JPS62154461A

JPS62154461A - 電極材用活性炭素繊維

Info

Publication number: JPS62154461A
Application number: JP60292082A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Ogawa; 博靖小川; Kenji Shimazaki; 賢司島崎; Atsuya Tanaka; 淳哉田中
Original assignee: Toho Rayon Co Ltd
Current assignee: Teijin Ltd
Priority date: 1985-12-26
Filing date: 1985-12-26
Publication date: 1987-07-09
Also published as: JPH043065B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、電極材用活性炭素繊維、とりわけ、電解質を
溶解させた有機溶媒溶液を電解液とする電気化学二次電
池（以下「非水二次電池Ｊと呼ぶ。）の電極材用活性炭
素繊維に関する。このものは、待に細孔分布、灰分量、
ナトリウム、及びカリウムの含有量を調整することによ
り、・充放電効率が高く、かつ、自己放電の小さな電池
を可能とする電極材用に使用されるものである。

（従来技術とその問題点）従来、非水二次電池用の電極材としては、ポリアセチレ
ン又は、一般の活性炭や、活性炭素繊維が使用されてき
た。これらのうち、ポリアセチレンは、工業的規模の生
産が困難である。

−　また、一般の活性炭又は、一般の活性炭素繊維は、
それらの細孔直径の分布が、広いものが多く、さらに、
灰分、特にナトリウム、カリウムなどの含有量が大きい
。直径が３０′Å以上の細孔が多いこれらの活性炭又は
、これらの活性炭素ＡＩ維を使用して非水二次電池を組
んだ場合、これらの電池は、自己放電の大きいものとな
る。

また、直径が１７Å以下の細孔は、充電時には、電解質
のイオンが入ってこれるが、放電時にはこれらのイオン
の放出を防げるために電池の充放電効率を低下させる要
因となる。一方、これらの一般の活性炭及び活性炭素繊
維中の灰分くすなわち、不揮発性の塩類）は、電池作製
時にそれぞれ電解液に溶出し、充放電時にそれぞれの塩
類に含まれる陽イオン、陰イオン特有の酸化還元電位の
附近で酸化又は還元する。このために、充放電効率は低
下する。ここで特にナトリウム、カリウムの両イオンは
、電解液中に溶出しやすいために有害である。

（発明の目的）本発明は、電解質を溶かした有機溶媒溶液を電解液とす
る電池において、高充放電効率及び自己放電の小さいこ
とを可能とする電極材用活性炭ｉｍＨを提供することを
目的とする。

（発明の構成）本発明は、細孔容積が０．７〜１．５ＣＧ／ｇで、細孔
直径３０Å以上又は同１７Å以下の細孔の容積が細孔容
積全体に対してそれぞれ３０％以下であり、灰分量が０
．２％以下で、がっ、ナトリウム又はカリウムの含有量
がそれぞれ２０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下であること
を特徴とする電極材用活性炭素繊維である。

以上のような活性炭素繊維は例えば、次のようにして１
りられる。

すなわら、レーヨン、ポリアクリロニトリル繊維などか
ら作った酸化繊維、ピッチから作った不溶化ｔｉｕｔｔ
及びフェノール繊維などの炭化可能な繊維を、直接又は
、６００℃〜１３００℃の不活性ガス下で炭化を進めた
後、６００℃〜１２００℃の炭酸ガスや水蒸気などや、
又はこれらの酸化性ガスを含むガス中で賦活する。ここ
では、得られる活性炭素繊維の直径３０Å以上の細孔の
容積が全細孔容積の２０％を越えないように、賦活時間
又は賦活温度を加減する。

このようにして得られた活性炭素繊維は、その細孔直径
１７Å以下の細孔が多く、また、灰分（ナトリウム、カ
リウムを含む）が多い。

ここで、上記の活性炭ＩＡｍＮを酸洗浄し、灰分（ナト
ラム、カリウムを含む）を除去する。

このとき、灰分量が０．２％以下、ナトリウムが２０ｐ
ｐｍ以下、カリウムが１０ｐｐｍ以下になるように条件
を調整する。

次に、このような灰分の少ない活性炭素繊維を、７ｏｏ
〜１０５０’Ｃの不活性ガス中で熱処理する。

この熱処理により、直径１７Å以下の細孔は減少する。

本発明で使用する原料繊維としては、炭化可能なもので
あれば制限はないが、灰分量及び斌活後の細孔直径の分
布の状態からピッチ系繊維が特に有利である。原料ｌｌ
１Ｉ＆は、トウ、スライバー、ヤーンなどの紐、糸状で
も布、フェルト、マットなどのシート状の形に加工され
ていてもさしつかえない。また、本発明の活性炭素ＩＩ
Ｎにする過程において、又は最後の段階でこのような形
状に加工してもかまわない。

本発明における活性炭素繊維の細孔直径及び細孔容積は
、常圧下の液体窒素の沸点における吸着側の窒素ガス吸
着等温線を用いて、クランストン・インクレー（Ｃｒａ
ｎｓｔｏｎ−１ｎｋｌｅｙ　）の計篩法を用いて求めた
。

また、本発明における活性炭素！ＩＮの灰分■は活性炭
素繊維を空気中７００’Ｃで２４時間焼き、その残渣の
ｆｆ１ｆｆｉより求めた。また、ナトリウム、カリウム
の伍はこの残渣から原子吸着法で求めた。

電池の電極材としての性能は以下の方法で求めた。

過塩素酸リチウムープロピレンカーボネート溶液を電解
液、金属リチウムを陰極、０，１ｇの活性炭素繊維を陽
極としてアルゴンボックス中−で第１図のようなリチウ
ム電池を組んだ。

次に、この電池を充Ｔ！電圧が４．２Ｖになるまで１７
１７Ａで定電流充電し、その後１ｍＡで定電流放電を行
った。このような充放電を３回行って１−ジンクした後
、再び充電電圧が４．２ｖになるまで１ｍＡで定電流充
電した。このときの充電時間をＴＣとする。この後、た
だちに１ｍＡで定電流放電を電圧が３．３ｖになるまで
行った。このときの放電時間をＴｄとする。この後、再
び、１７Ａで、充電電圧が４．２■になるまで１７１Ａ
で定電流充電した。

３０日侵、この電池を１ｍＡで電圧が３．３ｖになるま
で定電流放電を行った。このときの充電時間をＴｄｍと
する。

このときの電池の放充電効率Ｅは、Ｅ＝Ｔｄ　−７−Ｔｃ　ｘ　　１００で求め、また、自己放電率Ｓｄ　　（％）はＳｄ　＝Ｔ
ｄｎ＋−４−Ｔｄ　Ｘ　　１００で求めた。

（実施例及び比較例）窒素ガス中、７０００℃で焼成を行ったピッチ系炭素繊
維よりなるフェルトを９２０℃水蒸気下で１５分間賦活
を行った。（ここで１ｑられたものをフェルトＡとする
。）フェルトＡを塩酸溶液（４％）で３０分間煮沸し、
フェルトＢを得た。

このフェルトＢを１０００℃窒素中で熱処理（１０分間
）し、フェルトＣを得た。（フェルトＣは本発明〉一方、フェルトＡで行った賦活の時間より長めに９２０
℃水急気中で賦活を行った。（２０分間）このフェルト
をフェルトＣと同様に酸処理、１０００℃窒素処理を行
って、フェルトＤを１５？た。

また、フェルＩ−Ｂを酸処理を行なわずに１０００℃窒
素処理を行いフェル１〜［を１！また。

第１表にフェルトＢ、Ｃ，Ｄ、Ｅの総組孔容積、またそ
れに対する直径３０Å以上の細孔による容積の割合、直
径１７Å以下の細孔による容積の割合、灰分ω、ナトリ
ウム及びカリウムのｍこれらのフェルトＢ、Ｃ，Ｄ、Ｅ
を各々０．１９使用し、リチウム二次電池を作り、それ
らの電池の、充放電効率、自己放電率を求めた。これら
の′Ｒ池の充放電効率、自己放電率をフェルトＣから作
った電池の充放電効率及び自己放電率を各々　１００と
した比率で示したのが第２表である。

第２表この表から明らかなように、本発明にかかる電極材は、
それを使用した電池を充放電効率の高く、かつ自己放電
率の高い極めて優れた二次電池とすることがわかる。

本発明の具体例について説明したが、本発明はそれらの
例に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は活性炭素繊維の評価用リチウム二次電池を示す
。

Claims

【特許請求の範囲】

細孔容積が０．７〜１．５ｃｃ／ｇで、細孔直径３０Å
以上又は同１７Å以下の細孔の容積が細孔容積全体に対
してそれぞれ３０％以下であり、灰分量が０．２％以下
で、かつ、ナトリウム又はカリウムの含有量がそれぞれ
２０ｐｐｍ以下、１０ｐｐｍ以下であることを特徴とす
る電極材用活性炭素繊維。