JPH07153446A - Electrode and manufacture thereof - Google Patents

Electrode and manufacture thereof

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JPH07153446A
JPH07153446A JP6047006A JP4700694A JPH07153446A JP H07153446 A JPH07153446 A JP H07153446A JP 6047006 A JP6047006 A JP 6047006A JP 4700694 A JP4700694 A JP 4700694A JP H07153446 A JPH07153446 A JP H07153446A
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JP
Japan
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electrode
carbon
hydrocarbon
graphite
layer structure
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JP6047006A
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Japanese (ja)
Inventor
Motoo Mori
元男 毛利
Hideaki Tanaka
英明 田中
Tomonari Suzuki
友成 鈴木
Yoshimitsu Tajima
善光 田島
Yoshikazu Yoshimoto
芳和 好本
Shigeo Nakajima
重夫 中島
Michiyo Kasahara
三千世 笠原
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Sharp Corp
Original Assignee
Sharp Corp
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Publication of JPH07153446A publication Critical patent/JPH07153446A/en
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Abstract

PURPOSE:To provide an electrode having an extremely large electric capacity and excellent in charge/discharge cyclic characteristics by feeding a hydrocarbon compound acted with a specific characteristic group to hydrocarbon to a reaction system, and using a carbon deposit as an electrode active material. CONSTITUTION:A hydrocarbon compound added or substituted with a characteristic group containing at least one element among oxygen, nitrogen, sulfur, and halogen to hydrocarbon or part of hydrocarbon is fed to a reaction system. A carbon deposit deposited in the vapor phase by thermal decomposition in the reaction system is used as an electrode active material to manufacture a target electrode. This electrode is mainly made of a carbon material having a layer structure expressed by the average spacing of the hexagonal net face of graphite at 3.37-3.55 and the ratio of the peak strength of 1360cm<-1> against the peak strength of 1580cm<-1> in the argon laser Raman spectrum and some irregular layer structure. Doping and dedoping of a dopant material occur more easily as compared with a conventional high-graphite carbon body, and the electric capacity is increased.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は電極及びその製造方法に
関し、特にリチウム(Li)やカリウム(K)等のアル
カリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属もしくは遷移
金属をドーパント物質とする電池の電極活物質あるいは
ハロゲン、ハロゲン化合物、酸素酸をドーパント物質と
する電池の電極活物質に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electrode and a method for producing the same, and more particularly to a battery electrode using an alkali metal such as lithium (Li) or potassium (K), an alkaline earth metal, a rare earth metal or a transition metal as a dopant substance. The present invention relates to an active material or an electrode active material of a battery using halogen, a halogen compound or oxyacid as a dopant material.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、炭素材料を電池の電極に応用しよ
うとする研究が活発である。
2. Description of the Related Art In recent years, research has been actively conducted to apply carbon materials to battery electrodes.

【0003】例えば、特開昭60−182670号公報
には正極に活性炭あるいは活性炭素繊維を、負極に黒鉛
あるいは黒鉛化炭素繊維を用い、電解液として有機材料
を用いた充放電可能な電池が記載されている。
For example, JP-A-60-182670 describes a chargeable / dischargeable battery using activated carbon or activated carbon fiber for the positive electrode, graphite or graphitized carbon fiber for the negative electrode, and an organic material as an electrolytic solution. Has been done.

【0004】また、特開昭60−20466号公報には
炭素の六角網平面が繊維軸に実質的に平行にかつ年輪状
に配列した組織を有する炭素繊維を熱処理して得られる
黒鉛繊維の塩化ニッケル黒鉛層間化合物を含む電池活物
質に関する記載がある。
Further, in Japanese Patent Laid-Open No. 60-20466, chlorination of graphite fiber obtained by heat treatment of carbon fiber having a structure in which the hexagonal mesh plane of carbon is arranged substantially parallel to the fiber axis and in a ring shape. There is a description of a battery active material containing a nickel graphite intercalation compound.

【0005】さらに、特開昭60−36315号公報に
は炭素繊維構造体を用いた二次電池が記載されている。
Further, Japanese Patent Laid-Open No. 60-36315 discloses a secondary battery using a carbon fiber structure.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】さて、電極材料として
用いられる黒鉛は、炭素原子が作る六角網面が規則的に
配列したものであって黒鉛構造と称されるのであるが、
これは六角網面の炭素層が平行に積層された層状構造を
有している。この層状構造の規則性の高いものが黒鉛と
呼ばれるのであるが、単に炭素材料という場合には活性
炭のごとき無定型炭素と称される層状構造が全く不規則
なものから、黒鉛のように高い規則性で炭素原子が配列
されたものまで、極めて広範囲に亙るものが知られてい
る。
The graphite used as the electrode material has a hexagonal mesh plane formed by carbon atoms arranged regularly and is called a graphite structure.
This has a layered structure in which hexagonal mesh plane carbon layers are laminated in parallel. This layered structure with high regularity is called graphite, but in the case of simply carbon materials, the layered structure called amorphous carbon such as activated carbon is completely irregular, so it is highly ordered like graphite. It is known that there is a very wide range of properties, including those in which the carbon atoms are arranged by sex.

【0007】しかしながら、現在のところ電極材料とし
て用いるための黒鉛材料は結晶性の高い材料でなければ
ならないと考えられている。
However, at present, it is considered that the graphite material used as the electrode material must have a high crystallinity.

【0008】すなわち、上述の特開昭60−18267
0号公報の場合、アルゴンイオンレーザー光によるラマ
ンスペクトルにおいて1350cm-1と1580cm-1
とに現れるピーク強度の比率が0.4以下という結晶性
の高い高黒鉛化炭素体を用いている。同様に、特開昭6
0−36315号公報の場合にはこの結晶性の要求はさ
らに高く、1580cm-1のラマン強度に対する136
0cm-1のラマン強度の比が1/10という極めて高い
黒鉛化炭素層を用いている。
That is, the above-mentioned JP-A-60-18267.
In the case of the publication No. 0, the Raman spectra by argon ion laser light are 1350 cm -1 and 1580 cm -1.
A highly graphitized carbon body having a high crystallinity, in which the ratio of the peak intensity appearing in and is 0.4 or less is used. Similarly, JP-A-6
In the case of JP-A No. 0-36315, the demand for this crystallinity is even higher, which is 136 for a Raman intensity of 1580 cm −1.
An extremely high graphitized carbon layer having a Raman intensity ratio of 1/10 at 0 cm −1 is used.

【0009】また、特開昭60−20466号公報の場
合には基板上に成長させた炭素繊維を2700〜300
0℃という高温で黒鉛化処理をして黒鉛結晶子を更に成
長させて高黒鉛化繊維を得て使用している。
Further, in the case of Japanese Patent Laid-Open No. 60-20466, the carbon fibers grown on the substrate are 2700-300.
Graphitized at a high temperature of 0 ° C. to further grow graphite crystallites to obtain highly graphitized fibers for use.

【0010】このように、現在のところ、一般に電極材
料としての黒鉛には高い結晶性が必要であると信じられ
ているのであるが、完全な結晶性を有する黒鉛の場合、
その層間隔は3.354Åと比較的狭い。ところが、電
極材料として層間化合物を形成するために黒鉛を用いる
場合、この層間にドーパント物質は出入りすることにな
るのであるが、高黒鉛化炭素体(結晶性の高い黒鉛材
料)の場合、上述のように層間隔が狭い上に六角網面が
非常に規則正しく積層されているため常温付近において
ドーパント物質のドープされる量が少なくなるという問
題があった。
As described above, it is generally believed that graphite as an electrode material generally requires high crystallinity. However, in the case of graphite having perfect crystallinity,
The layer spacing is relatively narrow at 3.354Å. However, when graphite is used as an electrode material to form an intercalation compound, the dopant substance enters and leaves between the layers. In the case of a highly graphitized carbon body (graphite material having high crystallinity), Since the layer spacing is narrow and the hexagonal mesh planes are stacked very regularly, there has been a problem that the amount of the dopant substance doped is reduced near room temperature.

【0011】そこで、本発明は、上記の問題点に鑑みて
なされたものであり、従来の炭素材料に比べて著しく大
きな電気容量を有し、かつ充放電繰り返し特性の優れた
電極及びその製造方法を提供することを目的とする。
Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has an electrode having a remarkably large electric capacity as compared with the conventional carbon material and excellent charge-discharge repeating characteristics, and a method for manufacturing the same. The purpose is to provide.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本願発明者は鋭意研究を重ねた結果、高度に配向し
た黒鉛構造を有する炭素(結晶性の高い炭素)ではな
く、層状構造にわずかな乱層構造を持たせたもの、ある
いは、選択的配向性を持たせた炭素を電極材料として用
いることによって、電気容量が従来のものに比べて大き
く、かつ、充放電繰り返し特性が優れた電極を得ること
ができるという知見を得ることができた。この炭素材料
の乱層構造あるいは選択的配向性の程度を客観的に表す
と以下の通りとなる。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the inventors of the present invention have conducted extensive studies and as a result, have found that a layered structure is used instead of carbon having a highly oriented graphite structure (carbon with high crystallinity). By using a material with a slight disordered layer structure or carbon with selective orientation as the electrode material, the electric capacity was greater than that of the conventional one and the charge / discharge repetition characteristics were excellent. The knowledge that an electrode can be obtained was able to be obtained. The degree of disordered layer structure or selective orientation of the carbon material is objectively expressed as follows.

【0013】すなわち、X線回折法による炭素平面の層
間隔が3.37Å〜3.55Åのものであり、黒鉛のよ
うに鋭いピークを示すものではなく、かなり幅広い回折
ピークを示すもの。
That is, the carbon plane has a layer spacing of 3.37Å to 3.55Å by X-ray diffractometry, and does not show a sharp peak like graphite, but shows a considerably wide diffraction peak.

【0014】さらに、レーザーラマンスペクトルの15
80cm-1のピーク強度に対する1360cm-1のピー
ク強度比が0.4以上1.0以下のものである。
Furthermore, the laser Raman spectrum of 15
Peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 80 cm -1 is of 0.4 to 1.0.

【0015】それぞれの物性値は黒鉛化度を表す物性値
として周知ではあるが、ラマン散乱から得られる物性値
とX線回折から得られる物性値を組み合わせることによ
り材料の物性を表現できる。周知のように、ラマン散乱
から得られる物性値とは炭素材料の表面から50nm程
度の極表面の情報であり、X線回折から得られる物性値
はその表面を含む数十μmぐらいのある程度の深さまで
の平均としての情報である。つまり、この2つの物性値
を組み合わせることにより深さ方向の構造が把握できる
わけである。
Each physical property value is well known as a physical property value showing the degree of graphitization, but the physical property of a material can be expressed by combining the physical property value obtained from Raman scattering and the physical property value obtained from X-ray diffraction. As is well known, the physical property value obtained from Raman scattering is information on an extremely surface about 50 nm from the surface of a carbon material, and the physical property value obtained from X-ray diffraction is a certain depth of about several tens of μm including the surface. It is information as the average so far. That is, the structure in the depth direction can be grasped by combining these two physical property values.

【0016】また、回折ピークの半値幅から求めた結晶
子の大きさは、(002)面の回折ピークからC軸方向
の結晶子の大きさが20Å〜1000Åのものであり、
(110)面の回折ピークがほとんど現れないか、現れ
ても非常にブロードであることからab軸方向の結晶子
の大きさが非常に小さいと認められるもの。なお、反射
電子線回折パターンはブロードなリング状であり、結晶
子が非常に細かいことを反映している。これらリングは
黒鉛構造の(002)、(004)、(006)反射に
相当する。また、各結晶子の包囲はランダムではなく、
各結晶子の(00l)面が特定の方向に揃っており、各
結晶子間のC軸方向の相対的な傾きが±75度の範囲内
のもの。
The crystallite size obtained from the half-width of the diffraction peak is such that the crystallite size in the C-axis direction from the diffraction peak of the (002) plane is 20Å to 1000Å.
The diffraction peak of the (110) plane hardly appears, or even if it appears, it is very broad, so that the crystallite size in the ab axis direction is recognized to be very small. Note that the backscattered electron diffraction pattern has a broad ring shape, which reflects that the crystallites are very fine. These rings correspond to the (002), (004), (006) reflections of the graphite structure. Also, the siege of each crystallite is not random,
The (001) planes of each crystallite are aligned in a specific direction, and the relative inclination in the C-axis direction between the crystallites is within ± 75 degrees.

【0017】このように高黒鉛化炭素体に比べ面間隔が
広く、結晶子の大きさが小さく、互いにある程度の配向
性を有する炭素体が電極材料として良好な特性を示す。
As described above, a carbon body having a larger interplanar spacing, a smaller crystallite size and a certain degree of orientation as compared with the highly graphitized carbon body exhibits good characteristics as an electrode material.

【0018】以上の特性を有する炭素体は、例えば以下
の製造方法によって得ることができる。すなわち、炭化
水素又は炭化水素化合物を出発原料として、これを反応
系へ供給し、基板上へ熱分解による気相体積法により形
成することができる。
The carbon body having the above characteristics can be obtained, for example, by the following production method. That is, a hydrocarbon or a hydrocarbon compound can be used as a starting material, which is supplied to a reaction system and formed on a substrate by a vapor phase volume method by thermal decomposition.

【0019】炭化水素化合物としては炭化水素の一部に
酸素、窒素、硫黄またはハロゲンより選択された少なく
とも1つ以上の元素を含む特性基を付加または置換した
ものを用いることができる。
As the hydrocarbon compound, a compound obtained by adding or substituting a characteristic group containing at least one element selected from oxygen, nitrogen, sulfur or halogen to a part of hydrocarbon can be used.

【0020】[0020]

【作用】上述の炭素材料をアルカリ金属等がドーパント
物質として含有された電池の電極に用いると、従来の高
黒鉛化炭素体に比べてドーパント物質のドープ、脱ドー
プが起こりやすく、電気容量が大きくなる。また、上述
の炭素体は薄膜として基板上へ直接形成できるので、内
部抵抗が小さく活物質の利用率が高くなる。また、任意
の形状に作製できるので、電極の薄形化等が可能となる
という効果がある。
When the above-mentioned carbon material is used for an electrode of a battery containing an alkali metal or the like as a dopant substance, the dopant substance is more likely to be doped and dedoped than the conventional highly graphitized carbon body, resulting in a large electric capacity. Become. Moreover, since the above-mentioned carbon body can be directly formed on the substrate as a thin film, the internal resistance is small and the utilization factor of the active material is high. Further, since it can be formed in an arbitrary shape, there is an effect that the electrode can be made thinner.

【0021】[0021]

【実施例】【Example】

(実施例1)以下、図面を参照して本発明を一実施例を
挙げて詳細に説明する。
(Embodiment 1) Hereinafter, the present invention will be described in detail by way of an embodiment with reference to the drawings.

【0022】図1は本願発明の電極に用いる炭素体のC
uKαを光源とするX線回折図である。この回折ピーク
から次のブラッグの式(数1)
FIG. 1 is a carbon body C used for the electrode of the present invention.
It is an X-ray diffraction diagram which uses uKα as a light source. From this diffraction peak, the following Bragg equation (Equation 1)

【0023】[0023]

【数1】 [Equation 1]

【0024】により(002)面の平均面間隔を求める
と3.45Åであり、ピークの半値幅βから次式(数
2)
The average interplanar spacing of the (002) plane is found to be 3.45Å, and from the half-value width β of the peak, the following equation (Equation 2)

【0025】[0025]

【数2】 [Equation 2]

【0026】よりC軸方向の結晶子の大きさを求めると
27.2Åであった。
The crystallite size in the C-axis direction was found to be 27.2Å.

【0027】また、図2はこの炭素体のアルゴンレーザ
を用いたラマンスペクトルである。この図から明らかな
ように1580cm-1のピーク強度に対する1360c
-1のピーク強度をみると0.8である。
FIG. 2 is a Raman spectrum of this carbon body using an argon laser. As is clear from this figure, the peak intensity at 1580 cm -1 is 1360c.
The peak intensity at m -1 is 0.8.

【0028】また、反射高速電子線回折(RHEED)
法で電子線の回折写真を求めると(002)、(00
4)、(006)反射はブロードなスポットを示してお
り、各結晶子の配向性はかなりよく、C軸方向の分布は
±18度以内である。
Reflection high-energy electron diffraction (RHEED)
(002), (00)
The 4) and (006) reflections show broad spots, the orientation of each crystallite is fairly good, and the distribution in the C-axis direction is within ± 18 degrees.

【0029】この炭素体(炭素材料を基板上に形成した
膜)を集電用ネットで挟持して電極とした。これを試験
極Aとする。試験極Aを図3に示すような電解槽内に配
設しリチウム金属を対極、リチウムをドーパント物質と
して、リチウム元素のドープ・脱ドープによる充放電試
験を行った。図3において12は本願発明に係る炭素体
よりなる電極(試験極A)、13は集電体、14は対
極、15は参照極として用いたリチウム、16は1モル
過塩酸リチウムを溶解したプロピレンカーボネートから
なる電解液、17は電解槽である。
This carbon body (a film in which a carbon material was formed on a substrate) was sandwiched by a collecting net to form an electrode. This is designated as test pole A. A test electrode A was arranged in an electrolytic cell as shown in FIG. 3, and a lithium metal was used as a counter electrode and lithium was used as a dopant substance to perform a charge / discharge test by doping / dedoping lithium element. In FIG. 3, 12 is an electrode (test electrode A) made of the carbon body according to the present invention, 13 is a current collector, 14 is a counter electrode, 15 is lithium used as a reference electrode, and 16 is propylene in which 1 mol of lithium perhydrochloride is dissolved. An electrolytic solution made of carbonate, and 17 is an electrolytic cell.

【0030】図4は各種炭素材料にリチウムをドープ・
脱ドープさせたときの25℃におけるリチウム参照極に
対する電位変化図である。図4の曲線Aは本願発明の電
極の電位変化曲線である。曲線Aにおいて、電位が0V
に近付く方向がドープ(充電)、高電圧になる方向が脱
ドープ(放電)である。
FIG. 4 shows various carbon materials doped with lithium.
FIG. 7 is a potential change diagram with respect to a lithium reference electrode at 25 ° C. when dedoped. Curve A in FIG. 4 is a potential change curve of the electrode of the present invention. In curve A, the potential is 0V
The direction closer to is the doping (charging), and the direction becoming the high voltage is the dedoping (discharging).

【0031】図5は各種炭素材料をリチウム参照電極に
対し0Vから2.5Vの間で定電流により充放電させる
テストにおける放電容量の変化を示す。図5の曲線Aは
本願発明の電極特性を示す曲線である。この結果より明
らかなように、充放電の繰り返しによる容量劣化は殆ど
無く繰り返し特性は非常に良好である。
FIG. 5 shows changes in discharge capacity in a test in which various carbon materials are charged and discharged with a constant current between 0 V and 2.5 V with respect to a lithium reference electrode. Curve A in FIG. 5 is a curve showing the electrode characteristics of the present invention. As is clear from this result, there is almost no capacity deterioration due to repeated charging and discharging, and the repeating characteristics are very good.

【0032】以上のように、本願発明の炭素体を用いれ
ば充放電可能な非水リチウム2次電池の負極を構成する
ことができる。
As described above, by using the carbon body of the present invention, a negative electrode of a non-aqueous lithium secondary battery that can be charged and discharged can be constructed.

【0033】以下に、上述の炭素材料の製造方法の一例
を図面を用いて説明する。
An example of the method for producing the above carbon material will be described below with reference to the drawings.

【0034】図6は本願発明の電極に用いる炭素材料の
製造に用いる炭素材料生成装置のブロック構成図であ
る。
FIG. 6 is a block diagram of a carbon material producing apparatus used for producing the carbon material used for the electrode of the present invention.

【0035】出発物質として使用される炭化水素及び一
部に種々の特性基を含んだ炭化水素化合物として例えば
脂肪族炭化水素好ましくは不飽和炭化水素、芳香族化合
物、脂環式化合物がある。これらは1000℃で熱分解
される。具体的にはアセチレン、ジフェニル、アセチレ
ン、アクリロニトリル、1.2−ジブロモエチレン、2
ーブチン、ベンゼン、トルエン、ピリジン、アニリン、
フェノール、ジフェニル、アントラセン、ピレン、ヒキ
サメチルベンゼン、スチレン、アリルベンゼン、シクロ
ヘキサン、ノルマルヘキサン、ピロール、チオフェン等
があげられる。
Hydrocarbons used as starting materials and hydrocarbon compounds partially containing various characteristic groups include, for example, aliphatic hydrocarbons, preferably unsaturated hydrocarbons, aromatic compounds and alicyclic compounds. These are pyrolyzed at 1000 ° C. Specifically, acetylene, diphenyl, acetylene, acrylonitrile, 1.2-dibromoethylene, 2
Butyne, benzene, toluene, pyridine, aniline,
Examples thereof include phenol, diphenyl, anthracene, pyrene, hixamethylbenzene, styrene, allylbenzene, cyclohexane, normal hexane, pyrrole and thiophene.

【0036】使用した炭化水素化合物の種類によって、
後述する反応管への供給方法はバブラー法、蒸発法また
は昇華法を用い毎時数ミリモル以下の供給量に制御され
る。供給量を多くとるとスス状炭素体積物が生成され、
本発明の電極構成に必要な炭素材料は得られない。炭素
材料が体積、生成される基板は1000℃程度の反応温
度で変質しないものである必要がある。
Depending on the type of hydrocarbon compound used,
The supply method to the reaction tube, which will be described later, is a bubbler method, an evaporation method or a sublimation method and is controlled to a supply amount of several millimoles or less per hour. Soot-like carbon volume is generated when the supply amount is large,
The carbon material required for the electrode structure of the present invention cannot be obtained. It is necessary that the volume of the carbon material and the substrate on which it is generated do not deteriorate at the reaction temperature of about 1000 ° C.

【0037】以下、製造工程に従って説明する。The manufacturing process will be described below.

【0038】真空蒸留による精製操作を行ったベンゼン
が収納されたバブル容器1内にアルゴンガス制御系2よ
りアルゴンガスを供給してベンゼンをバブルさせ、パイ
レックスガラス管3を介して石英反応管4へベンゼン分
子を給送する。この際バブル容器1内の液体ベンゼンの
温度を一定に保持してアルゴンガス流量をバブル5で調
節し、ベンゼン分子の反応管4内への供給量を毎時数ミ
リモルに制御する。一方、希釈ライン6よりアルゴンガ
スを流し、反応管4へ給送される直前のガラス管3内に
おけるアルゴンガス中のベンゼン分子数密度及び流速を
最適化する。反応管4の外周囲には加熱炉8が設けられ
ている。この加熱炉8によって反応管4内の体積生成用
基板は約1000℃の温度に保持されている。
Argon gas is supplied from an argon gas control system 2 into a bubble container 1 containing benzene which has been subjected to a purification operation by vacuum distillation to bubble benzene, and a benzene bubble is passed through a Pyrex glass tube 3 to a quartz reaction tube 4. Feed benzene molecules. At this time, the temperature of the liquid benzene in the bubble container 1 is kept constant and the flow rate of argon gas is adjusted by the bubble 5 to control the supply amount of benzene molecules into the reaction tube 4 to several millimoles per hour. On the other hand, argon gas is caused to flow from the dilution line 6 to optimize the number density and flow rate of benzene molecules in the argon gas in the glass tube 3 immediately before being fed to the reaction tube 4. A heating furnace 8 is provided around the outside of the reaction tube 4. The heating furnace 8 holds the volume generating substrate in the reaction tube 4 at a temperature of about 1000 ° C.

【0039】ベンゼン分子が反応管4内に給送されると
ベンゼン分子は反応管4内で熱分解し、基板上に炭素体
積物が生成される。反応管4内へのガスは排気パイプ9
を介して排気系10へ導入され、反応管4から除去され
る。反応管4内に導入されたベンゼン分子は約1000
℃の温度で加熱されて熱分解し、順次基板上に成長形成
される。この場合成長される炭素は金属光沢を有した薄
膜となり、従来のような製法により黒鉛材料を形成する
方法に比べ、低い温度で反応を進行させるため、良好な
物性値をもつ炭素材料を製造することができる。なお、
この方法であれば、出発物質、出発物質の供給量、供給
速度、反応温度を選定することにより、異方性等を任意
に制御することができる。
When the benzene molecule is fed into the reaction tube 4, the benzene molecule is thermally decomposed in the reaction tube 4 and a carbon volume product is formed on the substrate. Gas into the reaction tube 4 is exhaust pipe 9
It is introduced into the exhaust system 10 via and is removed from the reaction tube 4. About 1000 benzene molecules were introduced into the reaction tube 4.
It is heated at a temperature of ° C to be thermally decomposed and sequentially grown and formed on the substrate. In this case, the grown carbon becomes a thin film having a metallic luster, and since the reaction proceeds at a lower temperature than the method of forming a graphite material by a conventional manufacturing method, a carbon material having good physical properties is manufactured. be able to. In addition,
With this method, the anisotropy and the like can be arbitrarily controlled by selecting the starting material, the supply amount of the starting material, the supply rate, and the reaction temperature.

【0040】(実施例2)第2の実施例の炭素膜の諸特
性は以下のとおりである。すなわち、(002)面の平
均面間隔は図7に示す如く3.37Åであり、ラマンス
ペクトルによる1580cm-1のピーク強度に対する1
360cm-1のピーク強度比は図8に示す如く0.50
であった。また、反射高速電子線回折による各結晶子の
c軸方向の分布は±60度以内であった。
Example 2 Various characteristics of the carbon film of the second example are as follows. That is, the average interplanar spacing of the (002) plane is 3.37Å as shown in FIG. 7, which is 1 with respect to the peak intensity of 1580 cm −1 by the Raman spectrum.
The peak intensity ratio at 360 cm -1 is 0.50 as shown in FIG.
Met. The distribution of each crystallite in the c-axis direction by reflection high-energy electron diffraction was within ± 60 degrees.

【0041】基板上に形成したこの炭素膜からリード線
を取り出して電極とし試験極Bとした。これを実施例1
と同様な方法でリチウムをドーパント物質とし、ドープ
・脱ドープによる充放電テストを行った。図4の曲線B
は本実施例による炭素材料の電位変化曲線である。また
図5の曲線Bは本実施例による炭素材料の繰り返しテス
トにおける放電容量の変化を示す。この結果より明らか
な如く、放電容量、繰り返し特性とも非常に良好であ
る。
A lead wire was taken out from this carbon film formed on the substrate and used as an electrode, which was used as a test electrode B. This is Example 1
A charging / discharging test by doping / dedoping was performed by using lithium as a dopant substance in the same manner as in. Curve B in FIG.
3 is a potential change curve of the carbon material according to this example. Curve B in FIG. 5 shows the change in discharge capacity in the repeated test of the carbon material according to this example. As is clear from this result, the discharge capacity and the repeating characteristics are very good.

【0042】なお、本実施例においては電界質に1モル
過塩素酸リチウム、電界液にプロピレンカーボネートを
用いたが、これに限定する必要はなく、その他の電界質
として六フッ化硫酸リチウム、ホウフッ化リチウム、ト
リフルオロスルホン酸リチウム等があり、また電界液と
してはジメチルスルフオキシド、ガンマ−ブチルラクト
ン、スルフォランテトラヒドロフラン、2−メチルテト
ラヒドロフラン、1.2−ジメトキシエタン、1.3−
ジオキソラン等の有機溶媒や水があげられ、これらを単
独もしくは混合して用いることができる。
In this example, 1 mol of lithium perchlorate was used as the electrolyte and propylene carbonate was used as the electrolytic solution, but it is not necessary to limit to this, and other electrolytes such as lithium hexafluorosulfate and borofluoride can be used. Lithium fluoride, lithium trifluorosulfonate, and the like, and as the electrolytic solution, dimethyl sulfoxide, gamma-butyl lactone, sulfolane tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, 1.2-dimethoxyethane, 1.3-.
Examples include organic solvents such as dioxolane and water, and these can be used alone or in combination.

【0043】(比較例1)石英基板上に1200℃で堆
積させた炭素体を、基板より剥ぎ取った後2800℃で
熱処理した黒鉛化炭素体について、本願発明と比較す
る。
Comparative Example 1 A carbon body deposited on a quartz substrate at 1200 ° C. was peeled from the substrate and then heat treated at 2800 ° C. for comparison with a graphitized carbon body of the present invention.

【0044】図9にこの炭素体のX線回折データを示
す。この炭素体の(002)面の面間隔は3.36Åで
あった。また、ラマンスペクトルにおいて1580cm
-1のピーク強度に対する1360cm-1のピーク強度比
は0.1であった(図10)。この炭素体を実施例1と
同様な方法で電極とし試験極Cとした。試験極Cを図3
に示すような電解槽内に配設し、実施例1と同様に充放
電テストを行った。図4の曲線cは本比較例による炭素
材料の電位変化曲線である。この結果より上記実施例
1、2の電極に比べ、放電容量もわずかで、電極材料と
しては不適であった。
FIG. 9 shows the X-ray diffraction data of this carbon body. The spacing between (002) planes of this carbon body was 3.36Å. Moreover, in Raman spectrum, it is 1580 cm.
The ratio of the peak intensity at 1360 cm -1 to the peak intensity at -1 was 0.1 (Fig. 10). This carbon body was used as an electrode and used as a test electrode C in the same manner as in Example 1. Test pole C is shown in FIG.
The charging / discharging test was performed in the same manner as in Example 1 by disposing in the electrolytic cell as shown in FIG. Curve c in FIG. 4 is a potential change curve of the carbon material according to this comparative example. As a result, the discharge capacity was smaller than that of the electrodes of Examples 1 and 2 and it was unsuitable as an electrode material.

【0045】(比較例2)原油から揮発成分を除いた未
精製の石油コークスを500℃で熱処理した。この炭素
粉末体のX線回折図を図11に示す。この回折ピークよ
り(002)面の平均面間隔は3.45Åであった。ま
た、ラマンスペクトルにおいて1580cm-1のピーク
強度に対する1360cm-1のピーク強度比は0.8で
あった。この結果を図12に示す。また反射高速電子線
回折によりこの炭素体をプレスして得た電極における回
折パターンによれば回折パターンの各リングが均一とな
り、配向性をもっていないことが判明した。この炭素体
を発泡状ニッケル基板に充填し、プレスしたものを電極
とし、試験極Dとした。試験極Dを図3に示すような電
解槽内に配設し、実施例1と同様に充放電テストを行っ
た。図4の曲線Dは本比較例による炭素材料の電位曲線
である。この結果より上記実施例1、2に比べ放電容量
は少ない。しかし初期充放電特性は比較例1に比べ、良
好であった。
Comparative Example 2 Crude petroleum coke obtained by removing volatile components from crude oil was heat-treated at 500 ° C. The X-ray diffraction pattern of this carbon powder body is shown in FIG. From this diffraction peak, the average interplanar spacing of the (002) plane was 3.45Å. Further, the peak intensity ratio of 1360 cm -1 to the peak intensity of 1580 cm -1 in the Raman spectrum was 0.8. The result is shown in FIG. Further, according to the diffraction pattern of the electrode obtained by pressing this carbon body by reflection high-energy electron diffraction, it was found that each ring of the diffraction pattern was uniform and had no orientation. A foamed nickel substrate was filled with this carbon body and pressed to obtain an electrode, which was used as a test electrode D. The test electrode D was placed in an electrolytic cell as shown in FIG. 3, and a charge / discharge test was conducted in the same manner as in Example 1. Curve D in FIG. 4 is a potential curve of the carbon material according to this comparative example. From this result, the discharge capacity is smaller than those in Examples 1 and 2. However, the initial charge / discharge characteristics were better than those of Comparative Example 1.

【0046】試験極Dを実施例1と同じ方法にて、充放
電の繰り返しテストを行った。図5の曲線Dは本比較例
による結果を示したものである。この結果より電極にお
いて各結晶子の配向性が全くないものは充放電の繰り返
しにより容量の劣化が生じ、長期使用には耐え難いこと
が認められる。
The test electrode D was subjected to a repeated charging / discharging test in the same manner as in Example 1. Curve D in FIG. 5 shows the result of this comparative example. From this result, it is recognized that the electrode having no crystallite orientation at all has a deterioration in capacity due to repeated charging and discharging, and cannot withstand long-term use.

【0047】[0047]

【発明の効果】本願発明によれば、従来の高黒鉛化炭素
体に比べてドーパント物質のドープ、脱ドープが起こり
やすく、電気容量が大きくなる。また、上述の炭素体は
薄膜として基板上へ直接形成できるので、内部抵抗が小
さく活物質の利用率が高くなる。また、任意の形状に作
製できるので、電極の薄形化等が可能となるという顕著
な効果がある。
According to the present invention, doping and de-doping of the dopant substance are more likely to occur than in the conventional highly graphitized carbon body, and the electric capacity is increased. Moreover, since the above-mentioned carbon body can be directly formed on the substrate as a thin film, the internal resistance is small and the utilization factor of the active material is high. Further, since it can be manufactured in an arbitrary shape, there is a remarkable effect that the electrode can be made thinner.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の炭素材料のX線回折図である。FIG. 1 is an X-ray diffraction diagram of a carbon material of the present invention.

【図2】本発明の炭素材料のラマンスペクトルを示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a Raman spectrum of the carbon material of the present invention.

【図3】本発明の炭素材料の電極特性測定のための装置
の概略図である。
FIG. 3 is a schematic view of an apparatus for measuring the electrode characteristics of the carbon material of the present invention.

【図4】本発明の炭素材料及び既存の炭素材料の充放電
特性図である。
FIG. 4 is a charge / discharge characteristic diagram of the carbon material of the present invention and the existing carbon material.

【図5】本発明の炭素材料及び既存の炭素材料の充放電
容量のサイクル特性図である。
FIG. 5 is a cycle characteristic diagram of the charge and discharge capacities of the carbon material of the present invention and the existing carbon material.

【図6】本発明の一実施例の説明に供する炭素材料生成
装置のブロック構成図である。
FIG. 6 is a block configuration diagram of a carbon material generation device used for describing an embodiment of the present invention.

【図7】本発明の炭素材料のX線回折図である。FIG. 7 is an X-ray diffraction pattern of the carbon material of the present invention.

【図8】本発明の炭素材料のラマンスペクトルを示す図
である。
FIG. 8 is a diagram showing a Raman spectrum of the carbon material of the present invention.

【図9】既存の炭素材料のX線回折図である。FIG. 9 is an X-ray diffraction diagram of an existing carbon material.

【図10】既存の炭素材料のラマンスペクトルを示す図
である。
FIG. 10 is a diagram showing a Raman spectrum of an existing carbon material.

【図11】既存の炭素材料のX線回折図である。FIG. 11 is an X-ray diffraction diagram of an existing carbon material.

【図12】既存の炭素材料のラマンスペクトルを示す図
である。
FIG. 12 is a diagram showing a Raman spectrum of an existing carbon material.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

12 試験極A 13 集電体 14 対極 15 参照極 16 電解液 17 電解槽 12 Test Electrode A 13 Current Collector 14 Counter Electrode 15 Reference Electrode 16 Electrolyte 17 Electrolyzer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田島 善光 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 好本 芳和 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 中島 重夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 笠原 三千世 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yoshimitsu Tajima 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Within Sharp Corporation (72) Yoshikazu Yoshimoto 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka, Osaka (72) Inventor Shigeo Nakajima 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture Sharp Corporation (72) Inventor, Sansei Kasahara 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka City, Osaka Prefecture

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 黒鉛の六角網面の平均面間隔が3.37
Å乃至3.55Å、アルゴンレーザラマンスペクトルに
おける1580cm-1のピーク強度に対する1360c
-1のピーク強度の比が0.4以上1.0以下で現され
る層構造に若干の乱層構造を有する炭素材料を主成分と
することを特徴とする電極。
1. The average interplanar spacing of graphite hexagonal mesh planes is 3.37.
Å to 3.55Å, 1360c for peak intensity at 1580 cm -1 in Argon laser Raman spectrum
An electrode comprising, as a main component, a carbon material having a slight disordered layer structure in a layer structure represented by a ratio of m −1 peak intensities of 0.4 or more and 1.0 or less.
【請求項2】 黒鉛の六角網面の平均面間隔が3.37
Å乃至3.55Å、アルゴンレーザラマンスペクトルに
おける1580cm-1のピーク強度に対する1360c
-1のピーク強度の比が0.4以上1.0以下で現され
る層構造に若干の乱層構造を有し、かつ、反射高速電子
線回折における(002)面の回折図形で各結晶子間の
C軸方向の相対的傾きが±75°以下の選択的配向性を
有する炭素材料を主成分とすることを特徴とする電極。
2. The average interplanar spacing of hexagonal mesh planes of graphite is 3.37.
Å to 3.55Å, 1360c for peak intensity at 1580 cm -1 in Argon laser Raman spectrum
The layer structure represented by the ratio of the peak intensity of m −1 of 0.4 or more and 1.0 or less has a slight disordered layer structure, and the diffraction pattern of the (002) plane in reflection high-energy electron diffraction shows An electrode comprising a carbon material as a main component, which has a selective orientation with a relative inclination in the C-axis direction between crystallites of ± 75 ° or less.
【請求項3】 炭化水素または炭化水素の一部に酸素、
窒素、硫黄もしくはハロゲンより選択された少なくとも
1つ以上の元素を含む特性基を付加もしくは置換した炭
化水素化合物を反応系へ供給し、該反応系内で熱分解に
よる気相堆積された炭素堆積物を電極活物質とすること
を特徴とする電極の製造方法。
3. A hydrocarbon or a part of the hydrocarbon is oxygen,
A hydrocarbon compound having a characteristic group added or substituted with at least one element selected from nitrogen, sulfur, or halogen is supplied to a reaction system, and vapor-phase-deposited carbon deposit by thermal decomposition in the reaction system Is used as an electrode active material.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0782207A1 (en) * 1995-12-25 1997-07-02 SHARP Corporation Nonaqueous type secondary battery

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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