JP2001266850A - リチウムイオン二次電池とその製造方法 - Google Patents
リチウムイオン二次電池とその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 不可逆容量を抑制し、リチウムイオンの挿
入／脱離反応が吸着や二重層容量を利用できるように
し、以て高エネルギー密度及び高出力密度を併せ持つ特
性の優れたリチウムイオン二次電池を提供する。 【解決手段】負極を、穀物残滓、例えば米糠由来の炭素
材料と、それと複合化した熱硬化樹脂炭素材料を混合
し、焼成したカーボン材料６により形成してなる。その
混合物の穀物残滓、例えば米糠の組成比は５０〜９０重
量％、焼成温度は１８００℃以上、とりわけ２８００℃
程度が最も好ましい。
入／脱離反応が吸着や二重層容量を利用できるように
し、以て高エネルギー密度及び高出力密度を併せ持つ特
性の優れたリチウムイオン二次電池を提供する。 【解決手段】負極を、穀物残滓、例えば米糠由来の炭素
材料と、それと複合化した熱硬化樹脂炭素材料を混合
し、焼成したカーボン材料６により形成してなる。その
混合物の穀物残滓、例えば米糠の組成比は５０〜９０重
量％、焼成温度は１８００℃以上、とりわけ２８００℃
程度が最も好ましい。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池に関する。
次電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６はリチウムイオン二次電池の一つの
従来例を示す断面図である。図面において、１は正極
で、例えばアルミニウム、チタン或いは白金等の金属箔
により構成され、その両面には正極活物質である、例え
ばＬｉＣｏＯ2等の粒子が塗布されている。２はその塗
布層である。この正極１はその両面のＬｉＣｏＯ2塗布
層２、２を含めて約１５０μｍ程度の厚さを有する。
従来例を示す断面図である。図面において、１は正極
で、例えばアルミニウム、チタン或いは白金等の金属箔
により構成され、その両面には正極活物質である、例え
ばＬｉＣｏＯ2等の粒子が塗布されている。２はその塗
布層である。この正極１はその両面のＬｉＣｏＯ2塗布
層２、２を含めて約１５０μｍ程度の厚さを有する。
【０００３】３は負極用基板で、例えば銅、ニッケル或
いは白金等の金属箔からなり、その両面にはカーボンが
塗布されている。４、４はその塗布されたカーボン層で
ある。負極３のカーボン層４、４を含めた全体の厚さは
約１５０μｍ程度にされている。５は正負両極１・３間
に設けられたセパレータで、微細な孔が無数に存在する
ポリプロピレン或いはポリエチレン等の樹脂フィルムか
らなり、正極１と負極３との間を電気的に絶縁するが、
リチウムイオンＬｉ+は自由に通過することができる。
いは白金等の金属箔からなり、その両面にはカーボンが
塗布されている。４、４はその塗布されたカーボン層で
ある。負極３のカーボン層４、４を含めた全体の厚さは
約１５０μｍ程度にされている。５は正負両極１・３間
に設けられたセパレータで、微細な孔が無数に存在する
ポリプロピレン或いはポリエチレン等の樹脂フィルムか
らなり、正極１と負極３との間を電気的に絶縁するが、
リチウムイオンＬｉ+は自由に通過することができる。
【０００４】上述したＬｉＣｏＯ2塗布層２、２のある
正極１と、セパレータ５と、カーボン層４、４のある負
極３は重ねた状態で巻かれてジェリーロールと称される
電池の核となり、電解液に浸されて缶のなかに入れら
れ、正負両極がそれぞれ端子に電気的に接続されて完成
する。電解液は塩（例えばＬｉＰＦ6）と溶媒からな
り、溶媒としてカーボネート系の薬剤、例えばエチレン
カーボネート、ポリピレンカーボネート、メチルエチル
カーボネート或いはジエチルカーボネート等が用いられ
る。
正極１と、セパレータ５と、カーボン層４、４のある負
極３は重ねた状態で巻かれてジェリーロールと称される
電池の核となり、電解液に浸されて缶のなかに入れら
れ、正負両極がそれぞれ端子に電気的に接続されて完成
する。電解液は塩（例えばＬｉＰＦ6）と溶媒からな
り、溶媒としてカーボネート系の薬剤、例えばエチレン
カーボネート、ポリピレンカーボネート、メチルエチル
カーボネート或いはジエチルカーボネート等が用いられ
る。
【０００５】このリチウムイオン二次電池の動作原理を
説明すると次の通りである。先ず、充電について説明す
ると、充電したときリチウムイオンＬｉ+が正極側から
負極側に侵入する。そして、充電終了時には正極中に存
在していたリチウムイオンＬｉ+の例えば５０重量％程
度が負極側に行ってその負極の隙間をほとんど埋め尽く
す状態になる。リチウムイオンＬｉ+は−３Ｖの電位を
持つため、充電終了時には負極は−３Ｖの電位となり、
また、正極はリチウムイオンＬｉ+が抜けるに従って電
位が上昇し、充電終了時には＋１．２Ｖの電位になる。
その結果、リチウムイオン二次電池の電圧は４．２Ｖと
なる。
説明すると次の通りである。先ず、充電について説明す
ると、充電したときリチウムイオンＬｉ+が正極側から
負極側に侵入する。そして、充電終了時には正極中に存
在していたリチウムイオンＬｉ+の例えば５０重量％程
度が負極側に行ってその負極の隙間をほとんど埋め尽く
す状態になる。リチウムイオンＬｉ+は−３Ｖの電位を
持つため、充電終了時には負極は−３Ｖの電位となり、
また、正極はリチウムイオンＬｉ+が抜けるに従って電
位が上昇し、充電終了時には＋１．２Ｖの電位になる。
その結果、リチウムイオン二次電池の電圧は４．２Ｖと
なる。
【０００６】次に、放電、即ち負極と正極との間に負荷
を接続した場合について説明すると、負極中に存在する
リチウムイオンＬｉ+が戻ってくる。それに伴って正極
の電位が下がり、負極の電位が上がるので、リチウムイ
オン二次電池の電池は４．２Ｖから徐々に低下する。従
って、リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンＬｉ
+が正極と負極とを行ったり来たりする電池であるとい
える。即ち、充電すると負極に行き、放電すると正極に
行くのである。そして、軽くて大容量であるという利点
を有するので、例えばノートパソコン或いはビデオカメ
ラ等の電源の主流になりつつある。
を接続した場合について説明すると、負極中に存在する
リチウムイオンＬｉ+が戻ってくる。それに伴って正極
の電位が下がり、負極の電位が上がるので、リチウムイ
オン二次電池の電池は４．２Ｖから徐々に低下する。従
って、リチウムイオン二次電池は、リチウムイオンＬｉ
+が正極と負極とを行ったり来たりする電池であるとい
える。即ち、充電すると負極に行き、放電すると正極に
行くのである。そして、軽くて大容量であるという利点
を有するので、例えばノートパソコン或いはビデオカメ
ラ等の電源の主流になりつつある。
【０００７】そして、従来において、上記負極２のカー
ボン層４、４は、例えば、２８００℃程度の高温焼成に
よって高度にグラファイト化度を発達させたＭＣＭＢに
アセチレンブラック等の炭素微粉体を導電助剤として添
加したものが多く用いられていた。これは、グラファイ
ト層間へのリチウムイオンの挿入／脱離反応が良好に行
われ得るという特性を有する。即ち、ＬｉＣ6という組
成式で示されるインターカレーション化合物の可逆的生
成反応が行われるようにしたものであり、３５０ｍＡｈ
／ｇ程度の充放電容量を持つが、それ以上の容量は得る
ことができなかった。
ボン層４、４は、例えば、２８００℃程度の高温焼成に
よって高度にグラファイト化度を発達させたＭＣＭＢに
アセチレンブラック等の炭素微粉体を導電助剤として添
加したものが多く用いられていた。これは、グラファイ
ト層間へのリチウムイオンの挿入／脱離反応が良好に行
われ得るという特性を有する。即ち、ＬｉＣ6という組
成式で示されるインターカレーション化合物の可逆的生
成反応が行われるようにしたものであり、３５０ｍＡｈ
／ｇ程度の充放電容量を持つが、それ以上の容量は得る
ことができなかった。
【０００８】また、負極として１０００℃程度の低温焼
成炭素を用いたものもある。この低温焼成炭素を用いた
ものは、挿入／脱離反応が広い電離領域で進行し、不可
逆容量が大きいという性質があり、問題がある。また、
負極として活性炭等の高比表面積炭素微粉体を用いたも
のもあるが、この種のものは、挿入／脱離反応ではな
く、その巨大な二重層容量への電荷の充放電を利用して
二次電池として機能するようにしたものであり、スーパ
ーキャパシタと称され、相当の大容量を実現でき、実用
化も進んでいる。この種のものは、比較的高速な応答性
を有しているが、しかし、作動電圧領域外狭いという欠
点を有する。
成炭素を用いたものもある。この低温焼成炭素を用いた
ものは、挿入／脱離反応が広い電離領域で進行し、不可
逆容量が大きいという性質があり、問題がある。また、
負極として活性炭等の高比表面積炭素微粉体を用いたも
のもあるが、この種のものは、挿入／脱離反応ではな
く、その巨大な二重層容量への電荷の充放電を利用して
二次電池として機能するようにしたものであり、スーパ
ーキャパシタと称され、相当の大容量を実現でき、実用
化も進んでいる。この種のものは、比較的高速な応答性
を有しているが、しかし、作動電圧領域外狭いという欠
点を有する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところで、現在、携帯
情報機器や電気自動車の電源として必要とされている二
次電池に要求されている特性は、更なる高エネルギー密
度化と高出力密度化である。そして、従来の高温焼成の
ＭＣＭＢを利用したものは、グラファイト中へのリチウ
ムイオンのインターカレーション反応を最大限に利用し
ているが、比表面積が小さいため、吸着現象や二重層容
量等をも利用できるというものではない。そのため、充
放電容量はＬｉＣ6の生成反応によってのみ決まり、高
速充放電という要請への充分な対応も難しいという問題
があった。
情報機器や電気自動車の電源として必要とされている二
次電池に要求されている特性は、更なる高エネルギー密
度化と高出力密度化である。そして、従来の高温焼成の
ＭＣＭＢを利用したものは、グラファイト中へのリチウ
ムイオンのインターカレーション反応を最大限に利用し
ているが、比表面積が小さいため、吸着現象や二重層容
量等をも利用できるというものではない。そのため、充
放電容量はＬｉＣ6の生成反応によってのみ決まり、高
速充放電という要請への充分な対応も難しいという問題
があった。
【００１０】また、従来の、１０００℃程度の低温焼成
炭素を用いたものは、吸着現象や二重層容量等を利用で
きるという利点を有するが、挿入／脱離反応も広い電位
領域で進行し、不可逆容量が大きく、エネルギー密度の
面で問題があった。また、従来の、活性炭等を用いたス
ーパーキャパシタと称されるものは、比較的高速な応答
性を有するが、作動電圧領域が狭いという問題があっ
た。
炭素を用いたものは、吸着現象や二重層容量等を利用で
きるという利点を有するが、挿入／脱離反応も広い電位
領域で進行し、不可逆容量が大きく、エネルギー密度の
面で問題があった。また、従来の、活性炭等を用いたス
ーパーキャパシタと称されるものは、比較的高速な応答
性を有するが、作動電圧領域が狭いという問題があっ
た。
【００１１】本発明はこのような問題点を解決すべく為
されたものであり、不可逆容量を抑制し、リチウムイオ
ンの挿入／脱離反応が吸着や二重層容量を利用できるよ
うにし、以て高エネルギー密度及び高出力密度を併せ持
つ特性の優れたリチウムイオン二次電池を提供すること
を目的とする。
されたものであり、不可逆容量を抑制し、リチウムイオ
ンの挿入／脱離反応が吸着や二重層容量を利用できるよ
うにし、以て高エネルギー密度及び高出力密度を併せ持
つ特性の優れたリチウムイオン二次電池を提供すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明リチウムイオン二
次電池は、負極を、穀物残滓、例えば米糠由来の炭素材
料と、その表面を覆う又はそれと複合化（混合）した熱
硬化樹脂炭素材料、例えばフェノール樹脂を焼成（焼成
温度例えば１８００℃以上）したものにより形成したこ
とを特徴とする。
次電池は、負極を、穀物残滓、例えば米糠由来の炭素材
料と、その表面を覆う又はそれと複合化（混合）した熱
硬化樹脂炭素材料、例えばフェノール樹脂を焼成（焼成
温度例えば１８００℃以上）したものにより形成したこ
とを特徴とする。
【００１３】従って、本発明リチウムイオン二次電池に
よれば、負極に用いるところの炭素材料が、微細孔によ
る高比表面積を有する穀物残滓、例えば米糠由来の炭素
材料の周りを、グラファイト化が高度に発達した熱硬化
樹脂由来の炭素材を被覆或いは複合化したものを焼成し
たものなので、穀物残滓由来焼成炭素がその微細孔によ
り持つ高比表面積性により、大きな二重層容量によるス
ーパーキャパシタとしての特性を持つことができる上、
リチウムイオン等の挿入／脱離反応の反応場のみなら
ず、高速充放電反応緩衝場を提供することができる。
よれば、負極に用いるところの炭素材料が、微細孔によ
る高比表面積を有する穀物残滓、例えば米糠由来の炭素
材料の周りを、グラファイト化が高度に発達した熱硬化
樹脂由来の炭素材を被覆或いは複合化したものを焼成し
たものなので、穀物残滓由来焼成炭素がその微細孔によ
り持つ高比表面積性により、大きな二重層容量によるス
ーパーキャパシタとしての特性を持つことができる上、
リチウムイオン等の挿入／脱離反応の反応場のみなら
ず、高速充放電反応緩衝場を提供することができる。
【００１４】また、熱硬化樹脂由来の焼成炭素はグラフ
ァイト化が高度に発達し、リチウムイオン等の挿入／脱
離反応の反応場を提供すると共に、その電子伝導性によ
り、伝導性に乏しい穀物残滓由来の炭素材料への導電助
材としても機能する。
ァイト化が高度に発達し、リチウムイオン等の挿入／脱
離反応の反応場を提供すると共に、その電子伝導性によ
り、伝導性に乏しい穀物残滓由来の炭素材料への導電助
材としても機能する。
【００１５】従って、本発明リチウムイオン二次電池に
よれば、穀物残滓、例えば米糠由来の焼成炭素材料の持
つ上述した特長と、熱硬化樹脂由来の焼成炭素材料が持
つ上述した特長とを併せ持つことができるのみならず、
穀物残滓由来の炭素材料の周りを、グラファイト化が高
度に発達した熱硬化樹脂由来の焼成炭素材が被覆或いは
複合化することにより、電解液分解生成物による不可逆
容量の増加を抑制し、両者（穀物残滓由来の炭素材料と
熱硬化樹脂由来の焼成炭素）の機能を最大限に引き出す
ことができる。そして、その結果として、５００ｍＡｈ
／ｇを越える容量の実現が可能になった。
よれば、穀物残滓、例えば米糠由来の焼成炭素材料の持
つ上述した特長と、熱硬化樹脂由来の焼成炭素材料が持
つ上述した特長とを併せ持つことができるのみならず、
穀物残滓由来の炭素材料の周りを、グラファイト化が高
度に発達した熱硬化樹脂由来の焼成炭素材が被覆或いは
複合化することにより、電解液分解生成物による不可逆
容量の増加を抑制し、両者（穀物残滓由来の炭素材料と
熱硬化樹脂由来の焼成炭素）の機能を最大限に引き出す
ことができる。そして、その結果として、５００ｍＡｈ
／ｇを越える容量の実現が可能になった。
【００１６】本発明リチウムイオン二次電池の製造方法
は、カーボン層形成用の穀物残滓由来の炭素材料と熱硬
化樹脂炭素材料との混合物の焼成温度を１８００℃以上
にすることを特徴とする。本発明リチウムイオン二次電
池の製造方法によれば、焼成温度が１８００℃以上なの
で図４に示すように、容量、特に放電容量を顕著に大き
くすることができる。
は、カーボン層形成用の穀物残滓由来の炭素材料と熱硬
化樹脂炭素材料との混合物の焼成温度を１８００℃以上
にすることを特徴とする。本発明リチウムイオン二次電
池の製造方法によれば、焼成温度が１８００℃以上なの
で図４に示すように、容量、特に放電容量を顕著に大き
くすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】本発明は、基本的には、穀物残滓
由来の炭素材料と、その表面を覆う又はそれと複合化し
た熱硬化樹脂炭素材料を焼成する、或いはしてなるもの
であり、その穀物残滓由来の炭素材料に用いる穀物材料
の代表例は米糠である。米糠由来の炭素には孔径１μｍ
程度のマクロ孔と、ナノスケールのミクロ孔があり、マ
クロ孔は熱硬化樹脂由来の高度にグラファイト化され、
電子伝導性に優れた硬質炭素で被われ、元々は電子伝導
性に乏しい米糠由来の多孔質炭素に対して電子伝導パス
を提供して電子伝導性を高めることを可能にする。そし
て、マクロポア部分での電解液の分解による固体電解質
層の生成を抑止し、多孔質炭素に顕著にみられる不可逆
容量を抑制することができるのである。
由来の炭素材料と、その表面を覆う又はそれと複合化し
た熱硬化樹脂炭素材料を焼成する、或いはしてなるもの
であり、その穀物残滓由来の炭素材料に用いる穀物材料
の代表例は米糠である。米糠由来の炭素には孔径１μｍ
程度のマクロ孔と、ナノスケールのミクロ孔があり、マ
クロ孔は熱硬化樹脂由来の高度にグラファイト化され、
電子伝導性に優れた硬質炭素で被われ、元々は電子伝導
性に乏しい米糠由来の多孔質炭素に対して電子伝導パス
を提供して電子伝導性を高めることを可能にする。そし
て、マクロポア部分での電解液の分解による固体電解質
層の生成を抑止し、多孔質炭素に顕著にみられる不可逆
容量を抑制することができるのである。
【００１８】また、米糠の炭素部のナノスケールのミク
ロ孔は高比表面積化するので、吸着や二重層容量を高度
に利用できるという利点を有する。更に、熱硬化樹脂由
来の高度にグラファイト化された硬質炭素部は、従来に
おけるＭＣＭＢと同様にリチウムイオンの挿入／脱離反
応に利用できるのである。従って、これ等の諸効果を併
せ持った優れた特性を得ることができ、高エネルギー密
度化及び高出力密度化を実現できる。
ロ孔は高比表面積化するので、吸着や二重層容量を高度
に利用できるという利点を有する。更に、熱硬化樹脂由
来の高度にグラファイト化された硬質炭素部は、従来に
おけるＭＣＭＢと同様にリチウムイオンの挿入／脱離反
応に利用できるのである。従って、これ等の諸効果を併
せ持った優れた特性を得ることができ、高エネルギー密
度化及び高出力密度化を実現できる。
【００１９】本発明における負極の構成例としては、穀
物残滓由来の炭素材料の表面に熱硬化樹脂炭素材料を重
ねて焼成したものと、穀物残滓由来の炭素材料に熱硬化
樹脂炭素材料を混合して焼成したものが挙げられ、どち
らを選んでも良い。この混合して焼成した場合、その混
合物の穀物残滓由来の炭素材料、例えば米糠の組成比は
５０〜９０重量％が好ましい（図３参照）。そして、焼
成温度は１８００℃以上が好ましい（図４参照）。ま
た、上記熱硬化樹脂炭素材料としては例えばフェルール
樹脂が好適であるが、必ずしもこれには限定されない。
また、穀物残滓由来の炭素材料の例として、米糠を用い
た場合を挙げたが、他の穀物を用いても本発明を実施す
ることができる。
物残滓由来の炭素材料の表面に熱硬化樹脂炭素材料を重
ねて焼成したものと、穀物残滓由来の炭素材料に熱硬化
樹脂炭素材料を混合して焼成したものが挙げられ、どち
らを選んでも良い。この混合して焼成した場合、その混
合物の穀物残滓由来の炭素材料、例えば米糠の組成比は
５０〜９０重量％が好ましい（図３参照）。そして、焼
成温度は１８００℃以上が好ましい（図４参照）。ま
た、上記熱硬化樹脂炭素材料としては例えばフェルール
樹脂が好適であるが、必ずしもこれには限定されない。
また、穀物残滓由来の炭素材料の例として、米糠を用い
た場合を挙げたが、他の穀物を用いても本発明を実施す
ることができる。
【００２０】
【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図１は本発明リチウムイオン二次電池の一つの
実施例を示す断面図であり、図面において、１は正極
で、例えばアルミニウム、チタン或いは白金等の金属箔
により構成され、その両面にはリチウムを含む正極活物
質の粒子が塗布されている。２はその塗布層である。こ
の正極１はその両面の塗布層２、２を含めて約１５０μ
ｍ程度の厚さを有する。
明する。図１は本発明リチウムイオン二次電池の一つの
実施例を示す断面図であり、図面において、１は正極
で、例えばアルミニウム、チタン或いは白金等の金属箔
により構成され、その両面にはリチウムを含む正極活物
質の粒子が塗布されている。２はその塗布層である。こ
の正極１はその両面の塗布層２、２を含めて約１５０μ
ｍ程度の厚さを有する。
【００２１】３は負極基板で、例えば銅箔からなり、そ
の両面には負極を成すカーボン層６、６が形成されてい
る。このカーボン層６、６は、それぞれ、穀物残滓、例
えば米糠由来の炭素材料と、熱硬化樹脂の炭素材料、例
えばフェノール樹脂とを混合したものを焼成したもので
ある。このカーボンの形成方法の一例について説明する
と、次の通りである。
の両面には負極を成すカーボン層６、６が形成されてい
る。このカーボン層６、６は、それぞれ、穀物残滓、例
えば米糠由来の炭素材料と、熱硬化樹脂の炭素材料、例
えばフェノール樹脂とを混合したものを焼成したもので
ある。このカーボンの形成方法の一例について説明する
と、次の通りである。
【００２２】米糠を用意し、それから油を取り去り、油
を取り去った状態の米糠のカスと熱硬化樹脂であるフェ
ノール樹脂を混ぜ、その混ぜたものを焼成する。図２は
その焼成後におけるカーボン材料の模式図である。この
カーボン材料は、ハードカーボン（高温焼成してもグラ
ファイト化しないカーボン）とグラファイトからなるも
のをフェノール樹脂によるグラファイトで包み込んだも
のとなる。このグラファイトで包まれたハードカーボン
とグラファイトからなる部分におけるハードカーボンに
は、マクロポアとマイクロポアとがあり、そのマクロポ
ア部分にフェノール樹脂が浸透しグラファイト化してい
る。
を取り去った状態の米糠のカスと熱硬化樹脂であるフェ
ノール樹脂を混ぜ、その混ぜたものを焼成する。図２は
その焼成後におけるカーボン材料の模式図である。この
カーボン材料は、ハードカーボン（高温焼成してもグラ
ファイト化しないカーボン）とグラファイトからなるも
のをフェノール樹脂によるグラファイトで包み込んだも
のとなる。このグラファイトで包まれたハードカーボン
とグラファイトからなる部分におけるハードカーボンに
は、マクロポアとマイクロポアとがあり、そのマクロポ
ア部分にフェノール樹脂が浸透しグラファイト化してい
る。
【００２３】この場合、米糠のカスとフェノール樹脂と
の混合物における米糠のカスの組成比は重量比で５０〜
９０％が好ましい（以後組成比は総て重量比であ
る。）。というのは、穀物残滓の組成比と電池の容量と
の関係を示す図３から解るように、５０〜９０％の範囲
で容量、特に放電容量を高めることができるからであ
る。この焼成は、焼成温度と電池の容量との関係を示す
図４から明らかなように、１８００℃以上が好ましいと
言え、特に２８００℃程度が最も好ましいと言える。
の混合物における米糠のカスの組成比は重量比で５０〜
９０％が好ましい（以後組成比は総て重量比であ
る。）。というのは、穀物残滓の組成比と電池の容量と
の関係を示す図３から解るように、５０〜９０％の範囲
で容量、特に放電容量を高めることができるからであ
る。この焼成は、焼成温度と電池の容量との関係を示す
図４から明らかなように、１８００℃以上が好ましいと
言え、特に２８００℃程度が最も好ましいと言える。
【００２４】５は正負両極間に設けられたセパレータ
で、微細な孔が無数に存在するポリプロピレン或いはポ
リエチレン等の樹脂フィルムからなり、正負極間を電気
的に絶縁するが、リチウムイオンＬｉ+は自由に通過す
ることができる。
で、微細な孔が無数に存在するポリプロピレン或いはポ
リエチレン等の樹脂フィルムからなり、正負極間を電気
的に絶縁するが、リチウムイオンＬｉ+は自由に通過す
ることができる。
【００２５】上述した正極活物質塗布層２、２のある正
極１と、セパレータ５と、負極基板３に負極を成す上記
カーボン層６、６）を設けたものを重ねた状態で巻いて
ジェリーロールと称される電池の核を構成し、これを、
電解液に浸されて缶のなかに入れられ、正負両極がそれ
ぞれ端子に電気的に接続されて完成する
極１と、セパレータ５と、負極基板３に負極を成す上記
カーボン層６、６）を設けたものを重ねた状態で巻いて
ジェリーロールと称される電池の核を構成し、これを、
電解液に浸されて缶のなかに入れられ、正負両極がそれ
ぞれ端子に電気的に接続されて完成する
【００２６】図５は本実施例のリチウムイオン二次電池
（焼成される混合物の穀物残滓の組成比が６０％、熱硬
化樹脂の組成比が４０％、焼成条件については焼成温度
が２８００℃、焼成雰囲気がＮ2ガス、焼成時間が１０
時間）と、従来のグラファイトタイプのもの、同じくハ
ードカーボンタイプのものの充放電特性曲線図であり、
この図から本実施例によれば優れた充放電特性（尤も、
本実施例とグラファイトタイプとを比較すると、時間経
過が短い段階ではグラファイトタイプのものの方が電圧
低下の度合いが低いがので優れていると言えるが、一端
電圧が下がり始めると急激に下がり、寿命がつきてしま
うのに対して、本実施例は電圧の低下が略一定で、寿命
が長い。また、ハードカーボンタイプのものと比較した
場合は本実施例の方が明らかに優れている。）を得るこ
とができることが明らかである。
（焼成される混合物の穀物残滓の組成比が６０％、熱硬
化樹脂の組成比が４０％、焼成条件については焼成温度
が２８００℃、焼成雰囲気がＮ2ガス、焼成時間が１０
時間）と、従来のグラファイトタイプのもの、同じくハ
ードカーボンタイプのものの充放電特性曲線図であり、
この図から本実施例によれば優れた充放電特性（尤も、
本実施例とグラファイトタイプとを比較すると、時間経
過が短い段階ではグラファイトタイプのものの方が電圧
低下の度合いが低いがので優れていると言えるが、一端
電圧が下がり始めると急激に下がり、寿命がつきてしま
うのに対して、本実施例は電圧の低下が略一定で、寿命
が長い。また、ハードカーボンタイプのものと比較した
場合は本実施例の方が明らかに優れている。）を得るこ
とができることが明らかである。
【００２７】即ち、負極を構成するカーボン層４に用い
るところの炭素材料が、微細孔による高比表面積を有す
る穀物残滓である米糠由来の炭素材料の周りを、グラフ
ァイト化が高度に発達した熱硬化樹脂由来の炭素材が被
覆或いは複合化したものを焼成したものなので、穀物残
滓由来焼成炭素がその微細孔により持つ高比表面積性に
より、大きな二重層容量によるスーパーキャパシタとし
ての特性を持つことができる上、リチウムイオン+等の
挿入／脱離反応の反応場のみならず、高速充放電反応緩
衝場を提供することができる。
るところの炭素材料が、微細孔による高比表面積を有す
る穀物残滓である米糠由来の炭素材料の周りを、グラフ
ァイト化が高度に発達した熱硬化樹脂由来の炭素材が被
覆或いは複合化したものを焼成したものなので、穀物残
滓由来焼成炭素がその微細孔により持つ高比表面積性に
より、大きな二重層容量によるスーパーキャパシタとし
ての特性を持つことができる上、リチウムイオン+等の
挿入／脱離反応の反応場のみならず、高速充放電反応緩
衝場を提供することができる。
【００２８】また、熱硬化樹脂由来の焼成炭素はグラフ
ァイト化が高度に発達し、リチウムイオン等の挿入／脱
離反応の反応場を提供すると共に、その電子伝導性によ
り、伝導性に乏しい穀物残滓由来の炭素材料への導電助
材としても機能する。従って、穀物残滓由来の焼成炭素
材料の持つ上述した特長と、熱硬化樹脂由来の焼成炭素
材が持つ上述した特長とを併せ持つことができるのみな
らず、穀物残滓由来の炭素材料の周りを、グラファイト
化が高度に発達した熱硬化樹脂由来の焼成炭素材が被覆
或いは複合化することにより、電解液分解生成物による
不可逆容量の増加を抑制し、両者（穀物残滓由来の炭素
材料と熱硬化樹脂由来の焼成炭素）の機能を最大限に引
き出すことができる。
ァイト化が高度に発達し、リチウムイオン等の挿入／脱
離反応の反応場を提供すると共に、その電子伝導性によ
り、伝導性に乏しい穀物残滓由来の炭素材料への導電助
材としても機能する。従って、穀物残滓由来の焼成炭素
材料の持つ上述した特長と、熱硬化樹脂由来の焼成炭素
材が持つ上述した特長とを併せ持つことができるのみな
らず、穀物残滓由来の炭素材料の周りを、グラファイト
化が高度に発達した熱硬化樹脂由来の焼成炭素材が被覆
或いは複合化することにより、電解液分解生成物による
不可逆容量の増加を抑制し、両者（穀物残滓由来の炭素
材料と熱硬化樹脂由来の焼成炭素）の機能を最大限に引
き出すことができる。
【００２９】依って、図５に示すような優れた特性を有
するリチウムイオン二次電池を得ることができる。そし
て、その結果として、５００ｍＡｈ／ｇを越える容量の
実現が可能になった。
するリチウムイオン二次電池を得ることができる。そし
て、その結果として、５００ｍＡｈ／ｇを越える容量の
実現が可能になった。
【００３０】ところで、リチウムイオン二次電池のカー
ボン材料に使用する、混合物の穀物残滓の組成比と、そ
の残滓を用いてつくったリチウムイオン二次電池の容量
（ｏｎＡｈ／ｇ）との関係を示す上記図３におけるカー
ボン材料の焼成条件は、焼成温度が２８００℃、焼成雰
囲気がＮ2、焼成時間が１０時間である。元来、容量特
性については放電容量が大きく、且つ放電容量の充電容
量との差が小さいのがよい。従って、図３のデータか
ら、残滓の組成比が５０以上９０％以下だと比較的良好
な容量特性が得られる。特に、６０〜９０％が好ましい
と言える。
ボン材料に使用する、混合物の穀物残滓の組成比と、そ
の残滓を用いてつくったリチウムイオン二次電池の容量
（ｏｎＡｈ／ｇ）との関係を示す上記図３におけるカー
ボン材料の焼成条件は、焼成温度が２８００℃、焼成雰
囲気がＮ2、焼成時間が１０時間である。元来、容量特
性については放電容量が大きく、且つ放電容量の充電容
量との差が小さいのがよい。従って、図３のデータか
ら、残滓の組成比が５０以上９０％以下だと比較的良好
な容量特性が得られる。特に、６０〜９０％が好ましい
と言える。
【００３１】また、焼成温度と容量との関係を示す上記
図４は、焼成される混合物の穀物残滓と熱硬化樹脂との
組成比が６０：４０、焼成雰囲気がＮ2、焼成時間が１
０時間という条件下でのデータを示している。前述のよ
うに、容量特性については放電容量が大きく、放電容量
の充電容量との差が小さいのがよいので、図４のデータ
から、１８００℃以上が良いと言える。特に、２８００
℃付近が最も良いと言える。尚、焼成温度がその２８０
０℃を少し越えると現時点では工場における実験が略不
可能となる。
図４は、焼成される混合物の穀物残滓と熱硬化樹脂との
組成比が６０：４０、焼成雰囲気がＮ2、焼成時間が１
０時間という条件下でのデータを示している。前述のよ
うに、容量特性については放電容量が大きく、放電容量
の充電容量との差が小さいのがよいので、図４のデータ
から、１８００℃以上が良いと言える。特に、２８００
℃付近が最も良いと言える。尚、焼成温度がその２８０
０℃を少し越えると現時点では工場における実験が略不
可能となる。
【００３２】上記実施例においては、穀物残滓として米
糠を、熱硬化樹脂としてフェノール樹脂をそれぞれ用い
たが、本発明は必ずしもそれに限定されるものではな
く、それ以外の穀物残滓、熱硬化樹脂を使用できる。
糠を、熱硬化樹脂としてフェノール樹脂をそれぞれ用い
たが、本発明は必ずしもそれに限定されるものではな
く、それ以外の穀物残滓、熱硬化樹脂を使用できる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、リチウムイオン二次電
池の負極の高エネルギー密度化と高出力密度化を同時に
達成することができ、電池自体の軽量化、小型化、高出
力化、長サイクル寿命化を実現することができる。ま
た、リチウムイオン二次電池の熱安定性、安全性を高め
ることができ、例えば携帯情報機器、コンピュータ、電
気自動車、電力貯蔵等への適用が促進され、環境汚染の
低減化にも寄与する。
池の負極の高エネルギー密度化と高出力密度化を同時に
達成することができ、電池自体の軽量化、小型化、高出
力化、長サイクル寿命化を実現することができる。ま
た、リチウムイオン二次電池の熱安定性、安全性を高め
ることができ、例えば携帯情報機器、コンピュータ、電
気自動車、電力貯蔵等への適用が促進され、環境汚染の
低減化にも寄与する。
【００３４】そして、負極の炭素材料に用いる穀物残滓
は、安価な材料で、資源量も豊富なので、リチウムイオ
ン二次電池の低価格大量供給を可能にする。
は、安価な材料で、資源量も豊富なので、リチウムイオ
ン二次電池の低価格大量供給を可能にする。
【図１】本発明リチウムイオン二次電池の一つの実施例
を示す断面図である。
を示す断面図である。
【図２】上記実施例におけるカーボン材料の模式図であ
る。
る。
【図３】穀物残滓と熱硬化樹脂との混合物の穀物残滓の
組成比（横軸）と、電池の容量（縦軸）との関係を示す
図である。
組成比（横軸）と、電池の容量（縦軸）との関係を示す
図である。
【図４】穀物残滓と熱硬化樹脂との混合物の焼成温度
（横軸）と、電池の容量（縦軸）との関係を示す図であ
る。
（横軸）と、電池の容量（縦軸）との関係を示す図であ
る。
【図５】上記実施例のリチウムイオン二次電池と、従来
のグラファイトタイプのもの、同じくハードカーボンタ
イプのものの充放電特性曲線図である。
のグラファイトタイプのもの、同じくハードカーボンタ
イプのものの充放電特性曲線図である。
【図６】リチウムイオン二次電池の従来例を示す断面図
である。
である。
６・・・負極を構成するカーボン層。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 397009152 エナックス株式会社 東京都文京区音羽２−11−19 オトワＫＳ ビル８Ｆ (72)発明者 堀切川 一男 山形県米沢市松が岬３丁目１−21 (72)発明者 仁科 辰夫 山形県米沢市東２丁目７−139−215 (72)発明者 小野 浩幸 山形県米沢市東２丁目７−146 (72)発明者 小沢 和典 東京都文京区音羽２丁目11番19号 エナッ クス株式会社内 (72)発明者 雪田 康夫 東京都文京区音羽２丁目11番19号 エナッ クス株式会社内 (72)発明者 藤谷 直子 東京都文京区音羽２丁目11番19号 エナッ クス株式会社内 Ｆターム(参考） 5H029 AJ02 AJ03 AK11 AL06 CJ02 CJ08 CJ22 HJ01 HJ14 5H050 AA02 AA08 BA17 CA17 CB07 FA04 FA18 GA02 GA10 HA01 HA14
Claims (5)
- 【請求項１】 負極を、穀物残滓由来の炭素材料と、そ
の表面を覆う又はそれと複合化した熱硬化樹脂炭素材料
を焼成したカーボン層で形成してなることを特徴とする
リチウムイオン二次電池。 - 【請求項２】 上記穀物残滓由来の炭素材料が、米糠残
滓由来の炭素材料であることを特徴とする請求項１記載
のリチウムイオン二次電池。 - 【請求項３】 上記熱硬化樹脂炭素材料が、フェルール
樹脂であることを特徴とする請求項１又は２記載のリチ
ウムイオン二次電池。 - 【請求項４】 負極を、穀物残滓由来の炭素材料と熱硬
化樹脂炭素材料との混合物を焼成したカーボン層で形成
してなり、 上記混合物の穀物残滓由来の炭素材料の組成比が５０〜
９０重量％であることを特徴とするリチウムイオン二次
電池 - 【請求項５】 負極を、穀物残滓由来の炭素材料と熱硬
化樹脂炭素材料との混合物を焼成したカーボン層で形成
したリチウムイオン二次電池の製造方法において、 上記焼成の温度を１８００℃以上にすることを特徴とす
るリチウムイオン二次電池の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000075606A JP4430778B2 (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | リチウムイオン二次電池とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000075606A JP4430778B2 (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | リチウムイオン二次電池とその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001266850A true JP2001266850A (ja) | 2001-09-28 |
| JP4430778B2 JP4430778B2 (ja) | 2010-03-10 |
Family
ID=18593475
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000075606A Expired - Fee Related JP4430778B2 (ja) | 2000-03-17 | 2000-03-17 | リチウムイオン二次電池とその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4430778B2 (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003077333A1 (fr) * | 2002-03-08 | 2003-09-18 | Akira Fujishima | Electrode d'utilisation d'element a stockage de puissance, element de stockage de puissance, et procede de stockage de puissance |
| EP1808919A1 (en) | 2006-01-16 | 2007-07-18 | Enax, Inc. | Negative electrode carbon material for lithium Ion secondary battery and manufacturing method thereof |
| US7981395B2 (en) | 2006-01-12 | 2011-07-19 | Enax, Inc. | Negative electrode carbon material for lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof |
| WO2013005739A1 (ja) | 2011-07-06 | 2013-01-10 | 昭和電工株式会社 | リチウム二次電池用電極、リチウム二次電池及びリチウム二次電池用電極の製造方法 |
| KR101234512B1 (ko) * | 2006-01-16 | 2013-02-19 | 에낙스 가부시키가이샤 | 리튬이온 이차전지용 부극 탄소재료 및 그 제조방법 |
| WO2013153916A1 (ja) | 2012-04-09 | 2013-10-17 | 昭和電工株式会社 | 電気化学素子用集電体の製造方法、電気化学素子用電極の製造方法、電気化学素子用集電体、電気化学素子、及び、電気化学素子用集電体を作製するための塗工液 |
| US8663845B2 (en) | 2005-02-10 | 2014-03-04 | Showa Denko K.K. | Secondary-battery current collector, secondary-battery cathode, secondary-battery anode, secondary battery and production method thereof |
| WO2023015561A1 (zh) * | 2021-08-13 | 2023-02-16 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置及电子装置 |
-
2000
- 2000-03-17 JP JP2000075606A patent/JP4430778B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|---|---|---|
| WO2003077333A1 (fr) * | 2002-03-08 | 2003-09-18 | Akira Fujishima | Electrode d'utilisation d'element a stockage de puissance, element de stockage de puissance, et procede de stockage de puissance |
| US8663845B2 (en) | 2005-02-10 | 2014-03-04 | Showa Denko K.K. | Secondary-battery current collector, secondary-battery cathode, secondary-battery anode, secondary battery and production method thereof |
| US10033045B2 (en) | 2005-02-10 | 2018-07-24 | Showda Denko K.K. | Secondary-battery current collector, secondary-battery cathode, secondary-battery anode, secondary battery and production method thereof |
| US7981395B2 (en) | 2006-01-12 | 2011-07-19 | Enax, Inc. | Negative electrode carbon material for lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof |
| EP1808919A1 (en) | 2006-01-16 | 2007-07-18 | Enax, Inc. | Negative electrode carbon material for lithium Ion secondary battery and manufacturing method thereof |
| KR101234512B1 (ko) * | 2006-01-16 | 2013-02-19 | 에낙스 가부시키가이샤 | 리튬이온 이차전지용 부극 탄소재료 및 그 제조방법 |
| WO2013005739A1 (ja) | 2011-07-06 | 2013-01-10 | 昭和電工株式会社 | リチウム二次電池用電極、リチウム二次電池及びリチウム二次電池用電極の製造方法 |
| WO2013153916A1 (ja) | 2012-04-09 | 2013-10-17 | 昭和電工株式会社 | 電気化学素子用集電体の製造方法、電気化学素子用電極の製造方法、電気化学素子用集電体、電気化学素子、及び、電気化学素子用集電体を作製するための塗工液 |
| KR20140137395A (ko) | 2012-04-09 | 2014-12-02 | 쇼와 덴코 가부시키가이샤 | 전기 화학 소자용 집전체의 제조 방법, 전기 화학 소자용 전극의 제조 방법, 전기 화학 소자용 집전체, 전기 화학 소자 및 전기 화학 소자용 집전체를 제작하기 위한 도공액 |
| WO2023015561A1 (zh) * | 2021-08-13 | 2023-02-16 | 宁德新能源科技有限公司 | 电化学装置及电子装置 |
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