JP2000215896A - 非水電解質二次電池用電極材組成物 - Google Patents
非水電解質二次電池用電極材組成物Info
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- JP2000215896A JP2000215896A JP11017257A JP1725799A JP2000215896A JP 2000215896 A JP2000215896 A JP 2000215896A JP 11017257 A JP11017257 A JP 11017257A JP 1725799 A JP1725799 A JP 1725799A JP 2000215896 A JP2000215896 A JP 2000215896A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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- Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 導電性に優れ，高充放電容量を発揮すること
が可能な非水電解質二次電池用電極材組成物を提供す
る。 【解決手段】 電極と電解液からなる非水電解質二次電
池において，酸素含有炭素材を主成分としてなることを
特徴とする非水電解質二次電池用電極材組成物。
が可能な非水電解質二次電池用電極材組成物を提供す
る。 【解決手段】 電極と電解液からなる非水電解質二次電
池において，酸素含有炭素材を主成分としてなることを
特徴とする非水電解質二次電池用電極材組成物。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は，導電性に優れ，高
充放電容量を発揮することが可能な、リチウムイオン二
次電池等の非水電解質二次電池用電極材組成物に関する
ものである。
充放電容量を発揮することが可能な、リチウムイオン二
次電池等の非水電解質二次電池用電極材組成物に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】近年，目覚ましい電子技術の発達に伴い
電子機器の小型化，及び軽量化が要求項目として挙げら
れるようになってきている。それに伴い移動用電源に対
しても更なる小型化，軽量化，且つ高エネルギー密度化
が求められるようになった。従来使用されている二次電
池としては鉛電池，ニカド電池などの水溶液系二次電池
が主流である。しかし，これら水溶液系二次電池は優れ
たサイクル性を示すものの，電池質量やエネルギー密度
の点で十分に満足できるものとはいえない。
電子機器の小型化，及び軽量化が要求項目として挙げら
れるようになってきている。それに伴い移動用電源に対
しても更なる小型化，軽量化，且つ高エネルギー密度化
が求められるようになった。従来使用されている二次電
池としては鉛電池，ニカド電池などの水溶液系二次電池
が主流である。しかし，これら水溶液系二次電池は優れ
たサイクル性を示すものの，電池質量やエネルギー密度
の点で十分に満足できるものとはいえない。
【０００３】その後、新たなる電極材としてリチウム，
もしくはリチウム合金を負極材として用いるリチウム金
属電池が開発された。これらの電池は従来と比較すると
非常に高いエネルギー密度を有するものの，リチウム金
属は非常に危険性が高く安全性に問題があり，実用化が
困難とされている。そこで新たな負極材料として炭素材
料を使用した非水電解液系のリチウムイオン二次電池が
提唱されている。これは，炭素材の層間にリチウムがイ
ンターカレーション/デインターカレーションされるこ
とを利用したものであり，充放電サイクルが進行して
も，炭素材料を使用した負極上にはデンドライト状リチ
ウムが析出される現象は見られず高い安全性が保証され
る。そして高エネルギー密度を有し，軽量であると共に
優れた充放電サイクル特性を示す。
もしくはリチウム合金を負極材として用いるリチウム金
属電池が開発された。これらの電池は従来と比較すると
非常に高いエネルギー密度を有するものの，リチウム金
属は非常に危険性が高く安全性に問題があり，実用化が
困難とされている。そこで新たな負極材料として炭素材
料を使用した非水電解液系のリチウムイオン二次電池が
提唱されている。これは，炭素材の層間にリチウムがイ
ンターカレーション/デインターカレーションされるこ
とを利用したものであり，充放電サイクルが進行して
も，炭素材料を使用した負極上にはデンドライト状リチ
ウムが析出される現象は見られず高い安全性が保証され
る。そして高エネルギー密度を有し，軽量であると共に
優れた充放電サイクル特性を示す。
【０００４】上記の例としては特開平５−７４５７号公
報記載の黒鉛が挙げられるが，理論充放電容量は３７２
ｍＡｈ／ｇと限界が見られる。また，特開平５−２８９
９６号公報，特開平７−７３８２８号公報記載の易黒鉛
化炭素材があるが，焼成温度が２０００度を越える条件
では黒鉛化されるために充放電容量は決定され，それ以
下の温度領域では充放電容量は高いもののサイクル性が
乏しく，電池特性は低い。また，熱処理温度が５００℃
〜７００℃程度の低温で処理された炭素負極は，可逆容
量で８５０ｍＡｈ／ｇと重量当たりの容量で黒鉛を越
え，低温処理のためにエネルギーメリットも良好ではあ
るが，電位が高く，充放電位における電位のヒステリシ
スが大きいというデメリットが挙げられる。
報記載の黒鉛が挙げられるが，理論充放電容量は３７２
ｍＡｈ／ｇと限界が見られる。また，特開平５−２８９
９６号公報，特開平７−７３８２８号公報記載の易黒鉛
化炭素材があるが，焼成温度が２０００度を越える条件
では黒鉛化されるために充放電容量は決定され，それ以
下の温度領域では充放電容量は高いもののサイクル性が
乏しく，電池特性は低い。また，熱処理温度が５００℃
〜７００℃程度の低温で処理された炭素負極は，可逆容
量で８５０ｍＡｈ／ｇと重量当たりの容量で黒鉛を越
え，低温処理のためにエネルギーメリットも良好ではあ
るが，電位が高く，充放電位における電位のヒステリシ
スが大きいというデメリットが挙げられる。
【０００５】炭素以外のリチウムイオン負極材料として
特開平５−１６６５３６号公報に示される金属酸化物な
どが挙げられる。金属酸化物を負極材として用いた場合
では充放電容量８００ｍＡｈ／ｇと優れた特性を示すも
のの瞬間放電容量が非常に高いために制御が困難であ
り，安全性に大きな問題が生じてくる。
特開平５−１６６５３６号公報に示される金属酸化物な
どが挙げられる。金属酸化物を負極材として用いた場合
では充放電容量８００ｍＡｈ／ｇと優れた特性を示すも
のの瞬間放電容量が非常に高いために制御が困難であ
り，安全性に大きな問題が生じてくる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は，導電性に優
れ，高充放電容量を発揮する非水電解質二次電池用電極
材組成物に関し，酸素含有炭素材を主成分とすることに
より、高エネルギー密度でありサイクル性が良く，且つ
安全性の高い電極材組成物を提供することを目的とす
る。
れ，高充放電容量を発揮する非水電解質二次電池用電極
材組成物に関し，酸素含有炭素材を主成分とすることに
より、高エネルギー密度でありサイクル性が良く，且つ
安全性の高い電極材組成物を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【問題を解決するための手段】本発明者らは，上記のよ
うに、高エネルギー密度でサイクル性が良く，且つ安全
性の高いリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電
池用負極材を得るために鋭意研究を行った結果，酸素原
子を含有する炭素材を負極に用いることにより，所期の
目的が達成されることを見出した。即ち、本発明は、電
極と電解液からなる非水電解質二次電池において，酸素
含有炭素材を主成分としてなることを特徴とする非水電
解質二次電池用電極材組成物に関するものである。本発
明において、酸素含有炭素材を得る方法は種々有り，特
に限定されるものではないが、フェノール樹脂に代表さ
れる酸素含有熱硬化性樹脂を単独あるいは二種以上併用
し，炭化処理又は及び硬化・炭化処理などを行うことに
より得ることができる。
うに、高エネルギー密度でサイクル性が良く，且つ安全
性の高いリチウムイオン二次電池等の非水電解質二次電
池用負極材を得るために鋭意研究を行った結果，酸素原
子を含有する炭素材を負極に用いることにより，所期の
目的が達成されることを見出した。即ち、本発明は、電
極と電解液からなる非水電解質二次電池において，酸素
含有炭素材を主成分としてなることを特徴とする非水電
解質二次電池用電極材組成物に関するものである。本発
明において、酸素含有炭素材を得る方法は種々有り，特
に限定されるものではないが、フェノール樹脂に代表さ
れる酸素含有熱硬化性樹脂を単独あるいは二種以上併用
し，炭化処理又は及び硬化・炭化処理などを行うことに
より得ることができる。
【０００８】本発明の含酸素炭素材が非水電解質二次電
池の負極として良好な結果を示す要因として、リチウム
イオンのインターカレーション／デインターカレーショ
ン時に於いて炭素材中に存在する酸素がリチウムイオン
に対して電子的及び物理的な影響を与え，充放電容量の
向上を促しているものと考えられる。酸素含有量の調整
方法は種々有り、特に限定されるものでは無い。例え
ば、非酸素含有炭素材と酸素含有炭素材の前駆体との配
合物を炭化処理又は硬化・炭化処理することにより酸素
含有量を調整する方法や，もとの酸素含有樹脂をエステ
ル変性するなどによる化学的調整方法，また，炭化処理
温度・時間などの物理的調整方法がある。
池の負極として良好な結果を示す要因として、リチウム
イオンのインターカレーション／デインターカレーショ
ン時に於いて炭素材中に存在する酸素がリチウムイオン
に対して電子的及び物理的な影響を与え，充放電容量の
向上を促しているものと考えられる。酸素含有量の調整
方法は種々有り、特に限定されるものでは無い。例え
ば、非酸素含有炭素材と酸素含有炭素材の前駆体との配
合物を炭化処理又は硬化・炭化処理することにより酸素
含有量を調整する方法や，もとの酸素含有樹脂をエステ
ル変性するなどによる化学的調整方法，また，炭化処理
温度・時間などの物理的調整方法がある。
【０００９】本発明で用いる酸素含有炭素材を得る場
合、酸素含有熱硬化性樹脂の硬化方法は樹脂種により種
々の方法が採られる。たとえば，フェノール系樹脂の場
合，熱硬化や熱酸化，エポキシ硬化，イソシアネート硬
化などが用いられており、特に限定されるものではな
い。また、酸素含有炭化物を得る場合の炭化処理方法の
選択は、酸素含有量を制御するために重要である。酸素
含有樹脂の種類や所望の酸素含有量により、炭化温度・
時間を選ぶことができ、また，炭化処理時の雰囲気とし
ては大気中，もしくは窒素，ヘリウムガスなどの不活性
雰囲気下などがあり，特に限定されるものでは無い。
合、酸素含有熱硬化性樹脂の硬化方法は樹脂種により種
々の方法が採られる。たとえば，フェノール系樹脂の場
合，熱硬化や熱酸化，エポキシ硬化，イソシアネート硬
化などが用いられており、特に限定されるものではな
い。また、酸素含有炭化物を得る場合の炭化処理方法の
選択は、酸素含有量を制御するために重要である。酸素
含有樹脂の種類や所望の酸素含有量により、炭化温度・
時間を選ぶことができ、また，炭化処理時の雰囲気とし
ては大気中，もしくは窒素，ヘリウムガスなどの不活性
雰囲気下などがあり，特に限定されるものでは無い。
【００１０】酸素含有炭素材の生産時，硬化・炭化処理
時に金属，あるいは他の炭素材料と成りうる材料などで
変性したり，顔料，滑剤，帯電防止剤，酸化防止剤など
他の添加剤を添加しても差し支えない。
時に金属，あるいは他の炭素材料と成りうる材料などで
変性したり，顔料，滑剤，帯電防止剤，酸化防止剤など
他の添加剤を添加しても差し支えない。
【００１１】
【実施例】以下，本発明を実施例により具体的に説明す
る。しかし、本発明は実施例に限定されるものでは無
い。また「部」及び「％」はすべて「重量部」及び「重
量％」を示す。
る。しかし、本発明は実施例に限定されるものでは無
い。また「部」及び「％」はすべて「重量部」及び「重
量％」を示す。
【００１２】実施例１ フェノール樹脂１００部を２００℃にて２時間硬化処理
を行った後，窒素雰囲気下にて昇温し，１０００℃到達
後１０時間の炭化処理を行い酸素含有炭素材３７部を得
た。上記の方法にて得られた炭化物の酸素含有量を元素
分析にて評価した。また，この炭化材９０部，バインダ
ー１０部を含む合剤を銅箔に対して１０ｍｍφに圧縮成
型して負極パレットを得た。また，正極材料としてはリ
チウム金属を用いた。電解液としてエチレンカーボネー
ト／ジエチレンカーボネート＝１／１（Ｖol），１Ｍの
ＬiＣlＯ4 を用いた三極式リチウムイオン二次電池を作
製し，上記方法により得られた酸素含有炭素材の充放電
測定評価を行った。充電条件は電流２５ｍＡｈ／ｇの定
電流で１ｍＶになるまで保持し，放電条件は １.２５ｍ
Ａｈ／ｇ以下に電流が減衰するまでとした。また，放電
条件のカットオフ電位は ２.５Ｖとした。
を行った後，窒素雰囲気下にて昇温し，１０００℃到達
後１０時間の炭化処理を行い酸素含有炭素材３７部を得
た。上記の方法にて得られた炭化物の酸素含有量を元素
分析にて評価した。また，この炭化材９０部，バインダ
ー１０部を含む合剤を銅箔に対して１０ｍｍφに圧縮成
型して負極パレットを得た。また，正極材料としてはリ
チウム金属を用いた。電解液としてエチレンカーボネー
ト／ジエチレンカーボネート＝１／１（Ｖol），１Ｍの
ＬiＣlＯ4 を用いた三極式リチウムイオン二次電池を作
製し，上記方法により得られた酸素含有炭素材の充放電
測定評価を行った。充電条件は電流２５ｍＡｈ／ｇの定
電流で１ｍＶになるまで保持し，放電条件は １.２５ｍ
Ａｈ／ｇ以下に電流が減衰するまでとした。また，放電
条件のカットオフ電位は ２.５Ｖとした。
【００１３】実施例２ 炭化条件を１０００℃，３時間とした以外は、実施例１
と同様の方法により酸素含有炭素材を得、この酸素含有
炭素材をもとにして負極パレットを作製した。次いで、
実施例１と同様な充放電測定評価を行った。
と同様の方法により酸素含有炭素材を得、この酸素含有
炭素材をもとにして負極パレットを作製した。次いで、
実施例１と同様な充放電測定評価を行った。
【００１４】実施例３ 硬化条件を１５０℃，３時間とした以外は、実施例１と
同様の方法により酸素含有炭素材を得、以下、実施例１
と同様に実施した。
同様の方法により酸素含有炭素材を得、以下、実施例１
と同様に実施した。
【００１５】実施例４ アニリンで変性させたフェノール樹脂（変性率２０％）
を使用した以外は、実施例１と同様の方法により酸素含
有炭素材を得、以下、実施例１と同様に実施した。
を使用した以外は、実施例１と同様の方法により酸素含
有炭素材を得、以下、実施例１と同様に実施した。
【００１６】実施例５ 安息香酸エステルで変性させたフェノール樹脂（変性率
５０％）を使用した以外は、実施例１と同様の方法によ
り酸素含有炭素材を得、以下、実施例１と同様に実施し
た。
５０％）を使用した以外は、実施例１と同様の方法によ
り酸素含有炭素材を得、以下、実施例１と同様に実施し
た。
【００１７】実施例６ １００部のフェノール樹脂に５０部の熱可塑性アニリン
樹脂を物理的に均一混合したものを使用した以外は、実
施例１と同様の方法により酸素含有炭素材を得た。以
下、実施例１と同様に実施した。
樹脂を物理的に均一混合したものを使用した以外は、実
施例１と同様の方法により酸素含有炭素材を得た。以
下、実施例１と同様に実施した。
【００１８】比較例１ 市販されている黒鉛（ＭＣＭＢ）を用いて充放電測定評
価を行った。
価を行った。
【００１９】以上の実施例１〜６及び比較例１において
得られた酸素含有炭素材を充放電容量測定を行った。ま
た，実施例１〜６及び比較例１の元素分析により酸素含
有量を求めた。それらの結果を表１に示す。表１より明
らかなように，実施例にて得られた酸素含有炭素材は，
リチウムイオンの挿入・脱離が非酸素含有炭素材と比較
して大きな値で進み，酸素含有量によって充放電容量の
向上が見られた。
得られた酸素含有炭素材を充放電容量測定を行った。ま
た，実施例１〜６及び比較例１の元素分析により酸素含
有量を求めた。それらの結果を表１に示す。表１より明
らかなように，実施例にて得られた酸素含有炭素材は，
リチウムイオンの挿入・脱離が非酸素含有炭素材と比較
して大きな値で進み，酸素含有量によって充放電容量の
向上が見られた。
【００２０】 表１ 酸素含有炭素材の評価結果 充電用容量 放電容量 酸素含有量 （ｍＡｈ／ｇ） （ｍＡｈ／ｇ） （％） 実施例１ ４６６ ３８０ １ 実施例２ ５３１ ４５３ ３ 実施例３ ７０８ ５３５ ８ 実施例４ １１８４ ７５２ １０ 実施例５ １３２５ ８１２ ２０ 比較例１ ２１２ ３８ ０
【００２１】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように，本発
明の酸素含有炭素材を主成分とする非水電解質二次電池
用電極材組成物は，充電量の理論値に限界点を有する黒
鉛系組成物と比較して放電容量値は理論値を超えた特性
を示すなど高エネルギー密度であり，リチウムイオンの
インターカレーション時に炭素材の膨張が起こらないな
ど電池特性としての安全性が高く再現性に優れているも
のであり、特にリチウムイオン二次電池の負極材として
好適である。
明の酸素含有炭素材を主成分とする非水電解質二次電池
用電極材組成物は，充電量の理論値に限界点を有する黒
鉛系組成物と比較して放電容量値は理論値を超えた特性
を示すなど高エネルギー密度であり，リチウムイオンの
インターカレーション時に炭素材の膨張が起こらないな
ど電池特性としての安全性が高く再現性に優れているも
のであり、特にリチウムイオン二次電池の負極材として
好適である。
Claims (2)
- 【請求項１】 電極と電解液からなる非水電解質二次電
池において，酸素含有炭素材を主成分としてなることを
特徴とする非水電解質二次電池用電極材組成物。 - 【請求項２】 酸素含有炭素材がフェノール樹脂を炭化
又は硬化及び炭化処理して得られたものである請求項１
記載の電極材組成物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11017257A JP2000215896A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 非水電解質二次電池用電極材組成物 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11017257A JP2000215896A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 非水電解質二次電池用電極材組成物 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000215896A true JP2000215896A (ja) | 2000-08-04 |
Family
ID=11938921
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11017257A Pending JP2000215896A (ja) | 1999-01-26 | 1999-01-26 | 非水電解質二次電池用電極材組成物 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000215896A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3306709A4 (en) * | 2015-06-08 | 2019-01-09 | Zeon Corporation | SLUDGE COMPOSITION FOR THE NEGATIVE ELECTRODE OF A SECONDARY BATTERY, NEGATIVE ELECTRODE FOR A SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY |
| JP6946597B1 (ja) * | 2020-06-26 | 2021-10-06 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | 炭素質被覆黒鉛粒子の製造方法 |
| WO2021260964A1 (ja) * | 2020-06-26 | 2021-12-30 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | 炭素質被覆黒鉛粒子の製造方法 |
-
1999
- 1999-01-26 JP JP11017257A patent/JP2000215896A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3306709A4 (en) * | 2015-06-08 | 2019-01-09 | Zeon Corporation | SLUDGE COMPOSITION FOR THE NEGATIVE ELECTRODE OF A SECONDARY BATTERY, NEGATIVE ELECTRODE FOR A SECONDARY BATTERY AND SECONDARY BATTERY |
| JP6946597B1 (ja) * | 2020-06-26 | 2021-10-06 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | 炭素質被覆黒鉛粒子の製造方法 |
| WO2021260964A1 (ja) * | 2020-06-26 | 2021-12-30 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | 炭素質被覆黒鉛粒子の製造方法 |
| JP2022008116A (ja) * | 2020-06-26 | 2022-01-13 | Ｊｆｅケミカル株式会社 | 炭素質被覆黒鉛粒子、リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池 |
| US11942641B2 (en) | 2020-06-26 | 2024-03-26 | Jfe Chemical Corporation | Method for producing carbonaceous substance-coated graphite particles |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| A977 | Report on retrieval |
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|
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