JP2002241118A - 改質黒鉛系炭素材料 - Google Patents

改質黒鉛系炭素材料

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JP2002241118A
JP2002241118A JP2001035426A JP2001035426A JP2002241118A JP 2002241118 A JP2002241118 A JP 2002241118A JP 2001035426 A JP2001035426 A JP 2001035426A JP 2001035426 A JP2001035426 A JP 2001035426A JP 2002241118 A JP2002241118 A JP 2002241118A
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based carbon
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modified graphite
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Katsuhisa Tokumitsu
勝久 徳満
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Osaka Gas Co Ltd
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Osaka Gas Co Ltd
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    • 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
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  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】リチウム二次電池の負極用黒鉛系炭素材料とし
て、高い初期充放電効率を備えた黒鉛系炭素材料および
その製造方法、ならびにこの炭素材料を負極材料として
用いるリチウム二次電池を提供する。 【解決手段】黒鉛系炭素材料を酸化バナジウム膜で被覆
してなる改質黒鉛系炭素材料。トリエトキシバナジウム
溶液を用いるゾルゲル法により酸化バナジウム膜で被覆
を行なう改質黒鉛系炭素材料の製造方法。該改質黒鉛系
炭素材料を負極として用いる非水電解質系リチウム二次
電池。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、改質黒鉛系炭素材
料に関し、さらに詳しくは、非水電解質系リチウムイオ
ン二次電池用負極として高い充放電効率を示す黒鉛系炭
素材料、その製造方法およびこの様な炭素材料を負極材
料とする非水電解質系リチウムイオン二次電池に関す
る。
【0002】
【従来の技術とその問題点】負極活物質としてリチウム
を用い、正極活物質として金属カルコゲン化物、金属酸
化物などを用い、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溶液を用いる、いわゆる「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
して注目されており、盛んに研究が行われている。
【0003】従来のリチウムニ次電池においては、負極
活物質であるリチウムは、箔状などの単体形態で用いら
れることが多かった。しかしながら、この様な電池は、
充放電を繰り返すうちに、樹枝状リチウムが析出して、
両極が短絡するので、充放電のサイクル寿命が短いとい
う欠点を有する。
【0004】そこで、負極活物質として、アルミニウム
(あるいは鉛)、カドミウムおよびインジウムを含む可
融性合金(Al-Cd-In-Li系合金あるいはPb-Cd-In-Li系合
金)を用いることにより、充電時にはリチウムを合金と
して析出させ、放電時には合金からリチウムを溶解させ
る技術によるリチウム二次電池が提案されている(米国
特許第4,002,492号(1977)参照)。しかしながら、この
様な材料を用いる電池においては、樹枝状リチウムの析
出は抑止できるものの、材料から電極への加工性が低下
するという新たな問題点が生じる。
【0005】近年、新しい負極材料を使用して、従来技
術における問題点を解決しようとする試みがなされてい
る。その様な試みの一つとして、リチウムを各種の炭素
材料に担持させる研究が盛んに行われている。リチウム
二次電池用負極として、黒鉛にリチウムを担持させた炭
素材料を用いる場合には、電池の充電時にリチウムが黒
鉛の層間に挿入(インターカレーション)され、放電時に
黒鉛層間からリチウムが放出(デインターカレーション)
される。一般に、この場合LiC6という組成から求められ
る理論的な容量は、372Ah/kg(炭素べ一ス)である。しか
しながら、通常の黒鉛材料をリチウム二次電池の負極材
料として用いる場合には、黒鉛表面に存在する官能基、
水分などの影響により、初期充放電効率が90%を下回る
性能しか得られず、また正極中に含まれるリチウム種の
利用効率が低下するので、電池としてのエネルギー密度
が低下するという問題がある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、リ
チウム二次電池の負極用黒鉛系炭素材料として、高い初
期充放電効率を備えた黒鉛系炭素材料およびその製造方
法、ならびにこの炭素材料を負極材料として用いるリチ
ウム二次電池を提供することを主な目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者は、リチウム二
次電池の負極用炭素材料における従来技術の問題点に鑑
みて、研究を重ねた結果、黒鉛系炭素材料の表面を酸化
バナジウムで被覆する場合には、高い充放電効率を発揮
する改質黒鉛系炭素材料が得られることを見出した。
【0008】即ち、本発明は、以下に示す黒鉛系炭素材
料、その製造方法、リチウム二次電池を提供するもので
ある。 1.黒鉛系炭素材料を酸化バナジウム膜で被覆してなる
改質黒鉛系炭素材料。 2.バナジウム原子の含有量が、30〜900ppmの範囲にあ
る上記項1に記載の改質黒鉛系炭素材料。 3.トリエトキシオキシバナジウム溶液を用いるゾルゲ
ル法により、黒鉛系炭素材料表面を酸化バナジウム膜で
被覆することを特徴とする改質黒鉛系炭素材料の製造方
法。 4.水無添加のトリエトキシオキシバナジウム溶液を用
いる上記項3に記載の改質黒鉛系炭素材料の製造方法。 5.黒鉛系炭素材料を酸化バナジウム膜で被覆してなる
改質黒鉛系炭素材料を負極として用いることを特徴とす
る非水電解質系リチウム二次電池。
【0009】
【発明の実施の形態】本発明において、出発原料として
粒子形態で用いる黒鉛系炭素材料は、特に限定されるも
のではなく、天然黒鉛、人造黒鉛、黒鉛化されたメソカ
ーボンマイクロビーズ、黒鉛化されたピッチ系炭素繊維
などが例示される。その平均粒径は、0.1〜100μm程度
であり、より好ましくは5〜50μm程度である。また、比
表面積は、特に限定されないが、通常0.5〜10m2/g程度
であり、より好ましくは1〜5m2/g程度である。
【0010】なお、本明細書において、原料である黒鉛
系炭素材料および生成物(酸化バナジウム膜により被覆
された黒鉛系炭素材料)のいずれにおいても、平均粒径
とは、乾式レーザー回折測定法によって得られた体積粒
度分布における中心粒径を意味する。また、比表面積
は、BET法により測定した数値を示す。
【0011】本発明においては、先ずゾルゲル法によっ
てトリエトキシオキシバナジウムを黒鉛系炭素材料粒子
表面に担持させる。すなわち、トリエトキシオキシバナ
ジウムを均一に溶解させた溶液と黒鉛系炭素材料粒子と
を攪拌下に接触させた後、トリエトキシオキシバナジウ
ムを担持した炭素材料粒子を濾過により分別し、80〜10
0℃程度の温度で乾燥した後、乾燥粒子を不活性雰囲気
中で熱処理する。その結果、黒鉛粒子表面が酸化バナジ
ウムで被覆された改質黒鉛系炭素材料粒子が得られる。
【0012】トリエトキシオキシバナジウムを溶解させ
る溶媒としては、エチルアルコール、プロピルアルコー
ルなどのアルコール、これらアルコールの少なくとも1
種と水との混合物などが例示される。トリエトキシオキ
シバナジウム溶液の濃度は、特に限定されるものではな
いが、通常0.1〜10重量%程度であり、より好ましくは
0.2〜5重量%程度である。溶液に対する原料黒鉛系炭素
材料粒子の浸漬ないし投入量は、溶液濃度、所望の改質
炭素材料粒子における酸化バナジウムの担持量などによ
り異なるが、溶液容量を基準として、通常10〜1500g/l
程度であり、より好ましくは50〜1000g/l程度である。
【0013】乾燥後の黒鉛系炭素材料の熱処理は、通常
200〜500℃程度、より好ましくは300〜400℃程度で行
う。熱処理は、アルゴン、窒素、ヘリウムなどの不活性
ガス雰囲気中で行う。
【0014】本発明による改質黒鉛系炭素材料(酸化バ
ナジウム被覆黒鉛系炭素材料)の酸化バナジウム含有量
ないし担持量は、30〜900ppm程度であることが好まし
く、30〜400ppm程度であることがより好ましい。改質黒
鉛系炭素材料に対する酸化バナジウム含有量は、トリエ
トキシオキシバナジウム溶液の濃度、黒鉛系炭素材料の
種類および特性、両材料の接触時間などにより、適宜調
整することができる。この様にして得られる本発明によ
る改質黒鉛系炭素材料の初期充放電効率は、90%以上に
向上する。これは、酸化バナジウムによる被覆処理によ
り、黒鉛系炭素粒子の表面状態が、著しく改変されるた
めであろうと推測される。かくして得られる本発明の改
質黒鉛系炭素材料は、リチウム二次電池の負極用材料と
して有用である。
【0015】本発明による改質黒鉛系炭素材料を負極材
料とし、公知の正極材料、電解液、多孔質セパレータ、
集電体、ガスケット、封口板、ケースなどと組み合わせ
て、常法により、リチウム二次電池を作成することがで
きる。
【0016】正極活物質としては、LiNiO2、LiCoO2、Li
Mn204などを単独であるいは混合して用いることができ
る。
【0017】電解液としては、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にアニオン生成塩を溶解したものが
例示される。これらの中では、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
オキソランなどの強い還元雰囲気でも安定なエーテル系
溶媒あるいはこれらの溶媒の2種類以上からなる混合溶
媒に、LiPF6、LiClO4、LiBF4、LiAsF6、LiSbF6、LiAl
O4、LiAlCl4、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させたものを用いることが、より好
ましい。
【0018】リチウムニ次電池を製造する場合には、上
記の負極材料、正極材料および電解液とともに、常用の
多孔質ボリプロピレン製不繊布をはじめとするポリオレ
フィン系の多孔質膜のセパレータ、集電体、ガスケッ
ト、封口板、ケースなどの電池構成要素を使用して、常
法に従って、円筒型,角型あるいはボタン型などの任意
形態のリチウム二次電池を組み立てることができる。
【0019】
【発明の効果】本発明によれば、ゾルゲル法により、黒
鉛系炭素材料粒子表面にバナジウム化合物を担持させた
後、熱処理することによって、酸化バナジウムにより被
覆された新規な改質黒鉛系炭素材料が得られる。この改
質黒鉛系炭素材料をリチウムイオン電池の負極材料とし
て使用する場合には、初回の充放電効率が90%以上にも
達するという顕著な効果が達成される。
【0020】
【実施例】以下に実施例および比較例を示し、本発明を
より一層具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例
および比較例により制限されるものではない。 実施例1〜5 *酸化バナジウムにより被覆された炭素粒子の作成 エタノール50gに、所定量のトリエトキシオキシバナジ
ウムと水1重量%エタノール溶液1.5gとを添加して、トリ
エトキシオキシバナジウム濃度0.2、2.0および4.0重量%
の3種の水/エタノール溶液を調製した。また、別に水無
添加の1.0重量%トリエトキシオキシバナジウムのエタノ
ール溶液50gを調製した。
【0021】上記の様にして調製した4種類の溶液に、
人造黒鉛粒子(平均粒子径約21μm)25gを添加し、30分
攪拌した後、濾紙(Whatman社製#42)を用いて、アルゴ
ン雰囲気中で減圧濾過した。次いで、 濾過物を80℃で
2時間乾燥した後、焼成した。焼成は、室温から400℃ま
で100℃/hrの速度で濾過物を昇温し、400 ℃で5時間保
温した後、室温まで50℃/hrの速度で降温することによ
り、行った(実施例1〜4)。
【0022】なお、トリエトキシオキシバナジウム濃度
2.0重量%の溶液を用いて得た濾過/乾燥物については、
保持温度300℃で焼成した改質炭素材料粒子をも作成し
た(実施例5)。 *炭素極(作用極)の作成 上記の様にして表面改質を行った黒鉛系炭素材料粒子の
それぞれ92重量部とPVdF(アルドリッチケミカル社製)
8重量部とを混合し、N-メチルピロリドン80重量部を用
いて液相で均一に攪拌した後、ペースト状とした。得ら
れたペースト状混合物をドクタープレードにより銅箔に
塗布し、乾燥し、圧着させることにより、炭素極を作製
した後、200℃で6時間真空乾燥した。 *試験セルの組立 上記で得られた炭素極を1cm2の大きさに切り出したもの
に対して、対極として充分量のリチウム金属を使用し
た。また、電解液として1mol/1の濃度にLiClO4を溶解さ
せたプロピレンカーボネート/エチレンカーボネート/
ジエチルカーボネート混合溶媒(体積比1:1:2)を用い、
セパレータとしてポリプロピレン不織布を用いて、リチ
ウム二次電池を作製した。 *電極特性の測定 得られたリチウム二次電池の充放電特性を以下の様にし
て測定した。
【0023】充電は、1.0mA/cm2の定電流により1mVま
で充電を行った後、1mVの電位に保持することにより行
い、充電時間は充電開始直後から12時間とした。放電
は、1.0mA/cm2の定電流で、2Vまで放電させた。放電容
量および効率は、カット電圧が1.3Vの時の容量および効
率を測定した。
【0024】得られた測定結果を下記表1に示す。 *酸化バナジウムの被覆量の測定 酸化バナジウムを被覆した人造黒鉛粒子約2gを3N硫酸約
30ml中で1時間攪拌して、被膜を硫酸に溶解させた。0.
2μmセルロースアセテート製フィルターを用いて硫酸溶
液を濾過した後、さらに1000倍に希釈した。この溶液を
IPCで分析し、あらかじめ原子吸光用バナジウム標準溶
液(和研薬社製、1000ppm)から調整したバナジウム溶
液で作成した検量線を用いて酸化バナジウムの被覆量を
算出した。
【0025】得られた測定結果を下記表1に示す。 比較例1酸化バナジウムにより被覆していない人造黒鉛
を用いる以外は実施例1と同じ条件で充放電試験を行
い、充放電効率及び放電容量を測定した。
【0026】得られた測定結果を下記表1に示す。
【0027】
【表1】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 4G046 EB06 EB07 EB13 EC02 EC06 5H029 AJ02 AK03 AL02 AL07 AM03 AM04 AM05 AM07 CJ22 EJ12 HJ02 5H050 AA02 BA17 CA08 CA09 CB02 CB08 EA12 EA24 GA11 GA22 HA01

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】黒鉛系炭素材料を酸化バナジウム膜で被覆
    してなる改質黒鉛系炭素材料。
  2. 【請求項2】バナジウム原子の含有量が、30〜900ppmの
    範囲にある請求項1に記載の改質黒鉛系炭素材料。
  3. 【請求項3】トリエトキシオキシバナジウム溶液を用い
    るゾルゲル法により、黒鉛系炭素材料表面を酸化バナジ
    ウム膜で被覆することを特徴とする改質黒鉛系炭素材料
    の製造方法。
  4. 【請求項4】水無添加のトリエトキシオキシバナジウム
    溶液を用いる請求項3記載の改質黒鉛系炭素材料の製造
    方法。
  5. 【請求項5】黒鉛系炭素材料を酸化バナジウム膜で被覆
    してなる改質黒鉛系炭素材料を負極として用いることを
    特徴とする非水電解質系リチウム二次電池。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100971746B1 (ko) 2007-06-08 2010-07-21 삼성에스디아이 주식회사 비수이차전지용 음극 및 이를 이용한 비수이차전지
CN104078247A (zh) * 2014-07-22 2014-10-01 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 复合电极材料三氧化二钒/碳、超级电容器及其制备方法
JP2016081707A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 Tdk株式会社 負極及びそれを用いたリチウムイオン二次電池
JP2016081706A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 Tdk株式会社 負極及びそれを用いたリチウムイオン二次電池
KR20170102949A (ko) 2015-02-24 2017-09-12 쇼와 덴코 가부시키가이샤 탄소 재료, 그 제조 방법 및 그 용도
JP2019175864A (ja) * 2012-04-06 2019-10-10 株式会社半導体エネルギー研究所 リチウムイオン電池用負極、及びリチウムイオン電池

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100971746B1 (ko) 2007-06-08 2010-07-21 삼성에스디아이 주식회사 비수이차전지용 음극 및 이를 이용한 비수이차전지
JP2019175864A (ja) * 2012-04-06 2019-10-10 株式会社半導体エネルギー研究所 リチウムイオン電池用負極、及びリチウムイオン電池
US11056678B2 (en) 2012-04-06 2021-07-06 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Negative electrode for power storage device, method for forming the same, and power storage device
US11605804B2 (en) 2012-04-06 2023-03-14 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Negative electrode for power storage device, method for forming the same, and power storage device
CN104078247A (zh) * 2014-07-22 2014-10-01 攀钢集团攀枝花钢铁研究院有限公司 复合电极材料三氧化二钒/碳、超级电容器及其制备方法
JP2016081707A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 Tdk株式会社 負極及びそれを用いたリチウムイオン二次電池
JP2016081706A (ja) * 2014-10-16 2016-05-16 Tdk株式会社 負極及びそれを用いたリチウムイオン二次電池
KR20170102949A (ko) 2015-02-24 2017-09-12 쇼와 덴코 가부시키가이샤 탄소 재료, 그 제조 방법 및 그 용도
US10508038B2 (en) 2015-02-24 2019-12-17 Showa Denko K.K. Carbon material, method for manufacturing same, and use thereof

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