JPH117946A - 2次電池用電極の製造方法及び2次電池用電極並びにそれを用いた2次電池 - Google Patents

2次電池用電極の製造方法及び2次電池用電極並びにそれを用いた2次電池

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JPH117946A
JPH117946A JP9162233A JP16223397A JPH117946A JP H117946 A JPH117946 A JP H117946A JP 9162233 A JP9162233 A JP 9162233A JP 16223397 A JP16223397 A JP 16223397A JP H117946 A JPH117946 A JP H117946A
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specific surface
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JP9162233A
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English (en)
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Soji Tsuchiya
宗次 土屋
Kazuhiro Watanabe
和廣 渡辺
Norishige Nanai
識成 七井
Katsuhiro Nichogi
克洋 二梃木
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Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 単位体積当りの放電容量が大きい2次電池を
実現できる電極材料、特に負極材料を実現することを目
的とする。 【解決手段】 本発明は、熱処理過程で3次元的架橋反
応が起こる高難黒鉛系材料である高分子材料を用意する
行程と、前記高分子材料を1500℃以下の温度範囲で
熱処理することにより炭素材料を得て2次電池用電極を
形成する工程とを有し、前記熱処理の少なくとも400
℃から700℃の温度範囲で昇温速度を制御する2次電
池用電極の製造方法、このような製造方法により得られ
た2次電池用電極及び2次電池である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、2次電池用電極の
製造方法及び2次電池用電極並びにそれを用いた2次電
池に関し、特にリチウムイオン等のイオンの吸蔵・放出
が可能な2次電池用電極の製造方法及び2次電池用電極
並びにそれを用いた2次電池に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、小型、軽量及び高エネルギ−密度
を特徴とする2次電池の開発がさかんになってきてい
る。
【0003】そして、この2次電池用の負極活物質とし
て、アルカリ金属、中でもリチウムを使用したものが特
に注目されている。
【0004】この場合、電極としては、炭素材料が用い
ることが有用であることが公知であり、実際に負極とし
て提案されているものもある。
【0005】そして、このように、負極活物質としてリ
チウムを用いると、充電時にリチウムがデンドライト状
に析出することに起因する内部短絡や充放電の効率の著
しい低下の現象が生じる場合がある。
【0006】しかし、この場合には、リチウムイオンを
電気化学的にインタ−カレ−ション、デインタ−カレ−
ションを出来る機能を有する炭素材料を用いることによ
り、このような現象からの回避は可能である。
【0007】一方で、炭素材料を用いることで解決しな
ければならない課題もいくつか存在し、例えば、充放電
容量の大きさ、充電と放電の容量ロスや電解液の劣化に
よる電池特性の低下等が挙げられる。
【0008】更に、黒鉛構造を有する炭素材料は、実用
の点からはコストも大きい課題となる。というのは、天
然グラファイトでなく人造グラファイトは、非晶質系と
比較してより高温の2000℃以上の焼成処理により作
製されるため、1000℃以下の温度焼成される非晶質
炭素材料と比較して焼成工程上のコストが高くなるため
である。
【0009】そこで、充放電容量の大きい負極材料とし
て、非晶質炭素材料が提案されている。
【0010】しかし、このように、非晶質系炭素材料を
用いた場合には、単位重量当たりの充放電容量を大きく
することができるが、充電容量をかせぐためには、充電
条件を微量電位や微小電流の制御により、ショート状態
で行わねばならないという条件設定の難しさ、初期充電
量は高いものが得られるが放電ロスも多い、結果として
得られる電位の変化が大きい、及び真密度が小さくなる
ので単位体積の容量比較では、黒鉛構造を有する炭素材
料よりも粉末印刷後の嵩密度で20%から50%ほ不利
になる等の状況があり、特に充放電容量値を向上させる
ことが切に要望されている。
【0011】例えば、出発原料、焼成条件、結晶性、更
には結晶性における面間隔の違い、分子構造の違い、結
晶子の大きさ等を規定した炭素材料が提案されている。
【0012】又、炭素の粒径の大きさと分布、密度、H
原子とC原子の比率、細孔等の最適範囲についても提案
がなされている。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】しかし、いずれにせ
よ、このような炭素材料のうち、単位体積当りの放電容
量が大きい2次電池を実現できる電極材料、特に負極材
料は実現されていないのが現状である。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、熱処理過程で
3次元的架橋反応が起こる高難黒鉛系材料である高分子
材料を用意する行程と、前記高分子材料を1500℃以
下の温度範囲で熱処理することにより炭素材料を得て2
次電池用電極を形成する工程とを有し、前記熱処理の少
なくとも400℃から700℃の温度範囲で昇温速度を
制御する2次電池用電極の製造方法、このような製造方
法により得られた2次電池用電極及び2次電池である。
【0015】このような構成により、単位体積当りの放
電容量が大きい2次電池を実現できる電極材料、特に負
極材料を実現する。
【0016】
【発明の実施の形態】請求項1に記載の本発明は、熱処
理過程で3次元的架橋反応が起こる高難黒鉛系材料であ
る高分子材料を用意する行程と、前記高分子材料を15
00℃以下の温度範囲で熱処理することにより炭素材料
を得て2次電池用電極を形成する工程とを有し、前記熱
処理の少なくとも400℃から700℃の温度範囲で昇
温速度を制御する2次電池用電極の製造方法である。
【0017】この構成により、単位体積当りの放電容量
が大きい2次電池を実現できる電極を提供する。
【0018】又、請求項2に記載の本発明は、熱処理過
程で3次元的架橋反応が起こる高難黒鉛系材料である高
分子材料を用意する行程と、前記高分子材料を1500
℃以下の温度範囲で熱処理することにより炭素材料を得
て2次電池用電極を形成する工程とを有し、前記熱処理
の400℃から700℃の温度範囲での熱処理条件は、
前記炭素材料のBET法による比表面積が2m2/gか
ら20m2/gの範囲となる条件である2次電池用電極
の製造方法である。
【0019】この構成により、単位体積当りの放電容量
が大きい2次電池を実現できる電極を提供する。
【0020】又、請求項3記載の本発明は、熱処理過程
で3次元的架橋反応が起こる高難黒鉛系材料である高分
子材料を用意する行程と、前記高分子材料を1500℃
以下の温度範囲で熱処理することにより炭素材料を得て
2次電池用電極を形成する工程とを有し、前記熱処理の
400℃から700℃の温度範囲での熱処理条件は、前
記炭素材料のCO2ガスを用いた比表面積が200m2
g以上となる条件である2次電池用電極の製造方法であ
る。
【0021】この構成によっても、単位体積当りの放電
容量が大きい2次電池を実現できる電極を提供する。
【0022】又、請求項4記載の本発明は、熱処理過程
で3次元的架橋反応が起こる高難黒鉛系材料である高分
子材料を用意する行程と、前記高分子材料を1500℃
以下の温度範囲で熱処理することにより炭素材料を得て
2次電池用電極を形成する工程とを有し、前記熱処理の
400℃から700℃の温度範囲での熱処理条件は、前
記炭素材料のBET法による比表面積が2m2/gから
20m2/gの範囲となり、かつ前記炭素材料のCO2
スを用いた比表面積が200m2/g以上となる条件で
ある2次電池用電極の製造方法である。
【0023】この構成によれば、より確実に単位体積当
りの放電容量が大きい2次電池を実現し得るできる電極
を提供する。
【0024】より具体的には、請求項5記載のように、
熱処理の400℃から700℃の温度範囲で得られた炭
素材料を粉砕処理することが好適である。
【0025】又、請求項6記載のように、少なくとも熱
処理の400℃から700℃の温度範囲で、昇温速度を
制御することが好適である。
【0026】又、請求項7記載のように、熱処理過程で
3次元的架橋反応が起こる高難黒鉛系材料である高分子
材料を混合して用いることも可能である。
【0027】又、請求項8記載のように、高分子材料
に、架橋材を添加してもよい。又、請求項9記載のよう
に、高分子材料に、エポキシ基を有する芳香族エポキシ
樹脂を添加してもよい。
【0028】又、請求項10記載のように、熱処理の4
00℃から700℃の温度範囲では、不活性ガスを含む
雰囲気を用いることが好ましい。
【0029】ここで、請求項11記載のように、熱処理
過程で3次元的架橋反応が起こる高難黒鉛系材料である
高分子材料は、フェノール樹脂又はポリイミドであるこ
とが好ましい。
【0030】そして、請求項12記載の本発明は、請求
項1から10のいずれかに記載の2次電池用電極の製造
方法で得られ、内部に制御された細孔又は構造的欠陥を
有する2次電池用電極である。
【0031】この構成によれば、確実に単位体積当りの
放電容量が大きい2次電池を実現し得るできる電極を実
現する。
【0032】ここで、請求項13記載のように、アルカ
リ金属イオンを吸蔵・放出可能な2次電池用電極であ
り、請求項14記載のように、アルカリ金属はリチウム
であることも好適である。
【0033】更に、請求項15記載の本発明は、請求項
12から14のいずれかに記載の2次電池用電極である
一方の電極と、他方の電極と、前記一方の電極と他方の
電極の間に配された電解質とを有する2次電池である。
【0034】この構成によれば、確実に単位体積当りの
放電容量が大きい2次電池を実現する。
【0035】より具体的には、請求項16記載のよう
に、請求項14記載の2次電池用電極である負極と、正
極と、前記負極と正極の間に配されたリチウム化合物を
含む電解質とを有する2次電池であることも好適であ
る。
【0036】さて、より詳細に以上の構成について説明
を加えていくと、本発明者の検討によれば、負極に用い
られる炭素材料は、構造、出発原料や製造工程により電
池特性が大きく異なる。
【0037】例えば、これまでに炭素材料の規定にX線
回折法による平均格子定数、密度、粉末粒径、比表面
積、炭素/水素の原子比、ラマンスペクトルの1580
cm-1と1360cm-1の強度比などで規定された炭素
材料が提案されている。
【0038】より具体的には、炭素材料の電池容量に影
響する因子としては、結晶構造に起因するものが主要な
ものと考えられ、結晶性については、結晶性の高い黒鉛
構造を有する炭素材料よりも、非晶質系炭素材料の方
が、充放電容量の高いものが得られる結果が得られる傾
向にある。
【0039】そこで、本発明者は、基本的に充放電容量
が高い非晶質系炭素材料に着目し、更にその値を向上す
べく検討した。
【0040】電池の充電機構としてはまだ明確になって
いない点が多いが、NMR解析等によるリチウムイオン
等のイオンの存在状態の検討が多くなされてきている。
【0041】例えば、2000℃以上の焼成で作製され
る黒鉛系炭素材料についての充放電現象は、黒鉛の層間
へのリチウムイオン等のイオンの出入り(吸蔵・放出)
によるものと考えられている。
【0042】ここで黒鉛系炭素材料の粉末の形状として
は、鱗片状、球状、繊維状などがあり、リチウムイオン
等の2次電池用電極材料として提案されており、例え
ば、ポリイミドのフィルムを焼成して作製されるグラフ
ァイト粉末は鱗片状である。
【0043】そして、黒鉛系炭素材料の粉末のリチウム
イオンをインターカレートできる最大容量は、理論的に
は372mAh/gと考えられ、実際に得られた容量値
としては250から310mAh/g程度である。
【0044】一方で、2000℃以下での焼成で作製さ
れる非晶質系の構造を有する炭素材料については、充電
時におけるリチウムイオン等のイオンの存在状態は明確
ではないが、いくつかのモデルが提案されており、例え
ば、細孔の中にクラスター状態に閉じこめられているも
の等が考えられる。
【0045】そして、リチウムイオン等のイオンを炭素
材料の構造に吸蔵するサイトは、層間、細孔(構造欠陥
を含む)、表面吸着等が考えられる。
【0046】ここで、細孔に注目すれば、細孔が増加す
れば容量が増加すると考えられ、細孔の大きさも、リチ
ウムイオン等のイオンを安定なクラスター状態で取り込
むためには最適な大きさがあり、0.5nmから2nm
の大きさがもっとも有効と考えられるが、場合によって
はそれ以上の大きさでも効果が発現する可能性も考えら
れる。
【0047】この細孔の分布の測定については、0.5
nmから2nmの範囲の大きさに対しては、CO2ガス
の吸着法が有効と考えられ、容量とCO2ガスでの測定
した比表面積とは相関関係があることが確認された。
【0048】又、2nm以上の細孔に対しては、比表面
積の測定には、N2ガスを用いたBET方式が有効と考
えられる。
【0049】但し、このように細孔の状態を比表面積で
評価する場合には、比表面積を大きくすると、自己放電
の現象も大きくなってくるのでその最適化も重要であ
る。
【0050】即ち、本発明は、充放電容量が増加し得る
と考えられる非晶質系炭素材料を用いることを前提と
し、その細孔状態や構造欠陥状態を、比表面積に注目し
つつ適宜制御して、より充放電容量を向上させるもので
あり、非晶質系炭素材料としては、高分子材料を高温で
も1500℃以下の範囲で焼成を行って作製するもので
あり、少なくとも400℃から700℃の温度範囲で、
細孔や構造欠陥の状態が効果的に制御し得て、それを制
御することにより電池の充放電特性の優れた電極材料を
提供し得るという新規な知見に基づくものである。
【0051】より具体的には、原料たる高分子材料は、
熱処理過程で3次元的架橋反応が起こる高難黒鉛系材料
に属するものが好適で、フェノール樹脂やポリイミド等
が挙げられる。
【0052】又、焼成条件も、細孔や構造欠陥部をリチ
ウムイオン等のイオンの貯蔵サイトとすることから、1
500℃以下の温度範囲が好適である。それ以上である
と、細孔や構造欠陥部がかえって減少してしまう。
【0053】ここで、細孔や構造欠陥部は、原料を熱処
理をして炭素化をしていく過程で分解ガスが発生し、そ
の発生の仕方によって形成されるものであり、熱分解反
応が起こり、分解ガスが多く発生する400℃から70
0℃までの範囲の熱処理条件の最適化が重要となる。
【0054】この熱処理条件としては、昇温速度が重要
な要素として考えられ、昇温速度を大きくしすぎると、
出発原料にもよるが、例えば20℃/min以上とする
と、細孔分布として2nm以上のものが多くなり、クラ
スターの取り込みに影響が出たり、CO2を用いた測定
には有効的ではない場合等を考慮し、昇温速度として
は、前述した比表面積の評価方式等とのかねあいで、適
宜選択することが好ましい。
【0055】更に、実際に電極として用いるときには、
粉末状で用いられるため、粉末の粒子の大きさや分布が
電池特性に影響することを考慮し、400から700℃
で熱処理後、一旦粉砕処理を行った後に、更に高温の処
理を行うことも好ましい。
【0056】以下、本発明の各実施の形態につき、昇温
速度に注目しながらより具体的に説明をしていく。
【0057】(実施の形態1)本実施の形態では、負極
材原料としてフェノール樹脂で一般的に市販されている
ノボラック型樹脂を用いた。
【0058】まず、この原料を用いて、400℃までは
5℃/minの昇温速度でN2ガス雰囲気中で焼成を行
った。
【0059】その後に、700℃までは2℃/minの
昇温速度で昇温し、室温に冷却後粉砕処理を行った。こ
の場合の粒径は、平均粒径が10μmになるように調整
し、粒度分布測定は通常のレ−ザ回折法により行った。
【0060】その後、室温より5℃/minの昇温速度
で1200℃まで昇温し、1200℃で1時間の焼成を
おこない炭素化を行った。
【0061】このようにして400℃から700℃の範
囲の昇温速度を2℃/minとして作製したものの粉末
を得た。
【0062】そして、ポリフッ化ビニリデンを結着材と
して用いて負極を成型した。又、対極としてはリチウム
箔を用いた。
【0063】そして、これらの電極の間に、電解液とし
て、基本組成としては、溶媒をエチレンカ−ボネ−トと
ジエチレンカーボネートの混合溶媒、電解質はLiPF
6を用い配し、コイン型電池を5個作製した。
【0064】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量について定電流0.2mA/cm2の条件で平均
値をとり評価を行った。なお、この充放電容量は、2サ
イクル目のものを用いた。
【0065】更に、比表面積の測定も併せて行い、N2
ガスを用いた場合(BET法)とCO2ガスの吸着法を
用いた場合について各々平均値を得た。
【0066】以上の結果を、以下の(表1)に示す。
【0067】
【表1】
【0068】この(表1)に示す結果によれば、従来の
容量値250から310mAh/gに対してきわめて高
い値を示し、かつBET法による比表面積が2から20
2/gの範囲に入り、CO2ガスを用いた比表面積も2
00m2/g以上となっていることが確認される。
【0069】(実施の形態2)本実施の形態では、40
0℃から700℃の範囲の昇温速度を20℃/minと
して作製した粉末を用いた以外、実施の形態1と同様
に、コイン型電池を5個作製した。
【0070】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、前述の(表1)に示す。
【0071】(表1)に示す結果によれば、従来の容量
値に対して若干高い値を示しているが、BET法による
比表面積が値が20m2/g以上であり、CO2ガスを用
いた比表面積も200m2/g以下となっていることが
わかる。
【0072】従って、まず、実施の形態1及び実施の形
態2の結果から、400℃から700℃の範囲で熱処理
し、粉砕処理する場合には、従来の容量値250から3
10mAh/gに対して高い値を実現することがわか
る。
【0073】更に、400℃から700℃の範囲の昇温
速度を2℃/minから20℃/minの範囲内で変化
させてみたところ、BET法による比表面積が値が2か
ら20m2/gの範囲に入り、CO2ガスを用いた比表面
積も200m2/g以上となっている場合には、確実に
従来の容量値に対して十分に高い値を示すことが確認さ
れた。そして、更に、少なくともBET法による比表面
積が値が2から20m 2/gの範囲に入るか、CO2ガス
を用いた比表面積が200m2/g以上となっている場
合には、確実に従来の容量値に対して同等かそれ以上の
値を示すことが確認された。
【0074】よって、400℃から700℃の範囲の熱
処理後、粉砕処理する場合には、少なくともBET法に
よる比表面積が2から20m2/gの範囲に入っている
かCO2ガスを用いた比表面積が200m2/g以上とな
っていることが好適であり、更には、BET法による比
表面積が2から20m2/gの範囲に入り、CO2ガスを
用いた比表面積も200m2/g以上となっていること
がより好適である。
【0075】なお、粉砕後の平均粒径は、10μmに限
定されるものではなく、更に昇温速度との組合せでこの
ような比表面積が実現できるものであればよい。
【0076】(実施の形態3)本実施の形態では、40
0℃から700℃の範囲で熱処理を行う条件として、ガ
ス雰囲気をN2にO2を等量混合した条件で行ったこと以
外、実施の形態1と同様に、コイン型電池を5個作製し
た。
【0077】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、以下の(表2)に示す。
【0078】
【表2】
【0079】この(表2)に示す結果によれば、従来の
容量値に対してきわめて高い値を示していることがわか
る。しかし、一方で、BET法による比表面積が20m
2/g以上であるが、CO2ガスを用いた比表面積は20
0m2/g以上となっている。
【0080】(実施の形態4)本実施の形態では、40
0℃から700℃の範囲で熱処理を行う条件として、ガ
ス雰囲気をN2にO2を混合する割合を実施の形態3の半
分とした条件で行ったこと以外、実施の形態3と同様
に、コイン型電池を5個作製した。
【0081】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、前述の(表2)に示す。
【0082】(表2)に示す結果によれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示している。しかし、一方
で、BET法による比表面積は20m2/g以上である
が、CO2ガスを用いた比表面積は200m2/g以上と
なっている。
【0083】(実施の形態5)本実施の形態では、40
0℃から700℃の範囲で熱処理を行う条件として、ガ
ス雰囲気をN2にO2を混合する割合を実施の形態4の半
分とした条件で行ったこと以外、実施の形態4と同様
に、コイン型電池を5個作製した。
【0084】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、前述の(表2)に示す。
【0085】(表2)に示す結果によれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示している。しかし、一方
で、BET法による比表面積は20m2/g以下となっ
ているが、CO2ガスを用いた比表面積は200m2/g
以下となっている。
【0086】従って、まず、実施の形態3から実施の形
態5の結果から、400℃から700℃の範囲で熱処理
を行う条件として、ガス雰囲気N2にO2を混合された場
合でも、粉砕処理する場合には、従来の容量値250か
ら310mAh/gに対してきわめて高い値を実現し得
ることがわかる。
【0087】更に、400℃から700℃の範囲の昇温
速度を2℃/minから20℃/minの範囲内で変化
させてみたところ、BET法による比表面積が値が2か
ら20m2/gの範囲に入り、CO2ガスを用いた比表面
積が200m2/g以上となっている場合には、確実に
従来の容量値に対して十分に高い値を示すことが確認さ
れた。そして、更に、少なくともBET法による比表面
積が値が2から20m 2/gの範囲に入るか、CO2ガス
を用いた比表面積も200m2/g以上となっていれ
ば、確実に従来の容量値に対して同等かそれ以上の高い
値を示すことが確認された。
【0088】よって、ガス雰囲気N2にO2を混合された
場合でも、400℃から700℃の範囲の熱処理後、粉
砕処理する場合には、少なくともBET法による比表面
積が2から20m2/gの範囲に入っているか、CO2
スを用いた比表面積も200m2/g以上となっている
ことが好適であり、更には、BET法による比表面積が
2から20m2/gの範囲に入り、CO2ガスを用いた比
表面積も200m2/g以上となっていることがより好
適である。
【0089】なお、ここにおいても粉砕後の平均粒径
は、10μmに限定されるものではなく、更に昇温速度
との組合せでこのような比表面積が実現できるものであ
ればよい。
【0090】(実施の形態6)本実施の形態では、フェ
ノール樹脂をN2ガス雰囲気中で2℃/minの昇温速
度で1200℃まで昇温し、1時間の保持を行って炭素
化して、粉砕処理を行って、炭素粉末を作製した。この
場合の粒径は、平均粒径が10μmになるように調整
し、粒度分布測定は通常のレ−ザ回折法により行った。
【0091】このようにして1200℃までの昇温速度
を2℃/minとして作製したものの粉末を得た。
【0092】そして、実施の形態1と同様に、コイン型
電池を5個作製した。このようにして作製した5個の電
池の充放電容量と比表面積について、実施の形態1と同
様にして結果を得た。この結果を、以下の(表3)に示
す。
【0093】
【表3】
【0094】(表3)に示す結果によれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示している。そして、BE
T法による比表面積は20m2/g以下、CO2ガスを用
いた比表面積は200m2/g以下となっている。
【0095】(実施の形態7)本実施の形態では、フェ
ノール樹脂にエポキシ基を有する架橋材を添加したこと
以外は、実施の形態6と同様にして、コイン型電池を5
個作製した。
【0096】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、前述の(表3)に示す。
【0097】(表3)に示す結果によれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示している。そして、BE
T法による比表面積は20m2/g以下、CO2ガスを用
いた比表面積は200m2/g以下となっている。
【0098】従って、まず、実施の形態6及び実施の形
態7の結果から、400℃から700℃の範囲で熱処理
後、粉砕処理する行程を省略しても、炭素化までの昇温
温度を調節すれば、従来の容量値に対してきわめて高い
値を示し得ることがわかり、加えて架橋材を添加した場
合には、容量値がより向上することがわかる。
【0099】更に、昇温速度を2℃/minから20℃
/minの範囲内で変化させてみたところ、BET法に
よる比表面積が値が2から20m2/gの範囲に入り、
CO2ガスを用いた比表面積も200m2/g以上となっ
ている場合には、いずれにおいても確実に従来の容量値
に対して十分に高い値を示すことが確認された。そし
て、更に、少なくともBET法による比表面積が値が2
から20m2/gの範囲に入るか、CO2ガスを用いた比
表面積が200m2/g以上となっていれば、確実に従
来の容量値に対して同等かそれ以上の高い値を示すこと
が確認された。
【0100】よって、400℃から700℃の範囲で熱
処理後、粉砕処理する行程を省略しても、少なくともB
ET法による比表面積が2から20m2/gの範囲に入
っているか、CO2ガスを用いた比表面積が200m2
g以上となっていることが好適であり、更には、BET
法による比表面積が2から20m2/gの範囲に入り、
CO2ガスを用いた比表面積も200m2/g以上となっ
ていることがより好適である。
【0101】なお、ここにおいても粉砕後の平均粒径
は、10μmに限定されるものではなく、更に昇温速度
との組合せでこのような比表面積が実現できるものであ
ればよい。
【0102】(実施の形態8)本実施の形態では、ノボ
ラック型のフェノール樹脂に対して更にポリイミドを混
合した混合体を用いた。
【0103】この混合体は、以下のようにして作製し
た。まず、25μm厚のポリイミドフィルムを、あらか
じめ50μm以下に粉砕したものを、レソール型フェノ
ール樹脂の溶液と、混合比を1/0.5の条件で混合し
た。
【0104】次に、N2ガス雰囲気中で5℃/minの
昇温速度で1300℃まで昇温し、1時間の保持を行い
炭素化して、粉砕処理を行った。この場合の粒径は、平
均粒径が10μmになるように調整し、粒度分布測定は
通常のレ−ザ回折法により行った。
【0105】このようにして得た粉末を用いて、実施の
形態1と同様に、コイン型電池を5個作製した。
【0106】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、以下の(表4)に示す。
【0107】
【表4】
【0108】(表4)に示す結果によれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示している。一方で、BE
T法による比表面積は20m2/g以上であるが、CO2
ガスを用いた比表面積は200m2/g以上となってい
る。
【0109】(実施の形態9)本実施の形態では、フェ
ノール樹脂の溶液との混合比を1/1としたこと以外
は、実施の形態8と同様にして、コイン型電池を5個作
製した。
【0110】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、前述の(表4)に示す。
【0111】(表4)に示す結果によれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示している。一方で、BE
T法による比表面積は20m2/g以下、CO2ガスを用
いた比表面積は200m2/g以上となっている。
【0112】(実施の形態10)本実施の形態では、フ
ェノール樹脂の溶液との混合比を0.5/1としたこと
以外は、実施の形態8と同様にして、コイン型電池を5
個作製した。
【0113】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、前述の(表4)に示す。
【0114】(表4)に示す結果によれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示している。一方で、BE
T法による比表面積は20m2/g以下、CO2ガスを用
いた比表面積は200m2/g以上となっている。
【0115】従って、まず、実施の形態8から実施の形
態10の結果から、400℃から700℃の範囲で熱処
理後、粉砕処理する行程を省略しても、ポリイミドを混
合しし炭素化までの昇温温度を調節すれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示し得ることがわかる。
【0116】更に、昇温速度を2℃/minから20℃
/minの範囲内で変化させてみたところ、BET法に
よる比表面積が値が2から20m2/gの範囲に入り、
CO2ガスを用いた比表面積も200m2/g以上となっ
ている場合には、いずれにおいても確実に従来の容量値
に対して十分に高い値を示すことが確認された。そし
て、更に、少なくともBET法による比表面積が値が2
から20m2/gの範囲に入るか、CO2ガスを用いた比
表面積が200m2/g以上となっていれば、確実に従
来の容量値に対して同等かそれ以上の高い値を示すこと
が確認された。
【0117】よって、400℃から700℃の範囲で熱
処理後、粉砕処理する行程を省略しても、少なくともB
ET法による比表面積が2から20m2/gの範囲に入
っているか、CO2ガスを用いた比表面積が200m2
g以上となっていることが好適であり、更には、BET
法による比表面積が2から20m2/gの範囲に入り、
CO2ガスを用いた比表面積も200m2/g以上となっ
ていることがより好適である。
【0118】なお、ここにおいても粉砕後の平均粒径
は、10μmに限定されるものではなく、更に昇温速度
との組合せでこのような比表面積が実現できるものであ
ればよい。
【0119】(実施の形態11)本実施の形態では、ノ
ボラック型のフェノール樹脂に、エポキシ基を有する芳
香族エポキシ樹脂を重量比で0.2/1となるように混
合して、200℃で十分に硬化反応を行った後、400
℃から700℃での熱処理過程で熱分解ガスがゆっくり
放出するような昇温速度0.5℃/minで昇温した。
【0120】その後、5℃/minで昇温を行い、最高
温度1100℃の温度で、2時間の処理を行い炭素化し
て、粉砕処理を行った。この場合の粒径は、平均粒径が
10μmになるように調整し、粒度分布測定は通常のレ
−ザ回折法により行った。
【0121】このようにして得た粉末を用いて、実施の
形態1と同様に、コイン型電池を5個作製した。
【0122】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、以下の(表5)に示す。
【0123】
【表5】
【0124】(表5)に示す結果によれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示している。一方で、BE
T法による比表面積は20m2/g以下、CO2ガスを用
いた比表面積は200m2/g以上となっている。
【0125】(実施の形態12)本実施の形態では、エ
ポキシ基を有する芳香族エポキシ樹脂を、重量比で0.
5/1となるように混合したこと以外は、実施の形態1
1と同様にして、コイン型電池を5個作製した。
【0126】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、前述の(表5)に示す。
【0127】(表5)に示す結果によれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示している。一方で、BE
T法による比表面積は20m2/g以下、CO2ガスを用
いた比表面積は200m2/g以上となっている。
【0128】(実施の形態13)本実施の形態では、エ
ポキシ基を有する芳香族エポキシ樹脂を、重量比で1/
1となるように混合したこと以外は、実施の形態11と
同様にして、コイン型電池を5個作製した。
【0129】このようにして作製した5個の電池の充放
電容量と比表面積について、実施の形態1と同様にして
結果を得た。この結果を、前述の(表5)に示す。
【0130】(表5)に示す結果によれば、従来の容量
値に対してきわめて高い値を示している。一方で、BE
T法による比表面積は20m2/g以下、CO2ガスを用
いた比表面積は200m2/g以上となっている。
【0131】従って、まず、実施の形態11から実施の
形態13の結果から、400℃から700℃の範囲で熱
処理後、粉砕処理する行程を省略しても、エポキシ基を
有する芳香族エポキシ樹脂を混合し炭素化までの昇温温
度を調節すれば、従来の容量値に対してきわめて高い値
を示し得ることがわかり、加えて架橋材を添加した場合
には、容量値がより向上することがわかる。
【0132】更に、昇温速度を0.5℃/minから2
0℃/minの範囲内で変化させてみたところ、BET
法による比表面積が値が2から20m2/gの範囲に入
り、CO2ガスを用いた比表面積も200m2/g以上と
なっている場合には、いずれにおいても確実に従来の容
量値に対して十分に高い値を示すことが確認された。そ
して、更に、少なくともBET法による比表面積が値が
2から20m2/gの範囲に入るか、CO2ガスを用いた
比表面積が200m2/g以上となっていれば、確実に
従来の容量値に対して同等かそれ以上の高い値を示すこ
とが確認された。
【0133】よって、400℃から700℃の範囲で熱
処理後、粉砕処理する行程を省略しても、少なくともB
ET法による比表面積が2から20m2/gの範囲に入
っていることが好適であり、更には、BET法による比
表面積が2から20m2/gの範囲に入り、CO2ガスを
用いた比表面積も200m2/g以上となっていること
がより好適である。
【0134】なお、ここにおいても粉砕後の平均粒径
は、10μmに限定されるものではなく、更に昇温速度
との組合せでこのような比表面積が実現できるものであ
ればよい。
【0135】以上の実施の形態の構成は適宜組合せが可
能であることはもちろんであり、具体的には、熱処理の
400℃から700℃の温度範囲で得られた炭素材料の
粉砕処理、少なくとも熱処理の400℃から700℃の
温度範囲での昇温速度を制御、熱処理過程で3次元的架
橋反応が起こる高難黒鉛系材料である高分子材料の混
合、高分子材料への架橋材の添加、高分子材料へのエポ
キシ基を有する芳香族エポキシ樹脂の添加、等は、BE
T法による比表面積やCO2ガスを用いた比表面積が所
定範囲に維持できれば、適宜組み合わせて実施可能であ
る。
【0136】又、もちろんアルカリ金属イオンは、吸蔵
・放出が可能である限りリチウムイオンには限らず用い
ることができる。
【0137】又、用いる不活性ガスもN2ガスに限定さ
れるものでないことももちろんである。
【0138】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、選択さ
れた出発材料を炭素化する際に、ある特定の温度範囲で
の焼成条件を制御し、比表面積に注目しながら細孔制御
を行うことにより、充放電容量の大きい2次電池用の電
極や2次電池そのものを実際に提供することができる。
フロントページの続き (72)発明者 二梃木 克洋 神奈川県川崎市多摩区東三田3丁目10番1 号 松下技研株式会社内

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 熱処理過程で3次元的架橋反応が起こる
    高難黒鉛系材料である高分子材料を用意する行程と、前
    記高分子材料を1500℃以下の温度範囲で熱処理する
    ことにより炭素材料を得て2次電池用電極を形成する工
    程とを有し、前記熱処理の少なくとも400℃から70
    0℃の温度範囲で昇温速度を制御する2次電池用電極の
    製造方法。
  2. 【請求項2】 熱処理過程で3次元的架橋反応が起こる
    高難黒鉛系材料である高分子材料を用意する行程と、前
    記高分子材料を1500℃以下の温度範囲で熱処理する
    ことにより炭素材料を得て2次電池用電極を形成する工
    程とを有し、前記熱処理の400℃から700℃の温度
    範囲での熱処理条件は、前記炭素材料のBET法による
    比表面積が2m2/gから20m2/gの範囲となる条件
    である2次電池用電極の製造方法。
  3. 【請求項3】 熱処理過程で3次元的架橋反応が起こる
    高難黒鉛系材料である高分子材料を用意する行程と、前
    記高分子材料を1500℃以下の温度範囲で熱処理する
    ことにより炭素材料を得て2次電池用電極を形成する工
    程とを有し、前記熱処理の400℃から700℃の温度
    範囲での熱処理条件は、前記炭素材料のCO2ガスを用
    いた比表面積が200m2/g以上となる条件である2
    次電池用電極の製造方法。
  4. 【請求項4】 熱処理過程で3次元的架橋反応が起こる
    高難黒鉛系材料である高分子材料を用意する行程と、前
    記高分子材料を1500℃以下の温度範囲で熱処理する
    ことにより炭素材料を得て2次電池用電極を形成する工
    程とを有し、前記熱処理の400℃から700℃の温度
    範囲での熱処理条件は、前記炭素材料のBET法による
    比表面積が2m2/gから20m2/gの範囲となり、か
    つ前記炭素材料のCO2ガスを用いた比表面積が200
    2/g以上となる条件である2次電池用電極の製造方
    法。
  5. 【請求項5】 熱処理の400℃から700℃の温度範
    囲で得られた炭素材料を粉砕処理する請求項1から4の
    いずれかに記載の2次電池用電極の製造方法。
  6. 【請求項6】 少なくとも熱処理の400℃から700
    ℃の温度範囲で、昇温速度を制御する請求項1から5の
    いずれかに記載の2次電池用電極の製造方法。
  7. 【請求項7】 熱処理過程で3次元的架橋反応が起こる
    高難黒鉛系材料である高分子材料を混合して用いる請求
    項1から6のいずれかに記載の2次電池用電極の製造方
    法。
  8. 【請求項8】 高分子材料に、架橋材を添加する請求項
    1から7のいずれかに記載の2次電池用電極の製造方
    法。
  9. 【請求項9】 高分子材料に、エポキシ基を有する芳香
    族エポキシ樹脂を添加する請求項1から8のいずれかに
    記載の2次電池用電極の製造方法。
  10. 【請求項10】 熱処理の400℃から700℃の温度
    範囲では、不活性ガスを含む雰囲気を用いる請求項1か
    ら9のいずれかに記載の2次電池用電極の製造方法。
  11. 【請求項11】 熱処理過程で3次元的架橋反応が起こ
    る高難黒鉛系材料である高分子材料は、フェノール樹脂
    又はポリイミドである請求項1から10のいずれかに記
    載の2次電池用電極の製造方法。
  12. 【請求項12】 請求項1から11のいずれかに記載の
    2次電池用電極の製造方法で得られ、内部に制御された
    細孔又は構造的欠陥を有する2次電池用電極。
  13. 【請求項13】 アルカリ金属イオンを吸蔵・放出可能
    な請求項12記載の2次電池用電極。
  14. 【請求項14】 アルカリ金属はリチウムである請求項
    13記載の2次電池用電極。
  15. 【請求項15】 請求項12から14のいずれかに記載
    の2次電池用電極である一方の電極と、他方の電極と、
    前記一方の電極と他方の電極の間に配された電解質とを
    有する2次電池。
  16. 【請求項16】 請求項14記載の2次電池用電極であ
    る負極と、正極と、前記負極と正極の間に配されたリチ
    ウム化合物を含む電解質とを有する2次電池。
JP9162233A 1997-06-19 1997-06-19 2次電池用電極の製造方法及び2次電池用電極並びにそれを用いた2次電池 Pending JPH117946A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007084392A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Sumitomo Bakelite Co Ltd 炭素材の製造方法及び炭素材
JP2008030986A (ja) * 2006-07-28 2008-02-14 Sumitomo Bakelite Co Ltd 炭素材の製造方法及び炭素材
CN106450435A (zh) * 2016-12-08 2017-02-22 深圳市鑫永丰科技有限公司 一种三元锂离子电池及其制备方法

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007084392A (ja) * 2005-09-26 2007-04-05 Sumitomo Bakelite Co Ltd 炭素材の製造方法及び炭素材
JP2008030986A (ja) * 2006-07-28 2008-02-14 Sumitomo Bakelite Co Ltd 炭素材の製造方法及び炭素材
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