JP2013523592A - 炭素質物質を製造する方法 - Google Patents
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Abstract
方法および装置は前駆体から炭素質物質またはコーティングを製造する方法に関する。前駆体を生成する炭化水素の酸化は酸化剤を前駆体および前駆体用の溶媒の混合物に加える時に起きる。炭化水素の酸化が、溶媒中に不溶性でありそして溶融しないかもしれない成分を生ずる。固体粒子が混合物中に提供されない場合には、溶媒に不溶性である成分はさらに固体成分でコーティングされていてもよい。混合物中の液体からの分離により回収された固体の炭化が、溶媒中に不溶性である成分の炭素重量パーセントを高める。これらの方法は、炭素質物質またはコーティングを与え且つ電極中での使用に適する生成物を生ずる。
【選択図】 図1
【選択図】 図1
Description
関連出願へのクロスリファレンス
合衆国が支援した研究または開発に関する言及
なし
合衆国が支援した研究または開発に関する言及
なし
発明の分野
本発明の態様は例えば電気化学蓄電装置の電極中で使用される粉末の如き炭素質生成物の製造に関する。
本発明の態様は例えば電気化学蓄電装置の電極中で使用される粉末の如き炭素質生成物の製造に関する。
発明の背景
種々の先行方法は多くの用途のための石油およびコールタールピッチの製造を可能にする。これらの方法は分別、熱分解、および熱−ソーキングを包含する。先行方法を用いてピッチを製造するために必要な方法および時間の複雑さが、限定された供給物質である粒子の価格に寄与する。
種々の先行方法は多くの用途のための石油およびコールタールピッチの製造を可能にする。これらの方法は分別、熱分解、および熱−ソーキングを包含する。先行方法を用いてピッチを製造するために必要な方法および時間の複雑さが、限定された供給物質である粒子の価格に寄与する。
ピッチはコーティングおよび結合剤としての使用を包含する用途のための前駆体物質を生成する。例えば、ピッチを製造するために使用される方法とは異なるピッチコーティング工程が、所望する電気的性質を有する電池電極物質を製造するための1つの既知の方法を提供する。コーティング工程用に使用されるピッチを得るための価格はそれ故、電極物質の製造における費用をこうむる。
そのようなピッチコーティングの炭化前の後コーティング処理すなわち安定化が、先行技術を用いて生成するピッチの使用時には、電極物質の製造における費用をさらに高める。電池電極物質は例えばコークスの如き炭素質物質の粉砕された粒子上にあるピッチコーティングを包含しうる。価格要素の他に、この粉砕は幾つかの用途のための粉砕された粒子の所望する粒子寸法および形態を得る能力を妨害または制限することによって電極物質の製造に関する基準に影響を与えうる。
従って、電気化学蓄電装置の電極中における使用に適する粒子を包含する炭素質生成物を製造するための改良された方法およびシステムに関する要望が存在する。
発明の要旨
1つの態様では、炭素質物質を製造する方法は炭化水素および溶媒より高い沸点を有する炭化水素用の溶媒を含有する混合物を製造しそして炭化水素を酸化剤と反応させて溶媒中に不溶性である成分の濃度を高めることを包含する。この方法は混合物を液体と溶媒中に不溶性である成分を包含する固体とに分離することもさらに包含する。溶媒中に不溶性である成分の炭化が炭素質物質を提供する。
1つの態様では、炭素質物質を製造する方法は炭化水素および溶媒より高い沸点を有する炭化水素用の溶媒を含有する混合物を製造しそして炭化水素を酸化剤と反応させて溶媒中に不溶性である成分の濃度を高めることを包含する。この方法は混合物を液体と溶媒中に不溶性である成分を包含する固体とに分離することもさらに包含する。溶媒中に不溶性である成分の炭化が炭素質物質を提供する。
1つの態様によると、炭素質物質を製造する方法は炭化水素、溶媒より高い沸点を有する炭化水素用の溶媒および混合物中に懸濁された固体粒子を含有する混合物を製造することをさらに包含する。酸化剤を混合物に加えると、酸化剤が炭化水素と反応してコーティングを固体粒子上に沈着せしめる。この方法は混合物中の液体からコーティングを有する粒子を分離しそしてコーティングを固体粒子上の炭素質物質に炭化することも包含する。
1つの態様に関しては、炭素質物質を製造する方法は溶媒、固体粒子および溶媒より高い融点を有する炭化水素を含有しそして溶媒中に不溶性である含有物を含まない混合物を製造することを包含する。混合物に加えられた酸化剤が炭化水素と反応して溶媒中に不溶性である生成物を生成しそして固体粒子上に炭素物質のコーティングを与える。さらに、この方法はコーティングを有する固体粒子を電気化学エネルギー電池の電極中に組み入れることも包含する。
図面の簡単な記述
本発明は、そのさらなる利点と共に、以下の記述を添付図面と一緒に参照することにより最良に理解されうる。
図1は本発明の1つの態様に従う炭素質生成物を製造するための工程図である。
図2は本発明の1つの態様に従う炭素質生成物を製造するための粒子上に溶媒不溶性固体のコーティングを沈着させるための工程図である。
本発明は、そのさらなる利点と共に、以下の記述を添付図面と一緒に参照することにより最良に理解されうる。
発明の詳細な記述
本発明の態様は前駆体から炭素質物質またはコーティングを製造する方法に関する。前駆体を生成する炭化水素の酸化は、前駆体および前駆体用の溶媒の混合物に対する酸化剤の添加で起きる。炭化水素の酸化は、溶媒中に不溶性でありそして溶融しないかもしれない成分を製造する。固体粒子が混合物中に与えられない場合には、溶媒に不溶性である成分が固体成分をさらにコーティングしうる。混合物中の液体からの分離により回収される固体の炭化が溶媒中に不溶性である成分の炭素重量パーセントを高める。これらの方法が、炭素質物質またはコーティングを与えそして電極中における使用に適する生成物を生ずる。
本発明の態様は前駆体から炭素質物質またはコーティングを製造する方法に関する。前駆体を生成する炭化水素の酸化は、前駆体および前駆体用の溶媒の混合物に対する酸化剤の添加で起きる。炭化水素の酸化は、溶媒中に不溶性でありそして溶融しないかもしれない成分を製造する。固体粒子が混合物中に与えられない場合には、溶媒に不溶性である成分が固体成分をさらにコーティングしうる。混合物中の液体からの分離により回収される固体の炭化が溶媒中に不溶性である成分の炭素重量パーセントを高める。これらの方法が、炭素質物質またはコーティングを与えそして電極中における使用に適する生成物を生ずる。
図1は炭素質物質を製造するための1つの態様の例示工程図を示す。前駆体100と溶媒102の組み合わせが反応器104内で混合物を生成する。ここにさらに記述されているように、前駆体100が酸化で溶媒102中に不溶性である生成物を生成する。酸化は反応器104内の混合物に対する酸化剤106の添加で起きる。
幾つかの態様で使用される前駆体100は石油精製からの重質芳香族炭化水素残渣および/または化学工程残渣を包含する。ここで使用される際には、重質芳香族炭化水素残渣と称する炭化水素は300℃より上の、450℃より上の、500℃より上のまたは少なくとも溶媒より高い沸点、300より上の平均分子量、50より大きい分子当たりの平均炭素原子、パラフィン含有量より多い芳香族含有量、および溶媒102より高い粘度により規定される1つもしくはそれ以上の性質を包含しうる。幾つかの態様に関しては、溶媒102が酸化前に前駆体100を溶解するため、前駆体100は溶媒102中に不溶性である含有物を含まない。前駆体100の例はデカント油(例えば、約454℃より上のまたは約510℃より上の沸点を有する)、石油精製真空残渣、熱分解された油の重質部分、重合体合成からの熱分解タールおよびコールタールの少なくとも1種を包含する。
溶媒102は、前駆体100の粘度を下げるように作用しそして酸化剤106および前駆体100の間の反応速度を調節するために選択される濃度で使用される。前駆体100の希釈による反応速度のこの調節が含有しえない泡の発生を回避するように気泡速度を制限しそして酸化が発熱性である故の調節を越えてしまう温度上昇を制限する。前駆体100を溶解させるために溶媒102の適する例はトルエン、キシレン、キノリン、テトラヒドロフラン、テトラヒドロナフタレンおよびナフタレンの少なくとも1種を包含する。幾つかの態様における溶媒102対前駆体100の比は約0.2〜約10.0の間、約0.2〜約5.0の間、または約0.5〜約3の間の範囲にわたる。
前駆体100は溶媒102の中に溶媒102の沸点より下の温度において、例えば周囲温度(例えば、約23℃)または約60℃までにおいて、溶解しうる。混合時間の長さ(例えば、5分間)は溶媒102中への前駆体100の溶解速度に依存しておりそして前駆体の完全な溶解および混合物の均質性を可能にしうる。反応器104中の混合物に対する酸化剤106の添加は、前駆体100および溶媒102が混合されると、起きる。
気体状、固体および/または液体酸化剤が酸化剤106を提供しうる。酸化剤106の適する例はオゾン、酸素気体、弗化チオニル、三酸化硫黄、二酸化窒素、硝酸(HNO3)、塩化チオニル、金属硝酸塩、無機および有機過酸化物、例えば過酸化水素および過酸化ベンゾイル、ペルオキシ二硫酸アンモニウム、並びに過塩素酸を包含する。混合物中への酸化剤106の最初の導入は約120℃より下の、約100℃より下のまたは約65℃より下の温度における混合物を用いて起きる。硝酸が酸化剤として使用される時には、混合物温度はこの出発温度が55℃より下である場合には発熱反応によって約4℃〜約8℃上昇することがありそしてこの出発温度が65℃より上である場合には発熱反応によって約15℃〜約20℃上昇することがありうる。特定の理論により限定されるものではないが、前駆体100および酸化剤106が一緒に反応しそしてそれぞれ約70℃より上のいずれかの単一の温度または複数の温度で起きる異なる第一および第二反応を介してそのように反応することが信じられている。反応中のある時点で少なくとも70℃に到達しながら反応温度を溶媒102の沸点より下に調節することが酸化の完了を促進させる。例えば、混合物の連続的撹拌下における前駆体100と酸化剤106の反応中に、混合物を120℃より下に維持しうる。幾つかの態様における前駆体100対酸化剤106の比は約15.0〜約1.0の間または約7.0〜約2の間の範囲にわたる。
反応器104内で製造される気体は、生じた気体状副生物、例えば硝酸が酸化剤106として使用される時には二酸化窒素および一酸化窒素、を包含する。酸化後に、酸化剤106の沸点および溶媒102の沸点の間に、例えば溶媒102として使用される場合にはキシレンの沸点に相当する約135℃−140℃に、混合物を加熱することが、水および消費されたかもしくは未反応のいずれの酸化剤も気化する。幾つかの態様では、酸化は完了までに10分間以内かかる。酸化中の混合物の温度の監視が、前駆体100および酸化剤106の間の反応の完了を同定しうる。
反応器104から除去される蒸気流108は再生器110の中に流れる。回収された酸化剤の廃棄が再使用のための再循環より経済的でありうるため、幾つかの態様は再生器110を省略しうる。再生器110は蒸気流108中の気体を凝縮および/または吸収する。幾つかの態様では、追加の硝酸が気体状生成物を酸素気体との反応による硝酸への転化前に吸収する。過剰の水を再生器110中で製造された硝酸から蒸留除去して酸化剤106としての再使用を可能にしうる。
酸化は前駆体100中の化合物を架橋結合して、酸化前に前駆体100中に存在するものより重質であり且つ溶媒102中に可溶性でない炭化水素を製造する。これらの粒子生成物を回収するために、反応器104から除去されたスラリー112は分離器114の中を通って溶媒不溶性固体118をスラリー112中の液体116から分離する。そのような分離前の30℃より下へのまたは約23℃へのスラリーの冷却が、溶媒102中の温度依存性溶解度を有する固体の回収も促進する。幾つかの態様では、分離を行うために分離器114は濾過、蒸発/分別、傾斜または遠心を用いる。最初の濾過後に、溶媒102の新しい量で固体118を洗浄またはすすぐことができる。
幾つかの態様における固体118は300℃より上の融点を有するかまたは窒素雰囲気下でいずれの温度においても溶融しない。炉122の中での例えば窒素気体の如き不活性
気体中の加熱が炭化を行う。固体118が加熱で溶解または軟化しない時には、固体118は粒子の集塊化または焼結の危険性なしにそしてその結果として炭化を進めるための安定化処理の必要なしに炭化を受けうる。炭化は、主として固体118の炭素/水素比を高めるように作用する熱処理をさす。幾つかの態様では、固体118の炭化は不活性雰囲気中で約600℃〜約1400℃の、約700℃〜約1300℃の、または約750℃〜約1200℃の温度において約0.1時間〜約2時間にわたり行われる。不活性雰囲気を構成する気体の例は窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、一酸化炭素、水素またはそれらの組み合わせを包含する。固体118は不活性雰囲気中で少なくとも850℃まで熱的に反応して炭素質生成物を生成しそして固体118の元の質量と比べて炭化後の質量を基準として少なくとも10重量%、少なくとも40重量%、少なくとも60重量%、または少なくとも重量85%の炭素である。
気体中の加熱が炭化を行う。固体118が加熱で溶解または軟化しない時には、固体118は粒子の集塊化または焼結の危険性なしにそしてその結果として炭化を進めるための安定化処理の必要なしに炭化を受けうる。炭化は、主として固体118の炭素/水素比を高めるように作用する熱処理をさす。幾つかの態様では、固体118の炭化は不活性雰囲気中で約600℃〜約1400℃の、約700℃〜約1300℃の、または約750℃〜約1200℃の温度において約0.1時間〜約2時間にわたり行われる。不活性雰囲気を構成する気体の例は窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、一酸化炭素、水素またはそれらの組み合わせを包含する。固体118は不活性雰囲気中で少なくとも850℃まで熱的に反応して炭素質生成物を生成しそして固体118の元の質量と比べて炭化後の質量を基準として少なくとも10重量%、少なくとも40重量%、少なくとも60重量%、または少なくとも重量85%の炭素である。
用途によるが、製造された固体118は約50μmより小さい、または約1μm〜約30μmの、平均粒子寸法を有するため固体118は粉砕または炭化以外の処理を必要としないことがある。幾つかの態様は固体118を電気化学エネルギー電池、例えば電池、コンデンサーおよび燃料電池、の中の電極または陽極物質として使用する。さらに、固体118は上部への1つもしくはそれ以上のコーティング層、例えばここに記述されるもの、を適用するための基質または担体を提供しうる。
幾つかの態様では、固体118が分離器114によりそこから除去される液体116の少なくとも一部が逆に再循環されて前駆体100および/または溶媒102の一部を供給する。例えば、液体116の約3/4は追加処理なしに反応器104中に供給する混合物の中に逆流入しうる。再循環された液体の使用は、あたかも前駆体200の新しい供給物の使用が前駆体200を少なくとも2回再使用する能力を示すように、固体118の同等な収率を生ずる。液体116の残部は蒸留カラム120の中を通って溶媒102を回収しそして反応した前駆体を廃棄しうる。最初の濾液の洗浄から集められた溶媒も蒸留カラム120の中を通って溶媒102を回収しうる。
図2は粒子上に溶媒不溶性固体のコーティングを沈着させて炭素質生成物を製造するための工程図を示す。溶媒202およびその中に懸濁された粒子201と共に混合されている前駆体200の酸化で、粒子201が上部に溶媒不溶性固体が沈着される基質物質を提供する。種々の寸法および粒子寸法分布に適用可能であるが、粒子201は約50μmより小さいまたは約1μm〜約30μmの平均粒子寸法を有しうる。
幾つかの態様では、炭素質粒子が粒子201を形成しており、それは従って石油ピッチ、コールタールピッチ、カ焼された石油コークス、カ焼されていない石油コークス、高結晶性コークス(例えば、カ焼されたまたはカ焼されていない高結晶性「針」コークス)、片状コークス、コールタールコークス、合成黒鉛、天然黒鉛、有機重合体から誘導された軟質炭素および天然重合体から誘導された軟質炭素を包含する種々の原料から得られうる。それ故、幾つかの態様における粒子201は黒鉛系物質または2200℃もしくはそれより高い黒鉛化温度への加熱で黒鉛を生成する物質のいずれかである。粒子201は電極の製造における使用に適する寸法を有するように例えば粉砕、破砕、または磨滅の如き方法により提供されうる。
幾つかの態様に関しては、炭素質でない他の(例えば、セラミック、金属およびそれらの組み合わせ)組成物が上部に炭素質コーティングを有することが所望される粒子201を構成しうる。そのような用途は、粒子201が燐酸鉄リチウムまたは燐酸バナジウムリチウムの組成物を例えば包含しうる陰極物質を包含する。他の陽極物質を製造するための用途では珪素または金属および金属合金、例えば錫および錫合金、粒子が粒子201を形成しうる。
酸化剤206を前駆体200、溶媒202、および粒子201の混合物に反応器204の中で混合物中の粒子201の包含以外は図2と同様である図1に関して記述されたものと同じ反応条件、溶媒202および前駆体200を使用して加えることにより、コーティングが生成する。反応器204からの蒸気流208を酸化剤206の再循環用の再生器210に供給できる。さらに、分離器214が反応器204からのスラリー212を液体216および前駆体200と酸化剤206の反応からの溶媒不溶性生成物でコーティングされた粒子201から構成される固体218に分ける。液体216のいずれかの部分を反応器204に逆に再循環させることができおよび/または蒸留カラム220の中で処理して溶媒202を回収することができる。
粒子201上のコーティングの量は固体218の約1重量%〜約20重量%の範囲にわたりうる。例えば、4〜5重量単位の間の溶媒202、0.8〜1.0重量単位の間の前駆体200および0.15〜0.2重量単位の間の酸化剤206に関する1重量単位の粒子201の供給がそのようなコーティングレベルを達成する。その後のバッチは、3.8〜5.0重量単位の溶媒および前駆体が新しい量に加えるために再循環される時には、0.8〜1.2重量単位の間の溶媒202、0.25〜0.3重量単位の間の前駆体200および0.1〜0.12重量単位の間の酸化剤206を用いて操作できる。幾つかの態様における固体218のコーティングは溶融せずそして固体218の元の質量と比べて炭化後の質量を基準として少なくとも10重量%、少なくとも40重量%、少なくとも60重量%、または少なくとも重量85%の炭素である。幾つかの態様に関すると、電気化学エネルギー電池、例えば電池、コンデンサーおよび燃料電池、はコーティングを有する固体218を組み入れておりそして炉222の中で熱処理して固体218の少なくともコーティングを炭化し、それにより炭素質生成物を製造する。
実施例
19.6グラムのデカント油(コノコフィリップス・リファイナリー(ConocoPhillips refinery))からの510℃沸点画分および7.3グラムのキシレンを用いて混合物を製造しそして約100℃に加熱した。混合物を連続的に撹拌しながら、4.0グラムの69%硝酸を混合物中に温度を約100℃に保つ速度で加えた。次に、混合物を撹拌しそしてキシレン対デカント油の5対1の比を生ずるために加えられる追加の沸騰キシレンと共に約138℃に加熱し、その後に約23℃に冷却した。
キシレン不溶性固体粒子を次に濾過により混合物から分離し、200ミリリットルのキシレンで2回洗浄しそして100℃において真空下で15時間にわたり乾燥した。生じた粉末の重量は2.4グラムであり、すなわちいずれかのキシレン不溶性含有物を含有しなかったデカント油の最初の量の12%であった。生じた粉末は窒素雰囲気下でいずれの温度においても溶融しなかった。
減じられた空気圧(〜20インチHg)下で以下の加熱順序:180℃まで5℃/分、180℃に1時間維持、200℃まで1℃/分および200℃に1時間維持、250℃まで1℃/分および250℃に3時間維持、並びに300℃まで1℃/分および300℃に10時間維持、で安定化を行った。同じ条件下で同じ炉の中で窒素気体雰囲気下で以下の温度特徴:350℃まで5℃/分、350℃に1時間維持、450℃まで5℃/分、450℃に2時間維持、並びに850℃まで5℃/分、850℃に2時間維持、で炭化を行い、そして5℃/分で周囲温度に冷却した。炭化後に、残存した炭素含有量は最初の固体含有量の69%であった。
29.0グラムのデカント油(コノコフィリップス・リファイナリー)からの510℃沸点画分、22.7グラムの8μmの平均粒子寸法を有する生コークス粒子および138.0グラムのキシレンを用いて混合物を製造しそして約65℃に加熱した。混合物を連続的に撹拌しながら、6.93グラムの69%硝酸を混合物中に温度を80℃より下に保つ速度で加えた。次に、混合物を撹拌しそして約138℃に加熱し、その後に約23℃に冷却した。
キシレン不溶性固体生成物でコーティングされた粒子を次に濾過により混合物から分離し、200ミリリットルのキシレンで2回洗浄しそして100℃において真空下で15時間にわたり乾燥した。生じた粉末を走査電子顕微鏡下で試験しそしてコークス粒子の各々がデカント油の酸化からの沈着物でコーティングされたことが見出された。生じた粉末の重量を基準として、粉末は18.2%のコークス粒子上の沈着物のコーティングレベルを有しており、いずれかのキシレン不溶性含有物を含有しなかったデカント油の最初の重量から17%の収率を与えた。安定化は行われなかったが、炭化は実施例1に示された通りにして行われた。炭化後に、残存した生コークスおよびコーティングの両者の炭素含有量は最初の重量の83.8%であった。
19.7グラムのデカント油(コノコフィリップス・リファイナリー)からの510℃沸点画分、19.7グラムの8μmの平均粒子寸法を有するカ焼されたコークス粒子および55.0グラムのキシレンを用いて混合物を製造しそして約102℃に加熱した。混合物を連続的に撹拌しながら、4.0グラムの69%硝酸を混合物中に温度を105℃より下に保つ速度で加えた。次に、混合物を撹拌しそしてキシレン対デカント油の5対1の比を生ずるために加えられる追加の沸騰キシレンと共に約138℃に加熱し、その後に約23℃に冷却した。
キシレン不溶性固体生成物でコーティングされた粒子を次に濾過により混合物から分離し、200ミリリットルのキシレンで2回洗浄しそして100℃において真空下で15時間にわたり乾燥した。生じた粉末を走査電子顕微鏡下で試験しそしてコークス粒子の各々がデカント油の酸化からの沈着物でコーティングされたことが見出された。生じた粉末の重量を基準として、粉末は9.7%のコークス粒子上の沈着物のコーティングレベルを有しており、いずれかのキシレン不溶性含有物を含有しなかったデカント油の最初の重量から11.3%の収率を与えた。安定化および炭化の両者は実施例1に示された通りにして行われた。安定化および炭化後に、残存したコーティングの炭素含有量は最初の重量の69.5%であった。
20.0グラムのデカント油(コノコフィリップス・リファイナリー)からの510℃沸点画分、20.0グラムの8μmの平均粒子寸法を有するカ焼されたコークス粒子および120.0グラムのキシレンを用いて混合物を製造しそして約66℃に加熱した。混合物を連続的に撹拌しながら、4.0グラムの69%硝酸を混合物中に温度を71℃より下に保つ速度で加えた。次に、混合物を撹拌しそして約138℃に加熱し、その後に約23℃に冷却した。
キシレン不溶性固体生成物でコーティングされた粒子を次に濾過により混合物から分離し、200ミリリットルのキシレンで2回洗浄しそして100℃において真空下で15時間にわたり乾燥した。生じた粉末を走査電子顕微鏡下で試験しそしてコークス粒子の各々がデカント油の酸化からの沈着物でコーティングされたことが見出された。生じた粉末の
重量を基準として、粉末は7.2%のコークス粒子上の沈着物のコーティングレベルを有しており、いずれかのキシレン不溶性含有物を含有しなかったデカント油の最初の重量から7.7%の収率を与えた。安定化は行われなかったが、炭化は実施例1に示された通りにして行われた。炭化後に、残存したコーティングの炭素含有量は最初の重量の74.7%であった。
重量を基準として、粉末は7.2%のコークス粒子上の沈着物のコーティングレベルを有しており、いずれかのキシレン不溶性含有物を含有しなかったデカント油の最初の重量から7.7%の収率を与えた。安定化は行われなかったが、炭化は実施例1に示された通りにして行われた。炭化後に、残存したコーティングの炭素含有量は最初の重量の74.7%であった。
48.8グラムのデカント油(コノコフィリップス・リファイナリー)からの510℃沸点画分、50.5グラムの8μmの平均粒子寸法を有するカ焼されたコークス粒子および278.0グラムのキシレンを用いて混合物を製造しそして約62℃に加熱した。混合物を連続的に撹拌しながら、12.1グラムの69%硝酸を混合物中に温度を68℃より下に保つ速度で加えた。次に、混合物を撹拌しそして約138℃に加熱し、その後に約23℃に冷却した。
キシレン不溶性固体生成物でコーティングされた粒子を次に濾過により混合物から分離し、200ミリリットルのキシレンで2回洗浄しそして100℃において真空下で15時間にわたり乾燥した。生じた粉末を走査電子顕微鏡下で試験しそしてコークス粒子の各々がデカント油の酸化からの沈着物でコーティングされたことが見出された。生じた粉末の重量を基準として、粉末は10.5%のコークス粒子の沈着物のコーティングレベルを有しており、いずれかのキシレン不溶性含有物を含有しなかったデカント油の最初の重量から12.1%の収率を与えた。安定化は行われなかったが、炭化は実施例1に示された通りにして行われた。炭化後に、残存したコーティングの炭素含有量は最初の重量の74.6%であった。
0〜2ボルトの間で充電され且つ放電されそして実施例1−5の各々および対電極としてのリチウム金属箔を有するリチウムイオン電池を用いて、挿入/離脱に関する比容量およびクーロン効率を包含する電気化学的性質を測定した。結果は、安定化は必要なくそして種々の前駆体原料から化合物を合成するための並びにこれまでに製造された化合物の分離処理に頼る他の方法の代わりの物質の一部としてのこの方法の適合性を示した。表1はこれらの試験からの結果を示す。
本発明の好ましい方法を開示しそして示してきた。しかしながら、本発明は以下の特許請求の範囲に定義された広さであることが意図される。当業者は好ましい態様を研究しそしてここに正確に記述されていない発明の他の実施方法を行える。発明の変更および同等物は以下の特許請求の範囲内でありそして記述、要旨および図面は発明の範囲を限定するために使用されないことが発明者の意図である。
Claims (22)
- 炭化水素および溶媒より高い沸点を有する炭化水素用の溶媒を含有する混合物を製造し、
炭化水素を酸化剤と反応させて溶媒中に不溶性である成分の濃度を高め、
混合物を液体および溶媒中に不溶性である成分を包含する固体に分離し、そして
溶媒中に不溶性である成分を炭化して炭素質物質を提供する
ことを含んでなる、方法。 - 酸化剤が液体でありそして硝酸、塩化チオニル、過酸化物、過塩素酸および過酸化ベンゾイルから選択される、請求項1に記載の方法。
- 酸化剤が気体状でありそして酸素、オゾン、二酸化窒素および三酸化硫黄から選択される、請求項1に記載の方法。
- 酸化剤が過硫酸アンモニウムを包含する、請求項1に記載の方法。
- 溶媒が有機化合物または化合物の混合物でありそしてキシレンおよびトルエンの少なくとも1種を包含する、請求項1に記載の方法。
- 炭化水素がデカント油、石油精製真空残渣、熱分解油、熱分解タールおよびコールタールの少なくとも1種である、請求項1に記載の方法。
- 酸化剤が硝酸を包含し、溶媒混合物がキシレンを包含しそして炭化水素が450℃より上の沸点を有するデカント油を包含する、請求項1に記載の方法。
- 炭化が不活性環境中での400℃より上への固体の加熱を包含する、請求項1に記載の方法。
- 炭化水素と酸化剤の反応前に炭化水素が溶媒中に不溶性である含有物を含まない、請求項1に記載の方法。
- 炭素質物質を電気化学エネルギー電池の電極中に組み入れることをさらに含んでなる、請求項1に記載の方法。
- 混合物が炭素質の懸濁された粒子を包含し、それらが炭化水素と酸化剤の反応時に溶媒中に不溶性である成分によりコーティングされる、請求項1に記載の方法。
- 混合物がコークス粒子を包含し、それらが炭化水素と酸化剤の反応時に溶媒中に不溶性である成分によりコーティングされる、請求項1に記載の方法。
- 炭化水素と酸化剤の反応中に混合物の温度が120℃より下に保たれる、請求項1に記載の方法。
- 炭化水素と酸化剤の反応中に混合物の温度が70℃より上でありそして120℃より下に保たれる、請求項1に記載の方法。
- 溶媒対炭化水素の質量比が0.2〜10.0の間である、請求項1に記載の方法。
- 溶媒対炭化水素の質量比が15〜1の間である、請求項1に記載の方法。
- 炭化水素、溶媒より高い沸点を有する炭化水素用の溶媒および混合物中に懸濁された固体粒子を含有する混合物を製造し、
酸化剤を混合物に加え、酸化剤が炭化水素と反応してコーティングを固体粒子上に沈着せしめ、
混合物中の固体からコーティングを有する固体粒子を分離し、そして
コーティングを粒子上に沈着した炭素質物質に炭化させる
ことを含んでなる、方法。 - 混合物中の固体粒子が炭素質である、請求項17に記載の方法。
- 酸化剤が硝酸であり、溶媒がキシレンでありそして炭化水素が450℃より上の沸点を有するデカント油である、請求項17に記載の方法。
- 炭化されたコーティングを有する固体粒子を電気化学エネルギー電池の電極中に組み入れることをさらに含んでなる、請求項17に記載の方法。
- 溶媒、固体粒子および溶媒より高い沸点を有する炭化水素を含有しそして溶媒中に不溶性である含有物を含まない混合物を製造し、
酸化剤を混合物に加え、酸化剤が炭化水素と反応して溶媒中に不溶性である生成物を生成しそして炭素質物質のコーティングを固体粒子上に与え、そして
コーティングを有する固体粒子を電気化学エネルギー電池中に組み入れる
ことを含んでなる、方法。 - 固体粒子上のコーティングを炭化することをさらに含んでなる、請求項21に記載の方法。
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