JP6467921B2 - 二次電池用の電極材料及びその製造方法、並びに、二次電池 - Google Patents
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Description
(1)硫黄の正極活物質としての利用率が低い。
(2)充放電サイクル特性に乏しい。
ことを挙げることができ、リチウム−硫黄二次電池の特徴である極めて大きな理論容量密度を十分に生かすことができていない。
1.本開示の二次電池用の電極材料及びその製造方法、並びに、二次電池、全般に関する説明
2.実施例1(本開示の二次電池用の電極材料及びその製造方法、並びに、二次電池)、その他
本開示の二次電池にあっては、電極によって正極が構成される形態とすることができる。そして、このような形態を含む本開示の二次電池は、リチウム−硫黄二次電池から成り、電極は、硫黄又は硫黄化合物を担持する形態とすることができる。二次電池の構成、構造、それ自体は、周知の構成、構造とすればよい。硫黄として、S8硫黄を挙げることができるし、硫黄化合物として、不溶性硫黄、コロイダル硫黄、有機硫黄化合物(ジスルフィド化合物やトリスルフィド化合物等)を挙げることができる。また、正極の作製方法として、硫黄又は硫黄化合物、多孔質炭素材料及びその他の材料をスラリー化し、正極を構成する基材上に塗布する方法を挙げることができるし、あるいは又、液体浸透法、溶液浸透法、PVD法、CVD法等を挙げることもできる。
[p/{Va(p0−p)}]
=[(C−1)/(C・Vm)](p/p0)+[1/(C・Vm)] (1’)
Vm=1/(s+i) (2−1)
C =(s/i)+1 (2−2)
asBET=(Vm・L・σ)/22414 (3)
Va:吸着量
Vm:単分子層の吸着量
p :窒素の平衡時の圧力
p0:窒素の飽和蒸気圧
L :アボガドロ数
σ :窒素の吸着断面積
である。
V :相対圧での吸着量
Mg:窒素の分子量
ρg:窒素の密度
である。
Vpn=Rn・dVn−Rn・dtn・c・ΣApj (6)
但し、
Rn=rpn 2/(rkn−1+dtn)2 (7)
rp:細孔半径
rk:細孔半径rpの細孔の内壁にその圧力において厚さtの吸着層が吸着した場合のコア半径(内径/2)
Vpn:窒素の第n回目の着脱が生じたときの細孔容積
dVn:そのときの変化量
dtn:窒素の第n回目の着脱が生じたときの吸着層の厚さtnの変化量
rkn:その時のコア半径
c:固定値
rpn:窒素の第n回目の着脱が生じたときの細孔半径
である。また、ΣApjは、j=1からj=n−1までの細孔の壁面の面積の積算値を表す。
SiO2+4HF → SiF4+2H2O (B)
粒径 窒素BET法 全細孔容積 MP法
実施例1A 0.18μm 1890 2.62 0.70
実施例1B 0.18μm 1774 2.89 0.60
実施例1C 0.20μm 1062 1.43 0.30
比較例1 4.0μm 1180 0.99 0.45
BJH法 BJH法(50nm以下) BJH法(50nm超)
実施例1A 2.12 0.88 1.24
実施例1B 2.45 1.21 1.23
実施例1C 1.06 0.72 0.34
比較例1 0.64 0.60 0.04
質量%
S8硫黄 60
多孔質炭素材料(あるいは比較例1の材料) 27
KB6 3
PVA 10
電流 :0.05C
カットオフ:放電時1.5ボルト(但し、定電流放電)
充電時3.3ボルト(但し、定電流/定電圧充電)
実施例1A 実施例1B 実施例1C 比較例1
第1回目の放電 1221 1009 705 542
第2回目の充電 1315 1182 850 582
第2回目の放電 1199 1107 796 513
第3回目の充電 1203 1115 804 500
第3回目の放電 1158 1052 757 463
[1]《二次電池用の電極材料》
植物由来であって、平均粒径が4μm未満、好ましくは0.5μm以下の多孔質炭素材料から成る二次電池用の電極材料。
[2]多孔質炭素材料は、窒素BET法による比表面積の値が10m2/グラム以上、BJH法による細孔の容積が0.7cm3/グラム以上である[1]に記載の二次電池用の電極材料。
[3]多孔質炭素材料は、ケイ素の含有率が5質量%以上である植物由来の材料を原料としている[1]又は[2]に記載の二次電池用の電極材料。
[4]《電極を備えた二次電池》
植物由来であって、平均粒径が4μm未満、好ましくは0.5μm以下の多孔質炭素材料から成る電極を備えている二次電池。
[5]電極によって正極が構成される[4]に記載の二次電池。
[6]リチウム−硫黄二次電池から成り、
電極は、硫黄又は硫黄化合物を担持する[4]又は[5]に記載の二次電池。
[7]多孔質炭素材料は、窒素BET法による比表面積の値が10m2/グラム以上、BJH法による細孔の容積が0.7cm3/グラム以上である[4]乃至[6]のいずれか1項に記載の二次電池。
[8]多孔質炭素材料は、ケイ素の含有率が5質量%以上である植物由来の材料を原料としている[4]乃至[7]のいずれか1項に記載の二次電池用。
[9]《二次電池用の電極材料の製造方法》
植物由来の材料を400゜C乃至1400゜Cにて炭素化した後、酸又はアルカリで処理し、次いで、粉砕し、以て、平均粒径が4μm未満、好ましくは0.5μm以下の多孔質炭素材料から成る二次電池用の電極材料を得る、二次電池用の電極材料の製造方法。
[10]粉砕後、炭素化における温度を超える温度で加熱処理を行う[9]に記載の二次電池用の電極材料の製造方法。
[11]酸又はアルカリでの処理によって、炭素化後の植物由来の材料中のケイ素成分を除去する[9]又は[10]に記載の二次電池用の電極材料の製造方法。
[12]多孔質炭素材料は、ケイ素の含有率が5質量%以上である植物由来の材料を原料としている[9]乃至[11]のいずれか1項に記載の二次電池用の電極材料の製造方法。
[13]電極によって正極が構成される[9]乃至[12]のいずれか1項に記載の二次電池用の電極材料の製造方法。
[14]リチウム−硫黄二次電池から成り、
電極は、硫黄又は硫黄化合物を担持する[9]乃至[13]のいずれか1項に記載の二次電池用の電極材料の製造方法。
[15]多孔質炭素材料は、窒素BET法による比表面積の値が10m2/グラム以上、BJH法による細孔の容積が0.7cm3/グラム以上である[9]乃至[14]のいずれか1項に記載の二次電池用の電極材料の製造方法。
Claims (8)
- 植物由来であって、平均粒径が0.5μm以下であり、窒素BET法による比表面積の値が10m 2 /グラム以上、BJH法による細孔の容積が0.7cm 3 /グラム以上である多孔質炭素材料から成り、硫黄又は硫黄化合物を担持する正極を構成する、二次電池用の電極材料。
- 多孔質炭素材料は、ケイ素の含有率が5質量%以上である植物由来の材料を原料としている請求項1に記載の二次電池用の電極材料。
- 植物由来であって、平均粒径が0.5μm以下であり、窒素BET法による比表面積の値が10m 2 /グラム以上、BJH法による細孔の容積が0.7cm 3 /グラム以上である多孔質炭素材料から成り、硫黄又は硫黄化合物を担持する正極を備えている二次電池。
- リチウム−硫黄二次電池から成る請求項3に記載の二次電池。
- 植物由来の材料を400℃乃至1400℃にて炭素化した後、酸又はアルカリで処理し、次いで、粉砕し、以て、平均粒径が0.5μm以下であり、窒素BET法による比表面積の値が10m 2 /グラム以上、BJH法による細孔の容積が0.7cm 3 /グラム以上である多孔質炭素材料から成り、硫黄又は硫黄化合物を担持する正極を構成する、二次電池用の電極材料を得る、二次電池用の電極材料の製造方法。
- 粉砕後、炭素化における温度を超える温度で加熱処理を行う請求項5に記載の二次電池用の電極材料の製造方法。
- 酸又はアルカリでの処理によって、炭素化後の植物由来の材料中のケイ素成分を除去する請求項5又は請求項6に記載の二次電池用の電極材料の製造方法。
- 多孔質炭素材料は、ケイ素の含有率が5質量%以上である植物由来の材料を原料としている請求項5乃至請求項7のいずれか1項に記載の二次電池用の電極材料の製造方法。
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