JPH11116217A - 粒状炭素材の製造方法 - Google Patents

粒状炭素材の製造方法

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JPH11116217A
JPH11116217A JP9283517A JP28351797A JPH11116217A JP H11116217 A JPH11116217 A JP H11116217A JP 9283517 A JP9283517 A JP 9283517A JP 28351797 A JP28351797 A JP 28351797A JP H11116217 A JPH11116217 A JP H11116217A
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water
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granular
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Yoshihiro Matsuo
芳大 松尾
Tatsuro Sasaki
龍朗 佐々木
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Sumitomo Durez Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 微粉の発生がなく、機械的粉砕をせず粒径調
整をする必要もなく、コンデンサー用電極、活性炭、リ
チウムイオン二次電池負極等に用いるのに好適な粒状炭
素材を提供する。 【解決手段】 水、有機溶剤あるいは水と有機溶剤の混
合溶媒中でフェノール類とアルデヒド類とをアルカリ性
触媒で反応し、懸濁剤の存在下で硬化させることによっ
て得られる粒状硬化物を炭化する粒状炭素材の製造方
法。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、粒状炭素材の製造
方法に関し、微粉の発生がなく、機械的粉砕をせず粒径
調整をする必要もなく、コンデンサー用電極、活性炭、
リチウムイオン二次電池負極等に用いるのに好適な粒状
炭素材の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】コンデンサー用電極材、活性炭、リチウ
ムイオン二次電池負極用炭素材は、椰子殻、石炭コーク
ス、石炭又は石油ピッチ、フラン樹脂、フェノール樹脂
等を原料とし炭化処理した炭素材が使用されている。
【0003】この炭素源となる原料は繊維状、塊状、粉
末状、液状であり、炭化処理後、焼結した炭素材を機械
的に粉砕し粒度及び形状調製を行い上記用途の炭素材と
している。しかしながら、機械的粉砕時、再生不可能な
微粒子の発生や分級による歩留まり低下及び作業環境の
悪化を起こしている。又、機械的粉砕では炭素材の形状
が完全な球状又は角やとがりの無い形状に粉砕できず、
炭素成形品の密度に影響がでたり、炭素成形品の成形時
に角やとがりが削れ微粉を発生し作業環境の悪化や最終
製品の特性を低下させる恐れがある。
【0004】近年、コールタールやコールタールピッ
チ、石油系重質油等瀝青物を加熱処理しメソフェーズ小
球体を生成させ、分離精製後炭化又は黒鉛化した粒状炭
素材(メソフェーズカーボンマイクロビーズ)が開発さ
れている。この炭素材は機械的粉砕を用いることなく得
られた粒状でしかも球状の炭素材であるが、炭化処理前
の粒径を大きくすることが難しく、炭化処理後の炭素材
がナノレベルになり取扱い時粉舞いを起こしたり、賦活
処理する炭素材では賦活ができない恐れがある。即ち、
この系での炭素源は大きい粒径の炭素材を得ることが難
しい。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、小粒径から
大粒径まで粒径を所定の大きさに調製でき、機械的粉砕
を用いず作業環境を悪化させない炭素材の製造方法であ
り、コンデンサー用電極、活性炭、リチウムイオン電池
負極等に好適な粒状炭素材を提供することを目的とす
る。
【0006】
【問題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明者らは、鋭意研究を行った結果、水、有機溶
剤あるいは水と有機溶剤の混合溶媒中でフェノール類と
アルデヒド類とをアルカリ性触媒で反応し、懸濁剤の存
在下で硬化させることによって得られる粒状フェノール
樹脂硬化物を炭化処理することにより、得られる炭素材
は小粒径から大粒径まで広い範囲にわたって粒径調整が
容易であり、機械的粉砕を用いないため作業環境を悪化
させることなく粒状炭素材が得られることを見出した。
【0007】更には、本発明は、アルカリ性触媒として
水溶性樹脂を生成する触媒と非水溶性樹脂を生成する触
媒の併用触媒を用いることにより窒素含有粒状フェノー
ル樹脂硬化物を得、これを炭化することを特徴とする粒
状炭素材の製造方法を要旨とする。
【0008】本発明で使用されるアルカリ性触媒におい
て、水溶性樹脂を生成する触媒とは、ナトリウム、カリ
ウム、リチウム等のアルカリ金属の水酸化物、酸化物、
炭酸化物等やバリウム、カルシウム、マグネシウム等の
アルカリ土類金属等の水酸化物、酸化物、炭酸化物等や
トリエチルアミンなどであり、メチロール基を多く有
し、極性の高いフェノール樹脂を生成する触媒である。
非水溶性樹脂を生成する触媒とはアンモニア、DBU、
ヘキサミン等のアミノ化合物等の窒素を含有する触媒で
あり、比較的高分子量で非極性の高い樹脂を生成する触
媒である。これらの触媒の併用割合は特に限定されず、
水溶性樹脂を生成する触媒は通常のレゾール反応で用い
られる量が使用できる。例えば、フェノールに対して1
〜5重量%程度が好ましい。また、非水溶性樹脂を生成
する触媒はフェノールに対して0.01〜30重量%、
好ましくは1〜20重量%である。0.01%より少な
いと大粒径の球状フェノール樹脂を得ることができな
い。30重量%より多くても反応に及ぼす影響が変わら
ず、添加量としては過剰となる。
【0009】本発明で使用する粒状フェノール樹脂硬化
物作製時のフェノール類は、フェノール、オルソクレゾ
ール、メタクレゾール、パラクレゾール、キシレノー
ル、カテコール、レゾルシン、アルキルフェノール類、
ビスフェノール類等であり、これらを単独あるいは2種
以上を併用し使用しても良く、特にこれらに限定される
ものではない。アルデヒド類としては、ホルムアルデヒ
ド、パラホルムアルデヒド、ベンズアルデヒド等又は、
これらのアルデヒド発生源となる物質、あるいはこれら
のアルデヒド類の溶液などであり、これらを単独あるい
は2種以上を併用し使用しても良く、特にこれらに限定
されるものではない。
【0010】粒状フェノール樹脂硬化物の反応時におい
て、ホルムアルデヒド/フェノールの反応モル比は0.
85〜3.00が好ましい。反応溶媒は、水、有機溶
剤、あるいは水と有機溶剤の混合溶媒を用いる。有機溶
剤としてはメチルアルコール、エチルアルコール、ブチ
ルアルコール、プロピルアルコール、エチレングリコー
ル、アセトン、メチルエチルケトン、トルエン、キシレ
ン等であり、単独あるいは2種以上併用し使用しても良
い。
【0011】粒状フェノール樹脂硬化物の作製時、フェ
ノール樹脂を懸濁するために懸濁剤を添加する。懸濁剤
としては例えば、アラビアゴム、トラガントゴム、アル
ギン酸塩、カルボキシメチルセルロース、メチルセルロ
ース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリビニルアコー
ル、ポリビニルブチラール、ポリエチレングリコール、
ポリリン酸塩、ポリエチレノキサイド等であり、単独あ
るいは2種以上併用し使用しても良い。
【0012】粒状フェノール樹脂硬化物の作製時、重合
性や物性を損なわない限りにおいて、芳香族炭化水素、
金属、炭素材料となり得る材料等で変性したり、顔料、
滑剤、帯電防止剤、酸化防止剤等、他の添加剤を添加し
ても差し支え無い。
【0013】本発明の粒状炭素材は上記方法で得られた
粒状フェノール樹脂硬化物を窒素、ヘリウム、アルゴン
等の不活性ガス雰囲気下、又は一酸化炭素雰囲気下で焼
成して目的とする粒状炭素材が得られる。焼成温度につ
いては通常500℃以上、好ましくは800℃以上であ
るが特に限定されるものではない。
【0014】本発明で得られる粒状炭素材は、通常平均
粒径が0.5〜2000μm程度の範囲内で任意の粒径
のものが得られるが、この範囲外のものも得ることが可
能である。形状は繊維状ではなく、角やトガリが殆どな
く、従って微粉の発生が極めて少ない炭素材である。本
発明において、焼成前に粒状炭素材となり得る炭素源を
添加しその後焼成したり、焼成後、他材質の粒状炭素材
と混合し使用しても差し支え無い。
【0015】
【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。しか
し、本発明は実施例により限定されるものではない。ま
た、実施例、比較例で示される「部」及び「%」は全て
「重量部」及び「重量%」である。
【0016】実施例1 攪拌装置、還流冷却器及び温度計を備えた3Lの三口フ
ラスコ中に、フェノール700部、35%ホルムアルデ
ヒド水溶液1000部、水350部及びトリエチルアミ
ン20部、及び懸濁剤としてポリビニルアルコール(ク
ラレポバールPVA117、けん化度98%、重合度1
700)0.7部入れ100℃まで加熱した。100℃
になってから80分後にヘキサミン35部投入し、更に
4時間100℃で反応した。その後60℃の熱湯で3回
水洗、濾過した後、80℃で乾燥することにより粒状フ
ェノール樹脂硬化物800部を得た。得られた粒状フェ
ノール樹脂硬化物を窒素ガス雰囲気下、昇温速度10℃
/分で1000℃到達後3時間炭化を行い粒状炭化物を
得た。
【0017】実施例2 実施例1のフェノール700部、35%ホルムアルデヒ
ド水溶液1000部、水350部及びトリエチルアミン
20部に代えて、ビスフェノールA600部、35%ホ
ルムアルデヒド水溶液750部、水650部、メチルア
ルコール200部及びDBU25部とした以外は実施例
1と同様な方法で行った。
【0018】実施例3 実施例1のフェノール700部、35%ホルムアルデヒ
ド水溶液1000部、水350部、トリエチルアミン2
0部、及び懸濁剤としてポリビニルアルコール0.7部
に代えて、フェノール1000部、35%ホルムアルデ
ヒド水溶液1725部、水350部、水酸化ナトリウム
20部、及び懸濁剤としてアラビアゴム5部とした以外
は、実施例1と同様な方法で行った。
【0019】実施例4 実施例1のフェノール700部、35%ホルムアルデヒ
ド水溶液1000部、水350部及びトリエチルアミン
20部、及び懸濁剤としてポリビニルアルコール0.7
部に代えて、メタパラ混合クレゾール(メタクレゾール
6:パラクレゾール4)1000部、35%ホルムアル
デヒド水溶液1351部、水350部、水酸化ナトリウ
ム20部、及びポリビニルアルコール10部とした以外
は実施例1と同様な方法で行った。
【0020】比較例1 ノボラック型フェノール樹脂100部にヘキサメチレン
テトラミン10部添加混合し、200℃、3時間硬化さ
せた。硬化後、ハンマーミル及びパルペライザーを用い
粉砕し硬化粉末得た。以下実施例1と同様な方法で行っ
た。
【0021】比較例2 固形のレゾール型フェノール樹脂を200℃、3時間硬
化させた。硬化後、ハンマーミル、遠心粉砕器及びボー
ルミル粉砕し硬化粉末を得た。以下実施例1と同様な方
法で行った。
【0022】得られた粒状炭化物の平均粒径及び微粉、
形状の角、トガリの有無の確認を行った。実施例1〜4
及び比較例1,2の評価結果を表1に示す。 表1 粒状炭素材評価結果 ────────────────────────────── サンプル 平均粒径(μm) 微粉の有無 角・トガリの有無 ────────────────────────────── 実施例1 700 無し 無し 実施例2 800 無し 無し 実施例3 100 無し 無し 実施例4 20 無し 無し 比較例1 100 有り 有り 比較例2 20 有り 有り ──────────────────────────────
【0024】表1の結果から明らかなように、実施例で
得られた機械的粉砕を用いない粒状炭素材は比較例によ
る機械的粉砕し得られた炭素材と比較して微粉の発生が
なく、形状に角やトガリがない。しかも任意の粒径の粒
状炭素材が容易に得られる。
【0025】
【発明の効果】以上の説明により明らかなように、本発
明の粒状炭素材の製造方法は機械的粉砕を用いることな
く、任意の粒径を有する粒状ないし球状に調製ができ、
角及びトガリがない形状であり、従って、微粉の発生が
極めて少なく、作業環境に優しい粒状炭素材が得られ
る。この粒状炭素材は、コンデンサー用電極、活性炭、
リチウムイオン電池負極用粒状炭素材に好適である。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 水、有機溶剤あるいは水と有機溶剤の混
    合溶媒中でフェノール類とアルデヒド類とをアルカリ性
    触媒で反応し、懸濁剤の存在下で硬化させることによっ
    て得られる粒状硬化物を炭化することを特徴とする粒状
    炭素材の製造方法。
  2. 【請求項2】 アルカリ性触媒が水溶性樹脂を生成する
    触媒と非水溶性樹脂を生成する触媒の併用触媒である請
    求項1記載の粒状硬化物の製造方法。
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