JP3133679B2 - リチウム電池負極材用炭素質粉末とその製造方法 - Google Patents
リチウム電池負極材用炭素質粉末とその製造方法Info
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Description
炭素質粉末とその製造方法に関し、特に石炭系または石
油系ピッチより低分子量成分を除去した光学的等方性ピ
ッチを原料として所定の製造工程により得られる、電池
容量の大なる炭素質粉末とその製造方法に関する。
て、炭素質粉末、黒鉛質粉末が用いられている。一般に
炭素質の粉末は、初期には高電位であっても、放電時間
とともに、電位はリニアーに低下するので実用的に使用
可能な容量があまり大きくない。
位を保持できるが、将来的にはさらなる容量増加、すな
わち理論値の372mAh/gを越える400mAh/
g以上の要求に対応することは困難である。
鉛質粉末は真密度が大きく多量のリチウムを充放電する
のに有利な構造で、電池として用いた場合、理論的には
最大372mAh/gの容量を得ることが可能とされて
いた。
下d(002) )が黒鉛質ものに比べ大きく、結晶子の大き
さ(以下Lc(002) )が逆に小さい炭素質のものが、理
論容量を越える容量を実現することが可能なことが見出
されてきている。
炭素質の電池材料を得るため、種々の方策として、次に
述べるようなものがある。一般に、合成樹脂などのポリ
マーを出発原料としたものは、真密度が低く、最大でも
1.4g/cm3 程度であり、電池化したときの容積当
りの電池容量は小さくなる。
に、生コークスを出発原料としたものでは、粉末の形状
が電池用に好適なものが、得られがたく、嵩密度を大き
くすることができないため、やはり電池化した場合、電
池容量を大きくすることが困難になる。
メソフェーズピッチを出発物質としたものは、メソフェ
ーズの微細構造を制御することにより高容量280〜
340mAh/gのものを得ることができるし、炭素質
粉末内部での結晶配向が比較的ランダムなので、電池化
したときの充放電の繰り返しによる負極の変形が少ない
等の利点がる。
晶は配向が既に炭素化処理前に形成されているため、比
較的低温で熱処理されたとしてもd(002) は最大でも
3.5〜3.6Åと比較的小さい。例えば、特開平7−
134988号には、メソフェーズ小球体を黒鉛化した、光学
的に異方性の負極用物質が記載されているが、d(002)
は3.36〜3.40Å程度である。これをレザーラマ
ン分光法測定におけるスペクトルで炭素網面の積層構造
を示す1580cm-1付近のピークと乱層構造を示す1
360cm-1付近のピークの強度比R=I1360/I1580
で表されるR値が励起波長5145Åを用いた時、0.
3〜0.4程度で、また1580cm- 付近のラマンバ
ンドの半値巾Δν1580は30以下であり、乱層構造が十
分発達したものではない。
を上げるためにはよりd(002) の大きい、リチウムイオ
ンの出入りが容易でしかもリチウムイオン収納サイトが
より多く、かつ収納サイト当りの収納量がより多い、全
体的に乱層構造を有する炭素質粉末が望まれている。
末の充填量を可能な限り増加させるためには、粉末の形
状を最密充填可能な形状、すなわち球形に近い形状に制
御することが必要である。そこで上記のような炭素質粉
末の特徴や問題を踏まえ、リチウム電池負極材としてす
ぐれた材料が望まれていた。例えば、特開平4−280082
号には、有機材料を出発原料として、d(002) が3.7
0Å以上である難黒鉛炭素材料が記載されているが、有
機樹脂を出発原料とするため得率が良くなく、また粉末
とするには粉砕、整粒を必要とし、工程上デメリットが
大きい。
は、球形に近い形状で電池に用いた場合、充填性が高
く、しかも乱層構造の発達しすなわちd(002) が大き
く、Lc(002) が小さく、電池容量が大容量のリチウム
電池負極用炭素質粉末を粉砕、整粒、粉砕などの工程を
要さず提供するものである。
め、本発明者が提供するのは、石炭系または石油系ピッ
チより溶剤抽出により、低分子量成分を除去して得た光
学的等方性ピッチを乾燥および酸化処理して熱不融化し
た後、不活性または自己雰囲気下で600〜1300℃
で炭化、焼成することにより得られるリチウム電池負極
材用炭素質粉末とその製造方法である。
+ レーザー(波長5145Å)を用いたときの測定によ
るラマンスペクトルから得られるR値が0.6以上かつ
1580cm-1付近のラマンバンドの半値巾Δν1580
が60以上であることを特徴とする上記の方法により製
造されたLiイオン二次電池負極材用炭素粉末である。
出発原料は石油系または石炭系ピッチで、石油系のもの
としては、エチレンタールピッチ、デカントオイルピッ
チ等、石炭系のものはコールタールピッチ、石炭液化ピ
ッチが挙げられる。これらのピッチは軟化点60℃〜1
20℃程度のものが一般的である。
出、抽出により除去する。この低分子量成分の除去は、
アセトンまたはアセトンを含有する混合溶剤によって、
溶剤可溶分を分離し、乾燥して、残留溶剤を蒸発除去す
ると、直径10μm程度の球形粒状の溶剤不溶分が得ら
れる。
であり、偏向顕微鏡観察を行うと光学的に等方性であ
る。次にこの光学的に等方性のピッチを、熱不溶融化さ
せるために、空気やNO2等の酸化促進剤を含ませた空
気下で150℃〜320℃で徐々に加熱昇温処理するこ
とにより、酸化処理を行なう。
るのが望ましい。これは、後に炭素化処理する際に、部
分的に溶融・融着し、大きな融着体となったまま、炭素
化され製品得率を下げることの防止や、品質の均質化の
ために必要である。そのためには、大きな高さの高い容
器内に静置して処理するのではなく粉体を流動または転
動させながら、処理することが好ましい。
れたピッチ粉末を得るが、酸化の程度は素原料の性状や
用いた溶剤種類により得られた溶剤不溶分である粉末の
軟化点が変わるので、それに応じて酸化の条件を選ぶこ
とになる。軽度の空気酸化だけで足りる場合もあれば、
酸化促進剤を必要とする場合もある。
を、負極材料とするために、窒素ガス等の不活性ガス雰
囲気や炭酸ガス(CO、CO2 )及び炭化水素ガス雰囲
気下で、熱処理を行ない最終的に600〜1300℃、
好ましくは750〜1200℃で焼成し、炭素質粉末を
得る。
外に除去するために、酸化処理の工程と同様、大きな容
器に静置して焼成するのではなく、流動床または転動式
の炉を用いて行うことが好ましい。大きな高さの高い容
器において大量に焼成すると揮発分が粉体粒子表面に析
出し、炭化物となって付着するかあるいは、粉体粒子間
に析出し、凝集体を作ったりすることがある。
品質的なバラツキを大きくし、電池化した時の電池容量
のバラツキや容量低下の原因になる。また後者の場合、
凝集体を含んだ製品で仕上るため整粒工程を設け、これ
らを除去する必要がでてくるとともに、製品得率を下げ
る結果を招くのでコスト面からも好ましくない。
炭素質粉末は、次のような特徴を持つ。まず、ラマン分
光分析において光源にAr+ レーザー(波長5145
Å)を用いたときの測定によるラマンスペクトルから得
られる1580cm-1付近のR値が0.6以上であり、
かつ1580cm-1付近のラマンバンドの半値巾、Δν
1580 が60以上であると、乱層構造が発達し、高容量
を得られ、上記以下であると容量は従来以上のものは期
待できない。
きく、3.60Å以上であり、リチウムイオンの出入り
が容易で、しかもリチウムイオン収納サイトがより多
く、かつ収納サイト当りの収納量がより多い、全体的に
乱層構造を有するものである。このことより電池に使用
した場合400mAh/g以上の高容量のものとするこ
とができる。
充填性にもすぐれている。かかる形状の粉末を低軟化点
の原料ピッチを、溶剤で固液分離するだけで、容易に得
ることができ、粉砕、整粒などの工程を必要としない。
し、d(002) が大きく、Lc(002) が小で、リチウム電
池用負極に使用した場合、大容量で400mAh/g以
上の要求に対応することが可能である。また形状が球状
に近く、電池として用いた場合、充填性にも優れてい
る。本発明は、かかるリチウム電池負極用として好適な
炭素質粉末を、粉砕、整粒などの工程を要さず低軟化点
の原料ピッチを、溶剤で固液分離するだけで容易に提供
することができ、工業上きわめて有用である。
に述べる。軟化点84℃、アセトン不溶分(以下、AI
という)38wt%、トルエン不溶分(以下、TIとい
う)20wt%、キノリン不溶分(以下、QIという)
0wt%、固定炭素55wt%の石炭系ピッチを出発原
料とした。上記ピッチを第1表に示すアセトンまたはア
セトンとn−ヘキサンとの混合溶剤で処理した。得られ
た抽出残留ピッチの残渣収率、軟化点(℃),AI(w
t%)、AI(wt%)、TI(wt%)、QI(wt
%)およびメソフェーズを表1に示す。
ろいずれも粒径10μm〜20μm程度の略球形の粉体
であった。これを転動式の炉に仕込み空気雰囲気下で最
高280℃で処理し、酸化ピツチ粉末とした。これら
は、いずれも軟化点がなく熱不溶融性であった。続けて
雰囲気をN2 ガスに切り換えて炭素化処理を行った。そ
の結果を表2に示す。
Claims (2)
- 【請求項1】 石炭系または石油系ピッチより溶剤抽
出により、低分子量成分を除去して得た光学的等方性ピ
ッチを乾燥および酸化処理して熱不融化した後、不活性
または自己雰囲気下で600〜1300℃で炭化、焼成
することを特徴とするリチウム電池負極材用炭素質粉末
の製造方法。 - 【請求項2】ラマン分光分析において光源にAr+ レー
ザー(波長5145Å)を用いたときの測定によるラマ
ンスペクトルから得られるR値が0.6以上かつ158
0cm-1付近のラマンバンドの半値巾Δν1580 が60
以上であることを特徴とする、請求項1の方法により製
造されたLiイオン二次電池負極材用炭素質粉末。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08200951A JP3133679B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | リチウム電池負極材用炭素質粉末とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP08200951A JP3133679B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | リチウム電池負極材用炭素質粉末とその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH1032004A JPH1032004A (ja) | 1998-02-03 |
JP3133679B2 true JP3133679B2 (ja) | 2001-02-13 |
Family
ID=16433028
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP08200951A Expired - Lifetime JP3133679B2 (ja) | 1996-07-12 | 1996-07-12 | リチウム電池負極材用炭素質粉末とその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3133679B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000251894A (ja) * | 1998-12-29 | 2000-09-14 | Hitachi Maxell Ltd | 非水二次電池およびその使用方法 |
-
1996
- 1996-07-12 JP JP08200951A patent/JP3133679B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH1032004A (ja) | 1998-02-03 |
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