JP7018578B2 - 負極活物質、および、電池 - Google Patents
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Description
実施の形態1における負極活物質は、炭素材料と、ケイ素材料と、を含む。
実施の形態1における負極活物質であれば、従来よりも優れた特性が得られる要因については、以下のように推察される。
実施の形態1における負極活物質が含む、ホウ素またはホウ素と窒素を含有する炭素材料の作製方法の一例として、黒鉛材料の作製方法が説明される。黒鉛材料は、例えば、炭素源となる有機材料または非晶質炭素材料に、ホウ素源を添加、混合し、不活性雰囲気下で、焼成することにより、作製することができる。
以下、実施の形態2が説明される。なお、上述の実施の形態1と重複する説明は、適宜、省略される。
[炭素材料の作製]
平均粒径が12μmの石油コークス粉末に、二ホウ化アルミニウム粉末を前記石油コークス粉末に対して、ホウ素原子質量換算で10.0%添加し、メノウ乳鉢を用いて粉砕混合した。Ar雰囲気下の焼成炉(Arガス流量1L/min)で、室温から毎分10℃の割合で昇温して2800℃に到達するまで加熱し、2800℃で1時間保持した。その後、加熱を停止し、自然冷却後に管状炉から炭素材料を取り出した。上記焼成で得た炭素材料をメノウ乳鉢で粉砕し、目開き40μmのSUS製標準篩を用いて分級し、炭素粉末を得た。
得られた炭素材料と、ケイ素粉末(純度99.9%、粒径3μm)を、ケイ素の割合が0.5重量%となるように秤量し、メノウ乳鉢を用いてよく混合し、負極活物質とした。
この負極活物質と、結着剤ポリイミドとを、重量比9:1となるよう秤量した。
上記の負極板を圧延機で圧延し、一辺が20mmの正方形に打ち抜いた。
上記の試験電極を用いて、リチウム金属を対極および参照極とするリチウム二次電池(評価用セル)を作製した。
上述の実施例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の実施例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
平均粒径が12μmの石油コークス粉末に、二ホウ化アルミニウム粉末を前記石油コークス粉末に対して、ホウ素原子質量換算で10.0%添加し、メノウ乳鉢を用いて粉砕混合した。N2雰囲気下の焼成炉(N2ガス流量1L/min)で、室温から毎分10℃の割合で昇温して2800℃に到達するまで加熱し、2800℃で1時間保持した。
上述の実施例4と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の実施例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の実施例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の実施例4と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の実施例4と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の実施例4と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の実施例4と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の実施例1とは異なり、石油コークス粉末にホウ素源を添加しなかった。すなわち、平均粒径が12μmの石油コークス粉末を、Ar雰囲気下の管環状炉(Arガス流量1L/min)で、室温から毎分10℃の割合で昇温して2800℃に到達するまで加熱し、2800℃で1時間保持した。
上述の比較例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の比較例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の比較例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の比較例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の比較例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の比較例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の比較例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
上述の比較例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
平均粒径が12μmの石油コークス粉末に、酸化ホウ素粉末を前記石油コークス粉末に対して、ホウ素原子質量換算で10.0%添加し、メノウ乳鉢を用いて粉砕混合した。Ar雰囲気下の焼成炉(Arガス流量1L/min)で、室温から毎分10℃の割合で昇温して1000℃に到達するまで加熱し、1000℃で1時間保持した。
上述の比較例1と同じ方法で、炭素材料を得た。
[XRDによる分析]
実施例1~11および比較例1~11の負極活物質の炭素材料のXRDを測定した。これにより、炭素層と炭素層の面間隔が3.4Å以下であり、炭素層の結晶子厚みが100Å以上であることを確認した。すなわち、これらの炭素材料は、全て黒鉛であることが確認された。
実施例1~11および比較例1~11について、X線光電子分光法および誘導結合プラズマ発光分光法により、分析した。
実施例1~11および比較例1~11について、誘導結合プラズマ発光分光分析装置(Spectro社製CIROS-120)を用いて、ホウ素の含有量を測定した。
実施例1~11および比較例1~11について、不活性ガス融解-熱伝導度法による窒素分析装置(LECO社製CS844型TCH600型)を用いて、窒素の含有量を測定した。
実施例1~11および比較例1~11について、評価用セルの充放電試験を行い、充放電特性を評価した。
表1に示される結果から、負極活物質の炭素材料におけるホウ素の状態により、その充放電特性が大きく異なることが分かった。
11 負極集電体
12 負極合剤層
13 負極
14 正極集電体
15 正極合剤層
16 正極
17 セパレータ
18 外装
Claims (6)
- ホウ素を含む炭素材料と、
ケイ素と酸化ケイ素とのうちの少なくとも一方を含むケイ素材料と、
を含み、
前記ケイ素材料は、ホウ素を含まない材料であり、
前記炭素材料に対する、前記炭素材料のホウ素の含有量は、ホウ素原子質量換算で、0.5%以上30%以下であり、
前記炭素材料は、X線光電子分光法によって得られるB1sスペクトルにおいて、束縛エネルギー187.0eV以上かつ188.5eV以下の範囲にピークを持ち、
前記炭素材料において、X線光電子分光法によって得られるB1sスペクトルにおいて、束縛エネルギー184.0eV以上かつ196.5eV以下の範囲にピークを持つ全てのピーク面積の合計に対する、束縛エネルギー187.0eV以上かつ188.5eV以下の範囲にピークを持つピーク面積の割合は、50%以上である、
負極活物質。 - 負極活物質の総量に対する、前記ケイ素材料に含まれる前記ケイ素または前記酸化ケイ素の割合は、0.5重量%以上、かつ、50重量%以下である、
請求項1に記載の負極活物質。 - 前記酸化ケイ素は、SiOx(0.1≦x≦1.2)である、
請求項1または2に記載の負極活物質。 - 前記ケイ素材料の表面は、炭素でコーティングされている、
請求項1から3のいずれかに記載の負極活物質。 - 請求項1から4のいずれかに記載の負極活物質を含む負極と、
正極と、
電解質と、
を備える、
電池。 - 前記負極は、前記負極活物質を、主成分として、含む、
請求項5に記載の電池。
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