cases. Further, the atomic ratio C / H of the carbon material using fine particles as the carbonizable material
Is usually about 2 to 10, preferably about 3 to 9.

【0024】(G)ESR(Electron Spin Resonance
)スペクトルにおいて単一の吸収スペクトルを示す場
合もある。この単一の吸収スペクトルの線幅は、通常、
1〜5ガウス(例えば、1〜3.5ガウス、好ましくは
2〜3ガウス程度)である。
(G) ESR (Electron Spin Resonance
) Sometimes there is a single absorption spectrum in the spectrum. The linewidth of this single absorption spectrum is usually
It is 1 to 5 gauss (for example, 1 to 3.5 gauss, preferably about 2 to 3 gauss).

【0025】(H)炭素材が単一の吸収スペクトルを示
す炭素質粒子である場合、炭素材の平均粒子径は、0.
5〜1.5μm程度、累積度数分布90体積%における
粒子径は0.8〜3.5μm程度である。
(H) When the carbon material is carbonaceous particles exhibiting a single absorption spectrum, the average particle diameter of the carbon material is 0.
The particle size is about 5 to 1.5 μm, and the particle size at a cumulative frequency distribution of 90% by volume is about 0.8 to 3.5 μm.

【0026】前記炭素材は、前記特性を有する限り、種
々の炭化可能な材料の炭化物で構成できるが、好ましく
は(a)芳香族成分が架橋剤により架橋した芳香族樹脂
の焼成物、(b)メソカーボンマイクロビーズの焼成
物、(c)ESRスペクトルにおいて線幅1〜5ガウス
の単一の吸収スペクトルを示す炭素質粒子、および
(d)石炭系又は石油系ピッチの焼成物から選ばれた少
なくとも一種の炭化物で構成される。(b)メソカーボ
ンマイクロビーズの焼成により得られる炭化物の場合に
は、電極作製時の簡便性、電極特性を考慮すると、粒度
分布は、累積度数分布10体積%(D10)で0.1〜1
0μm(好ましくは0.5〜5μm)、累積度数分布5
0体積%(D50)で2〜80μm(好ましくは2〜50
μm)、累積度数分布90体積%(D90)で15〜90
μm(好ましくは20〜85μm)程度であるのが好ま
しい。このような粒度分布において、単一のピークに限
らず、2以上の複数のピークが存在していてもよい。な
お、このような粒度分布を有する炭化物は、分級及び/
又は粉砕操作により得ることができる。
The carbonaceous material can be composed of carbides of various carbonizable materials as long as it has the above-mentioned characteristics, but preferably (a) a fired product of an aromatic resin obtained by crosslinking an aromatic component with a crosslinking agent, (b) ) Selected from a calcined product of mesocarbon microbeads, (c) a carbonaceous particle exhibiting a single absorption spectrum with a line width of 1 to 5 gauss in the ESR spectrum, and (d) a calcined product of coal-based or petroleum-based pitch. It is composed of at least one kind of carbide. (B) In the case of a carbide obtained by firing mesocarbon microbeads, considering the ease of electrode preparation and the electrode characteristics, the particle size distribution is 0.1 to 1 with a cumulative frequency distribution of 10% by volume (D10).
0 μm (preferably 0.5 to 5 μm), cumulative frequency distribution 5
2% to 80 μm (preferably 2 to 50) at 0% by volume (D50)
μm), cumulative frequency distribution 90% by volume (D90) 15 to 90
It is preferably about μm (preferably 20 to 85 μm). In such a particle size distribution, not only a single peak but also two or more peaks may be present. The carbide having such a particle size distribution is classified and / or
Alternatively, it can be obtained by a crushing operation.

【0027】前記炭素質粒子(c)の平均粒子径は、例
えば、0.5〜1.5μm、累積度数分布90体積%に
おける粒子径は、例えば0.8〜3.5μm程度であ
る。
The average particle size of the carbonaceous particles (c) is, for example, 0.5 to 1.5 μm, and the particle size in a cumulative frequency distribution of 90% by volume is, for example, about 0.8 to 3.5 μm.

【0028】本発明の方法では、炭化可能な材料を、非
酸化性雰囲気中、比較的低温で焼成して炭化する負極材
を製造する。
In the method of the present invention, a carbonizable material is fired in a non-oxidizing atmosphere at a relatively low temperature to produce a negative electrode material which is carbonized.

【0029】炭化可能な材料としては、炭素材の原料と
なりうる種々の材料、例えば、炭化可能なポリマー(フ
ェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアクリロニトリル、レ
ーヨン、セルロースなど)、炭素質粉粒体(例えば、前
記メソカーボンマイクロビーズ(b)や炭素質粒子
(c)など)、(d)石油又は石炭系ピッチなどが含ま
れる。
As the carbonizable material, various materials that can be used as raw materials for carbon materials, for example, carbonizable polymers (phenolic resin, furan resin, polyacrylonitrile, rayon, cellulose, etc.), carbonaceous powders (eg, The mesocarbon microbeads (b), carbonaceous particles (c), etc.) and (d) petroleum or coal pitch are included.

【0030】好ましい材料には、炭化可能なポリマー、
特に(a)芳香族成分が架橋剤により架橋した芳香族樹
脂、炭素質粉粒体、特に(b)メソカーボンマイクロビ
ーズ、および(c)ESRスペクトルにおいて線幅0.
5〜3.0ガウスの単一の吸収スペクトルを示す炭素質
粒子、および(d)石炭系又は石油系ピッチが含まれ
る。前記炭素質粒子(c)の平均粒子径は、例えば、
0.5〜1.5μm、累積度数分布90体積%における
粒子径は0.8〜3.5μm程度である。
Preferred materials include carbonizable polymers,
In particular, (a) an aromatic resin in which an aromatic component is crosslinked with a crosslinking agent, carbonaceous powder, particularly (b) mesocarbon microbeads, and (c) a line width of 0.
Included are carbonaceous particles exhibiting a single absorption spectrum of 5 to 3.0 Gauss, and (d) coal-based or petroleum-based pitch. The average particle size of the carbonaceous particles (c) is, for example,
The particle size at 0.5 to 1.5 μm and 90% by volume of the cumulative frequency distribution is about 0.8 to 3.5 μm.

【0031】前記芳香族樹脂(a)は、芳香族成分と架
橋剤とを酸触媒の存在下で反応させることにより得るこ
とができる。前記芳香族樹脂は、炭化可能ないわゆるC
OPNA樹脂からなる炭素前駆体を構成する。そのた
め、芳香族成分としては、COPNA樹脂からなる炭素
前駆体を構成する成分が使用される。
The aromatic resin (a) can be obtained by reacting an aromatic component with a crosslinking agent in the presence of an acid catalyst. The aromatic resin is a so-called carbonizable C
It constitutes a carbon precursor made of OPNA resin. Therefore, as the aromatic component, a component forming a carbon precursor composed of a COPNA resin is used.

【0032】前記芳香族成分としては、例えば、ナフタ
レン、アズレン、インダセン、フルオレン、フルオラン
テン、アセナフテン、アセナフチレン、アントラセン、
フェナントレン、トリフェニレン、ピレン、クリセン、
ナフタセン、ピセン、ベンゾフェナントレン、ペリレ
ン、ベンゾピレン、ペンタフェン、ペンタセン、ヘキサ
セン、コロネン、ヘプタセンなどの2以上の炭素6員環
を有する縮合多環式炭化水素;インドール、イソインド
ール、イソキノリン、キノリン、フタラジン、カルバゾ
ール、アクリジン、フェナジン、フェナントロジンなど
の、窒素原子、硫黄原子や酸素原子などをヘテロ原子と
して含む3環以上の複素環と芳香族炭素とが縮合した縮
合複素環化合物;アントラセン油、脱晶アントラセン
油、ナフタレン油、メチルナフタレン油、クレオソート
油、エチレンボトム油、カルボル油、ソルベントナフサ
などの石炭系又は石油系の重質油;タール、ピッチ、水
素化ピッチなどが挙げられる。これらの芳香族成分は、
一種又は二種以上使用することができる。
Examples of the aromatic component include naphthalene, azulene, indacene, fluorene, fluoranthene, acenaphthene, acenaphthylene, anthracene,
Phenanthrene, triphenylene, pyrene, chrysene,
Condensed polycyclic hydrocarbons having two or more carbon 6-membered rings such as naphthacene, picene, benzophenanthrene, perylene, benzopyrene, pentaphene, pentacene, hexacene, coronene, heptacene; indole, isoindole, isoquinoline, quinoline, phthalazine, carbazole. , Acridine, phenazine, phenanthrazine, and the like, condensed heterocyclic compounds in which three or more heterocycles containing a nitrogen atom, a sulfur atom, an oxygen atom, etc. as heteroatoms and an aromatic carbon are condensed; anthracene oil, decrystallized anthracene Oils, naphthalene oil, methylnaphthalene oil, creosote oil, ethylene bottom oil, carbole oil, heavy oil of petroleum type such as solvent naphtha; tar, pitch, hydrogenated pitch and the like. These aromatic components are
One kind or two or more kinds can be used.

【0033】芳香族成分は、架橋反応に悪影響を及ぼさ
ない置換基、例えば、ハロゲン原子、アルキル基、ヒド
ロキシル基、アルコキシ基、カルボキシル基やアルコキ
シカルボニル基などを有していてもよい。さらに、ビフ
ェニル、ビナフタレンなどの環集合化合物と併用しても
よい。
The aromatic component may have a substituent which does not adversely affect the crosslinking reaction, for example, a halogen atom, an alkyl group, a hydroxyl group, an alkoxy group, a carboxyl group or an alkoxycarbonyl group. Further, it may be used in combination with a ring assembly compound such as biphenyl or binaphthalene.

【0034】好ましい芳香族成分には、2以上の芳香
環、特に3以上の芳香環を有する化合物やこれらの水素
化物(例えば水素化ピッチなど)が含まれる。
Preferred aromatic components include compounds having two or more aromatic rings, especially three or more aromatic rings and their hydrides (eg, hydrogenated pitch).

【0035】前記架橋剤としては、前記芳香族成分を架
橋できる種々の化合物が使用できる。架橋剤には、前記
芳香族成分と同様の芳香環を有する化合物、好ましくは
1〜3程度の芳香環、さらに好ましくは1〜2の芳香環
を有する芳香族化合物が含まれる。
As the crosslinking agent, various compounds that can crosslink the aromatic component can be used. The cross-linking agent includes a compound having an aromatic ring similar to the aromatic component, preferably about 1 to 3 aromatic rings, and more preferably an aromatic compound having 1 to 2 aromatic rings.

【0036】架橋剤としては、例えば、キシリレンジク
ロライドなどの芳香族ジメチレンハライド;キシリレン
グリコールなどの芳香族ジメタノール;テレフタロイル
ジクロライド、イソフタロイルジクロライド、フタロイ
ルジクロライド、テレフタロイルジブロマイド、イソフ
タロイルジブロマイド、フタロイルジブロマイド、1,
5−ナフタレンジカルボン酸クロライド、2,6−ナフ
タレンジカルボン酸クロライド、1,5−アントラセン
ジカルボン酸クロライド、2,6−アントラセンジカル
ボン酸クロライドなどの芳香族ジカルボン酸ハライド;
前記芳香族ジカルボン酸ハライドに対応する芳香族ジカ
ルボン酸;前記芳香族ジカルボン酸ハライドに対応する
芳香族ジカルボン酸の低級アルキルエステル(例えば、
テレフタル酸ジメチルエステル、テレフタル酸ジエチル
エステルなどの炭素数1〜4程度の低級アルキルエステ
ル);ベンズアルデヒド、p−ヒドロキシベンズアルデ
ヒド、p−メトキシベンズアルデヒド、2,5−ジヒド
ロキシベンズアルデヒド、ベンズアルデヒドジメチルア
セタール、テレフタルアルデヒド、イソフタルアルデヒ
ド、サリチルアルデヒドなどの芳香族アルデヒド;無水
ピロメリット酸などが例示される。これらの架橋剤は一
種又は二種以上使用できる。
Examples of the cross-linking agent include aromatic dimethylene halides such as xylylene dichloride; aromatic dimethanols such as xylylene glycol; terephthaloyl dichloride, isophthaloyl dichloride, phthaloyl dichloride, terephthaloyl dibromide, Isophthaloyl dibromide, phthaloyl dibromide, 1,
Aromatic dicarboxylic acid halides such as 5-naphthalenedicarboxylic acid chloride, 2,6-naphthalenedicarboxylic acid chloride, 1,5-anthracene dicarboxylic acid chloride and 2,6-anthracene dicarboxylic acid chloride;
An aromatic dicarboxylic acid corresponding to the aromatic dicarboxylic acid halide; a lower alkyl ester of an aromatic dicarboxylic acid corresponding to the aromatic dicarboxylic acid halide (for example,
Lower alkyl ester having about 1 to 4 carbon atoms such as terephthalic acid dimethyl ester and terephthalic acid diethyl ester); benzaldehyde, p-hydroxybenzaldehyde, p-methoxybenzaldehyde, 2,5-dihydroxybenzaldehyde, benzaldehyde dimethylacetal, terephthalaldehyde, isophthalate Aromatic aldehydes such as aldehydes and salicylaldehydes; pyromellitic dianhydride, etc. are exemplified. These cross-linking agents may be used either individually or in combination of two or more.

【0037】好ましい架橋剤には、芳香族ジメチレンハ
ライド、芳香族ジメタノール、芳香族ジカルボン酸ハラ
イド、芳香族アルデヒドなどが含まれる。
Preferred cross-linking agents include aromatic dimethylene halides, aromatic dimethanol, aromatic dicarboxylic acid halides, aromatic aldehydes and the like.

【0038】架橋剤の使用量は、前記炭素前駆体および
炭素材の特性に応じて広い範囲で選択でき、例えば、前
記芳香族成分1モルに対して、0.2〜10モル、好ま
しくは0.5〜3モル程度である。
The amount of the cross-linking agent to be used can be selected within a wide range depending on the characteristics of the carbon precursor and the carbon material. For example, it is 0.2 to 10 mol, preferably 0 per mol of the aromatic component. It is about 5 to 3 mol.

【0039】架橋剤による前記芳香族成分の架橋は、通
常、酸触媒の存在下で行なわれる。酸触媒としては、例
えば、ルイス酸、ブレンステット酸などの慣用の酸が使
用できる。ルイス酸には、例えば、ZnCl2 、B
3 、AlCl3 、SnCl2 、SnCl4 、TiCl
3 、TiCl4 、FeCl3 などが含まれ、ブレンステ
ッド酸には、例えば、p−トルエンスルホン酸、フルオ
ロメタンスルホン酸、キシレンスルホン酸などの有機
酸;塩酸、硫酸、硝酸、リン酸などの無機酸などが含ま
れる。好ましい酸触媒には、例えば、硫酸などのブレン
ステッド酸やAlCl3 などのルイス酸が含まれる。
The crosslinking of the aromatic component with the crosslinking agent is usually carried out in the presence of an acid catalyst. As the acid catalyst, for example, a conventional acid such as Lewis acid or Brenstedt acid can be used. Examples of Lewis acids include ZnCl 2 and B.
F 3 , AlCl 3 , SnCl 2 , SnCl 4 , TiCl
3 , TiCl 4 , FeCl 3 and the like are included, and Bronsted acids include, for example, organic acids such as p-toluenesulfonic acid, fluoromethanesulfonic acid and xylenesulfonic acid; inorganic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid and phosphoric acid. Acids, etc. are included. Preferred acid catalysts include, for example, Bronsted acids such as sulfuric acid and Lewis acids such as AlCl 3 .

【0040】触媒の使用量は、反応条件および前記芳香
族成分の反応性などに応じて適当に選択でき、例えば、
前記架橋剤に対して、0.01〜10モル当量、好まし
くは0.5〜3モル当量程度である。
The amount of the catalyst used can be appropriately selected depending on the reaction conditions and the reactivity of the aromatic component.
The amount is 0.01 to 10 molar equivalents, preferably 0.5 to 3 molar equivalents, relative to the crosslinking agent.

【0041】架橋反応は、反応に不活性な適当な有機溶
媒、例えば、n−ヘプタン、n−オクタンやシクロヘキ
サンなどの炭化水素系溶媒の存在下で行なってもよく、
溶媒の不存在下で行なってもよい。架橋反応は、例え
ば、80〜250℃、好ましくは100〜200℃程度
の温度で行なうことができる。また、反応は、通常、窒
素、ヘリウム、アルゴンなどの不活性雰囲気中、攪拌し
ながら行なわれ、攪拌不能な時点を反応の終点とするこ
ともできる。反応時間は、通常、30分〜24時間程度
である。
The crosslinking reaction may be carried out in the presence of a suitable organic solvent inert to the reaction, for example, a hydrocarbon solvent such as n-heptane, n-octane or cyclohexane,
It may be carried out in the absence of a solvent. The cross-linking reaction can be carried out, for example, at a temperature of 80 to 250 ° C, preferably about 100 to 200 ° C. The reaction is usually carried out with stirring in an inert atmosphere of nitrogen, helium, argon or the like, and the point at which stirring is not possible can be the end point of the reaction. The reaction time is usually about 30 minutes to 24 hours.

【0042】生成した樹脂の重合度は、反応温度及び反
応時間に依存し、反応時間を短時間、例えば10分〜1
時間程度とすると、重合度の小さな樹脂を得ることがで
きる。樹脂の重合度nは、通常、2〜100、好ましく
は3〜50程度である。
The degree of polymerization of the produced resin depends on the reaction temperature and the reaction time, and the reaction time is short, for example, 10 minutes to 1 minute.
When the time is set to about time, a resin having a low degree of polymerization can be obtained. The degree of polymerization n of the resin is usually 2 to 100, preferably about 3 to 50.

【0043】反応終了後、必要に応じて、濃縮、乾固、
溶剤分別法などの慣用の方法により芳香族樹脂を得るこ
とができる。前記架橋反応により生成した芳香族樹脂、
すなわち炭素前駆体は、通常、熱硬化性を示す。
After completion of the reaction, if necessary, concentration, drying,
The aromatic resin can be obtained by a conventional method such as a solvent fractionation method. An aromatic resin produced by the crosslinking reaction,
That is, the carbon precursor usually exhibits thermosetting property.

【0044】炭素前駆体としての炭化可能なポリマー
は、粉粒状、顆粒状、板状、フィルムなどの膜状、繊維
状などに加工できる。
The carbonizable polymer as a carbon precursor can be processed into powder, granules, plates, films such as films, and fibers.

【0045】粉粒状の炭素前駆体は、炭化可能なポリマ
ーを、ハンマーミル、ボールミルなどの一般的な粉砕機
により粉砕し、必要に応じて整粒することにより得るこ
とができる。粒状や顆粒状の炭素前駆体は、加熱し造粒
することにより得ることができる。
The powdery granular carbon precursor can be obtained by pulverizing a carbonizable polymer with a general pulverizer such as a hammer mill or a ball mill and, if necessary, sizing. The granular or granular carbon precursor can be obtained by heating and granulating.

【0046】また、板状の炭素前駆体は、プレス機など
により平板状に加圧することにより得ることができる。
その際、必要に応じて加熱しながら成形してもよい。ま
た、フィルムなどの膜状の炭素前駆体は、適当な可溶性
溶媒を用いるキャスト法、スピンコート法などの慣用の
成膜成形手段により形成でき、炭素前駆体を加熱溶融し
フィルム化した後、不融化することによっても得ること
ができる。その際、電極に対応する平板状やフィルム状
に成形することができる。
Further, the plate-like carbon precursor can be obtained by pressing the plate-like carbon precursor into a plate-like form.
In that case, you may shape | mold while heating as needed. In addition, a film-like carbon precursor such as a film can be formed by a conventional film forming / molding means such as a casting method using a suitable soluble solvent and a spin coating method, and the carbon precursor is melted by heating to form a film. It can also be obtained by melting. At that time, it can be formed into a flat plate shape or a film shape corresponding to the electrode.

【0047】繊維状の炭素前駆体は、炭化可能なポリマ
ーを溶融紡糸し、不融化することにより得ることができ
る。溶融防止する場合、前記芳香族樹脂などの硬化性樹
脂としては架橋密度の小さな樹脂が使用できる。なお、
炭素前駆体の架橋密度は、反応時間および反応温度など
により調整できる。
The fibrous carbon precursor can be obtained by melt spinning a carbonizable polymer to make it infusible. In the case of preventing melting, a resin having a small crosslink density can be used as the curable resin such as the aromatic resin. In addition,
The crosslink density of the carbon precursor can be adjusted by the reaction time and the reaction temperature.

【0048】前記より明らかなように、前記炭素前駆体
を用いると、結合剤を用いることなく、電極に対応する
平板状に成形できるという利点がある。
As is clear from the above, the use of the carbon precursor has the advantage that it can be formed into a flat plate corresponding to the electrode without using a binder.

【0049】なお、粉粒状、顆粒状や繊維状の炭素前駆
体は、フェノール樹脂、フラン樹脂、ポリアクリロニト
リル、レーヨン、セルロース、異方性又は等方性ピッチ
などの炭素質化可能な結合剤;エポキシ樹脂、ビニルエ
ステル樹脂、不飽和ポリエステル、尿素樹脂、ポリイミ
ドなどの熱硬化性樹脂;ポリアミド、ポリ塩化ビニル、
ポリ酢酸ビニル、エチレン−酢酸ビニル、アクリル樹
脂、飽和ポリエステル、ポリアセタール、ポリカーボネ
ート、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂などと混合し、電
極に対応する平板状に成形加工してもよい。
The granular, granular or fibrous carbon precursor is a carbonizable binder such as phenol resin, furan resin, polyacrylonitrile, rayon, cellulose, anisotropic or isotropic pitch; Thermosetting resins such as epoxy resin, vinyl ester resin, unsaturated polyester, urea resin, polyimide; polyamide, polyvinyl chloride,
It may be mixed with a thermoplastic resin such as polyvinyl acetate, ethylene-vinyl acetate, an acrylic resin, a saturated polyester, a polyacetal, a polycarbonate, a fluororesin, etc., and molded into a flat plate corresponding to the electrode.

【0050】前記メソカーボンマイクロビーズ(b)
は、コールタール、コールタールピッチ、石油系重質油
(例えば、アスファルト)やエチレンボトム油などを、
例えば、常圧〜20kg/cm2 ・G、温度350〜4
50℃程度の条件で熱処理し、生成した球晶を分離精製
することにより得られる。
The mesocarbon microbeads (b)
Include coal tar, coal tar pitch, heavy petroleum oil (eg asphalt), ethylene bottom oil, etc.
For example, normal pressure to 20 kg / cm 2 · G, temperature 350 to 4
It is obtained by heat-treating at about 50 ° C. and separating and purifying the generated spherulite.

【0051】メソカーボンマイクロビーズは、光学的に
異方性の球状微小粒子であり、炭素六員環網目が層状に
積層した構造を有する。前記メソカーボンマイクロビー
ズの平均粒子径は、通常、2〜80μm程度、BET比
表面積は、通常、70m2 /g以下である。さらに、こ
のようなメソカーボンマイクロビーズから低分子量成分
を除去した後、炭化処理すると、最終的に電池の放電容
量をさらに大きくすることができる。低分子量成分は、
例えば、トルエン、キシレン、キノリン、タール油、ア
ントラセン油などの有機溶媒を用い、メソカーボンマイ
クロビーズを洗浄、抽出などの方法で処理することによ
り除去できる。
The mesocarbon microbeads are optically anisotropic spherical fine particles and have a structure in which a carbon six-membered ring network is laminated in layers. The average particle size of the mesocarbon microbeads is usually about 2 to 80 μm, and the BET specific surface area is usually 70 m 2 / g or less. Furthermore, after removing low molecular weight components from such mesocarbon microbeads, carbonization treatment can finally further increase the discharge capacity of the battery. The low molecular weight component is
For example, the organic solvent such as toluene, xylene, quinoline, tar oil, or anthracene oil can be used to remove the mesocarbon microbeads by treating them with a method such as washing or extraction.

【0052】前記炭素質粒子(c)は、例えば、石炭な
どの乾留により生成するタール中のキノリン不溶分に相
当する。乾留温度は、乾留装置の規模などに応じて選択
でき、例えば、コークス炉では800〜1250℃程
度、実験室規模の電気炉では300〜900℃程度であ
ってもよい。留出するタール分を回収してキノリンと混
合し、キノリン不溶分を回収することにより前記粒子を
得ることができる。
The carbonaceous particles (c) correspond to, for example, the quinoline-insoluble matter in tar produced by carbonization of coal or the like. The carbonization temperature can be selected according to the scale of the carbonization device, and may be, for example, about 800 to 1250 ° C. in a coke oven, or about 300 to 900 ° C. in a laboratory scale electric furnace. The above-mentioned particles can be obtained by collecting the tar fraction that is distilled off, mixing it with quinoline, and collecting the quinoline insoluble matter.

【0053】前記粒子(c)は、ESRスペクトルにお
いて単一の吸収スペクトルを示し、その線幅は、前記の
通りである。また、炭素と水素との原子比C/H=3〜
6程度であり、キノリンに不溶である。また、BET比
表面積は、通常、70m2 /g以下である。
The particle (c) exhibits a single absorption spectrum in the ESR spectrum, and its line width is as described above. Further, the atomic ratio of carbon to hydrogen C / H = 3 to
It is about 6 and is insoluble in quinoline. The BET specific surface area is usually 70 m 2 / g or less.

【0054】さらに、前記石炭系又は石油系ピッチ
(d)の種類は特に制限されず、例えば、石油蒸留残
渣、ナフサ熱分解残渣、エチレンボトム油、石炭液化
油、コールタールなどの石炭系又は石油系重質油を蒸留
し、低沸点成分を除去したピッチ、さらにこのようなピ
ッチに熱処理や水素添加処理などを施したものなどが挙
げられる。より具体的には、ピッチには、等方性ピッ
チ、メソフェーズピッチ、水素化メソフェーズピッチな
どが含まれる。前記ピッチ(d)の軟化点は、例えば、
150〜350℃、好ましくは200〜330℃程度で
ある。また、ピッチ(d)のキノリン不溶分は、例え
ば、35〜50重量%程度、ベンゼン不溶分は、例え
ば、60〜90重量%程度である場合が多い。
Further, the kind of the coal-based or petroleum-based pitch (d) is not particularly limited, and examples thereof include petroleum distillation residue, naphtha pyrolysis residue, ethylene bottom oil, coal liquefied oil, coal tar and other coal-based or petroleum. Examples include pitches obtained by distilling heavy oils to remove low boiling point components, and those obtained by subjecting such pitches to heat treatment or hydrogenation treatment. More specifically, pitch includes isotropic pitch, mesophase pitch, hydrogenated mesophase pitch, and the like. The softening point of the pitch (d) is, for example,
It is 150 to 350 ° C, preferably about 200 to 330 ° C. In many cases, the quinoline insoluble matter of the pitch (d) is, for example, about 35 to 50% by weight, and the benzene insoluble matter is, for example, about 60 to 90% by weight.

【0055】なお、粉粒状の炭素材、例えば、前記メソ
カーボンマイクロビーズ(b)、炭素質粒子(c)や石
炭系又は石油系ピッチ(d)は、粉粒状、顆粒状の前記
COPNA樹脂などの炭化可能なポリマーと同じく、炭
素質化可能な結合剤、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂など
と混合し、電極に対応する平板状に成形加工してもよ
い。
The granular carbon material, such as the mesocarbon microbeads (b), the carbonaceous particles (c) and the coal-based or petroleum-based pitch (d), may be the granular or granular COPNA resin. Similar to the carbonizable polymer, it may be mixed with a carbonizable binder, a thermosetting resin, a thermoplastic resin, etc., and molded into a flat plate corresponding to the electrode.

【0056】本発明の方法の主たる特徴は、前記炭化可
能な材料を比較的低温で熱処理し、焼成炭化により炭素
材を得ることにある。その際、昇温速度も炭素材の特性
に大きな影響を及ぼす。比較的低温で焼成すると、炭素
内部に構造欠陥が数多く生成する。そして、これらの構
造欠陥に起因して、内部に結晶構造間の隙間(以下、ボ
イドと称する)が生成するためか、本発明の方法により
得られる炭素負極材を備えたリチウム二次電池では、理
論値を越える放電容量が得られるという特色がある。
The main feature of the method of the present invention is that the carbonizable material is heat-treated at a relatively low temperature and carbonized by firing to obtain a carbon material. At that time, the temperature rising rate also has a great influence on the characteristics of the carbon material. When fired at a relatively low temperature, many structural defects are generated inside carbon. And, because of these structural defects, a gap between crystal structures (hereinafter referred to as a void) is generated inside, or in the lithium secondary battery provided with the carbon negative electrode material obtained by the method of the present invention, There is a feature that a discharge capacity exceeding the theoretical value can be obtained.

【0057】前記熱処理は、非酸化性雰囲気、例えば、
窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン、二酸化炭素などの
不活性ガス雰囲気や、真空下で行なうことができる。
The heat treatment is performed in a non-oxidizing atmosphere, for example,
It can be performed in an atmosphere of an inert gas such as nitrogen, helium, argon, neon, carbon dioxide, or under vacuum.

【0058】本発明の方法において、昇温速度を0.1
〜30℃/分、好ましくは0.3〜30℃/分程度とす
ることが肝要である。製造装置のスケールが大きい場
合、昇温速度0.5〜10℃/分程度である場合が多
い。このような昇温速度で加熱すると、少なくとも前記
(A)の特性を備えた炭素材を得ることができる。
In the method of the present invention, the heating rate is set to 0.1.
It is important to set the temperature to -30 ° C / minute, preferably 0.3 to 30 ° C / minute. When the scale of the manufacturing apparatus is large, the temperature rising rate is often about 0.5 to 10 ° C./minute. By heating at such a temperature rising rate, it is possible to obtain a carbon material having at least the characteristic (A).

【0059】焼成温度は、1000℃以下、好ましくは
500〜975℃、さらに好ましくは600〜950
℃、特に650〜925℃程度である。焼成温度が50
0℃未満では、炭素材自体の電気伝導率が急激に変化す
るため電極としての機能を果たさなくなり、1000℃
を越えると、結晶化が進行し、炭素内部のボイドの量が
著しく低減する。なお、焼成時間は、焼成温度などに応
じて適当に選択でき、例えば、15分〜24時間、好ま
しくは30分〜12時間程度である。
The firing temperature is 1000 ° C. or lower, preferably 500 to 975 ° C., more preferably 600 to 950.
C., especially about 650 to 925.degree. Firing temperature is 50
If the temperature is lower than 0 ° C, the electrical conductivity of the carbon material itself changes abruptly and the carbon material does not function as an electrode.
If it exceeds, crystallization will proceed and the amount of voids inside carbon will be significantly reduced. The firing time can be appropriately selected according to the firing temperature and the like, and is, for example, 15 minutes to 24 hours, preferably 30 minutes to 12 hours.

【0060】このような炭素材にリチウムを担持させる
と、炭素層間化合物を経由して、ボイドにリチウムが吸
蔵・放出されると推測される。すなわち、リチウムを吸
蔵する際には、先ずリチウムイオンによる炭素層間化合
物が形成された後、ボイド内にリチウムが蓄えられる。
逆に、リチウムを放出する際には、炭素層間に存在して
いたリチウムイオンがある程度放出された後、ボイド内
のリチウムが炭素層間を経由して放出されるものと推測
される。
When lithium is supported on such a carbon material, it is presumed that the voids absorb and release lithium via the carbon intercalation compound. That is, when occluding lithium, first, a carbon intercalation compound is formed by lithium ions, and then lithium is stored in the void.
On the contrary, when releasing lithium, it is presumed that the lithium ions existing between the carbon layers are released to some extent, and then the lithium in the voids is released via the carbon layers.

【0061】このように、炭素の層状構造だけでなく炭
素内部に残存するボイドをリチウムの吸蔵・放出および
充放電反応に活用することができるためか、容量を飛躍
的に増大させることが可能になる。本発明では、理論放
電量(約370Ah/kg)を越える放電容量、例え
ば、400Ah/kg以上の値を有するリチウム二次電
池の負極炭素材を得ることもできる。一方、前記炭化可
能な材料を1100℃で焼成した炭素材を負極として用
いたリチウム二次電池と比較すると、本発明の炭素材を
用いたリチウム二次電池では、約2倍の放電容量が得ら
れる。そのため、同じ性能では、リチウム二次電池負極
の体積や重量を半減できる。
As described above, not only the layered structure of carbon but also the voids remaining inside the carbon can be utilized for the occlusion / desorption of lithium and the charge / discharge reaction, and it is possible to dramatically increase the capacity. Become. In the present invention, a negative electrode carbon material of a lithium secondary battery having a discharge capacity exceeding the theoretical discharge amount (about 370 Ah / kg), for example, a value of 400 Ah / kg or more can be obtained. On the other hand, when compared with a lithium secondary battery using a carbon material obtained by firing the carbonizable material at 1100 ° C. as a negative electrode, the lithium secondary battery using the carbon material of the present invention has about twice the discharge capacity. To be Therefore, with the same performance, the volume and weight of the lithium secondary battery negative electrode can be reduced by half.

【0062】前記炭素材を含む負極材は、平板状やフィ
ルム状に加工された炭素前駆体を焼成することにより得
てもよい。また、粉粒状、顆粒状や繊維状の炭素前駆体
を用いる場合、これらを焼成して炭素材とし、得られた
炭素材と前記結合剤、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂と混
合し、成形加工して負極材を得てもよい。
The negative electrode material containing the carbon material may be obtained by firing a carbon precursor processed into a flat plate shape or a film shape. When powdery, granular, or fibrous carbon precursors are used, these are fired to form a carbon material, and the obtained carbon material and the binder, and a thermosetting resin and a thermoplastic resin are mixed and molded. You may process and may obtain a negative electrode material.

【0063】本発明の方法により得られる炭素材は、リ
チウム二次電池の負極として適している。従って、本発
明の二次電池は、前記負極材を備えていればよい。前記
二次電池は、前記炭素材を含む負極、正極、電解液、セ
パレータ、集電体、ガスケット、封口板、ケースなどの
電池構成要素を用い、常法により組み立てることができ
る。図1はリチウム二次電池の一例を示す部分断面図で
ある。
The carbon material obtained by the method of the present invention is suitable as a negative electrode for lithium secondary batteries. Therefore, the secondary battery of the present invention only needs to include the negative electrode material. The secondary battery can be assembled by a conventional method using battery constituent elements such as a negative electrode containing the carbon material, a positive electrode, an electrolytic solution, a separator, a current collector, a gasket, a sealing plate, and a case. FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an example of a lithium secondary battery.

【0064】リチウム二次電池は、正極活物質で構成さ
れた正極1と、前記炭素材を含む負極3と、前記正極1
と負極3との間に介在するセパレータ2を備えている。
このセパレータ2には、非水溶媒系電解液が含浸されて
いる。前記正極1、セパレータ2及び負極3は、ケース
4内に収容され、ケース4の開口部は封口板5で封止さ
れている。また、ケース4と負極1との間には、ニッケ
ルメッシュ、金属金網などで構成された集電体6が配さ
れている。符号7は絶縁パッキンである。
The lithium secondary battery comprises a positive electrode 1 made of a positive electrode active material, a negative electrode 3 containing the carbon material, and the positive electrode 1.
The separator 2 is provided between the negative electrode 3 and the negative electrode 3.
The separator 2 is impregnated with a non-aqueous solvent electrolyte. The positive electrode 1, the separator 2 and the negative electrode 3 are housed in a case 4, and the opening of the case 4 is sealed with a sealing plate 5. Further, a current collector 6 made of nickel mesh, metal wire mesh or the like is arranged between the case 4 and the negative electrode 1. Reference numeral 7 is an insulating packing.

【0065】正極活物質としては、例えば、TiS2
MoS3 、NbSe3 、FeS、Vs2 、VSe2 など
の層状構造を有する金属カルコゲン化物、CoO2 、C
35 、TiO2 、CuO、V3 6 、Mo3 O、V
2 5 、V2 5 (・P2 5 )、Mn2 O(・Li2
O)などの金属酸化物、ポリアセチレン、ポリアニリ
ン、ポリパラフェニレン、ポリチオフェン、ポリピロー
ルなどの導電性を有する共役系高分子などを用いること
ができる。好ましい正極活性物質には、V2 5、Mn
2 などが含まれる。このような正極活物質は、例え
ば、ポリテトラフルオロエチレンなどの結合剤で結合さ
せて使用することもできる。
As the positive electrode active material, for example, TiS 2 ,
Metal chalcogenides having a layered structure such as MoS 3 , NbSe 3 , FeS, Vs 2 , VSe 2 , CoO 2 , C
r 3 O 5, TiO 2, CuO, V 3 O 6, Mo 3 O, V
2 O 5 , V 2 O 5 (.P 2 O 5 ), Mn 2 O (.Li 2
It is possible to use a metal oxide such as O), a conjugated polymer having conductivity such as polyacetylene, polyaniline, polyparaphenylene, polythiophene, polypyrrole, or the like. Preferred positive electrode active materials include V 2 O 5 , Mn
O 2 and the like are included. Such a positive electrode active material can also be used after being bound with a binder such as polytetrafluoroethylene.

【0066】また、電解液としては、例えば、プロピレ
ンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチロラ
クトン、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロ
フラン、ジオキソラン、4−メチルジオキソラン、スル
ホラン、1,2−ジメトキシエタン、ジメチルスルホキ
シド、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミ
ド、ジエチレングリコール、ジメチルエーテルなどの非
プロトン性溶媒などが挙げられる。これらの電解液のな
かで、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフ
ラン、ジオキソラン、4−メチルジオキソランなどのよ
うな、強い還元性環境下でも安定なエーテル系溶媒が好
ましい。
As the electrolytic solution, for example, propylene carbonate, ethylene carbonate, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, 4-methyldioxolane, sulfolane, 1,2-dimethoxyethane, dimethylsulfoxide, acetonitrile, Examples include aprotic solvents such as N, N-dimethylformamide, diethylene glycol, dimethyl ether and the like. Among these electrolytes, ether solvents such as tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, and 4-methyldioxolane which are stable even under a strongly reducing environment are preferable.

【0067】電解液としては、一種又は二種以上の前記
溶媒に、LiPF6 、LiClO4、LiBF4 、Li
ClF4 、LiAsF6 、LiSbF6 、LiAl
4 、LiAlCl4 、LiPF6 、LiCl、LiI
などの溶媒和しにくいアニオンを生成する塩を溶解した
溶媒が繁用される。
As the electrolytic solution, LiPF 6 , LiClO 4 , LiBF 4 , Li in one or more of the above solvents is used.
ClF 4, LiAsF 6, LiSbF 6 , LiAl
O 4 , LiAlCl 4 , LiPF 6 , LiCl, LiI
A solvent in which a salt that produces an anion that is difficult to solvate is dissolved is often used.

【0068】また、セパレータとしては、保液性を有す
る材料、例えば、多孔質ポリプロピレン製不織布などの
ポリオレフィン系多孔質膜などが使用できる。
Further, as the separator, a material having a liquid retaining property, for example, a polyolefin type porous film such as a porous polypropylene nonwoven fabric can be used.

【0069】二次電池の形状は、円筒型、角型又はボタ
ン型などのいずれの形態であってもよい。
The secondary battery may have any shape such as a cylindrical shape, a rectangular shape or a button shape.

【0070】本発明の二次電池は、ポータブル電子機器
の電源、各種メモリーやソーラーバッテリーのバックア
ップ電源、電気自動車、電力貯蔵用バッテリーなどの広
い用途に使用できる。
The secondary battery of the present invention can be used in a wide variety of applications such as power supplies for portable electronic devices, backup power supplies for various memories and solar batteries, electric vehicles, and batteries for storing electric power.

【0071】[0071]

【発明の効果】本発明の負極材とそれを備えたリチウム
二次電池は、デンドライトの生成がなく、安全性が高い
だけでなく、放電容量が大きい。特に、理論値を越える
放電容量を得ることもできる。
INDUSTRIAL APPLICABILITY The negative electrode material of the present invention and the lithium secondary battery provided with the negative electrode material do not generate dendrites, are highly safe, and have a large discharge capacity. In particular, it is possible to obtain a discharge capacity exceeding the theoretical value.

【0072】本発明の方法によれば、炭化可能な材料を
比較的低温で焼成すればよいため、デンドライトの生成
がなく、安全性が高いだけでなく、単位体積当りの放電
容量が大きなリチウム二次電池用負極材を効率よく得る
ことができる。
According to the method of the present invention, since the carbonizable material may be fired at a relatively low temperature, no dendrite is generated, the safety is high, and the discharge capacity per unit volume is large. A negative electrode material for a secondary battery can be efficiently obtained.

【0073】[0073]

【実施例】以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細
に説明する。
EXAMPLES The present invention will be described in more detail based on the following examples.

【0074】なお、n−ブチルリチウムとの反応性は次
のようにして調べた。
The reactivity with n-butyllithium was examined as follows.

【0075】炭素材0.2gを1.6Mのn−ブチルリ
チウム/n−ヘキサン溶液5ml中で3時間反応させ
る。反応終了後、過剰のn−ブチルリチウムは、ジエチ
ルエーテル10ml、蒸留水10mlを添加して、加水
分解する。生成した水酸化リチウムを、0.5Nの塩酸
を用い、フェノールフタレインを指示薬として滴定し、
炭素材中に取込まれたリチウム量を算出する。
0.2 g of carbon material is reacted in 5 ml of 1.6 M n-butyllithium / n-hexane solution for 3 hours. After completion of the reaction, excess n-butyllithium is hydrolyzed by adding 10 ml of diethyl ether and 10 ml of distilled water. The generated lithium hydroxide was titrated with 0.5 N hydrochloric acid using phenolphthalein as an indicator,
Calculate the amount of lithium taken into the carbonaceous material.

【0076】また、ラマン吸収スペクトルの測定には、
日本分光(株)製NR−1100型を用いた。さらに、
比表面積は、BET比表面積測定装置[ミクロメリティ
クス(Micromeritics )社製、形式:ASAP240
0]を用いて、窒素吸着法により測定した。
Further, in measuring the Raman absorption spectrum,
NR-1100 manufactured by JASCO Corporation was used. further,
The specific surface area is measured by a BET specific surface area measuring device [manufactured by Micromeritics, model: ASAP240
0] was used for the measurement by the nitrogen adsorption method.

【0077】また、参考までに、炭素質粒子について
は、平均格子定数d(002)を、X線広角回折装置
(理学電機(株)製、型式:RAD−B)により測定
し、炭素/水素の原子比(C/H)を元素分析装置(パ
ーキン エルマー社製、型式:2400)を用いて求め
た。
For reference, for carbonaceous particles, the average lattice constant d (002) was measured by an X-ray wide-angle diffractometer (manufactured by Rigaku Denki Co., Ltd., model: RAD-B) to obtain carbon / hydrogen. The atomic ratio (C / H) of was determined using an elemental analyzer (Perkin Elmer, model: 2400).

【0078】実施例1 (1)COPNA樹脂および炭素材の調製 芳香族成分として、軟化点76.6℃、炭素/水素の原
子比C/H=1.678、芳香族指数fa0.931、
キノリン不溶分0.05重量%、ベンゼン不溶分14.
01重量%、FDマスにおけるベンゼン可溶分の数平均
分子量252の水素化ピッチを用いた。架橋剤として、
パラキシリレングリコールを前記水素化ピッチに対し
て、モル比換算で1.5当量(40g、0.29モル)
添加し、反応触媒として、p−トルエンスルホン酸を架
橋剤量に対してモル比換算で0.1当量(5.5g、
0.029モル)添加した。
Example 1 (1) Preparation of COPNA Resin and Carbon Material As an aromatic component, a softening point of 76.6 ° C., a carbon / hydrogen atomic ratio C / H = 1.678, an aromatic index fa0.931,
Quinoline insoluble matter 0.05% by weight, benzene insoluble matter 14.
A hydrogenated pitch having a weight average molecular weight of 252 of benzene soluble component in FD mass of 01 wt% was used. As a cross-linking agent,
1.5 equivalents (40 g, 0.29 mol) of paraxylylene glycol to the hydrogenated pitch in terms of molar ratio.
As a reaction catalyst, p-toluenesulfonic acid was added in an amount of 0.1 equivalent (5.5 g, in terms of molar ratio) with respect to the amount of the crosslinking agent.
0.029 mol) was added.

【0079】混合物を120℃で1時間攪拌し、得られ
たCOPNA樹脂からなる炭素前駆体を粉末化し、窒素
ガス雰囲気中、300℃で加熱硬化させた後、窒素ガス
雰囲気中、昇温速度2.5℃/分で昇温し、700℃で
2時間燃成し炭化した。得られた炭素質粉末を粉砕して
平均粒径10μmの粉末を得た。
The mixture was stirred at 120 ° C. for 1 hour, the obtained COPNA resin carbon precursor was pulverized and heat-cured at 300 ° C. in a nitrogen gas atmosphere, and then the temperature rising rate was 2 in a nitrogen gas atmosphere. The temperature was raised at 0.5 ° C./min, and the mixture was combusted and carbonized at 700 ° C. for 2 hours. The obtained carbonaceous powder was pulverized to obtain a powder having an average particle size of 10 μm.

【0080】(2)負極体の作製 炭素質粉末99重量部、ディスパージョンタイプのポリ
テトラフルオロエチレン(ダイキン工業(株)製、D−
1)1重量部を混合し、液相で均一に攪拌した後、乾燥
させ、ペースト状とした。得られたペースト状負極物質
30mgを、集電体としてのニッケルメッシュに圧着さ
せ、200℃で6時間真空乾燥することにより、負極体
を作製した。
(2) Preparation of negative electrode body 99 parts by weight of carbonaceous powder, dispersion type polytetrafluoroethylene (manufactured by Daikin Industries, Ltd., D-
1) 1 part by weight was mixed, uniformly stirred in a liquid phase, and then dried to obtain a paste. 30 mg of the obtained paste-like negative electrode material was pressed onto a nickel mesh as a current collector and vacuum dried at 200 ° C. for 6 hours to prepare a negative electrode body.

【0081】(3)電池の作製 得られた負極体、正極体としてLiCoO2 、電解液と
して1モル/Lの濃度でLiClO4 を溶解させたプロ
ピレンカーボネート、セパレータとしてポリプロピレン
不織布を用い、図1に示す構造のリチウム二次電池を作
製した。
(3) Production of Battery Using the obtained negative electrode body, positive electrode body, LiCoO 2 , propylene carbonate in which LiClO 4 was dissolved at a concentration of 1 mol / L as an electrolytic solution, and polypropylene nonwoven fabric as a separator. A lithium secondary battery having the structure shown was produced.

【0082】(4)電池特性の測定 得られたリチウム二次電池の放電特性は、0.1mA/
cm2 の定量流充放電下で測定し、放電容量は、電池電
圧が2.0Vに低下するまでの容量とした。
(4) Measurement of battery characteristics The discharge characteristics of the obtained lithium secondary battery was 0.1 mA /
It was measured under a constant flow charge / discharge of cm 2 , and the discharge capacity was defined as the capacity until the battery voltage dropped to 2.0V.

【0083】実施例2〜3 昇温速度2.5℃/分で昇温し、実施例1で得られたC
OPNA樹脂を800℃(実施例2)、900℃(実施
例3)で焼成して炭化する以外、実施例1と同様にして
電池を作製し、電池特性を評価した。
Examples 2 to 3 C obtained in Example 1 was heated at a heating rate of 2.5 ° C./min.
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the OPNA resin was fired at 800 ° C. (Example 2) and 900 ° C. (Example 3) to be carbonized, and the battery characteristics were evaluated.

【0084】比較例1 昇温速度2.5℃/分で昇温し、実施例1で得られたC
OPNA樹脂を1100℃で焼成して炭化する以外、実
施例1と同様にして電池を作製し、電池特性を評価し
た。
Comparative Example 1 C obtained in Example 1 was heated at a heating rate of 2.5 ° C./min.
A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the OPNA resin was fired at 1100 ° C. and carbonized, and the battery characteristics were evaluated.

【0085】上記実施例1〜3および比較例1の結果を
表1に示す。
The results of Examples 1 to 3 and Comparative Example 1 are shown in Table 1.

【0086】[0086]

【表1】 この表1から明らかなように、比較的低温で焼成した炭
素材のうちn−ブチルリチウムとの反応性を示す炭素材
をリチウム二次電池の負極として用いることにより、放
電容量が著しく増大する。特に、低い焼成温度で焼成し
た炭素材を用いると、理論値を遥かに越える放電容量が
得られる。
[Table 1] As is clear from Table 1, by using a carbon material, which has a reactivity with n-butyllithium, among the carbon materials fired at a relatively low temperature as the negative electrode of the lithium secondary battery, the discharge capacity remarkably increases. In particular, when a carbon material fired at a low firing temperature is used, a discharge capacity far exceeding the theoretical value can be obtained.

【0087】実施例4 (1)メソカーボンマイクロビーズの調製 脱水コールタールを、3kg/cm2 ・G、温度385
℃で14時間加熱処理し、生成した球晶を高温遠心分離
機を用いて分離し、トルエンで洗浄した後、窒素ガス雰
囲気下、150℃で3時間乾燥した。
Example 4 (1) Preparation of Mesocarbon Microbeads Dehydrated coal tar was used at 3 kg / cm 2 · G and a temperature of 385.
After heat treatment at ℃ for 14 hours, the generated spherulites were separated using a high temperature centrifuge, washed with toluene, and then dried at 150 ℃ for 3 hours under a nitrogen gas atmosphere.

【0088】得られたメソカーボンマイクロビーズを、
不活性ガス雰囲気中、昇温速度2.5℃/分で昇温し、
700℃で1時間熱処理し、炭化した。
The resulting mesocarbon microbeads were
In an inert gas atmosphere, the temperature is raised at a heating rate of 2.5 ° C / min,
It heat-processed at 700 degreeC for 1 hour, and carbonized.

【0089】 (2)負極体および電池の作製、並びに電池特性の測定 実施例1の炭素質粉末に代えて、得られたメソカーボン
マイクロビーズの炭化物を用いる以外、実施例1と同様
にして、負極体、電池を作製し、電池特性を測定した。
(2) Preparation of Negative Electrode Body and Battery, and Measurement of Battery Properties In the same manner as in Example 1 except that the carbonaceous powder of the obtained mesocarbon microbeads was used instead of the carbonaceous powder of Example 1. A negative electrode body and a battery were produced and the battery characteristics were measured.

【0090】実施例5および6 昇温速度2.5℃/分で昇温し、実施例4で得られたメ
ソカーボンマイクロビーズを800℃(実施例5)、9
00℃(実施例6)で焼成して炭化する以外、実施例1
と同様にして電池を作製し、電池特性を評価した。
Examples 5 and 6 The mesocarbon microbeads obtained in Example 4 were heated to 800 ° C. (Example 5), 9 at a heating rate of 2.5 ° C./min.
Example 1 except firing and carbonizing at 00 ° C (Example 6)
A battery was prepared in the same manner as above, and the battery characteristics were evaluated.

【0091】比較例2 昇温速度2.5℃/分で昇温し、実施例4で得られたメ
ソカーボンマイクロビーズを1100℃で焼成して炭化
する以外、実施例1と同様にして電池を作製し、電池特
性を評価した。
Comparative Example 2 A battery was prepared in the same manner as in Example 1 except that the mesocarbon microbeads obtained in Example 4 were heated at a temperature rising rate of 2.5 ° C./min to be carbonized by firing at 1100 ° C. Was prepared and the battery characteristics were evaluated.

【0092】上記実施例4〜6および比較例2の結果を
表2に示す。
The results of Examples 4 to 6 and Comparative Example 2 are shown in Table 2.

【0093】[0093]

【表2】 この表2から明らかなように、比較的低温、特に、低い
焼成温度で焼成した炭素材のうちn−ブチルリチウムと
の反応性を示す炭素材をリチウム二次電池の負極として
用いると、放電容量が著しく増大する。
[Table 2] As is clear from Table 2, when a carbon material showing reactivity with n-butyllithium among carbon materials fired at a relatively low temperature, especially at a low firing temperature, is used as the negative electrode of the lithium secondary battery, the discharge capacity is increased. Is significantly increased.

【0094】実施例7 (1)炭素質粒子の調製 ピッツトン炭を電気炉内に仕込み、3℃/分の昇温速度
で700℃に昇温し、留出するタール分を、同時に留出
する安水とともに、予め氷冷されたタール溜に回収し
た。なお、タール溜に回収された上澄み液である安水
は、ポンプで吸引し、リボンヒーターで90℃に加温
し、集合管を通して、留出するタールのシャワーに再利
用した。
Example 7 (1) Preparation of carbonaceous particles Pittston charcoal was charged into an electric furnace, heated to 700 ° C. at a temperature rising rate of 3 ° C./min, and the tar component to be distilled was simultaneously distilled. It was collected in a tar pool previously cooled with ice together with the cheap water. Note that the supernatant liquid, an ammonium hydroxide, collected in the tar reservoir was sucked with a pump, heated to 90 ° C. with a ribbon heater, and reused for showering tar distilled through a collecting pipe.

【0095】乾留終了後、タール溜を急冷してタールを
凝固させ、タール溜から取出した。得られたタールとキ
ノリンとを混合し、キノリン不溶分を回収した。得られ
たキノリン不溶分からなる炭素質粒子は、d(002)
が3.47オングストローム、ESRスペクトルにおい
て線幅2.00ガウスの単一の吸収スペクトルを示し、
比表面積24.10m2 /g、原子比C/H=4.0
1、平均粒子径0.72μm、および累積度数分布にお
ける90体積%の粒径1.39μmであった。
After completion of the dry distillation, the tar reservoir was rapidly cooled to solidify the tar, and the tar was removed from the tar reservoir. The obtained tar and quinoline were mixed, and the quinoline insoluble matter was recovered. The obtained carbonaceous particles composed of quinoline-insoluble matter have d (002)
Shows a single absorption spectrum with a line width of 2.00 Gauss in the ESR spectrum of 3.47 Å,
Specific surface area 24.10 m 2 / g, atomic ratio C / H = 4.0
1, the average particle size was 0.72 μm, and the 90% by volume particle size in the cumulative frequency distribution was 1.39 μm.

【0096】得られたキノリン不溶分からなる炭素質粒
子を、不活性ガス雰囲気中、昇温速度25℃/分で昇温
し、700℃で1時間熱処理し、炭化した。
The carbonaceous particles made of the quinoline-insoluble matter thus obtained were heated in an inert gas atmosphere at a temperature rising rate of 25 ° C./min and heat-treated at 700 ° C. for 1 hour to carbonize them.

【0097】得られた炭素材は、原子比Li/C=0.
050、R=I1360/I1580=0.95、ESRスペク
トルにおいて線幅2.9ガウスの単一の吸収スペクトル
を示し、比表面積26.20m2 /g、平均粒子径0.
70μm、および累積度数分布における90体積%の粒
径1.37μmであった。
The obtained carbon material had an atomic ratio of Li / C = 0.
050, R = I 1360 / I 1580 = 0.95, the ESR spectrum shows a single absorption spectrum with a line width of 2.9 gausses, a specific surface area of 26.20 m 2 / g, and an average particle size of 0.
The particle size was 70 μm, and the particle size of 90% by volume in the cumulative frequency distribution was 1.37 μm.

【0098】 (2)負極体および電池の作製、並びに電池特性の測定 実施例1の炭素質粉末に代えて、上記(1)で得られた
キノリン不溶分からなる炭素質粒子の炭化物を用いる以
外、実施例1と同様にして、負極体、電池を作製し、電
池特性を測定したところ、放電容量は515Ah/kg
であった。
(2) Preparation of Negative Electrode Body and Battery, and Measurement of Battery Characteristics In place of the carbonaceous powder of Example 1, the carbonaceous particles of quinoline-insoluble matter obtained in (1) above were used. A negative electrode body and a battery were prepared in the same manner as in Example 1, and the battery characteristics were measured. The discharge capacity was 515 Ah / kg.
Met.

【0099】この結果から明らかなように、比較的低
温、特に、低い焼成温度で焼成した炭素材のうちn−ブ
チルリチウムとの反応性を示す炭素材をリチウム二次電
池の負極として用いると、放電容量が著しく増大する。
As is clear from these results, when a carbon material which has a reactivity with n-butyllithium among carbon materials fired at a relatively low temperature, especially a low firing temperature, is used as the negative electrode of a lithium secondary battery, The discharge capacity is significantly increased.

【0100】実施例8 メソカーボンマイクロビーズの炭化物に代えて、実施例
4で得られたメソカーボンマイクロビーズの炭化物をボ
ールミルにより粉砕した粉砕物を用いる以外、実施例4
と同様にして、電池を作製した。
Example 8 Example 4 was repeated except that a crushed product obtained by crushing the carbide of the mesocarbon microbeads obtained in Example 4 with a ball mill was used instead of the carbide of the mesocarbon microbeads.
A battery was prepared in the same manner as in.

【0101】実施例9 メソカーボンマイクロビーズの炭化物に代えて、実施例
5で得られたメソカーボンマイクロビーズの炭化物をボ
ールミルにより粉砕した粉砕物を用いる以外、実施例5
と同様にして、電池を作製した。
Example 9 Example 5 was repeated except that a crushed product obtained by crushing the carbide of the mesocarbon microbeads obtained in Example 5 with a ball mill was used instead of the carbide of the mesocarbon microbeads.
A battery was prepared in the same manner as in.

【0102】実施例10 メソカーボンマイクロビーズの炭化物に代えて、実施例
6で得られたメソカーボンマイクロビーズの炭化物をボ
ールミルにより粉砕した粉砕物を用いる以外、実施例6
と同様にして、電池を作製した。
Example 10 Example 6 was repeated except that a crushed product obtained by crushing the carbide of the mesocarbon microbeads obtained in Example 6 with a ball mill was used instead of the carbide of the mesocarbon microbeads.
A battery was prepared in the same manner as in.

【0103】比較例3 メソカーボンマイクロビーズの炭化物に代えて、比較例
2で得られたメソカーボンマイクロビーズの炭化物をボ
ールミルにより粉砕した粉砕物を用いる以外、比較例2
と同様にして、電池を作製した。
Comparative Example 3 Comparative Example 2 except that a crushed product obtained by crushing the carbide of the mesocarbon microbeads obtained in Comparative Example 2 with a ball mill was used instead of the carbide of the mesocarbon microbeads.
A battery was prepared in the same manner as in.

【0104】実施例11 軟化点309℃の石炭系ピッチを、不活性ガス雰囲気
中、700℃で1時間熱処理した炭化し、得られた炭素
質物をボールミルで粉砕した。実施例1の炭素質粉末に
代えて、得られた粉粒状炭化物を用いる以外、実施例1
と同様にして負極体および電池を作製した。
Example 11 Coal pitch having a softening point of 309 ° C. was heat-treated at 700 ° C. for 1 hour in an inert gas atmosphere for carbonization, and the obtained carbonaceous material was crushed by a ball mill. Example 1 except that the obtained powdery granular carbide was used instead of the carbonaceous powder of Example 1.
A negative electrode body and a battery were produced in the same manner as in.

【0105】実施例12 軟化点270℃の石油系ピッチを、不活性ガス雰囲気
中、700℃で1時間熱処理した炭化し、得られた炭素
質物をボールミルで粉砕した。実施例1の炭素質粉末に
代えて、得られた粉粒状炭化物を用いる以外、実施例1
と同様にして負極体および電池を作製した。
Example 12 A petroleum pitch having a softening point of 270 ° C. was carbonized by heat treatment at 700 ° C. for 1 hour in an inert gas atmosphere, and the obtained carbonaceous material was pulverized with a ball mill. Example 1 except that the obtained powdery granular carbide was used instead of the carbonaceous powder of Example 1.
A negative electrode body and a battery were produced in the same manner as in.

【0106】そして、実施例8〜12および比較例3で
作製した炭素材の特性および電池の電池特性を測定した
ところ、表3に示す結果を得た。
Then, the characteristics of the carbon materials and the battery characteristics of the batteries prepared in Examples 8 to 12 and Comparative Example 3 were measured, and the results shown in Table 3 were obtained.

【0107】[0107]

【表3】 [Table 3]

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

【図1】図1はリチウム二次電池の一例を示す部分断面
図である。
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing an example of a lithium secondary battery.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…正極 2…セパレータ 3…負極 4…ケース 5…封口板 6…集電体 7…絶縁パッキン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Positive electrode 2 ... Separator 3 ... Negative electrode 4 ... Case 5 ... Sealing plate 6 ... Current collector 7 ... Insulating packing

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01M 10/36 Z (72)発明者 嘉数 隆敬 大阪市中央区平野町四丁目1番2号 大阪 瓦斯株式会社内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01M 10/36 Z (72) Inventor Takakazu Kazaka 4-1-2, Hirano-cho, Chuo-ku, Osaka-shi Within Osaka Gas Co., Ltd.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 n−ブチルリチウムと反応させたとき、
炭素Cに対するリチウムLiの反応量が、原子比Li/
C=0.001以上である炭素材を含むリチウム二次電
池用負極材。
1. When reacted with n-butyllithium,
The reaction amount of lithium Li with respect to carbon C is the atomic ratio Li /
A negative electrode material for a lithium secondary battery, which contains a carbon material having C = 0.001 or more.
【請求項2】 ラマンスペクトルにおいて、1360c
-1におけるピークと1580cm-1におけるピークと
の強度比R=I1360/I1580=0.4以上である請求項
1記載の負極材。
2. In Raman spectrum, 1360c
The negative electrode material according to claim 1, wherein the intensity ratio of the peak at m -1 and the peak at 1580 cm -1 is R = I 1360 / I 1580 = 0.4 or more.
【請求項3】 炭素材が、BET比表面積70m2 /g
以下の炭素質粒子である請求項1記載の負極材。
3. The carbon material has a BET specific surface area of 70 m 2 / g.
The negative electrode material according to claim 1, which is the following carbonaceous particles.
【請求項4】 炭素材が、下記(a)(b)(c)およ
び(d)から選ばれた少なくとも一種の炭化物である請
求項1〜3のいずれかの項に記載の負極材。 (a)芳香族成分が架橋剤により架橋した芳香族樹脂の
焼成物、 (b)メソカーボンマイクロビーズの焼成物、 (c)ESRスペクトルにおいて線幅1〜5ガウスの単
一の吸収スペクトルを示す炭素質粒子、および (d)石炭系又は石油系ピッチの焼成物
4. The negative electrode material according to claim 1, wherein the carbon material is at least one kind of carbide selected from the following (a), (b), (c) and (d). (A) A fired product of an aromatic resin in which an aromatic component is crosslinked with a crosslinking agent, (b) a fired product of mesocarbon microbeads, (c) a single absorption spectrum having a line width of 1 to 5 gauss in ESR spectrum Carbonaceous particles, and (d) a fired product of coal-based or petroleum-based pitch
【請求項5】 請求項1記載の負極材を備えているリチ
ウム二次電池。
5. A lithium secondary battery comprising the negative electrode material according to claim 1.
【請求項6】 炭化可能な材料を、非酸化性雰囲気中、
1000℃以下の温度で焼成して炭化し、n−ブチルリ
チウムと反応させたとき、炭素Cに対するリチウムLi
の反応量が、原子比Li/C=0.001以上である炭
素材を用いる負極材の製造方法。
6. A carbonizable material is provided in a non-oxidizing atmosphere,
Lithium Li with respect to carbon C when baked at a temperature of 1000 ° C. or lower to carbonize and react with n-butyllithium
The method for producing a negative electrode material using a carbon material having an atomic ratio of Li / C of 0.001 or more.
【請求項7】 下記(a)(b)(c)および(d)か
ら選ばれた少なくとも一種の炭化可能な材料を焼成して
炭化する請求項6記載の負極材の製造方法。 (a)芳香族成分が架橋剤により架橋した芳香族樹脂、 (b)メソカーボンマイクロビーズ、 (c)ESRスペクトルにおいて線幅0.5〜3.0ガ
ウスの単一の吸収スペクトルを示す炭素質粒子、および (d)石炭系又は石油系ピッチ
7. The method for producing a negative electrode material according to claim 6, wherein at least one carbonizable material selected from the following (a), (b), (c) and (d) is fired and carbonized. (A) Aromatic resin in which an aromatic component is cross-linked by a cross-linking agent, (b) Mesocarbon microbeads, (c) Carbonaceous material showing a single absorption spectrum with a line width of 0.5 to 3.0 gauss in ESR spectrum. Particles, and (d) coal-based or petroleum-based pitch
【請求項8】 芳香族樹脂として、芳香族成分と架橋剤
とを酸触媒の存在下で反応させて得られる芳香族樹脂を
用いる請求項7記載の負極材の製造方法。
8. The method for producing a negative electrode material according to claim 7, wherein an aromatic resin obtained by reacting an aromatic component and a crosslinking agent in the presence of an acid catalyst is used as the aromatic resin.
【請求項9】 芳香族成分が、縮合多環芳香族化合物、
縮合複素環化合物、石油系又は石炭系の重質油、タール
およびピッチからなる群から選択された少なくとも一種
の成分である請求項8記載の負極材の製造方法。
9. The aromatic component is a condensed polycyclic aromatic compound,
The method for producing a negative electrode material according to claim 8, which is at least one component selected from the group consisting of a condensed heterocyclic compound, a petroleum-based or coal-based heavy oil, tar, and pitch.
【請求項10】 架橋剤が、芳香族ジメチレンハライ
ド、芳香族ジメタノール、芳香族ジカルボニルハライド
および芳香族アルデヒドからなる群から選択された少な
くとも一種の化合物である請求項8記載の負極材の製造
方法。
10. The negative electrode material according to claim 8, wherein the crosslinking agent is at least one compound selected from the group consisting of aromatic dimethylene halide, aromatic dimethanol, aromatic dicarbonyl halide and aromatic aldehyde. Production method.
【請求項11】 昇温速度0.1〜30℃/分で昇温
し、1000℃以下の温度で焼成する請求項6記載の負
極材の製造方法。
11. The method for producing a negative electrode material according to claim 6, wherein the temperature is raised at a temperature rising rate of 0.1 to 30 ° C./min and the firing is performed at a temperature of 1000 ° C. or less.
JP5343889A 1992-12-16 1993-12-16 Negative electrode material, its manufacture, and lithium secondary battery Pending JPH06236754A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP5343889A JPH06236754A (en) 1992-12-16 1993-12-16 Negative electrode material, its manufacture, and lithium secondary battery

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4-355049 1992-12-16
JP35504992 1992-12-16
JP5343889A JPH06236754A (en) 1992-12-16 1993-12-16 Negative electrode material, its manufacture, and lithium secondary battery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06236754A true JPH06236754A (en) 1994-08-23

Family

ID=26577644

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP5343889A Pending JPH06236754A (en) 1992-12-16 1993-12-16 Negative electrode material, its manufacture, and lithium secondary battery

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH06236754A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017103113A (en) * 2015-12-02 2017-06-08 Jfeケミカル株式会社 Method for producing hardly graphitizable carbon material

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017103113A (en) * 2015-12-02 2017-06-08 Jfeケミカル株式会社 Method for producing hardly graphitizable carbon material

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4560076B2 (en) Negative electrode carbon material and lithium secondary battery including the same
JP4147442B2 (en) Non-aqueous electrolyte type secondary battery
JP4161376B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP3436033B2 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
KR20180072856A (en) Negative electrode for nonaqueous secondary batteries; nonaqueous secondary battery; negative electrode active material; method for producing negative electrode active material; composite body comprising nano-silicon, carbon layer and cationic polymer layer; and method for producing composite body composed of nano-silicon and carbon layer
JPWO1998005083A1 (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
WO1993010566A1 (en) Carbon-based material
JPH06236755A (en) Negative electrode material, its manufacture, and lithium secondary battery
JP2014203530A (en) Carbonaceous negative electrode material for sodium secondary battery and method for producing the same
JPH0927344A (en) Non-aqueous electrolyte secondary battery
JP3091944B2 (en) Method for producing carbon particles for negative electrode of lithium ion secondary battery
JPH0574457A (en) Negative electrode material, method for producing the same, and non-aqueous electrolyte battery using the same
JPH09153359A (en) Manufacture of lithium secondary battery negative electrode material and its negative electrode material
JPH0992284A (en) Graphite material for secondary battery electrode, method for producing the same, and secondary battery
JP3634408B2 (en) Carbon material for electrode of lithium battery and method for producing the same
JPH06187991A (en) Method for manufacturing negative electrode material and lithium secondary battery
JPH06119923A (en) Carbon electrode, its manufacture, and lithium secondary battery
JPH06187972A (en) Manufacture of negative electrode material, and lithium secondary battery
KR19980019096A (en) Non-Aqueous Liquid Electrolyte Secondary Battery and Method for Producing Cathode Material
JP4179720B2 (en) Method for producing carbon material and graphite material, and material for negative electrode of lithium ion secondary battery
CN104364192B (en) Method for producing amorphous carbon particles, amorphous carbon particles, negative electrode material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
JPH06236754A (en) Negative electrode material, its manufacture, and lithium secondary battery
JP2001148241A (en) Non-aqueous electrolyte battery
JPH05325948A (en) Manufacture of negative electrode material and lithium secondary battery
JP4734707B2 (en) Non-aqueous electrolyte battery

Legal Events

Date Code Title Description
A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20040224