JP5739139B2 - 電極用炭素材料 - Google Patents
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Description
本発明の電極用炭素材料は、平均粒径、広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)、BET法比表面積およびタップ密度が所定の範囲内にあることを特徴としている。本発明の電極用炭素材料の平均粒径は、2〜35μmの範囲内である。平均粒径は、4〜30μmの範囲内であるのが好ましく、5〜27μmの範囲内であるのがより好ましく、7〜19μmの範囲内であるのがさらに好ましい。なお、本明細書において「〜」で記載される範囲は、「〜」の前後に記載される数値を含む範囲を示す。本発明の電極用炭素材料は、広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.337nm未満である。また、本発明の電極用炭素材料のBET法比表面積は18m2/g未満である。BET法比表面積は15m2/g以下であるのが好ましく、13m2/g以下であるのがより好ましい。
本発明の電極用複層構造炭素材料は、焼成工程により炭素化される有機化合物と前記特性を有する本発明の電極用炭素材料とを混合した後に、該有機化合物を焼成炭素化することによって調製することができる。電極用炭素材料と混合する有機化合物は、焼成することによって炭素化するものであればとくにその種類は制限されない。したがって、液相で炭素化を進行させる有機化合物であっても、固相で炭素化を進行させる有機化合物であってもよい。
(第1工程)電極用炭素材料、有機化合物、必要に応じて溶媒を種々の市販の混合機や混練機等を用いて混合し、混合物を得る工程。
(第2工程)前記混合物をそのまま、或いは必要により撹拌しながら加熱し、溶媒を除去した中間物質を得る工程。
(第3工程)前記混合物または中間物質を、窒素ガス、炭酸ガス、アルゴンガス等の不活性ガス雰囲気下または非酸化性雰囲気下で500〜3000℃に加熱し、炭素化物質を得る工程。
(第4工程)前記炭素化物質に対して粉砕、解砕、分級処理等を施して粉体加工する工程。
本発明の電極用炭素材料または電極用複層構造炭素材料を用いて、電極を製造することができる。特に本発明の電極用複層構造炭素材料は、電極の製造に非常に好ましく用いることができる。その製造方法は特に制限されず、一般に用いられている方法にしたがって製造することができる。典型的な方法として、電極用炭素材料または電極用複層構造炭素材料に結着剤や溶媒等を加えてスラリー状にし、得られたスラリーを銅箔等の金属製の集電体の基板に塗布して乾燥する方法を挙げることができる。また、電極用炭素材料または電極用複層構造炭素材料をそのままロールプレスしたり、圧縮成型器等によって圧密化したりすることによって極板の充填密度を向上させ、単位体積当たりの電極量を増加させることもできる。さらに、圧縮成形等によって電極の形状に成形することもできる。
(1)平均粒径界面活性剤であるポリオキシエチレン(20)ソルビタンモノラウレートの2体積%水溶液(約1ml)を電極用炭素材料に混合し、イオン交換水を分散媒としてレーザー回折式粒度分布計(堀場製作所社製LA−700)にて体積基準の平均粒径(メジアン径)を測定した。
(2)X線回折電極用炭素材料に約15%のX線標準高純度シリコン粉末を加えて混合し、得られた混合物を試料セルに詰め、グラファイトモノクロメーターで単色化したCuKα線を線源として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、学振法を用いて面間隔(d002)および結晶子サイズ(Lc)を求めた。
(4)タップ密度粉体密度測定器((株)セイシン企業社製タップデンサーKYT−3000)を用い、電極用炭素材料が透過する篩として目開き300μmの篩を使用し、20cm3のタップセルに粉体を落下させてセルを満杯に充填した後、ストローク長10mmのタップを1000回行って、その時のタップ密度を測定した。
(5)真密度0.1%界面活性剤水溶液を使用し、ピクノメーターによる液相置換法によって測定した。
1)半電池の作成炭素材料5gに、ポリフッ化ビニリデン(PVdF)のジメチルアセトアミド溶液を固形分換算で10重量%加えたものを撹拌し、スラリーを得た。このスラリーをドクターブレード法で銅箔上に塗布し、80℃で予備乾燥を行った。さらに極板密度が1.4g/cm3または1.5g/cm3となるようにロールプレス機により圧密化させたのち、直径12.5mmの円盤状に打ち抜き、110℃で減圧乾燥をして電極とした。しかる後に、電解液を含浸させたセパレーターを中心に電極とリチウム金属電極とを対向させたコインセルを作成し、充放電試験を行った。電解液としては、エチレンカーボネートとジエチルカーボネートを重量比2:8の比率で混合した溶媒に過塩素酸リチウムを1.5モル/リットルの割合で溶解させたものを使用した。
3)放電容量および急速放電特性の測定電流密度0.16mA/cm2での0Vまでの充電および電流密度0.33mA/cm2での1.5Vまでの放電を3回繰り返し、その時の3回目の放電容量を「放電容量」とて記録した。次に、充電を電流密度0.16mA/cm2で0Vまで行い、放電をそれをぞれ電流密度2.8mA/cm2、5.0mA/cm2で1.5Vまで行い、得られた容量をそれぞれの電流密度2.8mA/cm2および5.0mA/cm2における急速放電容量とし、急速放電特性の指標とした。
Claims (6)
- 広角X線回折法による(002)面の面間隔(d002)が0.337nm未満である黒鉛質粒子に炭素質物が被覆された電極用複層構造炭素材料であって、下記(1)〜(5)の条件を同時に満たし、且つ該黒鉛質粒子がケーシング内部に多数のブレードを設置したローターを有していて、そのローターが高速回転することによって、粒子の相互作用も含めた圧縮、摩擦及びせん断力の機械的作用を与える装置を用いて球状化されたものであることを特徴とする、リチウムイオン二次電池負極用複層構造炭素材料。
(1)平均粒径が2〜70μm
(2)比表面積が1〜10m2/g
(3)アルゴンイオンレーザーラマンスペクトルにおける1580cm-1のピーク強度に対する1360cm-1のピーク強度の比であるR値が0.01〜1.0
(4)タップ密度が、0.9〜1.4g/cm3
(5)電極用複層構造炭素材料及び前記黒鉛質粒子が球状である - 前記黒鉛質粒子の結晶子サイズ(Lc)が80nm以上である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池負極用複層構造炭素材料。
- 請求項1又は2に記載の電極用複層構造炭素材料であって、波長514.5nm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またはCuKα線を線源としたX線広角回折の回折図において、核となる黒鉛質粒子の結晶化度を上回らない、リチウムイオン二次電池負極用複層構造炭素材料。
- 前記黒鉛質粒子が天然黒鉛である、請求項1〜3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池負極用複層構造炭素材料。
- 集電体と、該集電体上に形成された活物質層とを備えると共に、該活物質層が、請求項1〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池負極用複層構造炭素材料を含有することを特徴とする、非水系二次電池用負極。
- 負極として、請求項5に記載の非水系二次電池用負極を有する、リチウムイオン二次電池。
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