JP2018054294A - 炭素複合材の分析方法および二次電池用炭素材の評価方法 - Google Patents
炭素複合材の分析方法および二次電池用炭素材の評価方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2018054294A JP2018054294A JP2016186452A JP2016186452A JP2018054294A JP 2018054294 A JP2018054294 A JP 2018054294A JP 2016186452 A JP2016186452 A JP 2016186452A JP 2016186452 A JP2016186452 A JP 2016186452A JP 2018054294 A JP2018054294 A JP 2018054294A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- carbon
- composite material
- carbon composite
- gasification
- amount
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- 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
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
Description
〔1〕 炭素複合材の分析方法であって、ガス化剤の存在下で炭素複合材を昇温して加熱し、昇温時の炭素複合材のガス化量を計測して炭素複合材中の炭素質を分析する炭素複合材の分析方法。
〔2〕 前記炭素質複合体材が、異なる熱履歴を有する炭素複合材、異なる結晶構造を有する炭素複合材及び異なる出発原料から製造された炭素複合材のいずれかである前記〔1〕に記載の炭素複合材の分析方法
〔3〕 前記ガス化剤が、水蒸気、水素及び一酸化炭素のいずれか一種類以上、二酸化炭素又は酸素である前記〔1〕または前記〔2〕に記載の炭素複合材の分析方法
〔4〕 前記ガス化剤が水蒸気である前記〔3〕に記載の炭素複合材の分析方法
〔5〕 前記昇温時の炭素複合材のガス化量を計測して炭素複合材中の炭素質を分析する方法が、炭素複合材の昇温加熱時の重量変化を熱重量分析法により測定し、熱重量曲線の微分(DTG)曲線を用いて、非結晶質炭素と結晶質炭素のガス化領域を決定し、非結晶質炭素のガス化領域における炭素複合材の重量減少量から非結晶質炭素の定量を行う前記〔1〕〜〔4〕のいずれかに記載の炭素複合材の分析方法。
〔6〕 前記〔1〕〜〔5〕のいずれかに記載の炭素複合材の分析方法を用いて二次電池用炭素材の炭素質を評価する二次電池用炭素材の評価方法。
さらに、異なる結晶構造を有する炭素複合材としては、炭素繊維強化炭素複合材がある。炭素繊維強化炭素複合材とは、炭素繊維を強化材としてこれに母材(充填材)として炭化残留率の高い樹脂を含浸又は塗布して積層形成したのち、硬化及び焼成炭化処理を施して製造される。
上記ガス化剤はガス化剤単独で、または、窒素、アルゴンおよびヘリウム等の不活性ガスと混合して用いることができる。
ガス化剤中の水蒸気分圧は特に限定されないが、0.1〜60kPaが好ましい。
水蒸気分圧が高くなると、ガス流路および熱重量測定装置内にて結露することがある。装置内にて結露が生じるとガス化量の測定が困難になる。
さらに、水蒸気分圧が小さすぎるとガス化反応速度が遅くなり、また一定の測定時間におけるガス化量が小さくなるため測定が困難となるため、可能な範囲で高いことが望ましい。
ガス化剤を電気炉中に流通させることにより、ガス化剤を連続供給でき、且つ、炭素からガス化したガスや発生するタール成分を連続除去することが可能となり、再現性の高いガス化量の測定が実現できる。
ここで、昇温速度が遅すぎると、分析に時間がかかり迅速な分析法にはならない。一方、昇温速度が速すぎると、目的の炭素質のガス化反応が完了するより前に、他方の炭素質のガス化反応が開始するため、炭素質の分離が困難となる。
上記の理由より、昇温速度は5〜20℃/minであることが好ましい。
例えば、測定の初期は早い昇温速度で加熱し、評価温度付近では5〜20℃/minの昇温速度で計測することにより、測定時間の短縮を図ることができる。
ここで、温度制御可能な電気炉内に設置された天秤は、連続的に重量変化を計測できる天秤であれば、その種類等は特に限定はされず、例えば上皿天秤の他にも吊り天秤などを使用することができ、上皿天秤の場合は反応容器を天秤上皿に置いて、吊り天秤の場合は反応容器を吊り下げて測定する。
熱重量測定は試料を一定の速度で加熱・冷却したとき、あるいは一定の温度で保持したときの重量変化を測定する手法で蒸発、分解、酸化、還元、吸着等の重量変化を伴う化学的、物理的変化などを分析する装置である。
なお、TG曲線およびDTG曲線の測定は、熱重量測定が可能な公知の熱分析装置を用いることができる。
結晶性炭素である黒鉛材料の表面を、非晶質炭素材で被覆した黒鉛系炭素複合材が二次電池用炭素材として開発され、電池容量の増加、サイクル特性の改善などに対して有効であることが示されている。しかしながら、上記二次電池用炭素材に含まれる非晶質成分の存在量が設計範囲を下回る場合は目的とするサイクル特性が得られず、また設計範囲を超える場合は材料の電池容量が目的値よりも低下するため好ましくないため、非晶質成分の存在量を正確に把握することが求められている。
例えば、非晶質炭素量の設計値が10重量%である二次電池用炭素材のガス化量を測定し、その非晶質炭素存在量を分析し、得られた分析値が9〜12重量%であれば二次電池用炭素材として可であると判断できる等、二次電池用炭素材製造工程における品質管理に本発明の技術を用いることができる。
下記実施例において用いた炭素複合材は、結晶性炭素である黒鉛粒子を非晶質炭素である非晶質炭素により被覆した炭素複合材であり、非晶質炭素被覆量が異なる複数の試料である。昇温加熱時のガス化反応は、非晶質炭素の方が黒鉛粒子よりもより低温で生じる。
熱重量測定装置には、水蒸気作動型示差熱天秤(株式会社リガク製TG−DTA/HUM−1)を用いた。
非晶質存在量(質量%)=ΔW/W0×100
=(W1−W2)/W1×100
中心粒径が(D50)が17μmの中国製天然黒鉛90重量部と石炭系等方性ピッチ10重量部をナウタミキサーで混合した。天然黒鉛と等方性ピッチの混合物を窒素雰囲気中、1100℃で1時間(昇温速度50℃/hr)熱処理し、天然黒鉛を非晶質炭素で被覆した複合炭素材を得た。
TG曲線が減少し始める温度(T1)は950℃、DTG曲線の変曲点温度(T2)は1129℃であり、水蒸気雰囲気におけるガス化反応は2つのガス化領域に分離できる。
T1〜T2の温度範囲をガス化領域1、T2より高い温度領域をガス化領域2とする。被覆炭素である非晶質炭素はガス化領域1でガス化する。
同じ測定を2回繰り返し実施したところ、繰り返し測定の結果は完全に一致し、再現性高く分析できることを確認した。
水蒸気分圧が30kPaに変更した以外は、前記実施例1と同様である。結果を表1に併せて示した。非晶質炭素の存在量は10.6重量%であり、実施例1と同等の結果が得られた。
水蒸気分圧が45kPaに変更した以外は、前記実施例1と同様である。結果を表1に併せて示した。非晶質炭素の存在量は、10.8重量%であり、実施例1および実施例2と同等の結果が得られた。
ガス化剤である水蒸気を含まない条件に変更した以外は、前記実施例1と同様である。結果を表1に併せて示した。ガス化反応は計測されなかった。
実施例4の結果より、本発明の手法にはガス化剤が必要であることが確認できた。
中国製天然黒鉛と石炭系等方性ピッチの混合比を95重量部と5重量部に変更した以外は、前記実施例1と同様である。結果を表1に併せて示した。非晶質炭素の存在量は6.4重量%と得られた。
水蒸気分圧が30kPaに変更した以外は、前記実施例5と同様である。結果を表1に併せて示した。非晶質炭素の存在量は6.6重量%であり、実施例5と同等の結果が得られた。
水蒸気分圧が45kPaに変更した以外は、前記実施例5と同様である。結果を表1に併せて示した。非晶質炭素の存在量は6.7重量%であり、実施例5および実施例6と同等の結果が得られた。
中国製天然黒鉛と石炭系等方性ピッチの混合比を85重量部と15重量部に変更した以外は、前記実施例1と同様である。結果を表1に併せて示した。非晶質炭素の存在量は15.1重量%と得られた。
中国製天然黒鉛と石炭系等方性ピッチの混合比を92.5重量部と7.5重量部に変更した以外は、前記実施例1と同様である。結果を表1に併せて示した。非晶質炭素の存在量は8.8重量%と得られた。
評価試料として非晶質炭素を被覆しないものに変更した以外は、前記実施例1と同様である。結果を表1に併せて示した。非晶質炭素の存在量は2.8重量%と得られた。
実施例1の条件で、熱重量測定時の最高温度をT2までで停止し、非晶質炭素がガス化除去された試料を回収した。このガス化前後の試料のラマンスペクトルを測定し、結晶性を確認した。ラマン分光分析は、ラマン顕微鏡 XploRA (堀場製作所)を用いて、532nmのグリーンレーザーにより、ラマンシフト800〜2000cm−1の範囲において測定した。
G−バンドとD−バンドの相対強度であるI(G)/I(D)比は一般的にR値と言われ、炭素質の結晶度の目安となる値である。ガス化前試料のR値は0.4、ガス化後試料のR値は0.2と得られ、ガス化後試料の方が炭素質の結晶性が高いことが確認された。
さらに、ガス化後試料のラマンスペクトル(図中(b))は、黒鉛粒子のラマンスペクトル(図中(c))と完全に一致した。すなわち、ガス化後試料は黒鉛粒子と同等であり、被覆した非晶質炭素はすべてガス化できているといえる。
Claims (6)
- 炭素複合材の分析方法であって、ガス化剤の存在下で炭素複合材を昇温して加熱し、昇温時の炭素複合材のガス化量を計測して炭素複合材中の炭素質を分析する炭素複合材の分析方法。
- 前記炭素質複合体材が、異なる熱履歴を有する炭素複合材、異なる結晶構造を有する炭素複合材及び異なる出発原料から製造された炭素複合材のいずれかである請求項1に記載の炭素複合材の分析方法
- 前記ガス化剤が、水蒸気、水素及び一酸化炭素のいずれか一種類以上、二酸化炭素又は酸素である請求項1または請求項2に記載の炭素複合材の分析方法
- 前記ガス化剤が水蒸気である請求項3に記載の炭素複合材の分析方法
- 前記昇温時の炭素複合材のガス化量を計測して炭素複合材中の炭素質を分析する方法が、炭素複合材の昇温加熱時の重量変化を熱重量分析法により測定し、熱重量曲線の微分(DTG)曲線を用いて、非結晶質炭素と結晶質炭素のガス化領域を決定し、非結晶質炭素のガス化領域における炭素複合材の重量減少量から非結晶質炭素の定量を行う請求項1〜4のいずれかに記載の炭素複合材の分析方法。
- 請求項1〜5のいずれかに記載の炭素複合材の分析方法を用いて二次電池用炭素材の炭素質を評価する二次電池用炭素材の評価方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016186452A JP2018054294A (ja) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 炭素複合材の分析方法および二次電池用炭素材の評価方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2016186452A JP2018054294A (ja) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 炭素複合材の分析方法および二次電池用炭素材の評価方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2018054294A true JP2018054294A (ja) | 2018-04-05 |
Family
ID=61832991
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016186452A Pending JP2018054294A (ja) | 2016-09-26 | 2016-09-26 | 炭素複合材の分析方法および二次電池用炭素材の評価方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2018054294A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020085809A (ja) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 株式会社Kri | ゴム組成物の相構造を解析するための前処理方法、ゴム組成物の相構造の評価方法およびゴム組成物の品質管理方法 |
CN113791106A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-14 | 湖南东映碳材料科技有限公司 | 一种精准预测中间相沥青热分解进程的方法 |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04372847A (ja) * | 1991-06-24 | 1992-12-25 | Kobe Steel Ltd | 炭素繊維強化炭素複合材料の品質評価方法 |
JPH07146262A (ja) * | 1993-07-22 | 1995-06-06 | Sumitomo Chem Co Ltd | 熱分析装置 |
JPH08105831A (ja) * | 1994-10-03 | 1996-04-23 | Rigaku Corp | 熱重量測定方法 |
JPH11281556A (ja) * | 1998-03-26 | 1999-10-15 | Sony Corp | カーボンブラックの定量分析法 |
JP2005181112A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 熱分析装置 |
JP2005338045A (ja) * | 2004-04-27 | 2005-12-08 | Meidensha Corp | 電気機器の絶縁劣化診断方法 |
JP2011209044A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | セメント組成物中の石膏分別定量方法 |
JP2014099419A (ja) * | 2000-03-16 | 2014-05-29 | Sony Corp | 負極および二次電池 |
JP2016136125A (ja) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | 熱分析データの処理方法および熱分析装置 |
-
2016
- 2016-09-26 JP JP2016186452A patent/JP2018054294A/ja active Pending
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH04372847A (ja) * | 1991-06-24 | 1992-12-25 | Kobe Steel Ltd | 炭素繊維強化炭素複合材料の品質評価方法 |
JPH07146262A (ja) * | 1993-07-22 | 1995-06-06 | Sumitomo Chem Co Ltd | 熱分析装置 |
JPH08105831A (ja) * | 1994-10-03 | 1996-04-23 | Rigaku Corp | 熱重量測定方法 |
JPH11281556A (ja) * | 1998-03-26 | 1999-10-15 | Sony Corp | カーボンブラックの定量分析法 |
JP2014099419A (ja) * | 2000-03-16 | 2014-05-29 | Sony Corp | 負極および二次電池 |
JP2005181112A (ja) * | 2003-12-19 | 2005-07-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 熱分析装置 |
JP2005338045A (ja) * | 2004-04-27 | 2005-12-08 | Meidensha Corp | 電気機器の絶縁劣化診断方法 |
JP2011209044A (ja) * | 2010-03-29 | 2011-10-20 | Sumitomo Osaka Cement Co Ltd | セメント組成物中の石膏分別定量方法 |
JP2016136125A (ja) * | 2015-01-23 | 2016-07-28 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | 熱分析データの処理方法および熱分析装置 |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020085809A (ja) * | 2018-11-30 | 2020-06-04 | 株式会社Kri | ゴム組成物の相構造を解析するための前処理方法、ゴム組成物の相構造の評価方法およびゴム組成物の品質管理方法 |
JP7169180B2 (ja) | 2018-11-30 | 2022-11-10 | 株式会社Kri | ゴム組成物の相構造を解析するための前処理方法、ゴム組成物の相構造の評価方法およびゴム組成物の品質管理方法 |
CN113791106A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-14 | 湖南东映碳材料科技有限公司 | 一种精准预测中间相沥青热分解进程的方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6892754B2 (ja) | 炭素複合材の分析方法並びに炭素繊維複合材及び二次電池用炭素材の評価方法 | |
Ishii et al. | A quantitative analysis of carbon edge sites and an estimation of graphene sheet size in high-temperature treated, non-porous carbons | |
McDonald-Wharry et al. | Carbonisation of biomass-derived chars and the thermal reduction of a graphene oxide sample studied using Raman spectroscopy | |
Petrakis et al. | Electron spin resonance spectrometric study of free radicals in coals | |
Mangun et al. | Surface chemistry, pore sizes and adsorption properties of activated carbon fibers and precursors treated with ammonia | |
Sun et al. | Adsorption of SO 2 by typical carbonaceous material: a comparative study of carbon nanotubes and activated carbons | |
Zhu et al. | In situ Raman spectroscopy study on catalytic pyrolysis of a bituminous coal | |
Lysikov et al. | Novel simplified absorption-catalytic method of sample preparation for AMS analysis designed at the Laboratory of Radiocarbon Methods of Analysis (LRMA) in Novosibirsk Akademgorodok | |
Marriott et al. | Investigating the structure of biomass-derived non-graphitizing mesoporous carbons by electron energy loss spectroscopy in the transmission electron microscope and X-ray photoelectron spectroscopy | |
Li et al. | General synthesis of carbon nanocages and their adsorption of toxic compounds from cigarette smoke | |
Chia et al. | Microstructural characterization of white charcoal | |
Albers et al. | Investigations of activated carbon catalyst supports from different natural sources | |
JP2018054294A (ja) | 炭素複合材の分析方法および二次電池用炭素材の評価方法 | |
Kipling | The properties and nature of adsorbent carbons | |
Nikitin et al. | Structure of carbon sorbents produced from coal | |
Tang et al. | Novel properties of 0.4 nm single-walled carbon nanotubes templated in the channels of AlPO4-5 single crystals | |
Sturgeon et al. | Determination of moisture content of single-wall carbon nanotubes | |
Andreoli et al. | Relating reactivity to structure in cokes and carbon materials: Temperature-programmed oxidation and microscopy techniques | |
Stoeckli et al. | Characterization of industrial activated carbons by adsorption and immersion techniques and by STM | |
Vottero et al. | Assessing the functional groups in activated carbons through a multi-technique approach | |
Koppel et al. | In situ observation of pressure modulated reversible structural changes in the graphitic domains of carbide-derived carbons | |
Röder et al. | Raman spectroscopic characterization of novel carbon‐bonded filter compositions for steel melt filtration | |
Yang et al. | Characterization of nitrogen-alloyed activated carbon fiber | |
Katz et al. | Activated carbon aging processes characterization by Raman spectroscopy | |
JP6630711B2 (ja) | 熱膨張係数の推算方法およびか焼コークスの品質管理方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20160928 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160930 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20190614 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200421 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200602 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20201222 |