JPH1197017A - 電極用炭材の製造方法 - Google Patents

電極用炭材の製造方法

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JPH1197017A
JPH1197017A JP9259504A JP25950497A JPH1197017A JP H1197017 A JPH1197017 A JP H1197017A JP 9259504 A JP9259504 A JP 9259504A JP 25950497 A JP25950497 A JP 25950497A JP H1197017 A JPH1197017 A JP H1197017A
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JP
Japan
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carbonaceous
carbonaceous material
volatile
flow
gas
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JP9259504A
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English (en)
Inventor
Shingo Toki
信吾 十亀
Taiichi Kuroiwa
泰一 黒岩
Satoshi Shiraishi
聡 白石
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Mitsubishi Chemical Corp
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Mitsubishi Chemical Corp
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

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  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)
  • Tunnel Furnaces (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 揮発性の炭素質成分を含む炭素質材料から電
極用炭材を生産性良く製造する。 【解決手段】 発熱体と被加熱物の通路とが遮蔽体で隔
離されているトンネル炉内に、出口から入口に向かう不
活性ガスの流れを形成し、この流れの中を揮発性の炭素
質成分を含む炭素質材料を入口から出口に向けて移動さ
せつつ加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は揮発性の炭素質成分
を含む炭素質材料から、加熱により揮発性の炭素質成分
を除去して、電極用炭材、特に二次電池の電極用炭材を
製造する方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】二次電池の電極として炭素材を用いるこ
とは公知である。例えば非水溶液を電解液とするリチウ
ムイオン二次電池では、黒鉛を電極とすることが知られ
ている。黒鉛を電極とするリチウムイオン二次電池で
は、充放電に際しリチウムイオンが黒鉛の層間に出入す
ると考えられている。従ってリチウムイオンが出入し易
いように、黒鉛は微粉砕して小粒径のものとして用いる
のが好ましい。しかし黒鉛の破断面(=端面)は化学的
に活性が高いので、微粉砕した黒鉛をそのまま電極とし
て用いると、電解液が分解される可能性がある。微粉砕
した黒鉛の化学的活性を低下させる一方法として、黒鉛
に粘稠な液状の炭素質材料を配合して混練し、混練物を
高温に加熱して配合した液状の炭素質材料から揮発性の
炭素質成分を除去すると共に残渣を炭化させ、黒鉛破断
面をこの炭化物で被覆する方法がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来、揮発性の炭素質
成分を含む炭素質材料を加熱して、揮発性の炭素質成分
を含まない炭素製品を製造するには、主として回分式の
加熱炉が用いられている。しかし生産性を高めるには、
トンネル炉を用いる連続方式によるのが好ましい。特に
リチウムイオン二次電池の電極用炭材の場合には、黒鉛
と粘稠な液状の炭素質材料との混練物を開放容器に収容
して加熱し、しかも加熱所要時間は比較的短時間なの
で、プッシャー、ベルトコンベア、ローラーコンベアな
どの被加熱物の移送手段を備えたトンネル炉を用いて連
続的に製造するのが有利である。
【0004】トンネル炉を用いて電極用炭材を製造する
場合の問題点の一つは、加熱過程、特に炉内に装入され
た混練物が高温の雰囲気に遭遇して急激に加熱される過
程で、大量の炭素質成分のガスが発生することである。
このガスは熱重合性の成分を多量に含んでおり、高温の
物体、例えば炉の発熱体に接触すると、凝縮物を形成し
て発熱体を汚染する。この汚染が進行すると、発熱体に
凝縮物やその炭化物が蓄積して温度制御が困難となり、
かつ発熱体の寿命が短くなる。
【0005】また、発熱体上のこれらの炭化物などが剥
離して混練物中に混入すると、得られる電極用炭材の特
性を大きく悪化させる。本発明はトンネルを用いて電極
用炭材を製造する際の、この問題を解決する方法を提供
しようとするものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、発熱体
と被加熱物の通路とが熱良導体製の遮蔽体で隔離されて
いるトンネル炉内に、出口から入口に向うガスの流れを
形成し、この流れの中を、揮発性の炭素質成分を含む炭
素質材料から成る被加熱物を入口から出口に向けて移動
させつつ加熱して揮発性の炭素質成分を除去することに
より、高品質の電極用炭材を製造することができる。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明について更に詳細に説明す
ると、本発明で用いるトンネル炉は、内部に発熱体と被
加熱物の通路とを隔離する熱良導体製の遮蔽体を有して
いる。従って被加熱物である炭素質材料から発生した揮
発性の炭素質成分は発熱体に到達しないので、発熱体の
汚染が防止できる。図1は、このようなプッシャー式ト
ンネル炉の1例の横断面の模式図であり、1は炉壁を構
成する断熱材、2は炉壁に取付けられている発熱体であ
り、通常は温度制御が容易な点で電熱器が用いられる。
3は被加熱物である炭素質材料が収容されている上面が
開放された容器である。4は遮蔽体の一部をなす容器の
滑動面であり、金属板のような熱伝導性が良くかつ容器
3が滑動し易い材料で構成されている。5は滑動面に設
けられた溝であり、容器3が滑動面を滑動する際に発生
する微粉などを落下させ、容器の滑動に支障が生じない
ようにするためのものである。6も遮蔽体の一部であ
り、同じく金属板のような熱伝導性の良い材料で構成さ
れている。7は滑動面の支持体である。遮蔽体6の上面
は図示のように円形、楕円形などの孤状に形成するのが
好ましい。炭素質材料から発生した揮発性の炭素質成分
のガスは、遮蔽体6に接触して凝縮しタール状物を形成
するが、遮蔽体が孤状であるとこのタール状物が遮蔽体
面に沿って流下し易いので、タール状物が液滴となって
炭素質材料上に落下するのを防止することができる。遮
蔽体は炭素質材料から発生したガスが、発熱体に到達す
るのを実質的に阻止する程度の気密性を備えていればよ
く、完全な気密性までは要求されない。例えば金属板製
の遮蔽体であれば、部材の接合部は一応の気密性を有し
ていればよい。遮蔽体がタール状物で汚染された場合に
は、炉内への炭素質材料の装入を一時停止し、炉内に空
気を吹込んでタール状物を燃焼させることにより、容易
に汚染を除去することができる。
【0008】本発明では、揮発性の炭素質成分を含む炭
素質材料とこのような成分を実質的に含まない炭素質材
料との混練物のような、全体として揮発性の炭素質成分
を相当量含む炭素質材料を原料とする。その代表的なも
のの一つは、リチウムイオン二次電池の電極用炭材を製
造するための、黒鉛と揮発性の炭素質成分を含む粘稠な
液状炭素質材料との混練物である。黒鉛としては、人造
黒鉛及び天然黒鉛のいずれをも用いることができるが、
人造黒鉛を用いるのが好ましい。黒鉛は微粉砕、通常は
粒径50μm以下に微粉砕して用いる。好ましくは10
〜40μm、特に15〜30μmに粉砕したものを用い
る。黒鉛に配合する粘稠な液状炭素質材料としては、コ
ールタール、原油、ナフサ分解油などの蒸留残渣のよう
な、加熱により大部分は蒸発するが、一部は残留して炭
化物を形成するものが用いられる。好ましくは黒鉛との
混練物として加熱したときに、70〜90重量%、特に
75〜85重量%が気化するような液状炭素質材料を用
いるのが好ましい。また黒鉛に対するこの液状炭素質材
料の配合量は、100重量部の黒鉛から103〜110
重量部の実質的に揮発性の炭素質成分を含まない電極用
炭材が得られる量であるのが好ましい。液状炭素質材料
から生成する炭化物は、リチウムイオン二次電池の電極
としては作用しないと考えられるので、黒鉛の破断面の
活性低下という目的を満足する限度で、できるだけ少な
い方が好ましいと考えられる。黒鉛と液状炭素質材料と
は十分に混練して、均一な混練物として容器に収容し、
トンネル炉に装入する。
【0009】トンネル炉の温度分布は、入口付近は相対
的に低温とし、漸次昇温して最高温度に到達するように
設定する。混練物からの揮発性の炭素質成分の蒸発は約
500〜700℃の温度で最も多く、漸次減少して90
0℃程度でほぼ終了する。従って、この間を遮蔽体のあ
るトンネル炉を用いて加熱すればよい。加熱して揮発性
の炭素質成分を除去した混練物は、更に高温、通常は1
200〜1300℃まで加熱して、一酸化炭素、二酸化
炭素、水素などの炭化物の分解により生ずるガスを放出
させ、所定の炭化度の電極用炭材とする。
【0010】トンネル炉には窒素ガスのような不活性ガ
スを供給して、出口から入口に向う不活性ガスの流れを
形成させ、この流れの中で混練物の加熱を行う。混練物
から発生したガスは、直ちにこの流れに乗って入口側、
すなわち低温側に移動する。従って混練物の上方に発生
したガスが滞留してガスの発生が阻害されたり、発生し
たガスが熱重合して再び混練物上に降下したり、更には
発生したガスが高温側に流れて高温物体の表面で凝縮、
炭化したりするのを防止することができる。炉内からの
ガスの抜出口は入口ないしはその近傍の400℃以下、
特に300℃以下の部分に設けるのが好ましい。高温の
部分にガス抜出口を設けると、ガス中の炭素質成分が抜
出口で凝縮して抜出口が閉塞しやすい。
【0011】本発明方法によりリチウムイオン二次電池
の電極用炭材を製造する1例を示すと、粒径20〜30
μmに微粉砕した黒鉛に、粘稠な液状炭素質材料を約
3:1(重量比)で配合して十分に混練する。この混練
物を上面が開放された容器に約60mmの厚さとなるよ
うに詰めて、図1のトンネル炉に装入する。トンネル炉
は入口近傍を除き、発熱体がいくつかの温度帯域に分け
て設置されている。炉内の雰囲気温度は、最初の発熱体
の部分で約500℃であり、漸次上昇して炉長の大部分
は700〜800℃に維持されている。しかし混練物か
らのガスの発生が最も多いのは約650℃程度までの帯
域である。炉の出口側からは装入される混練物1kg当
り0.3〜1.5Nm3 の窒素ガスを供給して出口から
入口に向うガスの流れを形成し、かつ炉内を若干の加圧
状態に維持する。炉内のガスは入口近傍の約200〜3
00℃の部分から抜出す。このようにして揮発性の炭素
質成分を除去した混練物は、次いで別のトンネル炉に装
入し、同じく不活性ガスの流通下に1200〜1300
℃に加熱して、炭化物の分解により生ずる一酸化炭素、
二酸化炭素、水素などの軽質ガスを除去し、電極用炭材
とする。
【0012】本発明によれば遮蔽体で被加熱物である炭
素質材料と発熱体とが隔離されていて、炭素質材料から
発生するガスにより発熱体が汚染されないようになって
いるトンネル炉を用い、且つ出口から入口に向う不活性
ガスの流れの中で加熱を行うので、炭素質材料から発生
するガスの凝縮物や重合物、更にはこれらが炭化した炭
化物など、炭化度が進行しても電極用炭材として機能し
ない成分が炭素質材料に混入し、得られる電極用炭材の
特性が低下するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で用いるトンネル炉の1例の横断面の要
部を模式的に示す図である。
【符号の説明】
1 断熱材(炉壁) 2 発熱体 3 混練物を収容した容器 4 容器の滑動面(遮蔽体) 5 溝 6 遮蔽体 7 滑動面の支持体

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 発熱体と被加熱物の通路とを有し、且つ
    両者が熱良導体製の遮蔽体で隔離されているトンネル炉
    内に、出口から入口に向う不活性ガスの流れを形成し、
    且つこの流れの中を、揮発性の炭素質成分を含む炭素質
    材料から成る被加熱物を入口から出口に向けて、移動さ
    せつつ加熱することにより、炭素質材料から揮発性成分
    を除去することを特徴とする、電極用炭材の製造方法。
  2. 【請求項2】 遮蔽体の上部が横断面で孤状となるよう
    に形成されていることを特徴とする請求項1記載の電極
    用炭材の製造方法。
  3. 【請求項3】 炭素質材料が、揮発性の炭素質成分を含
    む炭素質材料と揮発性の炭素質成分を実質的に含まない
    炭素質材料との混練物であることを特徴とする請求項1
    又は2記載の電極用炭材の製造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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