JP3060471B2 - Negative electrode for battery, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte battery using the same - Google Patents

Negative electrode for battery, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte battery using the same

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JP3060471B2
JP3060471B2 JP2038343A JP3834390A JP3060471B2 JP 3060471 B2 JP3060471 B2 JP 3060471B2 JP 2038343 A JP2038343 A JP 2038343A JP 3834390 A JP3834390 A JP 3834390A JP 3060471 B2 JP3060471 B2 JP 3060471B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、リチウムをドープ・脱ドープする炭素質材
料を用いた電池用負極及びその製造方法に関するもので
あり、さらにはかかる炭素質材料を負極とする非水電解
液電池に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a negative electrode for a battery using a carbonaceous material which is doped and dedoped with lithium, and a method for producing the same. The present invention relates to a nonaqueous electrolyte battery used as a negative electrode.

〔発明の概要〕[Summary of the Invention]

本発明は、有機材料を炭素化して炭素質材料とする際
に、ホウ素化合物を添加することでリチウムに対するド
ープ量の大きな炭素質材料となし、これを負極に用いて
充放電容量が大きな非水電解液電池を提供しようとする
ものである。
The present invention provides a carbonaceous material having a large doping amount with respect to lithium by adding a boron compound when carbonizing an organic material into a carbonaceous material. It is intended to provide an electrolyte battery.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電子機器の小型化に伴い、電池の高エネルギー密度化
が要求されており、かかる要求に応えるべく種々の新し
い二次電池の提案がなされている。その一つに、リチウ
ムを用いた非水電解液電池があり、実用化に向けて研究
が活発に行われている。
Along with miniaturization of electronic equipment, higher energy density of batteries is required, and various new secondary batteries have been proposed to meet such demands. One of them is a non-aqueous electrolyte battery using lithium, and research is actively being conducted for practical use.

しかしながら、かかる非水電解液電池の実用化に際し
ては、負極に金属リチウムを用いていることに伴う次の
ような欠点が特に問題となっている。
However, when the nonaqueous electrolyte battery is put into practical use, the following disadvantages associated with the use of metallic lithium for the negative electrode are particularly problematic.

すなわち、 充電に5〜10時間を必要とし、急速充電性に劣るこ
と、 サイクル寿命が短いこと、 等である。
That is, it requires 5 to 10 hours for charging, is inferior in quick chargeability, and has a short cycle life.

これらはいずれもリチウム自身に起因するもので、充
放電の繰り返しに伴うリチウム負極の形態変化,デンド
ライト(樹状結晶)の形成,リチウムの不動態化等がそ
の原因とされている。
These are all caused by lithium itself, and are considered to be caused by morphological changes of the lithium negative electrode due to repeated charge and discharge, formation of dendrites (dendritic crystals), passivation of lithium, and the like.

上記問題を解決する一手法として、負極に金属リチウ
ムを単体で用いるのではなく、炭素質材料にドープさせ
て用いることが提案されている。これは、リチウムの炭
素層間化合物が電気化学的に容易に形成できることを利
用したものであり、例えば炭素質材料を負極として非水
電解液中で充電を行うと、正極中のリチウムは電気化学
的に負極炭素の層間にドープされる。そして、リチウム
をドープした炭素質材料は、リチウム電極として作用
し、放電に伴ってリチウムは炭素層間から脱ドープさ
れ、正極中に戻る。
As a method for solving the above-mentioned problem, it has been proposed to use metallic lithium as a negative electrode by doping it in a carbonaceous material, instead of using metallic lithium alone. This utilizes the fact that lithium intercalation compounds can be easily formed electrochemically.For example, when a carbonaceous material is used as a negative electrode and charged in a non-aqueous electrolyte, lithium in the positive electrode is electrochemically formed. Is doped between the layers of the negative electrode carbon. Then, the lithium-doped carbonaceous material acts as a lithium electrode. Lithium is undoped from the carbon layer with discharge, and returns to the positive electrode.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

ところで、このときの炭素質材料の単位重量当たりの
電気容量は、リチウムのドープ量によって決まる。した
がって電池の充放電容量を大きくするためには、炭素質
材料のリチウムに対するドープ量を出来る限り理論最大
容量に近づけることが必要である。たとえば、グラファ
イトにおいては炭素原子6個に対してリチウム原子1個
がドープされた場合に理論最大容量が得られる。
Incidentally, the electric capacity per unit weight of the carbonaceous material at this time is determined by the doping amount of lithium. Therefore, in order to increase the charge / discharge capacity of the battery, it is necessary to make the doping amount of lithium of the carbonaceous material as close as possible to the theoretical maximum capacity. For example, in graphite, a theoretical maximum capacity is obtained when one lithium atom is doped with respect to six carbon atoms.

従来、この種の電池の負極に用いられる炭素質材料と
しては、例えば特開昭62−122066号公報,あるいは特開
昭62−90863号公報などに記載されるように、有機材料
を炭素化して得られる炭素質材料が知られている。
Conventionally, as a carbonaceous material used for a negative electrode of this type of battery, for example, as described in JP-A-62-122066 or JP-A-62-90863, an organic material is carbonized. The resulting carbonaceous materials are known.

しかしながら、これまでの炭素質材料では、リチウム
のドープ量が不十分で、理論値の半分程度の容量しか得
られないのが実情である。
However, in the conventional carbonaceous materials, the doping amount of lithium is insufficient and only about half the theoretical value is obtained.

そこで本発明は、前述の従来の実情に鑑みて提案され
るものであって、リチウムのドープ量の大きな炭素質材
料およびその製造方法を開発することを目的とし、これ
により充放電容量が大きく、サイクル寿命特性に優れた
非水電解液電池を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been proposed in view of the above-described conventional circumstances, and aims to develop a carbonaceous material having a large lithium doping amount and a method for manufacturing the same, whereby the charge and discharge capacity is large, An object is to provide a non-aqueous electrolyte battery having excellent cycle life characteristics.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

本発明者等は、前述の目的を達成せんものと鋭意検討
を重ねた結果、炭素化に際してホウ素化合物を添加する
ことが得られる炭素質材料のリチウムに対するドープ量
を大きくする上で非常に有効であることを見出した。本
発明はかかる知見にもとづいて完成されたものである。
The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above-mentioned object, and as a result, it has been found that adding a boron compound at the time of carbonization is very effective in increasing the doping amount of lithium in a carbonaceous material obtained. I found something. The present invention has been completed based on such findings.

すなわち、本発明の電池用負極は、有機材料が炭素化
されてなり、ホウ素を0.1〜2.0重量%含有する炭素質材
料を含んでいることを特徴とするものである。
That is, the battery negative electrode of the present invention is characterized in that the organic material is carbonized and contains a carbonaceous material containing 0.1 to 2.0% by weight of boron.

また、本発明の電池用負極の製造方法は、有機材料も
しくは炭素質材料に対し、ホウ素換算で0.15〜2.5重量
%のホウ素化合物を添加し、炭素化して炭素質材料を
得、これを用いて電池用負極を製造することを特徴とす
るものである。
The method for producing a negative electrode for a battery according to the present invention includes the steps of: adding a boron compound in an amount of 0.15 to 2.5% by weight in terms of boron to an organic material or a carbonaceous material; carbonizing to obtain a carbonaceous material; A negative electrode for a battery is manufactured.

さらに、本発明の非水電解液電池は、有機材料が炭素
化されてなり、ホウ素を0.1〜2.0重量%含有する炭素質
材料を含んだ負極と、リチウムを含んだ正極と非水電解
液とを有してなることを特徴とするものである。
Further, the non-aqueous electrolyte battery of the present invention comprises a negative electrode containing an organic material carbonized and containing a carbonaceous material containing 0.1 to 2.0% by weight of boron, a positive electrode containing lithium, and a non-aqueous electrolyte. It is characterized by having.

本発明において電池用負極に用いる炭素質材料は、有
機材料を焼成等の手法により炭素化して得られるもので
ある。
In the present invention, the carbonaceous material used for the negative electrode for a battery is obtained by carbonizing an organic material by a method such as firing.

出発原料となる有機材料としては、フェノール樹脂、
アクリル樹脂、ハロゲン化ビニル樹脂、ポリアミドイミ
ド樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセチレン,ポリ(p−
フェニレン)等の共役系樹脂、セルロース樹脂等、任意
の有機高分子系化合物を使用することができる。
Organic materials used as starting materials include phenolic resins,
Acrylic resin, vinyl halide resin, polyamide imide resin, polyamide resin, polyacetylene, poly (p-
Any organic polymer compound such as a conjugated resin such as phenylene) and a cellulose resin can be used.

さらには、フルフリルアルコールあるいはフルフラー
ルのホモポリマー,コポリマーよりなるフラン樹脂も好
適である。具体的には、フルフリルアルコール,フルフ
リルアルコール+ジメチロール尿素,フルフリルアルコ
ール+ホルムアルデヒド,フルフラール+フェノール,
フルフラール+ケトン類等よりなる重合体が挙げられ
る。このフラン樹脂を炭素化した炭素質材料は、(00
2)面の面間隔d002が3.70Å以上であり、示差熱分析(D
TA)において700℃以上に発熱ピークを持たず、電池の
負極材として非常に良好な特性を示す。
Further, furfuran resins composed of homopolymers or copolymers of furfuryl alcohol or furfural are also suitable. Specifically, furfuryl alcohol, furfuryl alcohol + dimethylol urea, furfuryl alcohol + formaldehyde, furfural + phenol,
Polymers composed of furfural + ketones are exemplified. The carbonaceous material obtained by carbonizing this furan resin is (00
2) The plane spacing d 002 is 3.70Å or more, and the differential thermal analysis (D
In TA), it has no exothermic peak at 700 ° C. or higher, and exhibits very good characteristics as a negative electrode material of a battery.

その他、ナフタレン,フェナントレン,アントラセ
ン,トリフェニレン,ピレン,クリセン,ナフタセン,
ピセン,ペリレン,ペンタフェン,ペンタセン等の縮合
多環炭化水素化合物、その誘導体(例えば前記各化合物
のカルボン酸,カルボン酸無水物,カルボン酸イミド
等)、前記各化合物の混合物を主成分とする各種ピッ
チ、インドール,イソインドール,キノホウ素,イソキ
ノホウ素,キノキサホウ素,フタラジン,カルバゾー
ル,アクリジン,フェナジン,フェナントリジン等の縮
合複素環化合物、その誘導体等も使用可能である。
In addition, naphthalene, phenanthrene, anthracene, triphenylene, pyrene, chrysene, naphthacene,
Condensed polycyclic hydrocarbon compounds such as picene, perylene, pentaphene and pentacene, derivatives thereof (for example, carboxylic acids, carboxylic anhydrides, carboxylic imides, etc. of the above compounds), and various pitches containing as a main component a mixture of the above compounds Also, condensed heterocyclic compounds such as indole, isoindole, quinoboron, isoquinoboron, quinoxaboron, phthalazine, carbazole, acridine, phenazine, phenanthridine, and derivatives thereof can be used.

これら有機材料を焼成する等の手法により熱処理して
炭素化する。炭素化温度は出発原料によっても異なる
が、通常は500〜3000℃とされる。
These organic materials are carbonized by a heat treatment such as firing. The carbonization temperature varies depending on the starting materials, but is usually 500 to 3000 ° C.

本発明においては、この炭素化の際にホウ素化合物を
添加することで、得られる炭素質材料のリチウムに対す
るドープ量を大きなものとする。
In the present invention, by adding a boron compound during the carbonization, the amount of doping of the resulting carbonaceous material with respect to lithium is increased.

ホウ素化合物としては、二酸化二ホウ素,三酸化二ホ
ウ素(いわゆる酸化ホウ素),三酸化四ホウ素,五酸化
四ホウ素等のホウ素の酸化物や、オルトホウ酸(いわゆ
るホウ酸),メタホウ酸,四ホウ酸,次ホウ酸等のホウ
素のオキソ酸およびその塩等が挙げられる。これらのホ
ウ素化合物は、いずれも水溶液の状態で炭素化のための
反応系に添加することができる。
Examples of the boron compound include boron oxides such as diboron dioxide, diboron trioxide (so-called boron oxide), tetraboron trioxide, and tetraboron pentoxide, and orthoboric acid (so-called boric acid), metaboric acid, and tetraboric acid. And oxo acids of boron such as hypoboric acid and salts thereof. Any of these boron compounds can be added to a reaction system for carbonization in the form of an aqueous solution.

本発明では、有機材料の炭素化の際に添加されるホウ
素化合物の添加量はこれら有機材料もしくは炭素質材料
に対してホウ素換算で0.15〜2.5重量%、また炭素質材
料中のホウ素の含量は0.1〜2.0重量%とする。これらの
範囲は、本発明者らが行った次のような予備実験にもと
づいて決定されたものである。
In the present invention, the amount of the boron compound added during the carbonization of the organic material is 0.15 to 2.5% by weight in terms of boron with respect to the organic material or the carbonaceous material, and the content of boron in the carbonaceous material is 0.1 to 2.0% by weight. These ranges have been determined based on the following preliminary experiments performed by the present inventors.

まず第1図に、ポリフルフリルアルコール樹脂(無水
マレイン酸触媒)焼成体の焼成に際してホウ酸を添加し
た場合のホウ素仕込み量と焼成体中に残存するホウ素の
量との関係を示す。ホウ素の残存量は、誘導結合型プラ
ズマ発光分光分析により定量した。また、ホウ素の仕込
み量は、ホウ酸の添加量から換算したものである。これ
より、ホウ素残存量はホウ素仕込み量にほぼ比例して増
大していることがわかる。
First, FIG. 1 shows the relationship between the amount of boron charged when boric acid is added during firing of a fired body of polyfurfuryl alcohol resin (maleic anhydride catalyst) and the amount of boron remaining in the fired body. The remaining amount of boron was quantified by inductively coupled plasma emission spectroscopy. Further, the charged amount of boron is calculated from the added amount of boric acid. From this, it can be seen that the remaining amount of boron increases almost in proportion to the charged amount of boron.

第2図には、かかる焼成体を負極とした電池における
連続充放電可能電気量のホウ素仕込み量による変化を示
す。これより、焼成に際してのホウ素の添加は充放電容
量を増大させる上で有効であるが、その変化のパターン
には極大値が存在することがわかる。つまり、負極に残
存するホウ素量は多いほど好ましいとは一概に言えない
のである。
FIG. 2 shows a change in the amount of electricity that can be continuously charged and discharged according to the charged amount of boron in a battery using such a fired body as a negative electrode. This indicates that the addition of boron during firing is effective in increasing the charge / discharge capacity, but the change pattern has a maximum value. That is, it cannot be said that the larger the amount of boron remaining in the negative electrode, the better.

一般に、炭素質材料中の炭素原子がホウ素原子に置換
されると電気伝導度が低下すると考えられている。そこ
で、ホウ素仕込み量と電池の内部抵抗との関係を調べた
ところ、第3図に示すように、内部抵抗はホウ素仕込み
量の増大にともなって増大していた。
Generally, it is considered that the electrical conductivity is reduced when a carbon atom in a carbonaceous material is replaced with a boron atom. Then, when the relationship between the charged amount of boron and the internal resistance of the battery was examined, the internal resistance was increased as the charged amount of boron was increased, as shown in FIG.

したがって、ホウ素の仕込み量および残存量は電池の
実用性能を考慮して最適範囲に規定される必要があり、
上述の範囲が決定された。ホウ素化合物の添加量が前記
範囲よりも少なく、その結果として炭素質材料中のホウ
素の割合が少なくなりすぎると、リチウムのドープ量を
効果的に増大させることができない。逆に、ホウ素化合
物の添加量が前記の範囲よりも多く、その結果として炭
素質材料中のホウ素の割合が多くなりすぎると、内部抵
抗が増大する他、リチウムのドープに実質的に関与する
炭素質材料の割合を減少させる虞れがある。
Therefore, the charged amount and the remaining amount of boron need to be defined in the optimum range in consideration of the practical performance of the battery,
The above ranges have been determined. If the amount of the boron compound is less than the above range, and as a result the proportion of boron in the carbonaceous material is too small, the doping amount of lithium cannot be effectively increased. Conversely, if the amount of the boron compound is larger than the above range, and as a result, the proportion of boron in the carbonaceous material becomes too large, the internal resistance increases and the carbon substantially involved in lithium doping is added. There is a risk of reducing the proportion of quality material.

前述の炭素質材料を非水電解液電池の負極とする場
合、正極材料としては十分な量のリチウムを含んだ材料
を使用することが好ましく、一般式LiMO2(ただし、M
はCo,Niの少なくとも1種を表す。)で表される複合金
属酸化物やリチウムを含んだ層間化合物等が使用され
る。特にLiCoO2やLiCo0.8Ni0.2O2等を使用した場合に良
好な特性が発揮される。
When the above-mentioned carbonaceous material is used as a negative electrode of a nonaqueous electrolyte battery, it is preferable to use a material containing a sufficient amount of lithium as a positive electrode material, and a general formula LiMO 2 (where M
Represents at least one of Co and Ni. ), An intermetallic compound containing lithium, or the like. In particular, good characteristics are exhibited when LiCoO 2 or LiCo 0.8 Ni 0.2 O 2 is used.

非水電解液は、有機溶媒と電解質を適宜組み合わせて
調製されるが、これら有機溶媒や電解質としてはこの種
の電池に用いられるものであればいずれも使用可能であ
る。
The non-aqueous electrolyte is prepared by appropriately combining an organic solvent and an electrolyte, and any of these organic solvents and electrolytes can be used as long as they are used for this type of battery.

例示するならば、有機溶媒としてはプロピレンカーボ
ネート、エチレンカーボネート、1,2−ジメトキシエタ
ン、1,2−ジエトキシエタン、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、1,
3−ジオキソラン、4−メチル−1,3−ジオキソラン、ジ
エチルエーテル、スルホラン、メチルスルホラン、アセ
トニトリル、プロピオニトリル、アニソール等である。
For example, as the organic solvent, propylene carbonate, ethylene carbonate, 1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, γ-butyrolactone, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran,
3-dioxolan, 4-methyl-1,3-dioxolan, diethyl ether, sulfolane, methylsulfolane, acetonitrile, propionitrile, anisole and the like.

電解質としては、LiClO4、LiAsF6、LiPF6、LiBF4、Li
B(C6H5、CH3SO3Li、CF3SO3Li、LiCl、LiBr等が挙
げられる。
As electrolytes, LiClO 4 , LiAsF 6 , LiPF 6 , LiBF 4 , Li
B (C 6 H 5 ) 4 , CH 3 SO 3 Li, CF 3 SO 3 Li, LiCl, LiBr and the like.

〔作用〕[Action]

有機材料を炭素化して炭素質材料とする際に、ホウ酸
等のホウ素化合物を添加しておくと、リチウムのドープ
量が大きなものとなり、脱ドープ量/ドープ量で表され
る充放電効率も大きなものとなる。
When a boron compound such as boric acid is added when carbonizing an organic material into a carbonaceous material, the doping amount of lithium becomes large, and the charge / discharge efficiency expressed by the undoped amount / doped amount also increases. It will be big.

このリチウムのドープ量が大きな炭素質材料を非水電
解質電池の負極とすると、充放電容量が拡大され、充放
電操作の繰り返しによる劣化も抑えられる。
When the carbonaceous material having a large lithium doping amount is used as the negative electrode of the nonaqueous electrolyte battery, the charge / discharge capacity is increased, and deterioration due to repetition of the charge / discharge operation is suppressed.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明を具体的な実験結果にもとづいて説明す
る。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific experimental results.

実施例1 フルフリルアルコール500g,無水マレイン酸1g,純水20
0gを混合し、湯浴上で2時間還流させて赤黒色の粘稠な
ポリマーを得た。
Example 1 Furfuryl alcohol 500 g, maleic anhydride 1 g, pure water 20
Then, the mixture was refluxed for 2 hours on a hot water bath to obtain a red-black viscous polymer.

未反応アルコールおよび残留水を真空蒸溜により除去
した後、得られたポリマー100gに対してホウ酸5g(ホウ
素換算で0.87g)を純水50gに溶解した水溶液を加えた。
After removing unreacted alcohol and residual water by vacuum distillation, an aqueous solution in which 5 g of boric acid (0.87 g in terms of boron) was dissolved in 50 g of pure water was added to 100 g of the obtained polymer.

この混合物を窒素気流中で500℃,5時間保持して炭化
した後、1200℃に昇温し1時間熱処理した。このように
して得られた炭素質材料の特性は、(002)面間距離3.7
5Å,真密度1.55g/cm3,DTAにおける発熱ピーク595℃,
ホウ素含量0.45重量%であった。
This mixture was carbonized while being kept at 500 ° C. for 5 hours in a nitrogen stream, and then heated to 1200 ° C. and heat-treated for 1 hour. The properties of the carbonaceous material obtained in this way are as follows:
5Å, true density 1.55g / cm 3 , exothermic peak in DTA 595 ℃,
The boron content was 0.45% by weight.

次に、上記炭素質材料を用いてコイン型の非水電解液
電池を構成した。
Next, a coin-type nonaqueous electrolyte battery was formed using the carbonaceous material.

先ず、上記炭素質材料を乳鉢にて粉砕した後、篩によ
り分級し、390メッシュ以下のものを採取した。
First, the above carbonaceous material was pulverized in a mortar and then classified by a sieve, and a material having a size of 390 mesh or less was collected.

分級した炭素質材料1gに結合剤としてポリフッ化ビニ
リデン100mgを加え、ジメチルホルムアミドを用いてペ
ースト状とし、これをステンレス製の網に塗布して5t/c
m2の圧力で圧着した。これを適当な形に打ち抜き、負極
とした。
100 mg of polyvinylidene fluoride as a binder was added to 1 g of the classified carbonaceous material, and a paste was formed using dimethylformamide.
Crimping was performed at a pressure of m 2 . This was punched out into an appropriate shape to obtain a negative electrode.

正極は、活物質としてLiNi0.2Co0.8O2を用い、次のよ
うにして作成した。
The positive electrode was prepared as follows using LiNi 0.2 Co 0.8 O 2 as an active material.

LiNi0.2Co0.8O29.1gにグラファイト600mg,ポリ四フッ
化エチレン300mgを加えて混合した後、その1gを取って
成形型に入れ、2t/cm2の圧力でコンプレッション成形
し、円盤状の正極とした。
600 mg of graphite and 300 mg of polytetrafluoroethylene were added to 9.1 g of LiNi 0.2 Co 0.8 O 2 and mixed, and then 1 g of the mixture was placed in a mold, compression-molded at a pressure of 2 t / cm 2 , and a disc-shaped positive electrode was formed. And

以上の正極と負極を用い、電解液としてプロピレンカ
ーボネートと1,2−ジメトキシエタンの1:1(体積比)混
合溶媒にLiClO4を1モル/の割合で溶解した溶液を用
い、さらにセパレータとしてポリプロピレン不織布を用
いてコイン型の電池を作成した。このとき、両極におけ
る活物質の使用量は、電気化学当量で比較した場合に正
極が負極に対して十分に大きくなるように設定し、した
がって電池容量が負極規制となるようにした。
Using the above positive electrode and negative electrode, a solution prepared by dissolving LiClO 4 at a ratio of 1 mol / in a 1: 1 (volume ratio) mixed solvent of propylene carbonate and 1,2-dimethoxyethane as an electrolytic solution, and polypropylene as a separator A coin-type battery was prepared using the nonwoven fabric. At this time, the amount of the active material used in both electrodes was set so that the positive electrode was sufficiently larger than the negative electrode when compared in terms of electrochemical equivalent, and thus the battery capacity was regulated to the negative electrode.

この電池について充放電サイクル試験を行った。充電
および放電は共に0.53mA/cm2の定電流で行い、放電終止
電圧は1.5Vとした。ここで、充電量を380mAH/g(ただ
し、炭素質材料1g当たりの充電量。以下同じ。)として
充放電サイクル試験を行った結果を第4図に示す。図
中、縦軸は放電容量(mAH/g)、横軸はサイクル回数
(回)を表し、本実施例の結果は曲線Iで表す。この結
果からも明らかなように、本実施例にかかる電池は90サ
イクルを経た後でも安定して高い放電容量を維持してお
り、グラファイトを負極とした場合の理論最大容量(37
2 mAH/g)と同等以上の充電量にて充放電が可能である
ことがわかる。
A charge / discharge cycle test was performed on this battery. Both charging and discharging were performed at a constant current of 0.53 mA / cm 2 , and the discharge end voltage was 1.5 V. FIG. 4 shows the results of a charge / discharge cycle test in which the charge amount was 380 mAH / g (the charge amount per gram of the carbonaceous material; the same applies hereinafter). In the figure, the vertical axis represents the discharge capacity (mAH / g), the horizontal axis represents the number of cycles (times), and the result of the present embodiment is represented by a curve I. As is clear from these results, the battery according to the present example stably maintains a high discharge capacity even after 90 cycles, and the theoretical maximum capacity when graphite was used as the negative electrode (37
It can be seen that charge / discharge is possible with a charge amount equal to or greater than 2 mAH / g).

また、第5図には充電量を380mAH/gとした場合の放電
曲線を示す。図中、縦軸は放電電圧(V)、横軸は放電
容量(mAH/g)を表し、本実施例の結果は実線で表す。
この際の充放電効率は98.3%と極めて良好であった。
FIG. 5 shows a discharge curve when the charge amount is 380 mAH / g. In the figure, the vertical axis represents the discharge voltage (V), the horizontal axis represents the discharge capacity (mAH / g), and the result of the present embodiment is represented by a solid line.
The charge / discharge efficiency at this time was as good as 98.3%.

比較例1 実施例1と同様にしてポリマーを得た後、ホウ酸水溶
液を加えずに熱処理を施し、炭素質材料を得た。
Comparative Example 1 After a polymer was obtained in the same manner as in Example 1, heat treatment was performed without adding a boric acid aqueous solution to obtain a carbonaceous material.

この炭素質材料を用いて実施例1と同様の電池を作成
し、同様の条件で充放電サイクル試験を行った。ただ
し、充電量は320,350,380 mAH/gと変化させた。結果を
前述の第4図に併せて示す。図中、曲線IIは充電量を32
0mAH/gとした場合、曲線IIIは350mAH/g、曲線IVは380mA
H/gとした場合にそれぞれ対応する。この結果、安定し
た充放電特性が得られるのは充電量がせいぜい320 mAH/
gと低い場合に限られることがわかった。
Using this carbonaceous material, a battery similar to that of Example 1 was prepared, and a charge / discharge cycle test was performed under the same conditions. However, the charge amount was changed to 320, 350, 380 mAH / g. The results are shown in FIG. 4 described above. In the figure, curve II shows the charge amount of 32.
If 0 mAH / g, curve III is 350 mAH / g, curve IV is 380 mA
H / g corresponds to each case. As a result, stable charge / discharge characteristics can be obtained only when the charge amount is 320 mAH /
It was found that it was limited to the case of low g.

また、前述の第5図に充電量を320mAH/gとした場合の
放電曲線を破線で示す。この際の充放電効率は97.0%で
あった。
In addition, in FIG. 5 described above, a discharge curve when the charge amount is set to 320 mAH / g is shown by a broken line. At this time, the charge / discharge efficiency was 97.0%.

実施例2 ポリ−p−フェニレンテレフタルアミド繊維10gを、
ホウ酸500mg(ホウ素換算で87.5mg)を純水15gに溶解し
た溶液中で湿潤させたた後、窒素気流中、500℃で5時
間保持して炭化させ、さらに1200℃まで昇温して1時間
の熱処理を行った。このようにして得られた炭素質材料
の特性は、真密度1.35g/cm3,DTAにおける発熱ピーク610
℃,ホウ素含量0.45重量%であった。
Example 2 10 g of poly-p-phenylene terephthalamide fiber was
After moistening in a solution of 500 mg of boric acid (87.5 mg in terms of boron) dissolved in 15 g of pure water, carbonization was carried out at 500 ° C. for 5 hours in a nitrogen stream, and the temperature was further raised to 1200 ° C. for 1 hour. Time heat treatment was performed. The properties of the carbonaceous material obtained in this manner have a true density of 1.35 g / cm 3 and an exothermic peak 610 in DTA.
° C, the boron content was 0.45% by weight.

上記炭素質材料を用いて、実施例1と同様の電池を作
成した。
Using the above carbonaceous material, a battery similar to that of Example 1 was produced.

様々な充放電量で充放電サイクル試験を行った結果、
380mAH/gという高い充電量においても安定した充放電を
行えることが判明した。
As a result of conducting a charge / discharge cycle test with various charge / discharge amounts,
It was found that stable charge and discharge can be performed even at a high charge amount of 380 mAH / g.

充電量を380 mAH/gとした場合の放電曲線を第6図に
実線で示す。このときの充放電効率は98.5%であった 比較例2 ポリ−p−フェニレンテレフタルアミド繊維にホウ酸
を加えないこと以外は実施例2と全く同様にして電池を
作成し、様々な充電量で充放電サイクル試験を行った。
The discharge curve when the charge amount is 380 mAH / g is shown by a solid line in FIG. At this time, the charge / discharge efficiency was 98.5%. Comparative Example 2 A battery was prepared in exactly the same manner as in Example 2 except that boric acid was not added to the poly-p-phenylene terephthalamide fiber. A charge / discharge cycle test was performed.

その結果、安定した充放電が行われるのは充電量が36
0mAH/g程度までの場合に限らることがわかった。
As a result, stable charge / discharge is performed only when the charge amount is 36
It turned out that it is limited to the case of about 0 mAH / g.

充電量を360mAH/gとした場合の放電曲線を前述の第6
図に破線で示す。このときの充放電効率は98.0%であっ
た。
When the charge amount is set to 360 mAH / g,
This is indicated by a broken line in the figure. At this time, the charge / discharge efficiency was 98.0%.

以上の実施例および比較例から明らかなように、有機
材料の炭化および熱処理を行う際にホウ素を共存させる
ことで、従来より充放電容量の向上した炭素質材料が得
られる。特に、各実施例において示されるように、出発
原料を適切に選択すればグラファイトを負極とする場合
の理論最大容量を上回る充放電容量を有する炭素質材料
をも得ることができる。
As is clear from the above Examples and Comparative Examples, by coexisting boron when carbonizing and heat-treating an organic material, a carbonaceous material with improved charge / discharge capacity as compared with the related art can be obtained. In particular, as shown in each Example, a carbonaceous material having a charge / discharge capacity exceeding the theoretical maximum capacity when graphite is used as the negative electrode can be obtained by appropriately selecting the starting material.

以上、本発明を適用した具体的な実施例について説明
したが、本発明がこれらの実施例に限定されるものでは
なく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可
能である。
Although specific embodiments to which the present invention is applied have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

以上の説明からも明らかなように、本発明において電
池用負極に用いる炭素質材料はホウ素を含有することか
ら、リチウムに対するドープ量が大きな炭素質材料を提
供することができる。
As is clear from the above description, since the carbonaceous material used for the negative electrode for a battery in the present invention contains boron, it is possible to provide a carbonaceous material having a large doping amount with respect to lithium.

また、本発明の製造方法によれば、簡単な操作で特性
の優れた炭素質材料を製造することができ、特にリチウ
ムのドープ量や充放電効率(脱ドープ量/ドープ量)の
大きい炭素質材料を製造することが可能である。
Further, according to the production method of the present invention, a carbonaceous material having excellent characteristics can be produced by a simple operation, and particularly a carbonaceous material having a large lithium doping amount and a large charge / discharge efficiency (dedoping amount / doping amount). It is possible to produce the material.

さらに本発明の非水電解液電池においては、リチウム
のドープ量や充放電効率の大きな炭素質材料を負極とし
ているので、グラファイトを負極とする場合の理論最大
容量をも上回る充放電容量を実現することができ、しか
もサイクル特性や充放電効率に優れた電池を提供するこ
とが可能である。
Further, in the nonaqueous electrolyte battery of the present invention, since the carbon material having a large lithium doping amount and charge / discharge efficiency is used as the negative electrode, a charge / discharge capacity that exceeds the theoretical maximum capacity when graphite is used as the negative electrode is realized. It is possible to provide a battery having excellent cycle characteristics and charge / discharge efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図はポリフルフリルアルコール樹脂の焼成時におけ
るホウ素仕込み量と得られる焼成体中におけるホウ素残
存量との関係を示す特性図である。第2図はポリフルフ
リルアルコール樹脂の焼成におけるホウ素仕込み量と得
られる焼成体を負極とする電池の連続充放電可能電気量
との関係を示す特性図である。第3図はホウ素仕込み量
と得られる焼成体を負極とする電池の内部抵抗との関係
を示す特性図である。第4図はポリフルフリルアルコー
ル樹脂にホウ酸を添加して作成した炭素質材料を負極と
した非水電解液二次電池の充放電サイクル特性をホウ酸
を添加しないで作成した炭素質材料を負極とした電池の
それと比べて示す特性図である。第5図はポリフルフリ
ルアルコール樹脂にホウ酸を添加して作成した炭素質材
料を負極とした非水電解液二次電池の放電曲線をホウ酸
を添加しないで作成した炭素質材料を負極とした電池の
それと比べて示す特性図である。第6図はポリ−p−フ
ェニレンテレフタルアミド繊維にホウ酸を添加して作成
した炭素質材料を負極とした非水電解液二次電池の放電
曲線をホウ素酸を添加しないで作成した炭素質材料を負
極とした電池のそれと比べて示す特性図である。
FIG. 1 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of boron charged during firing of a polyfurfuryl alcohol resin and the remaining amount of boron in the obtained fired body. FIG. 2 is a characteristic diagram showing the relationship between the amount of boron charged in sintering a polyfurfuryl alcohol resin and the amount of electricity that can be continuously charged and discharged in a battery having the obtained fired body as a negative electrode. FIG. 3 is a characteristic diagram showing the relationship between the charged amount of boron and the internal resistance of a battery having the obtained fired body as a negative electrode. FIG. 4 shows the charge / discharge cycle characteristics of a nonaqueous electrolyte secondary battery using a carbonaceous material prepared by adding boric acid to polyfurfuryl alcohol resin as a negative electrode. FIG. 5 is a characteristic diagram shown in comparison with that of the battery of FIG. FIG. 5 shows a discharge curve of a nonaqueous electrolyte secondary battery using a carbonaceous material prepared by adding boric acid to a polyfurfuryl alcohol resin as a negative electrode. A carbonaceous material prepared without adding boric acid was used as a negative electrode. FIG. 3 is a characteristic diagram shown in comparison with that of a battery. FIG. 6 shows a discharge curve of a non-aqueous electrolyte secondary battery using a carbonaceous material prepared by adding boric acid to poly-p-phenylene terephthalamide fiber as a negative electrode. FIG. 4 is a characteristic diagram shown in comparison with that of a battery having a negative electrode.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭57−191328(JP,A) 特開 昭61−163562(JP,A) Aso Oya et al.,”C atalytic graphitiz ation of carbons b y borons”,FUEL,1979, Vol.158,July,p.495−500 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/02 - 4/04 H01M 4/58 H01M 10/40 C01B 31/00 - 31/36 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-57-191328 (JP, A) JP-A-61-163562 (JP, A) Aso Oya et al. , "Catalytic graphitization of carbons by borons", FUEL, 1979, Vol. 158, July, p. 495-500 (58) Field surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01M 4/02-4/04 H01M 4/58 H01M 10/40 C01B 31/00-31/36

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】有機材料が炭素化されてなり、ホウ素を0.
1〜2.0重量%含有する炭素質材料を含んでいることを特
徴とする電池用負極。
(1) An organic material is carbonized, and boron is added to 0.1%.
A negative electrode for a battery, comprising a carbonaceous material containing 1 to 2.0% by weight.
【請求項2】有機材料もしくは炭素質材料に対し、ホウ
素換算で0.15〜2.5重量%のホウ素化合物を添加し、炭
素化して炭素質材料を得、これを用いて電池用負極を製
造することを特徴とする電池用負極の製造方法。
2. A method for producing a negative electrode for a battery by adding a boron compound in an amount of 0.15 to 2.5% by weight in terms of boron to an organic material or a carbonaceous material and carbonizing to obtain a carbonaceous material. A method for producing a negative electrode for a battery.
【請求項3】有機材料が炭素化されてなり、ホウ素を0.
1〜2.0重量%含有する炭素質材料を含んだ負極と、リチ
ウムを含んだ正極と非水電解液とを有してなる非水電解
液電池。
(3) The organic material is carbonized, and boron is added to the material in an amount of 0.
A non-aqueous electrolyte battery comprising a negative electrode containing a carbonaceous material containing 1 to 2.0% by weight, a positive electrode containing lithium, and a non-aqueous electrolyte.
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