JP2018204057A - Carbon coating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、基材粒子を炭素コートする基材粒子の炭素コート方法に関する。 The present invention relates to a carbon coating method for base particles, which coats the base particles with carbon.
種々の基材粒子に、炭素コートを行う技術が知られている。
例えば、リチウムイオン二次電池の負極活物質として用いられるケイ素含有負極活物質は、理論容量が大きい反面、導電性に劣る。このためリチウムイオン二次電池用の負極材料として、当該ケイ素含有負極活物質に炭素コートを行ったものを用いる場合がある。
Techniques for performing carbon coating on various substrate particles are known.
For example, a silicon-containing negative electrode active material used as a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery has a large theoretical capacity but is inferior in conductivity. For this reason, as a negative electrode material for a lithium ion secondary battery, a silicon-coated negative electrode active material obtained by carbon coating may be used.
ケイ素含有負極活物質に炭素コートを行う方法として、化学気相蒸着(CVD:chemical vapor deposition)法を採用することが提案されている。具体的には、基材粒子としてのケイ素含有負極活物質を反応管に収容し、炭素源ガスの存在下で当該基材粒子を炭素源ガスの炭化温度以上に加熱すれば、基材粒子に触れた炭素源ガスを炭化させることができ、基材粒子の表面を炭素コートできる。 As a method of performing carbon coating on a silicon-containing negative electrode active material, it has been proposed to employ a chemical vapor deposition (CVD) method. Specifically, when a silicon-containing negative electrode active material as a base particle is accommodated in a reaction tube and the base particle is heated to a temperature higher than the carbonization temperature of the carbon source gas in the presence of the carbon source gas, The touched carbon source gas can be carbonized, and the surface of the substrate particles can be carbon coated.
しかし、単に上記の炭素コート方法を行うだけでは、反応管内に存在する多数の基材粒子の炭素コート量を均一化することは困難であった。例えば特許文献1には、その理由として、炭素源ガスとともに反応管に供給するキャリアガスが、反応管内に乱流を生じさせることが挙げられている。当該特許文献1には、キャリアガスの乱流によって、反応管内に温度ムラや炭素源ガスの逆流が生じ、その結果、CVDの制御が困難となり、ひいては炭素コートの膜質にばらつきが生じる旨が説明されている。そして、当該特許文献1には、邪魔板等により反応管へのキャリアガスの吹出方向を調整することで、キャリアガスの乱流を抑制する技術が紹介されている。 However, it is difficult to make the carbon coating amount of a large number of substrate particles present in the reaction tube uniform by simply performing the above carbon coating method. For example, Patent Document 1 mentions that the carrier gas supplied to the reaction tube together with the carbon source gas causes turbulent flow in the reaction tube. Patent Document 1 explains that the turbulent flow of the carrier gas causes uneven temperature in the reaction tube and the back flow of the carbon source gas, which makes it difficult to control the CVD and consequently causes variations in the film quality of the carbon coat. Has been. And the said patent document 1 introduces the technique which suppresses the turbulent flow of carrier gas by adjusting the blowing direction of the carrier gas to a reaction tube with a baffle plate etc.
本発明の発明者は、基材粒子の炭素コート方法の更なる向上を志向して鋭意研究を重ねた。
本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、基材粒子の炭素コート量を均一化し得る技術を提供することを目的とする。
The inventor of the present invention has intensively studied to further improve the carbon coating method of the base particles.
This invention is made | formed in view of this situation, and it aims at providing the technique which can equalize the carbon coat amount of a base particle.
本発明者は、特許文献1に紹介されている炭素コート方法によっても基材粒子の炭素コート量を均一化し得ない理由を、以下のように推測した。 The present inventor presumed the reason why the carbon coating amount of the substrate particles cannot be made uniform even by the carbon coating method introduced in Patent Document 1.
特許文献1に紹介されている炭素コート方法によると、反応管内の乱流を抑制することで、反応管のガス流路に直交する平面、つまり、反応管のガス流路断面方向における炭素源ガスのムラを低減することはできる。しかし、当該特許文献1の炭素コート方法によっても、反応管のガス流路方向における炭素源ガスのムラを低減することは困難である。既述したように、炭素源ガスは反応管内で加熱され炭化して基材粒子の表面にコートされるため、反応管のガス流路下流側における炭素源ガス濃度は、必然的に、反応管のガス流路上流側における炭素源ガス濃度よりも少なくなるためである。
本発明者は、この推測を基に更なる研究を重ね、本発明を完成させた。
According to the carbon coating method introduced in Patent Document 1, by suppressing turbulent flow in the reaction tube, a carbon source gas in a plane perpendicular to the gas flow path of the reaction tube, that is, in the gas flow channel cross-sectional direction of the reaction tube It is possible to reduce unevenness. However, even with the carbon coating method of Patent Document 1, it is difficult to reduce the unevenness of the carbon source gas in the gas flow path direction of the reaction tube. As described above, since the carbon source gas is heated and carbonized in the reaction tube and is coated on the surface of the substrate particles, the carbon source gas concentration on the downstream side of the gas flow path of the reaction tube inevitably has to be the reaction tube. This is because the carbon source gas concentration on the upstream side of the gas flow path is less.
The inventor conducted further research based on this assumption and completed the present invention.
すなわち、本発明の炭素コート方法は、
反応管に収容した基材粒子を、炭素源ガスの存在下で前記炭素源ガスの炭化温度以上に加熱する、前記基材粒子の炭素コート方法であって、
前記反応管の長手方向の一端側から他端側に向けて前記炭素源ガスを流通させる第1態様と、
前記反応管の前記他端側から前記一端側に向けて前記炭素源ガスを流通させる第2態様と、を各々一回以上行う、炭素コート方法である。
That is, the carbon coating method of the present invention comprises:
A method for coating the base particles, wherein the base particles contained in the reaction tube are heated in the presence of the carbon source gas to a temperature above the carbonization temperature of the carbon source gas,
A first mode in which the carbon source gas is circulated from one end side to the other end side in the longitudinal direction of the reaction tube;
And a second mode in which the carbon source gas is circulated from the other end side to the one end side of the reaction tube.
本発明の炭素コート方法によると、基材粒子の炭素コート量を均一化し得る。 According to the carbon coating method of the present invention, the carbon coating amount of the substrate particles can be made uniform.
以下に、本発明を実施するための最良の形態を説明する。なお、特に断らない限り、本明細書に記載された数値範囲「x〜y」は、下限xおよび上限yをその範囲に含む。そして、これらの上限値および下限値、ならびに実施例中に列記した数値も含めてそれらを任意に組み合わせることで数値範囲を構成し得る。さらに数値範囲内から任意に選択した数値を上限、下限の数値とすることができる。 The best mode for carrying out the present invention will be described below. Unless otherwise specified, the numerical range “x to y” described in this specification includes the lower limit x and the upper limit y. The numerical range can be configured by arbitrarily combining these upper limit value and lower limit value and the numerical values listed in the examples. Furthermore, numerical values arbitrarily selected from the numerical value range can be used as upper and lower numerical values.
本発明の炭素コート方法は、
反応管に収容した基材粒子を、炭素源ガスの存在下で前記炭素源ガスの炭化温度以上に加熱する、前記基材粒子の炭素コート方法であって、
前記反応管の長手方向の一端側から他端側に向けて前記炭素源ガスを流通させる第1態様と、
前記反応管の前記他端側から前記一端側に向けて前記炭素源ガスを流通させる第2態様と、を各々一回以上行う、炭素コート方法である。
The carbon coating method of the present invention comprises:
A method for coating the base particles, wherein the base particles contained in the reaction tube are heated in the presence of the carbon source gas to a temperature above the carbonization temperature of the carbon source gas,
A first mode in which the carbon source gas is circulated from one end side to the other end side in the longitudinal direction of the reaction tube;
And a second mode in which the carbon source gas is circulated from the other end side to the one end side of the reaction tube.
既述した特許文献1に紹介されているような従来の炭素コート方法によると、反応管の長手方向に対して一方向のみに炭素源ガスを流通させていた。この態様は、ごく一般的なロータリーキルン型のCVD装置の仕様に基づいて炭素コートを行うのであれば、当然である。しかし、本発明者は、このように炭素源ガスを一方向のみに流通させることこそが、基材粒子の炭素コート量にムラが生じる要因であることを見出した。そして、従来の一般的なCVD装置の仕様とは異なる方法、つまり、反応管の長手方向の一端側から他端側に向けて炭素源ガスを流通させる第1態様と、反応管の他端側から一端側に向けて炭素源ガスを流通させる第2態様と、を各々一回以上行うことで、反応管の長手方向の全体にわたって、反応管内の基材粒子への炭素コート量を均一化し得ることに到達した。 According to the conventional carbon coating method introduced in Patent Document 1 described above, the carbon source gas is circulated only in one direction with respect to the longitudinal direction of the reaction tube. This mode is natural if the carbon coating is performed based on the specifications of a very general rotary kiln type CVD apparatus. However, the present inventor has found that the distribution of the carbon source gas in only one direction is a factor that causes unevenness in the carbon coating amount of the substrate particles. And the method different from the specification of the conventional general CVD apparatus, that is, the first mode in which the carbon source gas is circulated from one end side to the other end side in the longitudinal direction of the reaction tube, and the other end side of the reaction tube The carbon coating amount on the base particles in the reaction tube can be made uniform over the entire length of the reaction tube by performing each of the second mode in which the carbon source gas is circulated from the first side toward the one end side at least once. I reached that.
以下、本発明の炭素コート方法の詳細を説明する。 Hereinafter, details of the carbon coating method of the present invention will be described.
本発明の炭素コート方法における反応管は、材質や大きさ、形状には特に限定はなく、また、反応管は回転しても良いし、回転しなくても良い。例えば、ホットウォール型、コールドウォール型、横型、縦型などの型式の、流動層反応炉、回転炉、トンネル炉、バッチ式焼成炉、ロータリーキルンなどの公知のCVD装置における反応炉を、本発明の炭素コート方法における反応管として用いても良い。反応管の加熱方式は特に問わず、例えば、反応管としてロータリーキルンの反応炉を反応管とする場合には、外熱式のロータリーキルンを選択しても良いし、内熱式のロータリーキルンを選択しても良い。但し、反応管を流通する炭素源ガスが燃焼してしまうことを防止するために、反応管内は非酸化性雰囲気であることが好ましく、そうすると、例えばガス燃焼式の内熱式ロータリーキルンに比べると外熱式ロータリーキルンを選択するのがより好ましい。 The material, size, and shape of the reaction tube in the carbon coating method of the present invention are not particularly limited, and the reaction tube may or may not rotate. For example, a reaction furnace in a known CVD apparatus such as a hot wall type, a cold wall type, a horizontal type, a vertical type, etc., such as a fluidized bed reaction furnace, a rotary furnace, a tunnel furnace, a batch-type firing furnace, a rotary kiln, etc. You may use as a reaction tube in a carbon coat method. The heating method of the reaction tube is not particularly limited. For example, when a reaction furnace of a rotary kiln is used as a reaction tube, an external heating type rotary kiln may be selected, or an internal heating type rotary kiln is selected. Also good. However, in order to prevent the carbon source gas flowing through the reaction tube from burning, the inside of the reaction tube is preferably a non-oxidizing atmosphere, and, for example, compared to a gas combustion type internal heating rotary kiln, for example. It is more preferable to select a thermal rotary kiln.
基材粒子の炭素コート量を、反応管内全体においてより均一化するためには、炭素コートを行う間、反応管を回転させるのが好ましい。
反応管を回転させつつ炭素コートを行うことで、基材粒子を流動状態にしつつ炭素コートを行うことができる。このようにすることで、様々な位置にある基材粒子について、その外表面全体を炭素源ガスに満遍なく接触させることができ、反応管内の様々な位置において基材粒子の炭素コート量をより均一にできる。
In order to make the carbon coating amount of the base particles more uniform throughout the reaction tube, it is preferable to rotate the reaction tube during the carbon coating.
By performing the carbon coating while rotating the reaction tube, the carbon coating can be performed while the substrate particles are in a fluid state. By doing so, the entire outer surface of the substrate particles at various positions can be evenly contacted with the carbon source gas, and the carbon coat amount of the substrate particles is more uniform at various positions in the reaction tube. Can be.
さらに、反応管の内部に邪魔板等を設けることで、基材粒子を撹拌しながら炭素源ガスと接触させても良い。この場合、一部の基材粒子は、邪魔板に留まり、反応管の回転に伴って所定高さから落下する。こうすることで反応管内の基材粒子が撹拌され、反応管内において基材粒子が部分的に密度高く存在する場合等、一部の基材粒子がそのままでは炭素源ガスに接触し難い状況にあっても、当該炭素源ガスに接触し難い基材粒子を、炭素源ガスに接触し易い位置に移動させることが可能である。こうすることで、基材粒子の炭素コート量を反応管内全体において更に均一化できる。 Further, by providing a baffle plate or the like inside the reaction tube, the base particles may be brought into contact with the carbon source gas while stirring. In this case, some of the substrate particles remain on the baffle plate and fall from a predetermined height as the reaction tube rotates. In this way, the base particles in the reaction tube are agitated, and when the base particles are partially dense in the reaction tube, some of the base particles are difficult to contact with the carbon source gas as they are. However, it is possible to move the substrate particles that are difficult to contact with the carbon source gas to a position where they are easily contacted with the carbon source gas. By doing so, the carbon coat amount of the base particles can be made more uniform throughout the reaction tube.
ところで、従来の炭素コート方法のように、反応管内に炭素源ガスを一方向からのみ流通させる場合には、炭素源ガスの流路方向、つまり、反応管の長手方向の両端側において基材粒子の炭素コート量に差が生じる。以下、必要に応じて、「反応管の長手方向の両端側において生じる、基材粒子の炭素コート量の差」を、単に、「コート量差」と略する。 By the way, when the carbon source gas is circulated only in one direction in the reaction tube as in the conventional carbon coating method, the base material particles are arranged at both ends in the flow direction of the carbon source gas, that is, in the longitudinal direction of the reaction tube. There is a difference in the amount of carbon coating. Hereinafter, as necessary, the “difference in the carbon coating amount of the base material particles occurring at both ends in the longitudinal direction of the reaction tube” is simply abbreviated as “coating amount difference”.
反応管の直径が一定だとすると、反応管の加熱長さが長ければ長い程、当該コート量差は大きくなる。本発明の炭素コート方法によると、反応管の長手方向の一端側から他端側に向けて炭素源ガスを流通させる第1態様と、反応管の他端側から一端側に向けて炭素源ガスを流通させる第2態様と、を各々一回以上行うことで、反応管の加熱長さが長くても、上記のコート量差を低減できる。このような本発明の炭素コート方法による効果は、反応管の直径が一定だとすると、反応管の加熱長さが長ければ長い程、顕著になる。
このことを考慮すると、反応管の直径φと反応管の加熱長さLとの関係は、L≧2φであるのが好ましく、L≧3φであるのがより好ましく、L≧4φであるのが更に好ましく、L≧5φであるのが特に好ましい。なお、反応管の加熱長さとは、反応管のうちコート時において炭素源ガスの炭化温度以上に加熱される部分の長さを意味する。
Assuming that the diameter of the reaction tube is constant, the longer the reaction tube is heated, the larger the coating amount difference becomes. According to the carbon coating method of the present invention, the first mode in which the carbon source gas is circulated from one end side to the other end side in the longitudinal direction of the reaction tube, and the carbon source gas from the other end side to the one end side of the reaction tube. The above-described coating amount difference can be reduced even if the heating length of the reaction tube is long by performing each of the second mode in which the liquid is circulated once or more. Such an effect of the carbon coating method of the present invention becomes more remarkable as the reaction tube is heated longer, assuming that the diameter of the reaction tube is constant.
In consideration of this, the relationship between the diameter φ of the reaction tube and the heating length L of the reaction tube is preferably L ≧ 2φ, more preferably L ≧ 3φ, and L ≧ 4φ. More preferably, L ≧ 5φ is particularly preferable. In addition, the heating length of the reaction tube means the length of the portion of the reaction tube that is heated to a temperature higher than the carbonization temperature of the carbon source gas during coating.
また、反応管内に炭素源ガスを一方向からのみ流通させる場合の上記のコート量差は、反応管内の基材粒子の密度が高ければ高い程、大きくなる。そして、本発明の炭素コート方法によると反応管内の基材粒子の密度が高くても当該コート量差を低減でき、その効果は、反応管内の基材粒子の密度が高い方が顕著になる。
このことを考慮すると、反応管の加熱容積Cと基材粒子の体積Vとの関係は、1.0C>V≧0.05Cであるのが好ましく、0.8C≧V≧0.1Cであるのがより好ましく、0.7C≧V≧0.3Cであるのが更に好ましい。なお、ここでいう反応管の加熱容積とは、反応管のうちコート時において炭素源ガスの炭化温度以上に加熱される部分の容積を意味する。また、基材粒子の体積とは、基材粒子の嵩高さ、つまり、基材粒子の見掛け上の体積を指す。基材粒子の体積は、メスシリンダ等の測定容器によって測定し得る。より正確を期すためには、基材粒子の体積の測定時には、JIS Z 2512:2012 金属粉−タップ密度測定方法に規定されるタッピングを行うのが好ましい。
Further, the difference in the coating amount in the case where the carbon source gas is circulated only in one direction in the reaction tube becomes larger as the density of the base particles in the reaction tube is higher. According to the carbon coating method of the present invention, the difference in the coating amount can be reduced even when the density of the base particles in the reaction tube is high, and the effect becomes more remarkable when the density of the base particles in the reaction tube is high.
Considering this, the relationship between the heating volume C of the reaction tube and the volume V of the base particle is preferably 1.0C> V ≧ 0.05C, and 0.8C ≧ V ≧ 0.1C. It is more preferable that 0.7C ≧ V ≧ 0.3C. In addition, the heating volume of a reaction tube here means the volume of the part heated more than the carbonization temperature of carbon source gas at the time of a coating among reaction tubes. Further, the volume of the base particle refers to the bulk of the base particle, that is, the apparent volume of the base particle. The volume of the substrate particles can be measured with a measuring container such as a graduated cylinder. In order to obtain more accuracy, it is preferable to perform tapping as defined in the JIS Z 2512: 2012 metal powder-tap density measurement method when measuring the volume of the substrate particles.
何れの場合にも、反応管は、長手方向の一端側に、当該長手方向の他端側に向けて炭素源ガスを導入するための導入口を有する。また、反応管の長手方向の他端側に、当該長手方向の一端側に向けて炭素ガスを導入するための導入口を有する。以下、必要に応じて、長手方向の一端を単に一端と略し、長手方向の他端を単に他端と略す。また、反応管の一端側の導入口を第1導入口と称し、反応管の他端側の導入口を第2導入口と称する。第1導入口及び第2導入口は、必要に応じて、更にキャリアガスの導入口たり得る。
更に、反応管は、一端側及び他端側に各々炭素源ガスを排出するための排出口を有する。以下、必要に応じて、一端側の排出口を第1排出口と称し、他端側の排出口を第2排出口と称する。第1排出口及び第2排出口は、必要に応じて、更にキャリアガスの排出口たり得る。更に、必要に応じて、第1排出口を第1導入口と兼用し、第2排出口を第2導入口と兼用しても良い。
In any case, the reaction tube has an inlet for introducing the carbon source gas toward one end side in the longitudinal direction toward the other end side in the longitudinal direction. Moreover, it has the inlet for introducing carbon gas toward the one end side of the said longitudinal direction in the other end side of the longitudinal direction of a reaction tube. Hereinafter, if necessary, one end in the longitudinal direction is simply abbreviated as one end, and the other end in the longitudinal direction is simply abbreviated as the other end. In addition, the inlet on one end of the reaction tube is referred to as a first inlet, and the inlet on the other end of the reaction tube is referred to as a second inlet. The first introduction port and the second introduction port may further serve as carrier gas introduction ports as necessary.
Furthermore, the reaction tube has a discharge port for discharging the carbon source gas on each of the one end side and the other end side. Hereinafter, as necessary, the discharge port on one end side is referred to as a first discharge port, and the discharge port on the other end side is referred to as a second discharge port. The first discharge port and the second discharge port may further serve as a carrier gas discharge port as necessary. Furthermore, if necessary, the first discharge port may also be used as the first introduction port, and the second discharge port may also be used as the second introduction port.
上記したように、本発明の炭素コート方法は、第1態様及び第2態様を各々一回以上行う。第1態様においては、第1導入口を経て反応管に炭素源ガスを導入し、反応管内の排ガスを第2排出口を経て排出する。また、第2態様においては、第2導入口を経て反応管に炭素源ガスを導入し、反応管内の排ガスを第1排出口を経て排出する。第1態様と第2態様との切り替えは、適宜行えば良く、そのタイミングは特に問わないが、上記のコート量差を低減し反応管内の様々な位置において基材粒子の炭素コート量をより均一にするためには、第1態様と第2態様とを同程度の時間行うのが好ましい。具体的には、第1態様を行う時間をt1とし、第2態様を行う時間をt2とすると、t1とt2との関係は、0.5t1≦t2≦1.5t1であるのが好ましく、0.7t1≦t2≦1.3t1であるのがより好ましく、0.9t1≦t2≦1.1t1であるのが更に好ましく、t1=t2であるのが特に好ましい。なお、ここでいうt1、t2は、第1態様を一回行う時間、第2態様を一回行う時間を意味する。 As described above, in the carbon coating method of the present invention, each of the first aspect and the second aspect is performed once or more. In the first aspect, the carbon source gas is introduced into the reaction tube through the first inlet, and the exhaust gas in the reaction tube is discharged through the second outlet. In the second mode, the carbon source gas is introduced into the reaction tube through the second introduction port, and the exhaust gas in the reaction tube is discharged through the first discharge port. Switching between the first mode and the second mode may be performed as appropriate, and the timing is not particularly limited, but the coating amount difference is reduced and the carbon coating amount of the substrate particles is made more uniform at various positions in the reaction tube. In order to achieve this, it is preferable that the first mode and the second mode are performed for the same amount of time. Specifically, when the time for performing the first aspect and t 1, the time for performing the second embodiment and t 2, the relationship between t 1 and t 2, 0.5t 1 ≦ t 2 ≦ 1.5t 1 is preferably at, more preferably from 0.7t 1 ≦ t 2 ≦ 1.3t 1 , more preferably in the range of 0.9t 1 ≦ t 2 ≦ 1.1t 1 , in t 1 = t 2 It is particularly preferred. Incidentally, t 1, t 2 here, the time for performing a first aspect once means the time for performing the second embodiment once.
第1態様及び第2態様は一回ずつ行っても良いが、各々複数回行うのが好ましい。この場合、t1の積算値T1と、t2の積算値T2との関係もまた、0.5T1≦T2≦1.5T1であるのが好ましく、0.7T1≦T2≦1.3T1であるのがより好ましく、0.9T1≦T2≦1.1T1であるのが更に好ましく、T1=T2であるのが特に好ましい。 The first aspect and the second aspect may be performed once, but are preferably performed a plurality of times. In this case, the integrated value T 1 of the t 1, the relationship between the integrated value T 2 of the t 2 also is preferably from 0.5T 1 ≦ T 2 ≦ 1.5T 1 , 0.7T 1 ≦ T 2 ≦ 1.3 T is more preferably from 1, more preferably in the range of 0.9T 1 ≦ T 2 ≦ 1.1T 1 , particularly preferably from T 1 = T 2.
更に、上記のコート量差をより低減するためには、第1態様及び第2態様は、各々、ある程度長い時間行うのが好ましい。具体的には、t1及びt2はそれぞれ独立に2分以上であるのが好ましく、5分以上であるのがより好ましく、10分以上であるのが更に好ましい。なお、第1態様及び第2態様を複数回ずつ行う場合、各第1態様は同じ時間行っても良いし、それぞれ異なる時間行っても良い。第2態様についても同様である。 Further, in order to further reduce the coating amount difference, it is preferable that the first mode and the second mode are each performed for a certain length of time. Specifically, t 1 and t 2 are each independently preferably 2 minutes or longer, more preferably 5 minutes or longer, and even more preferably 10 minutes or longer. When the first mode and the second mode are performed a plurality of times, each first mode may be performed for the same time or may be performed for different times. The same applies to the second aspect.
反応管に流通させる炭素源としては、非酸化性雰囲気下での加熱によって熱分解して炭化し得るものが用いられ、例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、ペンタン、ヘキサンなどの飽和脂肪族炭化水素、エチレン、プロピレン、アセチレンなどの不飽和脂肪族炭化水素、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノールなどのアルコール類、ベンゼン、トルエン、キシレン、スチレン、エチルベンゼン、ジフェニルメタン、ナフタレン、フェノール、クレゾール、安息香酸、サリチル酸、ニトロベンゼン、クロルベンゼン、インデン、ベンゾフラン、ピリジン、アントラセン、フェナントレンなどの芳香族炭化水素、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸アミルなどのエステル類、脂肪酸類などから選択される一種又は混合物が挙げられる。 As the carbon source to be circulated in the reaction tube, those that can be pyrolyzed and carbonized by heating in a non-oxidizing atmosphere are used. For example, saturated fats such as methane, ethane, propane, butane, isobutane, pentane, and hexane are used. Hydrocarbons, unsaturated aliphatic hydrocarbons such as ethylene, propylene, acetylene, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, benzene, toluene, xylene, styrene, ethylbenzene, diphenylmethane, naphthalene, phenol, cresol, benzoic acid , One or a mixture selected from aromatic hydrocarbons such as salicylic acid, nitrobenzene, chlorobenzene, indene, benzofuran, pyridine, anthracene, phenanthrene, esters such as ethyl acetate, butyl acetate, amyl acetate, and fatty acids And the like.
これらの炭素源は、ガス状で反応管を流通すれば良く、炭化温度に加熱された状態で反応管に導入されても良いし、反応管内で炭化温度に加熱されても良い。
また、炭素源は、常温でガス状となるものであっても良いし、炭化温度近傍でガス状となるものであっても良いが、100℃以下でガス状となるものが好ましく、50℃以下でガス状となるものがより好ましく、常温でガス状となるものが更に好ましい。炭素源をガス化する工程が容易であったり、当該工程が不要となったりするためである。
具体的には、炭素源としては、メタン、エタン、プロパン、ブタン、イソブタン、エチレン、プロピレン、アセチレンから選択される一種又は混合物であることが好ましい。
These carbon sources may be passed through the reaction tube in a gaseous state, and may be introduced into the reaction tube while being heated to the carbonization temperature, or may be heated to the carbonization temperature within the reaction tube.
Further, the carbon source may be in a gaseous state at normal temperature or in a gaseous state in the vicinity of the carbonization temperature, but is preferably in a gaseous state at 100 ° C. or less, and 50 ° C. What becomes gaseous below is more preferable, and what becomes gaseous at normal temperature is still more preferable. This is because the process of gasifying the carbon source is easy or the process becomes unnecessary.
Specifically, the carbon source is preferably one or a mixture selected from methane, ethane, propane, butane, isobutane, ethylene, propylene, and acetylene.
これらの炭素源のガス、つまり炭素源ガスは、単体で反応管に供給しても良いが、キャリアガスとともに反応管に供給するのが好ましい。キャリアガスとしては、ヘリウム、窒素、アルゴンなどの一般的な不活性ガスを用いれば良い。
炭素源ガスとキャリアガスとの量比は、体積比で、1:100〜2:1の範囲であることが好ましく、1:10〜1:1の範囲であることがより好ましい。
炭素源ガスとキャリアガスとの混合ガス中の炭素源ガスの体積比が大きければ、比較的厚い炭素コート層を効率良く形成できる反面、流路上流側における基材粒子の炭素コート量と流路下流側における基材粒子の炭素コート量との差が大きくなり易い。炭素源ガスとキャリアガスとの量比を適切な範囲とすることで、基材粒子の炭素コート量を反応管内全体において更に均一化できる。
These carbon source gases, that is, the carbon source gas may be supplied alone to the reaction tube, but are preferably supplied to the reaction tube together with the carrier gas. As the carrier gas, a general inert gas such as helium, nitrogen, or argon may be used.
The volume ratio of the carbon source gas to the carrier gas is preferably in the range of 1: 100 to 2: 1 and more preferably in the range of 1:10 to 1: 1 by volume.
If the volume ratio of the carbon source gas in the mixed gas of the carbon source gas and the carrier gas is large, a relatively thick carbon coat layer can be efficiently formed, but the carbon coat amount of the base material particles on the upstream side of the channel and the channel The difference from the carbon coating amount of the base particle on the downstream side tends to be large. By making the amount ratio of the carbon source gas and the carrier gas within an appropriate range, the carbon coat amount of the base material particles can be made more uniform throughout the reaction tube.
なお、炭素源として用い得る有機物としては、固体状、液体状、ガス状のものがあるところ、本発明の炭素コート方法においては、特に、ガス状の炭素源を用いることで、個々の基材粒子を均一かつ薄く炭素コートできる利点がある。換言すると、炭素源ガスを用いる場合、炭素コートにより個々の基材粒子の表面に形成されるコート層は、固体や液体の炭素源を用いる場合に比べて、薄くかつ均一である。なお、例えば基材粒子が多孔質である場合や外部に連通する空洞を有する場合等には、炭素源ガスを用いることで、基材粒子の外表面を炭素コートできるだけでなく基材粒子の内部表面も炭素コートできる利点がある。 The organic substance that can be used as the carbon source includes solid, liquid, and gaseous substances. In the carbon coating method of the present invention, the use of a gaseous carbon source makes it possible to obtain individual substrates. There is an advantage that the particles can be uniformly and thinly coated with carbon. In other words, when the carbon source gas is used, the coat layer formed on the surface of each base particle by the carbon coating is thinner and more uniform than when a solid or liquid carbon source is used. For example, when the base particle is porous or has a cavity communicating with the outside, the carbon source gas can be used to not only coat the outer surface of the base particle with carbon but also the inside of the base particle. There is an advantage that the surface can also be carbon coated.
本発明の炭素コート方法においては、反応管に収容した基材粒子を、炭素源ガスの存在下で前記炭素源ガスの炭化温度以上に加熱する。このときの加熱温度は、炭素源ガスの種類によって異なるが、炭素源ガスが炭化する温度より50℃以上高い温度とすることが望ましい。しかし、加熱温度が過度に高すぎると、系内に遊離炭素(煤)が発生する場合があるので、遊離炭素(煤)が発生しない条件を選択することが好ましい。形成される炭素層の厚さは、処理時間によって制御することができる。 In the carbon coating method of the present invention, the substrate particles accommodated in the reaction tube are heated to the carbonization temperature of the carbon source gas or higher in the presence of the carbon source gas. Although the heating temperature at this time changes with kinds of carbon source gas, it is desirable to make it 50 degreeC or more higher than the temperature at which carbon source gas carbonizes. However, if the heating temperature is too high, free carbon (soot) may be generated in the system, so it is preferable to select conditions that do not generate free carbon (soot). The thickness of the formed carbon layer can be controlled by the processing time.
本発明の炭素コート方法において、炭素コートされる基材粒子の材料や大きさは特に問わない。したがって、本発明の炭素コート方法によると、種々の用途に供するための種々の基材粒子を炭素コートし得る。基材粒子の一例として、リチウムイオン二次電池用の負極活物質を挙げることができる。
基材粒子の平均粒子径として、0.01μm〜5000μm、0.05μm〜1000μm、0.1μm〜100μmの範囲を例示できる。なお、本明細書でいう平均粒子径とは、一般的なレーザー回折散乱式粒度分布測定装置で測定した場合のD50を意味する。
なお、本発明の炭素コート方法は、特に、ケイ素含有負極活物質を炭素コートする方法として有用である。
In the carbon coating method of the present invention, the material and size of the substrate particles to be carbon coated are not particularly limited. Therefore, according to the carbon coating method of the present invention, various substrate particles for use in various applications can be carbon coated. As an example of the substrate particles, a negative electrode active material for a lithium ion secondary battery can be given.
Examples of the average particle diameter of the base particles include 0.01 μm to 5000 μm, 0.05 μm to 1000 μm, and 0.1 μm to 100 μm. In addition, the average particle diameter as used in this specification means D50 at the time of measuring with a general laser diffraction scattering type particle size distribution measuring apparatus.
The carbon coating method of the present invention is particularly useful as a method for carbon coating a silicon-containing negative electrode active material.
ケイ素含有負極活物質としては、ケイ素単体、ケイ素単体と二酸化ケイ素に不均化するSiOx(0.3≦x≦1.6)などのケイ素系材料が挙げられる。更には、ケイ素系材料として、国際公開第2014/080608号に開示されるシリコン材料を用いることも好ましい。国際公開第2014/080608号には、複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有するシリコン材料が開示されている。そして当該国際公開第2014/080608号には、CaSi2と酸とを反応させてCaを除去したポリシランを主成分とする層状シリコン化合物を合成し、当該層状シリコン化合物を300℃以上で加熱して水素を離脱させたシリコン材料を製造したこと、及び、当該シリコン材料を活物質として具備するリチウムイオン二次電池が記載されている。 Examples of the silicon-containing negative electrode active material include silicon-based materials such as silicon simple substance and SiO x (0.3 ≦ x ≦ 1.6) which disproportionates to silicon simple substance and silicon dioxide. Furthermore, it is also preferable to use a silicon material disclosed in International Publication No. 2014/080608 as a silicon-based material. International Publication No. 2014/080608 discloses a silicon material having a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. In International Publication No. 2014/080608, a layered silicon compound mainly composed of polysilane from which CaSi 2 and acid have been removed by reacting CaSi 2 is synthesized, and the layered silicon compound is heated at 300 ° C. or higher. It describes that a silicon material from which hydrogen has been released is manufactured, and a lithium ion secondary battery including the silicon material as an active material.
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲において、当業者が行い得る変更、改良等を施した種々の形態にて実施することができる。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. The present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention, with modifications and improvements that can be made by those skilled in the art.
以下に、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明する。なお、本発明は、これらの実施例によって限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。また、実施例に示した各構成要素は、それぞれ任意に抽出し組み合わせて実施できる。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. In addition, this invention is not limited by these Examples, In the range which does not deviate from a summary, it can change suitably and can implement. In addition, each component shown in the embodiment can be arbitrarily extracted and combined.
(実施例1)
実施例1の炭素コート方法は、基材粒子として負極材料粒子、具体的には粒子状のケイ素含有負極活物質を用い、炭素源ガスとしてプロパンを用いた例である。図1は、実施例1の炭素コート方法に用いたコート装置を模式的に表す説明図である。図2は、実施例1の炭素コート方法に用いたコート装置によって、第1態様を実施している様子を模式的に表す説明図である。図3は、実施例1の炭素コート方法に用いたコート装置によって、第2態様を実施している様子を模式的に表す説明図である。以下、実施例において上、下、前、後とは図1に示す上、下、前、後を指す。
Example 1
The carbon coating method of Example 1 is an example in which negative electrode material particles, specifically, a particulate silicon-containing negative electrode active material is used as substrate particles, and propane is used as a carbon source gas. FIG. 1 is an explanatory view schematically showing a coating apparatus used in the carbon coating method of Example 1. FIG. FIG. 2 is an explanatory view schematically showing a state in which the first mode is implemented by the coating apparatus used in the carbon coating method of Example 1. FIG. FIG. 3 is an explanatory view schematically showing a state in which the second mode is implemented by the coating apparatus used in the carbon coating method of Example 1. Hereinafter, in the examples, “up”, “down”, “front”, and “rear” refer to the upper, lower, front, and rear shown in FIG.
(コート装置)
実施例1の炭素コート方法においては、コート装置1として、外熱式のロータリーキルンを用いた。図1に示すように、コート装置1は、反応管2、加熱部3、第1ロール41、第2ロール42、駆動部5、炭素源ガス容器G1、キャリアガス容器G2、ガス導入経路部7、及び、ガス排出経路部8を有する。
(Coating equipment)
In the carbon coating method of Example 1, an external heating type rotary kiln was used as the coating apparatus 1. As shown in FIG. 1, the coating apparatus 1 includes a reaction tube 2, a heating unit 3, a first roll 41, a second roll 42, a driving unit 5, a carbon source gas container G1, a carrier gas container G2, and a gas introduction path unit 7. And a gas discharge path 8.
反応管2は、本体部20、第1ロータリージョイント21、第2ロータリージョイント22、第1ホイール23、第2ホイール24及びスプロケット25を有する。 The reaction tube 2 includes a main body 20, a first rotary joint 21, a second rotary joint 22, a first wheel 23, a second wheel 24, and a sprocket 25.
本体部20は石英製であり、円筒状をなす。本体部20の内部は反応管2の内部に相当し、本体部20の内径は反応管2の直径に相当する。本体部20の長手方向とは本体部20の軸方向を意味する。更に、本体部20の長手方向の長さのうち後述する加熱部3により加熱される部分の長さは、反応管2の加熱長さに相当する。当該反応管2の加熱長さは、本体部20の長手方向の長さのうち加熱部3で覆われている部分の長さ、と言い換えることもできる。
本体部20は、長手方向(すなわち軸方向)を前後に向け、略水平に配置されている。反応管2の直径φと、反応管2の加熱長さLとの関係は、5φ=Lであり、2φ≦Lを満足する。
The main body 20 is made of quartz and has a cylindrical shape. The inside of the main body 20 corresponds to the inside of the reaction tube 2, and the inner diameter of the main body 20 corresponds to the diameter of the reaction tube 2. The longitudinal direction of the main body 20 means the axial direction of the main body 20. Furthermore, the length of the portion heated by the heating unit 3 described later in the length of the main body 20 in the longitudinal direction corresponds to the heating length of the reaction tube 2. The heating length of the reaction tube 2 can also be referred to as the length of the portion covered with the heating unit 3 in the length of the main body 20 in the longitudinal direction.
The main body 20 is disposed substantially horizontally with the longitudinal direction (that is, the axial direction) facing forward and backward. The relationship between the diameter φ of the reaction tube 2 and the heating length L of the reaction tube 2 is 5φ = L, which satisfies 2φ ≦ L.
本体部20の長手方向の一端部には第1ロータリージョイント21が取り付けられ、本体部20の軸方向の他端部には第2ロータリージョイント22が取り付けられている。 A first rotary joint 21 is attached to one end of the main body 20 in the longitudinal direction, and a second rotary joint 22 is attached to the other end of the main body 20 in the axial direction.
第1ロータリージョイント21は、本体部20の内部に連絡する第1ジョイント経路部27と、当該第1ジョイント経路部27に取り付けられている第1バルブV1と、を有する。第1ロータリージョイント21は、本体部20の前端部において、本体部20の回転を許容し、かつ、本体部20の内部と第1ジョイント経路部27との連絡を保ちつつ、本体部20の内部を本体部20の外部から気密にシールする。
第1バルブV1は三方電磁弁であり、第1ジョイント経路部27、並びに、後述する第1ガス導入経路部71及び第1ガス排出経路部81に接続されている。第1バルブV1は、第1ガス導入経路部71と第1ガス排出経路部81との一方を第1ジョイント経路部27に接続し、他方を第1ジョイント経路部27から遮断する。第1バルブV1のうち第1ガス導入経路部71に接続されている部分は、既述した第1導入口に相当する。また、第1バルブV1のうち第1ガス排出経路部81に接続されている部分は、既述した第1排出口に相当する。
The first rotary joint 21 includes a first joint path portion 27 that communicates with the inside of the main body portion 20, and a first valve V <b> 1 that is attached to the first joint path portion 27. The first rotary joint 21 allows rotation of the main body 20 at the front end of the main body 20 and keeps communication between the inside of the main body 20 and the first joint path portion 27. Is hermetically sealed from the outside of the main body 20.
The first valve V1 is a three-way solenoid valve, and is connected to the first joint path portion 27, and a first gas introduction path portion 71 and a first gas discharge path portion 81 described later. The first valve V <b> 1 connects one of the first gas introduction path portion 71 and the first gas discharge path portion 81 to the first joint path portion 27 and blocks the other from the first joint path portion 27. A portion of the first valve V1 connected to the first gas introduction path portion 71 corresponds to the first introduction port described above. Moreover, the part connected to the 1st gas exhaust path part 81 among the 1st valves V1 is corresponded to the 1st exhaust port mentioned above.
第2ロータリージョイント22は、本体部20の内部に連絡する第2ジョイント経路部28と、当該第2ジョイント経路部28に取り付けられている第2バルブV2と、を有する。第2ロータリージョイント22は、本体部20の後端部において、本体部20の回転を許容し、かつ、本体部20の内部と第2ジョイント経路部28との連絡を保ちつつ、本体部20の内部を本体部20の外部から気密にシールする。
第2バルブV2も三方電磁弁であり、第2ジョイント経路部28、並びに、後述する第2ガス導入経路部72及び第2ガス排出経路部82に接続されている。第2バルブV2は、第2ガス導入経路部72と第2ガス排出経路部82との一方を第2ジョイント経路部28に接続し、他方を第2ジョイント経路部28から遮断する。第2バルブV2のうち第2ガス導入経路部72に接続されている部分は、既述した第2導入口に相当する。また、第2バルブV2のうち第2ガス排出経路部82に接続されている部分は、既述した第2排出口に相当する。
The second rotary joint 22 includes a second joint path portion 28 that communicates with the inside of the main body portion 20, and a second valve V <b> 2 that is attached to the second joint path portion 28. The second rotary joint 22 allows rotation of the main body portion 20 at the rear end portion of the main body portion 20 and maintains communication between the inside of the main body portion 20 and the second joint path portion 28. The inside is hermetically sealed from the outside of the main body 20.
The second valve V2 is also a three-way electromagnetic valve, and is connected to the second joint path portion 28, and a second gas introduction path portion 72 and a second gas discharge path portion 82 described later. The second valve V <b> 2 connects one of the second gas introduction path part 72 and the second gas discharge path part 82 to the second joint path part 28 and blocks the other from the second joint path part 28. The part connected to the 2nd gas introduction path part 72 among the 2nd valves V2 is equivalent to the 2nd introduction port mentioned above. Moreover, the part connected to the 2nd gas discharge path | route part 82 among 2nd valves V2 is corresponded to the 2nd discharge port mentioned above.
第1ホイール23及び第2ホイール24は、各々、本体部20と同軸的に設けられ本体部20の外周面から突出する環状をなす。第1ホイール23は本体部20の前端側に位置し、第2ホイール24は本体部の後端側に位置する。したがって、第1ホイール23及び第2ホイール24は本体部20の長手方向に離間している。
スプロケット25は、第1ホイール23及び第2ホイール24と同様に、本体部20と同軸的に設けられ本体部20の外周面から突出する環状をなす。スプロケット25は、第2ホイール24よりも更に本体部20の後端側に位置する。
The first wheel 23 and the second wheel 24 each have an annular shape that is provided coaxially with the main body portion 20 and protrudes from the outer peripheral surface of the main body portion 20. The first wheel 23 is located on the front end side of the main body portion 20, and the second wheel 24 is located on the rear end side of the main body portion. Therefore, the first wheel 23 and the second wheel 24 are separated from each other in the longitudinal direction of the main body 20.
Similarly to the first wheel 23 and the second wheel 24, the sprocket 25 is provided coaxially with the main body portion 20 and has an annular shape protruding from the outer peripheral surface of the main body portion 20. The sprocket 25 is located further to the rear end side of the main body 20 than the second wheel 24.
加熱部3は、電気炉であり、第1ホイール23と第2ホイール24との間で、本体部20の外側を覆う。本体部20、並びに、本体部20の内部の基材粒子及び炭素源ガスは、加熱部3によって加熱される。 The heating unit 3 is an electric furnace and covers the outside of the main body unit 20 between the first wheel 23 and the second wheel 24. The main body 20, and the base material particles and the carbon source gas inside the main body 20 are heated by the heating unit 3.
第1ロール41は、第1ホイール23の下側に位置し、回転可能である。第1ホイール23の軸方向と第1ロール41の軸方向とは平行であり、第1ロール41の周壁は第1ホイール23の周壁に当接している。
第2ロール42は、第2ホイール24の下側に位置し、回転可能である。第2ホイール24の軸方向と第2ロール42の軸方向とは平行であり、第2ロール42の周壁は第2ホイール24の周壁に当接している。
第1ロール41及び第2ロール42は、本体部20の回転を許容しつつ本体部20を支持する。
The first roll 41 is located below the first wheel 23 and is rotatable. The axial direction of the first wheel 23 and the axial direction of the first roll 41 are parallel, and the peripheral wall of the first roll 41 is in contact with the peripheral wall of the first wheel 23.
The second roll 42 is located below the second wheel 24 and is rotatable. The axial direction of the second wheel 24 and the axial direction of the second roll 42 are parallel, and the peripheral wall of the second roll 42 is in contact with the peripheral wall of the second wheel 24.
The first roll 41 and the second roll 42 support the main body 20 while allowing the main body 20 to rotate.
駆動部5はギアベルト50と、ギアベルト50に接続された駆動源PSとを有する所謂プーリ機構である。ギアベルト50はスプロケット25に噛合している。
なお駆動部5は、これに限定されず、例えばモータと当該モータの回転軸に一体化されたギアとで構成しても良い。
The drive unit 5 is a so-called pulley mechanism having a gear belt 50 and a drive source PS connected to the gear belt 50. The gear belt 50 meshes with the sprocket 25.
Note that the drive unit 5 is not limited to this, and may be constituted by, for example, a motor and a gear integrated with the rotation shaft of the motor.
炭素源ガス容器G1は、ガスボンベであり、プロパンガスを収容している。炭素源ガス容器G1の吹出口は二つに分岐している。炭素源ガス容器G1における一方の吹出口を第1炭素供給口co1といい、他方の吹出口を第2炭素供給口co2という。
キャリアガス容器G2は、ガスボンベであり、非酸化性ガスであるアルゴンガスを収容している。キャリアガス容器G2の吹出口もまた二つに分岐している。キャリアガス容器G2における一方の吹出口を第1キャリア供給口io1といい、他方の吹出口を第2キャリア供給口io2という。
The carbon source gas container G1 is a gas cylinder and contains propane gas. The outlet of the carbon source gas container G1 is branched into two. One outlet in the carbon source gas container G1 is referred to as a first carbon supply port co1, and the other outlet is referred to as a second carbon supply port co2.
The carrier gas container G2 is a gas cylinder and contains argon gas which is a non-oxidizing gas. The outlet of the carrier gas container G2 is also branched into two. One outlet in the carrier gas container G2 is referred to as a first carrier supply port io1, and the other outlet is referred to as a second carrier supply port io2.
第1ガス導入経路部71は、第1炭素供給口co1、第1キャリア供給口io1及び第1バルブV1を連絡する。
第2ガス導入経路部72は、第2炭素供給口co2、第2キャリア供給口io2及び第2バルブV2を連絡する。
第1ガス排出経路部81は第1バルブV1に接続され、第2ガス排出経路部82は第2バルブV2に接続されている。第1ガス排出経路部81及び第2ガス排出経路部82は、図略のフィルタを介して外界に連絡する。
The first gas introduction path 71 communicates the first carbon supply port co1, the first carrier supply port io1, and the first valve V1.
The second gas introduction path 72 communicates the second carbon supply port co2, the second carrier supply port io2, and the second valve V2.
The first gas discharge path 81 is connected to the first valve V1, and the second gas discharge path 82 is connected to the second valve V2. The first gas discharge path 81 and the second gas discharge path 82 communicate with the outside through a filter (not shown).
以下、実施例1の炭素コート方法を説明する。 Hereinafter, the carbon coating method of Example 1 will be described.
(基材粒子の製造)
濃度36質量%のHCl水溶液を、氷浴中で冷却しつつ、0℃とした。アルゴンガス気流にて、HCl水溶液100mLに対して5.2gとなる量のCaSi2を加えて撹拌した。反応液からの発泡が完了したのを確認した後に、得られた反応液を濾過し、残渣を蒸留水で洗浄した。その後、残渣を更にアセトンで洗浄し、真空乾燥して層状シリコン化合物を得た。
(Manufacture of substrate particles)
An aqueous HCl solution having a concentration of 36% by mass was cooled to 0 ° C. in an ice bath. In an argon gas stream, CaSi 2 in an amount of 5.2 g was added to 100 mL of HCl aqueous solution and stirred. After confirming completion of foaming from the reaction solution, the obtained reaction solution was filtered, and the residue was washed with distilled water. Thereafter, the residue was further washed with acetone and vacuum dried to obtain a layered silicon compound.
上記層状シリコン化合物を、O2の量が1体積%以下のアルゴンガス雰囲気下にて、900℃で1時間保持する熱処理を行い、シリコン材料を得た。このシリコン材料に対してCuKα線を用いたX線回折測定(XRD測定)を行った。得られたXRDチャートから、Si微粒子由来と考えられるハローが観測された。また、Siに関して、XRDチャートのSi(111)面の回折ピークの半値幅を用いてシェラーの式から算出したSi結晶子サイズは約7nmであった。 The layered silicon compound was heat-treated at 900 ° C. for 1 hour in an argon gas atmosphere with an O 2 content of 1% by volume or less to obtain a silicon material. X-ray diffraction measurement (XRD measurement) using CuKα rays was performed on this silicon material. From the obtained XRD chart, halo considered to be derived from Si fine particles was observed. For Si, the Si crystallite size calculated from Scherrer's equation using the half-value width of the diffraction peak on the Si (111) surface of the XRD chart was about 7 nm.
なお、上記熱処理においては、層状シリコン化合物のSi−H結合が切断されて水素が離脱し、Si−Si結合の切断と再結合が生じる。Si−Si結合の再結合は同じ層内で生じるとともに隣接する層どうしでも生じ得る。以上の工程でシリコン材料が得られる。このシリコン材料を粉砕して粉状にしたものを、基材粒子として、以下の工程に用いた。なお、得られたシリコン材料を走査型電子顕微鏡で観察すると、シリコン材料は複数枚の板状シリコン体が厚さ方向に積層されてなる構造を有しているのがわかる。なお、当該シリコン材料の詳細は国際公開第2014/080608号に開示されている。 Note that in the above heat treatment, the Si—H bond of the layered silicon compound is cut and hydrogen is released, so that the Si—Si bond is cut and recombined. Si-Si bond recombination occurs in the same layer and can occur between adjacent layers. A silicon material is obtained through the above steps. What grind | pulverized and grind | pulverized this silicon material was used for the following processes as base particle. When the obtained silicon material is observed with a scanning electron microscope, it can be seen that the silicon material has a structure in which a plurality of plate-like silicon bodies are laminated in the thickness direction. The details of the silicon material are disclosed in International Publication No. 2014/080608.
(炭素コート)
実施例1の炭素コート方法においては、基材粒子をコート装置1の本体部20に収容し、本体部20を回転させ、かつ、加熱部3を860℃に加熱しつつ、20分間の第1態様と20分間の第2態様とを交互に合計2時間行った。以下、具体的に説明する。
(Carbon coat)
In the carbon coating method of Example 1, the base particles are accommodated in the main body 20 of the coating apparatus 1, the main body 20 is rotated, and the heating unit 3 is heated to 860 ° C. for 20 minutes. The mode and the 20-minute second mode were alternately carried out for a total of 2 hours. This will be specifically described below.
〔第1態様〕
第1態様において加熱部3、駆動部5、第1バルブV1及び第2バルブV2の制御は以下のように行った。実施例1の炭素コート方法においてはこれらの制御を手動で行ったが、コート装置にこれらの制御を行う制御部を設けても良い。
加熱部3は860℃に加熱され、加熱部3に覆われた本体部20もまた略同じ温度に加熱された。なお、加熱部3及び本体部20は、第1態様を開始する前に予熱され、上記の温度に到達した。
駆動部5の駆動源PSは回転駆動され、駆動源PSに接続されたギアベルト50を介してスプロケット25が回転した。そして、スプロケット25に一体化されている本体部20もまた回転した。このときの回転速度は1rpmであった。
[First embodiment]
In the first aspect, the heating unit 3, the driving unit 5, the first valve V1, and the second valve V2 were controlled as follows. In the carbon coating method of the first embodiment, these controls are performed manually. However, a controller for performing these controls may be provided in the coating apparatus.
The heating part 3 was heated to 860 ° C., and the main body part 20 covered with the heating part 3 was also heated to substantially the same temperature. In addition, the heating part 3 and the main-body part 20 were preheated before starting the 1st aspect, and reached said temperature.
The drive source PS of the drive unit 5 was rotationally driven, and the sprocket 25 was rotated via the gear belt 50 connected to the drive source PS. And the main-body part 20 integrated with the sprocket 25 also rotated. The rotation speed at this time was 1 rpm.
図2に示すように、第1バルブV1は、第1ジョイント経路部27と第1ガス導入経路部71とを接続するとともに、第1ジョイント経路部27と第1ガス排出経路部81との接続を遮断するよう切り替えられた。
一方、第2バルブV2は、第2ジョイント経路部28と第2ガス排出経路部82とを接続するとともに、第2ジョイント経路部28と第2ガス導入経路部72との接続を遮断するよう切り替えられた。
As shown in FIG. 2, the first valve V <b> 1 connects the first joint path portion 27 and the first gas introduction path portion 71, and connects the first joint path portion 27 and the first gas discharge path portion 81. Switched to shut off.
On the other hand, the second valve V2 connects the second joint path portion 28 and the second gas discharge path portion 82 and switches so as to block the connection between the second joint path portion 28 and the second gas introduction path portion 72. It was.
したがって、本体部20の内部には、第1ジョイント経路部27を通じて、炭素源ガスであるプロパンガスと、キャリアガスであるアルゴンガスとの混合ガスが導入された。混合ガスにおけるプロパンガスとアルゴンガスとの体積比は1:4であった。この混合ガスは、基材粒子pに接触しつつ、本体部20の内部を前側から後側に向けて流通した。混合ガスに含まれる炭素源ガスは炭化温度にまで加熱され、基材粒子pの表面は炭素コートされた。また、本体部20の後端にまで到達した混合ガスは、第2ジョイント経路部28を通じて本体部20の外部に排出され、更に、第2ガス排出経路部82を通じて外界に排出された。この第1態様は、20分間継続された。 Therefore, a mixed gas of propane gas, which is a carbon source gas, and argon gas, which is a carrier gas, is introduced into the main body portion 20 through the first joint path portion 27. The volume ratio of propane gas to argon gas in the mixed gas was 1: 4. The mixed gas circulated from the front side to the rear side of the main body 20 while contacting the base material particles p. The carbon source gas contained in the mixed gas was heated to the carbonization temperature, and the surface of the base particle p was carbon coated. Further, the mixed gas that reached the rear end of the main body 20 was discharged to the outside of the main body 20 through the second joint path portion 28 and further discharged to the outside through the second gas discharge path portion 82. This first aspect was continued for 20 minutes.
〔第2態様〕
第1態様の開始から20分後に、第1態様を中止して第2態様を開始した。
第2態様においては、加熱部3、駆動部5、第1バルブV1及び第2バルブV2の制御を以下のように行った。
加熱部3は引き続き860℃に加熱された。
駆動部5の駆動源PSは引き続き回転駆動され、本体部20もまた回転した。このときの回転速度は1rpmであった。
[Second embodiment]
20 minutes after the start of the first mode, the first mode was stopped and the second mode was started.
In the second mode, the heating unit 3, the drive unit 5, the first valve V1, and the second valve V2 were controlled as follows.
The heating unit 3 was subsequently heated to 860 ° C.
The drive source PS of the drive unit 5 was continuously rotated, and the main body unit 20 was also rotated. The rotation speed at this time was 1 rpm.
図3に示すように、第2バルブV2は、第2ジョイント経路部28と第2ガス導入経路部72とを接続するとともに、第2ジョイント経路部28と第2ガス排出経路部82との接続を遮断するよう切り替えられた。
一方、第1バルブV1は、第1ジョイント経路部27と第1ガス排出経路部81とを接続するとともに、第1ジョイント経路部27と第1ガス導入経路部71との接続を遮断するよう切り替えられた。
As shown in FIG. 3, the second valve V <b> 2 connects the second joint path portion 28 and the second gas introduction path portion 72, and connects the second joint path portion 28 and the second gas discharge path portion 82. Switched to shut off.
On the other hand, the first valve V1 connects the first joint path portion 27 and the first gas discharge path portion 81 and switches so as to block the connection between the first joint path portion 27 and the first gas introduction path portion 71. It was.
したがって、本体部20の内部には、第2ジョイント経路部28を通じて上記の混合ガスが導入された。混合ガスは、基材粒子pに接触しつつ、本体部20の内部を後側から前側に向けて流通し、本体部20に収容されている基材粒子pの表面は炭素コートされた。本体部20の前端にまで到達した混合ガスは、第1ジョイント経路部27を通じて本体部20の外部に排出され、更に、第1ガス排出経路部81を通じて外界に排出された。この第2態様もまた20分間行われた。 Therefore, the mixed gas is introduced into the main body portion 20 through the second joint path portion 28. The mixed gas circulated from the rear side toward the front side inside the main body part 20 while contacting the base material particles p, and the surface of the base material particles p accommodated in the main body part 20 was coated with carbon. The mixed gas that reached the front end of the main body portion 20 was discharged to the outside of the main body portion 20 through the first joint path portion 27 and further discharged to the outside through the first gas discharge path portion 81. This second embodiment was also performed for 20 minutes.
上記の第1態様と第2態様とを交互に合計2時間繰り返すことで、基材粒子pが炭素コートされた実施例1のコート材料を得た。なお、実施例1のコート材料はリチウムイオン二次電池用の負極材料である。 The coating material of Example 1 in which the base particle p was carbon-coated was obtained by alternately repeating the first aspect and the second aspect for a total of 2 hours. In addition, the coating material of Example 1 is a negative electrode material for lithium ion secondary batteries.
(比較例1)
比較例1の炭素コート方法は、実施例1と同じコート装置を用い、第1態様だけを2時間続けたこと以外は、実施例1の炭素コート方法と同じである。比較例1の炭素コート方法により、比較例1のコート材料を得た。
(Comparative Example 1)
The carbon coating method of Comparative Example 1 is the same as the carbon coating method of Example 1 except that the same coating apparatus as in Example 1 was used and only the first mode was continued for 2 hours. The coating material of Comparative Example 1 was obtained by the carbon coating method of Comparative Example 1.
(評価例)
実施例1及び比較例1のコート材料につき、以下の試験を行った。
反応管の前端側で炭素コートされたコート材料、及び、反応管の後端側で炭素コートされたコート材料を、それぞれ採取し、LECOジャパン合同会社製の炭素・硫黄分析装置を用いて、各コート材料の炭素量を測定した。結果を表1に示す。
(Evaluation example)
The following tests were conducted on the coating materials of Example 1 and Comparative Example 1.
The coating material coated with carbon on the front end side of the reaction tube and the coating material coated with carbon on the rear end side of the reaction tube were collected respectively, and each was analyzed using a carbon / sulfur analyzer manufactured by LECO Japan LLC. The carbon content of the coating material was measured. The results are shown in Table 1.
第1態様のみを行った比較例1のコート材料は、反応管の長手方向の一端側と他端側とで、基材粒子の炭素コート量が著しく不均一であった。これに対して、第1態様と第2態様とを行った実施例1のコート材料は、反応管の長手方向の全体で、基材粒子の炭素コート量を均一化できた。この結果から、本発明の優位性が裏付けられた。 In the coating material of Comparative Example 1 in which only the first embodiment was performed, the carbon coating amount of the base particles was remarkably non-uniform between one end side and the other end side in the longitudinal direction of the reaction tube. On the other hand, the coating material of Example 1 which performed the 1st aspect and the 2nd aspect was able to equalize the carbon coat amount of the base particle in the whole longitudinal direction of a reaction tube. From this result, the superiority of the present invention was confirmed.
1 :コート装置 2 :反応管
20 :本体部
21 :第1ロータリージョイント 22 :第2ロータリージョイント
23 :第1ホイール 24 :第2ホイール
25 :スプロケット
27 :第1ジョイント経路部 28 :第2ジョイント経路部
3 :加熱部
41 :第1ロール 42 :第2ロール
5 :駆動部 50 :ギアベルト
7 :ガス導入経路部
71 :第1ガス導入経路部 72 :第2ガス導入経路部
8 :ガス排出経路部
81 :第1ガス排出経路部 82 :第2ガス排出経路部
G1 :炭素源ガス容器 G2 :キャリアガス容器
PS :駆動源
V1 :第1バルブ V2 :第2バルブ
co1 :第1炭素供給口 co2 :第2炭素供給口
io1 :第1キャリア供給口 io2 :第2キャリア供給口
p :基材粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1: Coat apparatus 2: Reaction tube 20: Main-body part 21: 1st rotary joint 22: 2nd rotary joint 23: 1st wheel 24: 2nd wheel 25: Sprocket
27: 1st joint path part 28: 2nd joint path part 3: Heating part 41: 1st roll 42: 2nd roll 5: Drive part 50: Gear belt 7: Gas introduction path part 71: 1st gas introduction path part 72 : Second gas introduction path section 8: gas discharge path section 81: first gas discharge path section 82: second gas discharge path section G1: carbon source gas container G2: carrier gas container PS: drive source V1: first valve V2 : Second valve co1: first carbon supply port co2: second carbon supply port io1: first carrier supply port io2: second carrier supply port p: base material particles
Claims (4)
前記反応管の長手方向の一端側から他端側に向けて前記炭素源ガスを流通させる第1態様と、
前記反応管の前記他端側から前記一端側に向けて前記炭素源ガスを流通させる第2態様と、を各々一回以上行う、炭素コート方法。 A method for coating the base particles, wherein the base particles contained in the reaction tube are heated in the presence of the carbon source gas to a temperature above the carbonization temperature of the carbon source gas,
A first mode in which the carbon source gas is circulated from one end side to the other end side in the longitudinal direction of the reaction tube;
And a second mode in which the carbon source gas is circulated from the other end side to the one end side of the reaction tube.
0.5t1≦t2≦1.5t1とする、請求項1に記載の炭素コート方法。 And the time t 1 for performing the first embodiment, the relationship between the time t 2 for performing the second embodiment,
The carbon coating method according to claim 1 , wherein 0.5 t 1 ≦ t 2 ≦ 1.5 t 1 .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2017108042A JP2018204057A (en) | 2017-05-31 | 2017-05-31 | Carbon coating method |
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Publications (1)
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ID=64956500
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2024019090A1 (en) * | 2022-07-21 | 2024-01-25 | 学校法人東京理科大学 | Carbon nanotube production device and production method |
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2017
- 2017-05-31 JP JP2017108042A patent/JP2018204057A/en active Pending
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