JP2001102053A - 非水電解質二次電池用炭素材 - Google Patents
非水電解質二次電池用炭素材Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- 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
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
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- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
次電池用負極材として好適な炭素材料を得ることにあ
る。即ち、充放電容量及び充放電効率が高くまた、高比
重の非水電解質二次電池用炭素材を提供することを目的
とする。 【解決手段】 ベンゼン環1個当たりフェノール性水酸
基を2個以上有する化合物を、水の存在下でアルデヒド
類と反応して得られる水膨潤ゲルを700〜1600℃
で炭化することを特徴とする非水電解質二次電池用炭素
材。
Description
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炭素材に関するもので
ある。また、炭素材料を製造する際に、プレカーサーと
して水膨潤ゲルを使用する。このゲルの仕込組成の違い
で、充放電特性が異なるものができるので、ポリマーゲ
ルの製造に関する技術も要求される。
料等の非水電解質二次電池用炭素材として、黒鉛や、ピ
ッチをプレカーサーとする炭化物が主として使用されて
きている。これらの材料は充放電の効率が非常に良好
で、また材料の比重も2を超えることから、現在、電池
の小型化が要求される携帯電話やパーソナルコンピュー
ターなどへの需要が益々広がっている。しかしながら、
これらの材料には理論充放電量が存在し、その理論充放
電量以上の充放電容量の改善は見込めないのが欠点であ
る。この欠点を改善するために、ハードカーボン系に対
する研究が盛んになってきている。その特徴は、黒鉛系
材料のように理論容量が372mAh/gと決まってお
らず、これ以上の充放電量が見込めることである。充電
量が大きな材料として低温焼成材料が挙げられ、可逆容
量で700mAh/gという大変大きな値が得られる。
しかしながら、この材料にも種々の問題点があるので実
用化には至っていない。問題点の一つは充放電効率が低
いことである。絶対放電容量が多くても効率が低くなる
と、高価な正極材料を多く使用しなくてはならず、コス
ト的に不利となる。次に炭素以外の元素が非常に多く存
在するためサイクル劣化が大きいことである。最後に真
比重が低いことである。ハードカーボン材料の比重は
1.2〜1.7程度と低いが、ソフトカーボン系の比重
は2.0を超える。特に黒鉛の比重は2.25である。
電池の小型化が要求されている現在、限られた空間に材
料を詰め込む必要があり、比重は高い方が望ましい。特
開平7−335262号公報では真比重が1.7未満の
炭素材料を負極材として使用すると、電池容量、効率共
に優れた材料を得られるとあるが、比重容量とを総合的
に加味すると、黒鉛系の材料よりも優れているとは言い
難い。かかることから、ハードカーボン系を負極材とし
て利用するには至っていないのが現状である。
ころは、非水電解質二次電池用負極材として好適な炭素
材料を得ることにある。即ち、充放電容量及び充放電効
率が高い非水電解質二次電池用炭素材を提供することを
目的とする。
者らが鋭意検討を行った結果、ある特定の化合物を使用
して水膨潤ゲルを合成し、これを特定温度で炭化する
と、高容量でかつ、充放電効率が80%以上の高効率の
非水電解質二次電池用炭素材が得られることを見出し本
発明を完成させるに至った。即ち、本発明は、ベンゼン
環1個当たりフェノール性水酸基を2個以上有する化合
物を、水の存在下でアルデヒド類と反応して得られる水
膨潤ゲルを700〜1600℃で炭化することを特徴と
する非水電解質二次電池用炭素材に関するものである。
1個当たりフェノール性水酸基を2個以上有する化合物
を、水の存在下でアルデヒド類と反応して得られるもの
である。すなわち、重合が進行しても水に不溶性となら
ずに、水を含んだ状態でゲル化する樹脂のことである。
1個当たりフェノール性水酸基を2個以上有する化合物
を使用する。例えば、レゾルシノール、カテコール、ヒ
ドロキノン、フロログルシノール、ピロガロール等が挙
げられ、これらを単独もしくは併用して使用しても良
い。好ましくは、アルデヒド類との反応性がよいことか
ら、レゾルシノール及びフロログルシノールである。ま
た、アルデヒド類としてはホルマリン、パラホルムアル
デヒド、ベンズアルデヒド等を単独もしくは併用して使
用しても良い。
てアルカリ金属類を使用することが好ましい。更に好ま
しくは炭酸ナトリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリ
ウムである。
は、700〜1600℃であり、好ましくは900〜1
200℃である。700℃を下回ると不可逆容量が増加
する。さらに、1600℃を超えると容量自体が著しく
低下してしまう。
ノール性水酸基を2個以上有する化合物とアルデヒド類
との反応温度は、特に限定されるものではないが、30
〜80℃の温度範囲が好ましい。反応温度が30℃を下
回るとゲル化するのに時間がかかり、実用的ではない。
また、80℃を越えると急激な反応による突沸の危険性
がある。また、ホルマリン臭が激しくなってしまう。ま
た、反応時の樹脂の濃度は、特に限定されるものではな
いが、2〜50%の水溶液の範囲が好ましく、より好ま
しくは5〜20%である。樹脂濃度が2%を下回ると反
応速度が低下してゲル形成に時間がかかり、50%を超
えると膨潤不良なゲルが形成されるため、所望の充放電
容量の炭素材料のプレカーサーになり得ない。以上の条
件で検討を行った結果、樹脂合成時にベンゼン環1個当
たりのフェノール性水酸基の数を調節することで、熱分
解される時点で非水電解質の授受に好適なスペースを持
った材料となることが確認された。即ち、従来のフェノ
ール樹脂はベンゼン環1個当たりのフェノール性水酸基
が1個しかないため、重合が進行すると水に不溶性とな
る。一方、ベンゼン環1個当たりフェノール性水酸基を
2個以上有する化合物とアルデヒド類の反応で得られる
反応物は、重合が進行しても水に不溶になることはな
く、水を含んだ状態でゲル化し、水膨潤ゲルとなる。そ
のため、非常に膨張した構造になっている。この硬化物
を700〜1600℃の温度域で炭化すると普通の硬化
物と比較して、2nm程度の細孔が発達した炭化物にな
るため、非水電解質の授受が容易な構造を持った非水電
解質二次電池用炭素材となる。
お、電池特性の評価は次のように行った。正極にリチウ
ム箔を使用して、エチレンカーボネート/ジエチレンカ
ーボネート=1/1+過塩素酸リチウム1mol/L溶
液を電解液として用いた。尚、充電時は電流密度を25
mA/gの定電流充電を行い、0Vに達したら電流密度
が1.25mA/gになるまで定電圧充電を行い、この
値を充電容量とした。また、放電時は、電流密度を25
mA/gで定電流放電を行い、2.5Vに達したら電流
密度が1.25mA/gになるまで定電圧放電を行い、
その値を放電容量とした。効率は、(放電容量/充電容
量)*100[%]とした。 [実施例1]レゾルシノール100重量部、水1000
重量部、炭酸ナトリウム1重量部、37%ホルムアルデ
ヒド水溶液200重量部を添加してレゾルシノールが完
全に溶解するまで攪拌した。攪拌後、ガラス容器に溶液
を入れて、80℃の恒温槽で72時間放置した。所定時
間後の樹脂はゼリー状になっている。これを全体が5m
m程度になるまでほぐして、150℃の乾燥機中に3時
間放置して乾燥させた。乾燥後粉砕機で粉砕して、全て
45μm以下とした。この粉砕した硬化物を100℃/
Hrの昇温速度で1000℃まで昇温して、3時間保持
した。その後室温まで冷却した。冷却後、得られた炭化
物をバインダー、溶剤とともにスラリー状にして銅箔に
塗布し、乾燥して電極とした。 [実施例2]レゾルシノール100重量部をフロログル
シノール100重量部に変えた以外は実施例1と同様の
方法で行った。 [実施例3]触媒に水酸化カリウムを0.5重量部使用
した以外は実施例1と同様の方法で行った。 [実施例4]水を500重量部とした以外は実施例1と
同様の方法で行った。 [実施例5]水を100重量部とした以外は実施例1と
同様の方法で行った。 [比較例1]レゾルシノール100重部をフェノール1
00重量部に変えた以外は実施例1と同様の方法で行っ
た。 [比較例2]炭化温度を600℃として炭化を行った以
外は実施例1と同様の方法で行った。 [比較例3]炭化温度を2000℃として炭化を行った
以外は実施例1と同様の方法で行った。
/gで充放電効率が80%以上の非水電解質二次電池負
極材用炭素材の合成が可能となった。容量が向上したこ
とで電池のさらなる小型化が可能となる。
Claims (3)
- 【請求項1】 ベンゼン環1個当たりフェノール性水酸
基を2個以上有する化合物を、水の存在下でアルデヒド
類と反応して得られる水膨潤ゲルを700〜1600℃
で炭化することを特徴とする非水電解質二次電池用炭素
材。 - 【請求項2】 ベンゼン環1個当たりフェノール性水酸
基を2個以上有する化合物が、カテコール、レゾルシノ
ール、ヒドロキノン、フロログルシノール、ピロガロー
ルの中から選ばれた1種以上である請求項1記載の非水
電解質二次電池用炭素材。 - 【請求項3】 水膨潤ゲルが触媒としてアルカリ金属類
を用いて得られるものであることを特徴とする請求項1
又は2記載の非水電解質二次電池用炭素材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27783499A JP2001102053A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 非水電解質二次電池用炭素材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27783499A JP2001102053A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 非水電解質二次電池用炭素材 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001102053A true JP2001102053A (ja) | 2001-04-13 |
Family
ID=17588924
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27783499A Pending JP2001102053A (ja) | 1999-09-30 | 1999-09-30 | 非水電解質二次電池用炭素材 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2001102053A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005187320A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-07-14 | Hajime Tamon | カーボン材料の製造方法及びタブレット状乾燥ゲル |
JP2008030986A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 炭素材の製造方法及び炭素材 |
JP2010132523A (ja) * | 2008-02-12 | 2010-06-17 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 炭素材料の製造方法 |
JP2021020841A (ja) * | 2019-06-05 | 2021-02-18 | 株式会社日本触媒 | 炭素材料、炭素材料の製造方法、炭素材料組成物、および潤滑性向上剤 |
-
1999
- 1999-09-30 JP JP27783499A patent/JP2001102053A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005187320A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-07-14 | Hajime Tamon | カーボン材料の製造方法及びタブレット状乾燥ゲル |
JP2008030986A (ja) * | 2006-07-28 | 2008-02-14 | Sumitomo Bakelite Co Ltd | 炭素材の製造方法及び炭素材 |
JP2010132523A (ja) * | 2008-02-12 | 2010-06-17 | Sumitomo Chemical Co Ltd | 炭素材料の製造方法 |
JP2021020841A (ja) * | 2019-06-05 | 2021-02-18 | 株式会社日本触媒 | 炭素材料、炭素材料の製造方法、炭素材料組成物、および潤滑性向上剤 |
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