JP3335366B2 - 二次電池用電極 - Google Patents

二次電池用電極

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、高容量で充放電特性に
優れた二次電池用の電極に関する。さらには、活物質が
アルカリ金属、好ましくはリチウム金属である二次電池
の負極電極に関する。
【０００２】
【従来の技術】リチウム二次電池用電極として、ポリア
セチレンなどの導電性高分子を用いることが提案されて
いる。しかし、導電性高分子はＬｉイオンのドープ量、
すなわち電極容量及び安定な充放電特性に欠ける。
【０００３】また、リチウム金属をリチウム二次電池の
負極電極に用いることも試みられているが、この場合に
は充放電サイクル特性が極めて悪いものになる。
【０００４】すなわち、電池の放電時には負極体からリ
チウムがＬｉイオンとなって電解液中に移動し、充電時
にはこのＬｉイオンが金属リチウムとなって再び負極体
に電析するが、この充放電サイクルを反復させると、そ
れに伴って電析する金属リチウムはデンドライト状とな
る。このデンドライト状の金属リチウムは極めて活性な
物質であるため、電解液を分解せしめ、その結果、電池
の充放電サイクル特性が劣化するという不都合が生ず
る。さらにこれが成長していくと、最後には、このデン
ドライト状の金属リチウム電析物がセパレーターを貫通
して正極体に達し、短絡現象を起こすという問題を生ず
る。換言すれば、充放電サイクル寿命が短いという問題
が生ずる。
【０００５】このような問題を回避するために、負極電
極として有機化合物を焼成した炭素質物を担持体とし、
これにリチウム又はリチウムを主体とするアルカリ金属
を活物質として担持せしめて構成することが試みられて
いる。このような負極体を用いることにより、負極の充
放電サイクル特性は飛躍的に改良されたが、しかし一方
で、この負極電極の電極容量は、まだ満足しうる程に大
きなものではなかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる技術
的背景の下に、電極容量が大きく、充放電サイクル特性
が優れた二次電池用負極電極を提供することを目的とす
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明者らは上記の問題
を解決すべく、負極電極に関して鋭意研究を重ねた結
果、後述する炭素質物からなる担持体に、活物質である
アルカリ金属を担持させた電極が、上記の目的のために
極めて有効であることを見出して、本発明をなすに至っ
た。
【０００８】すなわち、本発明の二次電池用電極は、多
相構造を有し、下記（１）及び（２）を満足する炭素質
物を主成分とする担持体に、活物質であるアルカリ金属
を担持させた二次電池用電極である。 （１）真密度が１．８０ｇ／cm3 以上である。 （２）波長５１４５Åのアルゴンイオンレーザー光を用
いたラマンスペクトル分析において、１５８０〜１６２
０cm-1の範囲にピークＰA、１３５０〜１３７０cm-1の
範囲にピークＰB を有し、上記ＰA の強度ＩA に対する
ＰB の強度ＩBの比Ｒ＝ＩB ／ＩA が０．４以上であ
る。
【０００９】本発明に用いられる炭素質物は、形状、繊
維状などの形状のいかんによらず、その真密度とラマン
スペクトルに特徴がある。
【００１０】この炭素質物は、表層を形成する炭素質物
と、これに内包されて核を形成する炭素質物の少なくと
も２相からなる多相構造を有する。この表層を形成する
炭素質物の微細構造は、上記のラマンスペクトルに寄与
する。一方、真密度は、表層と核を包含する多相構造に
含まれる全体の炭素質物の密度の平均値として与えられ
る。通常、炭素質物は密度が高くなれば、そのラマンス
ペクトルのピーク強度比Ｒが小さくなる。本発明の炭素
質物の特徴は、真密度が高く、しかもＲが大きいことに
特徴があり、それは上述の多相構造によってはじめて可
能になる。
【００１１】本発明に用いられる炭素質物は、まず真密
度が１．８０ｇ／cm3 以上、好ましくは２．００ｇ／cm
3 以上、より好ましくは２．０５ｇ／cm3 以上、さらに
好ましくは２．１０ｇ／cm3 以上、特に好ましくは２．
１５ｇ／cm3 以上、非常に好ましくは２．１８ｇ／cm3
以上、最も好ましくは２．２０ｇ／cm3 以上である。
【００１２】さらに、本発明に用いる炭素質物は、波長
５１４５Åのアルゴンイオンレーザー光を用いたラマン
スペクトル分析において、下記のようなスペクトルの特
徴を有する。以下、とくに断らない限り、スペクトル及
びピークは上記の条件によるラマンスペクトルである。
【００１３】すなわち、１５８０〜１６２０cm-1の範囲
にピークＰA 、１３５０〜１３７０cm-1の範囲にピーク
ＰB を有する。ＰA は芳香環網面の広がりが積層して成
長、形成される結晶構造に対応して観察されるピークで
あり、ＰB は乱れた非晶構造に対応したピークである。
両者のピーク強度ＩB ・ＩAの比Ｒ（＝ＩB ／ＩA ）
は、炭素質物、すなわち炭素質粒子、炭素質繊維などの
表層における非晶構造部分の割合が大きいほど、大きな
値を示す。
【００１４】本発明において、Ｒは０．４以上、好まし
くは０．６以上、より好ましくは０．９以上、とくに好
ましくは０．９０〜１．５、最も好ましくは０．９０〜
１．３である。
【００１５】上述のような真密度とＲの条件を満足させ
る炭素質物を負極電極の担持体として用いることによ
り、電極容量の大きさと充放電サイクルの特性とのバラ
ンスの優れた電極を得ることができる。
【００１６】さらに、本発明に用いられる炭素質物は、
下記のようなラマンスペクトルを有する。
【００１７】すなわち、ＰA の位置は結晶部分の完全性
の度合によって変化する。本発明に用いられる炭素物質
のＰA の位置は、前述のように１５８０〜１６２０cm-1
であるが、好ましくは１５８５〜１６２０cm-1、より好
ましくは１５９０〜１６２０cm-1、さらに好ましくは１
５９５〜１６１５cm-1、とくに好ましくは１６００〜１
６１０cm-1の範囲である。
【００１８】ピークの半値半幅は、炭素質物の高次構造
が均一であるほど狭い。本発明に用いられる炭素質物の
ＰA の半値半幅は、好ましくは２５cm-1以上、より好ま
しくは２７cm-1以上、さらに好ましくは３０〜６０c
m-1、とくに好ましくは３５〜５５cm-1である。
【００１９】ＰB は通常、１３６０cm-1にピークを有す
る。ＰB の半値半幅は、好ましくは２０cm-1以上、より
好ましくは２０〜１５０cm-1、さらに好ましくは２５〜
１２５cm-1、とくに好ましくは３０〜１１５cm-1、最も
好ましくは４０〜１１０cm-1である。
【００２０】さらに、本発明に用いられる炭素質物は、
Ｘ線広角回折の回折図において、前述の多相構造に対応
して、少なくとも２個の回折線のピークを有することが
好ましい。
【００２１】すなわち、前述の表層部分の結晶構造に対
応する回折線のピークとして、（００２）面の面間隔ｄ
002 が好ましくは３．４５Å以上、より好ましくは３．
４７Å以上、さらに好ましくは３．４９〜３．７５Å、
とくに好ましくは３．５０〜３．７０Å、最も好ましく
は３．５６〜３．６０Åである。またｃ軸方向の結晶子
の大きさ（ＬC ）が、好ましくは１５０Å未満、より好
ましくは１００Å以下、さらに好ましくは７〜７０Å、
とくに好ましくは１０〜４０Å、最も好ましくは１２〜
３０Åである。
【００２２】一方、表層に内包される核の部分の炭素質
物の構造に対応する回折線のピークとして、ｄ002 が好
ましくは３．４５Å未満、より好ましくは３．３６〜
３．４２Å、さらに好ましくは３．３７〜３．４１Å、
とくに好ましくは３．３７〜３．４０Åである。またＬ
C が、好ましくは１５０Å以上、より好ましくは１８０
Å以上、さらに好ましくは１９０〜５００Å、とくに好
ましくは２００〜３００Åである。
【００２３】また、本発明に用いられる炭素質物は、示
差熱分析においても、多相構造に応じて、少なくとも２
個の発熱ピークを示すことが好ましい。すなわち、表層
の炭素質物に対応するピークは、好ましくは８１０℃未
満、より好ましくは６００℃以上、８００℃未満、さら
に好ましくは６５０℃以上、８００℃未満、とくに好ま
しくは７００℃以上、８００℃未満である。核の炭素質
物に対応するピークは、好ましくは８１０℃以上、より
好ましくは８２０℃以上、さらに好ましくは８５０〜
１，０００℃である。
【００２４】本発明に用いられる炭素質物は、粒状、繊
維状などの任意の形状をとりうるが、粒状または繊維状
が好ましく、粒状であることがとくに好ましい。粒状の
場合、体積平均粒径が、好ましくは２００μm 以下、よ
り好ましくは１００μm 以下、さらに好ましくは０．５
〜８０μm 、とくに好ましくは１〜３０μm 、最も好ま
しくは２〜２０μm である。
【００２５】繊維状の場合、直径が好ましくは１〜２５
μm 、より好ましくは２〜２０μmであり、長さが好ま
しくは１０mm以下、より好ましくは５mm以下である。
【００２６】また、本発明に用いられる炭素質物は、Ｂ
ＥＴ法を用いて測定した比表面積が、好ましくは１〜１
００m2／ｇ、より好ましくは２〜５０m2／ｇ、さらに好
ましくは３〜３０m2／ｇである。
【００２７】さらに、この炭素質物は、内部に細孔を有
することが好ましい。全細孔容積及び後述の平均細孔半
径は、定容法を用いて、いくつかの平衡圧力下で試料へ
の吸着ガス量（ないしは脱離ガス量）を測定しながら、
試料に吸着しているガス量を測定することにより求め
る。
【００２８】全細孔容積は、細孔が液体窒素により充填
されていると仮定して、相対圧力Ｐ／ＰO ＝０．９９５
で吸着したガスの全量から求める。 Ｐ ：吸着ガスの蒸気圧(mmHg) ＰO ：冷却温度での吸着ガスの飽和蒸気圧(mmHg)
【００２９】吸着した窒素ガス量（Ｖads ）より、下記
（１）式を用いて細孔中に充填されている液体窒素量
（Ｖliq ）に換算することで、全細孔容積を求める。 Ｖliq ＝（Ｐatm ・Ｖads ・Ｖm ）／ＲＴ （１）
【００３０】ここで、Ｐatm とＴはそれぞれ大気圧力(k
gf／cm2)と絶対温度（Ｋ）であり、Ｒは気体常数であ
る。Ｖm は吸着したガスの分子容積（窒素では３４．７
cm3/mol ）である。
【００３１】本発明に用いる炭素質物は、上述のように
して求めた全細孔容積が１．５×１０-3ml／ｇ以上であ
ることが好ましい。より好ましくは全細孔容積が２．０
×１０-3ml／ｇ以上、さらに好ましくは３．０×１０-3
〜８×１０-2ml／ｇ、とくに好ましくは４．０×１０-3
〜３×１０-2ml／ｇである。
【００３２】平均細孔半径（γP ）は、上述の（１）式
より求めたＶliq と、ＢＥＴ法で得られた比表面積Ｓか
ら、下記（２）式を用いて計算することで求める。な
お、ここで細孔は円筒状であると仮定する。 γP ＝２Ｖliq ／Ｓ （２）
【００３３】このようにして、窒素ガスの吸着から求め
た炭素質物の平均細孔半径（γP ）は、８〜１００Åで
あることが好ましい。より好ましくは１０〜８０Å、さ
らに好ましくは１２〜６０Å、とくに好ましくは１４〜
４０Åである。
【００３４】さらに、本発明に用いられる炭素質物は、
水銀ポロシメーターによる細孔容積が、好ましくは０．
０５ml／ｇ以上、より好ましくは０．１０ml／ｇ以上、
さらに好ましくは０．１５〜２ml／ｇ、とくに好ましく
は０．２０〜１．５ml／ｇである。
【００３５】本発明に用いる炭素質物は、たとえば下記
の方法で合成することができる。すなわち、まず有機化
合物を、不活性ガス流中又は真空中において、３００〜
３，０００℃の温度で加熱することによって分解し、炭
素化と黒鉛化を行い、Ｘ線広角回折図においてｄ002 が
３．４５Å未満、真密度が２．００ｇ／cm3 を越え、好
ましくは２．０５〜２．２３ｇ／cm3 、より好ましくは
２．１０〜２．２３ｇ／cm3 の炭素質物を得る。この炭
素質物は、粒状、繊維状など、任意の形状をとることが
できる。
【００３６】ついで、上記のようにして得られた炭素質
物を核として、有機化合物を不活性ガス流下に加熱して
分解し、炭素化して、上記の核の表面上に新しい炭素質
物の表層を形成させる。
【００３７】あるいは、天然黒鉛又は人造黒鉛の粒子を
核として用い、同様の方法で表層を形成させてもよい。
【００３８】核となる炭素質物の表面に、表層を形成さ
せる方法としては、次のような方法があり、任意に選択
することができる。 （１）比較的低分子の有機化合物、たとえば炭素数が２
０程度以下のパラフィン、オレフィン、芳香族化合物な
どを熱分解して、表層の炭素質物を堆積させる。 （２）核となる炭素質物の表面を有機高分子化合物で被
覆し、固相で熱分解して炭素質物を形成させる。 （３）縮合多環式炭化水素を加熱し、液相で核となる炭
素質物に接触させながら熱分解して、表層の炭素質物を
形成させる。
【００３９】とくに核となる炭素質物の表面で、縮合多
環式炭化水素を加熱する方法において、メソフェーズと
呼ばれる液晶状態を経由して炭素化を進め、表層の炭素
質物を形成することが好ましい。
【００４０】表層を形成するための、熱分解温度は、通
常は核となる炭素質物を合成する温度より低く、３００
〜２，０００℃が好ましい。
【００４１】このようにして、多相構造を有し、ラマン
スペクトルのピークの強度比Ｒが０．４以上、真密度が
１．８０ｇ／cm3 以上の、本発明に用いられる炭素質物
を得ることができる。
【００４２】こうして得られた多相構造の炭素質物にお
いて、核の部分と表層の部分との割合は、核が好ましく
は２０〜９９重量％、より好ましくは３０〜９５重量
％、さらに好ましくは４０〜９０重量％、とくに好まし
くは５０〜８５重量％、最も好ましくは６０〜８５重量
％であり；表層が好ましくは１〜８０重量％、より好ま
しくは５〜７０重量％、さらに好ましくは１０〜６０重
量％、とくに好ましくは１５〜５０重量％、最も好まし
くは１５〜４０重量％である。
【００４３】このような炭素質物は、１個ないし複数個
の粒状又は繊維状の炭素質物からなる核が、別の結晶構
造を有する粒状又は繊維状の炭素質物からなる表層に内
包される構造をとる。その形状の模式図の例を図１に示
す。
【００４４】核は、体積平均粒径が好ましくは３０μm
以下、より好ましくは２０μm 以下、さらに好ましくは
１〜１５μm である。これを内包して形成される表層を
含む複合多相炭素質物において、その全径に対する核の
粒径の比ｒは、好ましくは０．５以上、より好ましくは
０．６以上、さらに好ましくは０．７以上である。
【００４５】また、核を包む表層の厚みは、好ましくは
１００Å〜５μm 、より好ましくは１５０Å〜４μm 、
さらに好ましくは２００Å〜２μm である。
【００４６】本発明に用いられる炭素質物を得るための
出発物質としては、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、ペンタセンの
ような、３員環以上の単環炭化水素化合物が互いに２個
以上縮合してなる縮合多環式炭化水素化合物；又は上記
化合物のカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸イ
ミドのような誘導体；上記各化合物の混合物を主成分と
する各種のピッチ；インドール、イソインドール、キノ
リン、イソキノリン、キノキサリン、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
のような、３員環以上の複素単環化合物が互いに少なく
とも２個以上結合するか、または１個以上の３員環以上
の単環炭化水素化合物と結合してなる縮合複素環化合
物；上記各化合物のカルボン酸、カルボン酸無水物、カ
ルボン酸イミドのような誘導体；さらにベンゼン、トル
エン、キシレンのような芳香族単環炭化水素、またそれ
らのカルボン酸、カルボン酸無水物、カルボン酸イミド
のような誘導体、例えば１，２，４，５−テトラカルボ
ン酸、その二無水物又はそのジイミドなどの誘導体を挙
げることができる。
【００４７】上述のピッチについてさらに詳述すると、
ナフサの分解の際に生成するエチレンヘビーエンドピッ
チ、原油の分解の時に生成する原油ピッチ、石炭の熱分
解の際に生成するコールピッチ、アスファルトの分解に
よって生成するアスファルト分解ピッチなどを例として
挙げることができる。また、これらの各種のピッチをさ
らに不活性ガス流下などで加熱し、キノリン不溶分が好
ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上、さら
に好ましくは９５％以上のメソフェーズピッチにして用
いることができる。
【００４８】さらに、プロパン、プロピレンのような脂
肪族の飽和又は不飽和の炭化水素も用いられる。
【００４９】さらに、セルロース；フェノール樹脂；ポ
リアクリロニトリル、ポリ（α−ハロゲン化アクリロニ
トリル）などのアクリル系樹脂；ポリ塩化ビニル、ポリ
塩化ビニリデン、塩素化ポリ塩化ビニルなどのハロゲン
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）などの共
役系樹脂のような任意の有機高分子化合物を挙げること
ができる。
【００５０】あるいは、出発原料としてカーボンブラッ
ク、コークスなどの炭素質物をさらに加熱して炭素化を
適当に進め、本発明に用いる炭素質物とすることもでき
る。核を形成する炭素質物としては、前述のように、天
然黒鉛又は人造黒鉛を用いることもできる。
【００５１】本発明に用いる炭素質物は、通常、高分子
結着剤と混合して電極材料とし、ついで電極の形状に成
形される。高分子結着剤としては、次のようなものが挙
げられる。
【００５２】 ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ
エチレンテレフタレート、芳香族ポリアミド、セルロー
スなどの樹脂状高分子。 スチレン・ブタジエンゴ
ム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、エチレン・プロ
ピレンゴムなどのゴム状高分子。 スチレン・ブタジ
エン・スチレンブロック共重合体、その水素添加物、ス
チレン・イソプレン・スチレンブロック共重合体、その
水素添加物などの熱可塑性エラストマー状高分子。
シンジオタクチック１，２−ポリブタジエン、エチレン
・酢酸ビニル共重合体、プロピレン・α−オレフィン
（炭素数２又は４〜１２）共重合体などの軟質樹脂状高
分子。 アルカリ金属イオン、とくにＬｉイオンのイ
オン伝導性を有する高分子組成物。
【００５３】上述ののイオン伝導性高分子組成物とし
ては、ポリエチレンオキシド、ポリプロピレンオキシ
ド、ポリエピクロロヒドリン、ポリホスファゼン、ポリ
フッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリルなどの高分子
化合物に、リチウム塩又はリチウムを主体とするアルカ
リ金属塩を複合させた系、あるいは、さらにこれにプロ
ピレンカーボネート、エチレンカーボネート、γ−ブチ
ロラクトンなどの高い誘電率を有する有機化合物を配合
した系を用いることができる。ポリホスファゼンは、側
鎖にポリエーテル鎖、とくにポリオキシエチレン鎖を有
するものが好ましい。
【００５４】このようなイオン伝導性高分子組成物の室
温におけるイオン伝導率は、好ましくは１０-8Ｓ・cm-1
以上、より好ましくは１０-6Ｓ・cm-1以上、さらに好ま
しくは１０-4Ｓ・cm-1以上、とくに好ましくは１０-3Ｓ
・cm-1以上である。
【００５５】本発明に用いる炭素質物と上述の高分子結
着剤との混合形態としては、各種の形態をとることがで
きる。すなわち、単に両者の粒子が混合した形態、繊維
状の結着剤が炭素質物の粒子に絡み合う形で混合した形
態、又は上記のゴム状高分子、熱可塑性エラストマー、
軟質樹脂、イオン伝導性高分子組成物などの結着剤の層
が炭素質物の粒子の表面に付着した形態などが挙げられ
る。
【００５６】繊維状の結着剤を用いる場合、該結着剤の
繊維の直径は、好ましくは１０μm以下、より好ましく
は５μm 以下のフィブリル（極細繊維）であり、フィブ
リッド状（触手状の超極細フィブリルを有する粉状体）
であることがとくに好ましい。
【００５７】炭素質物と結着剤との混合割合は、炭素質
物１００重量部に対して、結着剤が好ましくは０．１〜
３０重量部、より好ましくは０．５〜２０重量部、さら
に好ましくは１〜１０重量部である。
【００５８】さらに、上記の混合物に、活物質であるア
ルカリ金属、とりわけリチウムと合金を形成しうる金
属、たとえばアルミニウムを混合して用いることができ
る。あるいはそのような金属とアルカリ金属、とりわけ
リチウムとからなる合金、たとえばリチウムアルミニウ
ム合金を混合して用いることもできる。このような金属
ないし合金は、粒子状でも、炭素質物の表面をコーティ
ングした薄層の形態でも、あるいは炭素質物の内部に包
含される形態であっても差し支えない。
【００５９】このような金属ないし合金の配合割合は、
炭素質物１００重量部に対して、金属ないし合金が好ま
しくは７０重量部以下、より好ましくは５〜６０重量
部、さらに好ましくは１０〜５０重量部、とくに好まし
くは１５〜４０重量部である。
【００６０】本発明に用いる炭素質物は、前述の結着剤
との混合物；あるいはさらに上述のような活物質と合金
を形成しうる金属又は活物質と該金属との合金を配合し
てなる混合物からなる電極材料とし、該電極材料をその
まま、ロール成形、圧縮成形などの方法で電極の形状に
成形して、電極成形体を得ることができる。あるいは、
これらの成分を溶媒中に分散させて、金属製の集電体な
どに塗布してもよい。電極成形体の形状は、シート状、
ペレット状など、任意に設定できる。
【００６１】このようにして得られた電極成形体に、活
物質であるアルカリ金属、好ましくはリチウム金属を、
電池の組立に先立って、又は組立の際に担持させること
ができる。
【００６２】担持体に活物質を担持させる方法として
は、化学的方法、電気化学的方法、物理的方法などがあ
る。たとえば、所定濃度のアルカリ金属カチオン、好ま
しくはＬｉイオンを含む電解液中に電極成形体を浸漬
し、かつ対極にリチウムを用いて、この電極成形体を陽
極にして電解含浸する方法、電極成形体を得る過程でア
ルカリ金属の粉末、好ましくはリチウム粉末を混合する
方法などを適用することができる。
【００６３】あるいは、リチウム金属と電極成形体を電
気的に接触させる方法も用いられる。この場合、リチウ
ム金属と電極成形体中の炭素質材料とを、リチウムイオ
ン伝導性高分子組成物を介して接触させることが好まし
い。
【００６４】このようにしてあらかじめ電極成形体に担
持されるリチウムの量は、担持体１重量部あたり、好ま
しくは０．０３０〜０．２５０重量部、より好ましくは
０．０６０〜０．２００重量部、さらに好ましくは０．
０７０〜０．１５０重量部、とくに好ましくは０．０７
５〜０．１２０重量部、最も好ましくは０．０８０〜
０．１００重量部である。
【００６５】このような電極材料を用いた本発明の電極
は、通常、二次電池の負極として用い、セパレーターを
介して正極と対峙させる。
【００６６】正極体の材料は、とくに限定されないが、
たとえば、Ｌｉイオンなどのアルカリ金属カチオンを充
放電反応に伴って放出もしくは獲得する金属カルコゲン
化合物からなることが好ましい。そのような金属カルコ
ゲン化合物としては、バナジウムの酸化物、バナジウム
の硫化物、モリブデンの酸化物、モリブデンの硫化物、
マンガンの酸化物、クロムの酸化物、チタンの酸化物、
チタンの硫化物及びこれらの複合酸化物、複合硫化物な
どが挙げられる。好ましくはＣｒ3 Ｏ8 、Ｖ2Ｏ5 、Ｖ6
Ｏ13、ＶＯ2 、Ｃｒ2 Ｏ5 、ＭｎＯ2 、ＴｉＯ2 、Ｍ
ｏＶ2 Ｏ8 ；ＴｉＳ2 、Ｖ2 Ｓ5 、ＭｏＳ2 、ＭｏＳ
3 、ＶＳ2 、Ｃｒ0.25Ｖ0.75Ｓ2 、Ｃｒ0. 5 Ｖ0.5 Ｓ2
などである。また、ＬｉＣｏＯ2 、ＷＯ3 などの酸化
物；ＣｕＳ、Ｆｅ0.25Ｖ0.75Ｓ2 、Ｎａ0.1 ＣｒＳ2 な
どの硫化物；ＮｉＰＳ3 、ＦｅＰＳ3などのリン、イオ
ウ化合物；ＶＳｅ2 、ＮｂＳｅ3 などのセレン化合物な
どを用いることもできる。
【００６７】また、ポリアニリン、ポリピロールなどの
導電性ポリマーを用いることができる。
【００６８】電解液を保持するセパレーターは、一般
に、保液性に優れた材料、例えば、ポリオレフィン系樹
脂の不織布などを使用して、エチレンカーボネート、プ
ロピレンカーボネート、１，３−ジオキソラン、１，２
−ジメトキシエタン、２−メチルテトラヒドロフランな
どの非プロトン性有機溶媒に、ＬｉＣｌＯ4 、ＬｉＢＦ
4 、ＬｉＡｓＦ6 、ＬｉＰＦ6 などの電解質を溶解させ
た所定濃度の非水電解液を含浸させる。
【００６９】また、Ｌｉイオンなどのアルカリ金属カチ
オンの導電体である固体電解質を、正極体と負極体との
間に介在させることもできる。
【００７０】
【作用】このようにして構成された電池では、負極電極
においては充電時に担持体に活物質イオンが担持され、
放電時には担持体中の活物質イオンが放出されることに
よって、充放電の電極反応が進行する。
【００７１】一方、正極においては、金属カルコゲン化
合物を用いた場合、充電時に正極体に活物質イオンが放
出され、放電時に活物質イオンが担持されることで、充
放電の電極反応が進行する。
【００７２】あるいは、正極にポリアニリンなどの導電
性ポリマーを用いた場合には、充電時に活物質イオンの
対イオンが正極体に担持され、放電時に活物質イオンの
対イオンが正極体から放出されることで電極反応が進行
する。
【００７３】以上のように、正極体、負極体の電極反応
の組み合わせで、電池としての充放電に伴う電池反応が
進行する。
【００７４】
【発明の効果】本発明の電極材料は、前述のような炭素
質物を主成分として用いることにより、電極成形体に賦
形されて二次電池用の電極として用いられたときに、電
極容量が大きく、充放電サイクル特性の優れた特性を発
揮する。
【００７５】
【実施例】以下、本発明を実施例及び比較例によって説
明する。なお、本発明はこの実施例に限定されるもので
はない。これらの例中、部はすべて重量部を表わす。
【００７６】なお、以下の実施例において行ったＸ線広
角回折、真密度の測定、及び示差熱分析は、次のように
して行った。
【００７７】「Ｘ線広角回析」 （１）（００２）面の面間隔（ｄ002) 炭素質材料が粉末の場合はそのまま、微小片状の場合に
はメノウ乳鉢で粉末化し、試料に対して約１５重量％の
Ｘ線標準用高純度シリコン粉末を内部標準物質として加
えて混合し、試料セルにつめ、グラファイトモノクロメ
ーターで単色化したＣｕＫα線を線源とし、反射式ディ
フラクトメーター法によって広角Ｘ線回折曲線を測定し
た。曲線の補正には、いわゆるローレンツ、偏向因子、
吸収因子、原子散乱因子などに関する補正は行なわず、
次の簡便法を用いた。すなわち（００２）回折に相当す
る曲線のベースラインを引き、ベースラインからの実質
強度をプロットし直して（００２）面の補正曲線を得
た。この曲線のピーク高さの３分の２の高さに引いた角
度軸に平行な線が回折曲線と交わる線分の中点を求め、
中点の角度を内部標準で補正し、これを回折角の２倍と
し、ＣｕＫα線の波長λから次式のブラッグ式によって
ｄ002 を求めた。 ｄ002 ＝λ／２ｓｉｎθ ［Å］ ただし λ：１．５４１８Å θ：ｄ002 に相当する回折角
【００７８】（２）ｃ軸方向の結晶子の大きさ（Ｌｃ） 前項で得た補正回折曲線において、ピーク高さの半分の
位置におけるいわゆる半値幅βを用いて、ｃ軸方向の結
晶子の大きさを次式より求めた。 Ｌｃ＝Ｋ・λ／（β・ｃｏｓθ） ［Å］
【００７９】形状因子Ｋには０．９０を用いた。λ及び
θについては前項と同じ意味である。
【００８０】「真密度」湯浅アイオニクス（株）製のマ
ルチピクノメーターを用い、ヘリウムガスによるガス置
換法によって測定した。
【００８１】「示差熱分析」セイコー電子工業（株）製
の熱分析システムＳＳＣ５０００を用い、空気を試料１
ｇあたり１５ml／min 流し、昇温速度２０℃／min で測
定した。
【００８２】実施例１ （１）炭素質物の合成 ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸二無水
物の粉末約１００mgを、窒素気流中において、１０℃／
min の昇温速度で９００℃まで昇温し、その温度に３０
分間保持した。これをさらに２０℃／min の昇温速度で
２，８００℃まで昇温し、その温度に１時間保持した。
【００８３】このようにして形成された炭素質物は、Ｘ
線広角回折において、ｄ 002 が３．３９Å、ＬCが２５０
Åであった。また真密度は２．２０g/cm3、平均粒径は
５μmであった。
【００８４】この炭素質物の粒子とペリレン−３．４，
９，１０−テトラカルボン酸二無水物の粉末を混合し、
１０℃／min の昇温速度で５７０℃まで昇温し、５７０
℃で３０分間保持することによって該二無水物を昇華さ
せ、熱分解を行うことにより、上述の炭素質物の粒子を
核として、その表面に新しく炭素質物の表層を形成し
た。さらに１０℃／min の昇温速度で９００℃まで昇温
し、その温度に３０分間保持して、表層炭素質物の形成
を完成した。この結果として、核の炭素質物５０重量部
と表層炭素質物が５０重量部からなる炭素質物粒子が得
られた。
【００８５】このようにして得られた炭素質物は、前述
の測定法による真密度が２．１０ｇ／cm3 であった。ま
た、アルゴンイオンレーザー光を用いたラマンスペルト
ル分析において、１６００cm-1と１３６０cm-1にピーク
を有し、この両者のピーク強度比Ｒは１．０であった。
【００８６】（２）電極成形体の作成 （１）によって得られた多相構造の炭素質物の粒子９５
重量部に、ポリエチレン粉末５重量部を混合し、混合物
をニッケル金網上に圧着して、厚み０．２５mmのシート
状電極を作成した。これを真空中で１３０℃に加熱する
ことによって乾燥して、電極成形体を得た。この成形体
中の炭素質物の量は１７mgであった。
【００８７】（３）電極評価 ガラスセルに濃度１モル／リットルのＬｉＣｌＯ4 のプ
ロピレンカーボネート溶液を入れ、このセルの上部か
ら、（２）で作成した電極成形体をつるして一方の電極
とした。これに対向する電極として、リチウム金属をニ
ッケル金網に圧着して得た電極を用いた。
【００８８】両電極の間に、５mA定電流で０Ｖまで充電
し、１．５Ｖまで放電する操作を繰り返した。３サイク
ル目と３０サイクル目の性能を表１に示す。
【００８９】
【表１】
【００９０】比較例１ ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸二無水
物の粉末約１００mgを、窒素気流中において、１０℃／
min の昇温速度で９００℃まで昇温し、その温度に３０
分間保持した。これをさらに２０℃／min の昇温速度で
２，８００℃まで昇温し、その温度に１時間保持した。
【００９１】このようにして形成された炭素質物は、真
密度が２．２１ｇ／cm3 であり、アルゴンイオンレーザ
ー光を用いたラマンスペルトルは、１５８０cm-1と１３
６０cm-1にピークを有し、ピーク強度比Ｒは０．２０で
あった。
【００９２】このようにして得られた炭素質物を用い
て、実施例１と同様にして電極成形体を作成し、これを
用いて、実施例１と同様に電極評価を行った。その結果
を表１に示す。
【００９３】比較例２ ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸二無水
物の粉末約１００mgを、窒素気流中において、１０℃／
min の昇温速度で９００℃まで昇温し、その温度に３０
分間保持した。
【００９４】このようにして形成された炭素質物は、真
密度が１．８５ｇ／cm3 であり、アルゴンイオンレーザ
ー光を用いたラマンスペルトルは、１６００cm-1と１３
６０cm-1にピークを有し、ピーク強度比Ｒは１．０であ
った。
【００９５】このようにして得られた炭素質物を用い
て、実施例１と同様にして電極成形体を作成し、これを
用いて、実施例１と同様に電極評価を行った。その結果
を表１に示す。
【００９６】比較例３ 比較例１で合成した炭素質物８０重量部と、比較例２で
合成した炭素質物２０重量部を混合した。この混合炭素
質物の真密度は２．１４ｇ／cm3 、ピーク強度比Ｒは
０．３６であった。
【００９７】このようにして得られた炭素質物を用い
て、実施例１と同様にして電極成形体を作成し、これを
用いて、実施例１と同様に電極評価を行った。その結果
を表１に示す。
【００９８】実施例２ 比較例１で合成した炭素質物の粒子を、アセトンにポリ
（α−フルオロアクリロニトリル）を溶解させた溶液に
浸漬して、該炭素質物の表面をポリ（α−フルオロアク
リロニトリル）で被覆した。これを、窒素気流中におい
て、１０℃／min の昇温速度で９００℃まで昇温し、そ
の温度に３０分間保持した。これをさらに２０℃／min
の昇温速度で１，６００℃まで昇温し、その温度に１時
間保持した。このようにして、核が５３重量部、表層が
４７重量部からなる炭素質物の粒子が得られた。
【００９９】このようにして得られた炭素質物は、真密
度が２．０８ｇ／cm3 であり、アルゴンイオンレーザー
光を用いたラマンスペルトルは、１６００cm-1と１３６
０cm2 にピークを有し、ピーク強度比Ｒは１．０であっ
た。
【０１００】このようにして得られた炭素質物を用い
て、実施例１と同様にして電極成形体を作成し、これを
用いて、実施例１と同様に電極評価を行った。その結果
を表１に示す。
【０１０１】実施例３ 縮合多環式炭化水素の混合物であるピッチをトルエンに
溶解させた溶液に、比較例１で合成した炭素質物の粒子
を浸漬して、該炭化水素の表面をピッチで被覆した。こ
れを窒素気流中において、１０℃／min の昇温速度で
１，１００℃まで昇温し、その温度に３０分間保持し
た。このようにして、核が６５重量部、表層が３５重量
部からなる炭素質物の粒子が得られた。
【０１０２】このようにして形成された炭素質物は、真
密度が２．１６ｇ／cm3 であり、アルゴンイオンレーザ
ー光を用いたラマンスペルトルは、１６００cm-1と１３
６０cm-1にピークを有し、ピーク強度比Ｒは０．９２で
あった。
【０１０３】このようにして得られた炭素質物を用い
て、実施例１と同様にして電極成形体を作成し、これを
用いて、実施例１と同様に電極評価を行った。その結果
を表１に示す。 実施例４ 実施例３において、温度を１，１００℃から９００℃ま
で下げた以外は、実施例３と同様にして、核が６５重量
部、表層が３５重量部からなる炭素質物の粒子を得た。
このようにして形成された炭素質物は、真密度が２．０
８g/cm3であり、アルゴンイオンレーザー光を用いたラ
マンスペルトルは、１６００cm-1と１３６０cm-1にピー
クを有し、ピーク強度比Ｒは１．０４であった。このよ
うにして得られた炭素質物を用いたこと以外は、実施例
３と同様にして電極成形体の作成及び電極評価を行っ
た。その結果を表１に、実施例１〜３、比較例１〜３と
併せて示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に用いられる炭素質物の多相構造の例を
示す概念図である。
【符号の説明】
１ 核 ２ 表層
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 4/00 - 4/62 H01M 10/40

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表層を形成する炭素質物とこれに内包さ
    れ核を形成する炭素質物の少なくとも２相からなる多相
    構造を有し、下記（１）、（２）及び（３）を満足する
    炭素質物を主成分とする担持体に、活物質であるアルカ
    リ金属を担持させた二次電池用電極。 （１）真密度が１．８０g/cm3以上である。 （２）波長５１４５Åのアルゴンイオンレーザー光を用
    いたラマンスペクトル分析において、１５８０〜１６２
    ０cm-1の範囲にピークＰA、１３５０〜１３７０cm-1の
    範囲にピークＰBを有し、上記ＰAの強度ＩAに対するＰB
    の強度ＩBの比Ｒ＝ＩB／ＩAが１．０を超え１．５以下
    である。 （３）表層部分のＸ線広角回折の回折線ピークとして、
    （００２）面の面間隔ｄ002が３．４５Å以上である。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の二次電池用電極を備えた
    二次電池。
  3. 【請求項３】 表層を形成する炭素質物とこれに内包さ
    れ核を形成する炭素質物の少なくとも２相からなる多相
    構造を有し、下記（１）、（２）及び（３）を満足する
    炭素質物を主成分とする二次電池用電極材料。 （１）真密度が１．８０g/cm3以上である。 （２）波長５１４５Åのアルゴンイオンレーザー光を用
    いたラマンスペクトル分析において、１５８０〜１６２
    ０cm-1の範囲にピークＰA、１３５０〜１３７０cm-1の
    範囲にピークＰBを有し、上記ＰAの強度ＩAに対するＰB
    の強度ＩBの比Ｒ＝ＩB／ＩAが１．０を超え１．５以下
    である。 （３）表層部分のＸ線広角回折の回折線ピークとして、
    （００２）面の面間隔ｄ002が３．４５Å以上である。
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