本发明专利技术提供了具有由碳骨架和孔隙形成的共连续多孔结构、并且具有大表面积，从而导电性、导热性等优异的电极材料。一种由多孔质碳材料形成电极材料，所述多孔质碳材料在具有碳骨架和孔隙分别呈连续结构的共连续结构部分的同时，由BET法计测的比表面积为1～4500m2/g、由BJH法计测的细孔容积为0.01～2.0cm3/g。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及锂离子电池、锂离子电容器等中使用的电极材料。
技术介绍
近年来，从关注可再生能量的蓄电系统的角度、电脑、照相机、手机等的发展的角度来看，电池电压高、具有高能量密度的锂离子电池、锂离子电容器等受到关注，已经对其进行了积极地研究开发。作为这些负极活性物质，由于能够吸藏和释放锂、不容易析出枝晶状锂、安全性高、显示较高容量、良好的循环特性等的理由，通常使用碳材料。而且，为了应对近年来负极的更高容量化的愿望，已经进行了各种研究，例如，为了通过增加电解质和负极活性物质的接触面积来降低电池内部电阻，增大充放电容量，实现高速率特性，而提出了与电解质的接触面积增大的多孔质碳材料(专利文献1)。另一方面，为了实现锂二次电池的高容量化，提出了使用Si、Sn、Al等单质金属、合金和其氧化物的方法。例如，由石墨构成的负极材料，理论容量372mAh/g是极限，而Si、Sn、Al等能够与锂合金化的负极材料、特别是Si的理论容量为4200mAh/g。因此认为，通过加入这些负极材料能够使容量大大增加。但是，这些负极材料存在以下问题：在充放电时伴有大幅的体积变化，所以会产生负极活性物质的破裂、脱落、负极的崩溃等，充放电的循环寿命变短。于是，面对前述问题，提出了通过在含有氧化硅和碳材料的负极材料内部形成孔隙来防止崩溃的方法(专利文献2)。孔隙是通过在碳化时使分散开的高分子挥发而形成的。现有技术文献专利文献专利文献1:日本特开2007-39289号公报专利文献2:日本特开2013-219059号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题但是，专利文献1中记载的电极材料即使是高表面积，也不能发挥充分的性能。作为其理由可以认为是，由于孔没有连通，所以锂离子到达有用的表面变慢或不能到达等，由于这些理由所以不能充分利用电极材料的表面。进而、至于能够高容量化、能够与锂合金化的金属与碳材料的复合电极，在专利文献2记载的负极材料中，不能充分抑制体积膨胀造成的负极的崩溃。作为其理由依旧可以认为是，形成的孔隙没有连通的缘故。本专利技术，对于利用多孔质碳材料的电极材料，通过提高电解质向活性物质表面的接近性，能够有效利用活性物质表面，提供特别适合于锂离子电池、锂离子电容器的电极材料。此外，本专利技术此外在电极材料含有金属等的情况，提供能够有效吸收伴随充放电发生的膨胀收缩的电极材料。解决课题的手段本专利技术人关注到了，为了在能够与锂合金化的金属与碳材料的复合电极中有效吸收伴随充放电而发生的膨胀收缩，不仅要设置孔隙(孔)，而且还要控制孔的结构、孔的容积，对此进行了反复深入研究，从而完成本专利技术。本专利技术是一种电极材料，由具有碳骨架和孔隙分别呈连续结构的共连续结构部分、并且BET法计测的比表面积为1～4500m2/g、由BJH法计测的细孔容积为0.01～2.0cm3/g的多孔质碳材料形成。专利技术效果本专利技术的电极材料通过具有共连续结构部分、作为碳骨架以外的部分的孔隙也呈连续结构，这使得电解质能够快速移动，使电解质与活性物质的实效接触面积增加，发挥高充放电特性。此外，通过使碳骨架连续，能够提高导电性。而且，通过使呈连续结构的碳骨架彼此支撑结构体、进而通过作为碳骨架以外的部分的孔隙也呈连续结构的效果，即使对压缩等的变形也具有耐性。附图说明图1是实施例1中的多孔质碳材料的扫描电镜照片。具体实施方式＜电极材料＞本专利技术中所称的电极材料是指作为以锂离子作为电传导物质的蓄电装置的电极使用的、能够吸藏释放锂离子的材料。作为现在一直研究的这种蓄电装置，可以列举出锂离子电池和锂离子电容器，本专利技术的电极材料能够作为这些电极材料、特别是负极材料使用。本专利技术的电极材料含有多孔质碳材料。这里、本专利技术的电极材料包括仅由多孔质碳材料形成的电极材料，还包括由多孔质碳材料和能够可逆性地吸藏释放锂金属的金属复合化而成的电极材料。即、电极材料，前者是多孔质碳材料本身，此外后者是多孔质碳材料与金属的复合材料。〔多孔质碳材料〕本专利技术中，碳材料是指主要由将后述的能碳化的树脂烧成得到的碳构成的材料，优选例示难石墨化碳(硬碳)、易石墨化碳(软碳)。其中，由于碳面没有定向、输入输出性能优异，所以本专利技术优选使用由难石墨化碳构成的碳材料。难石墨化碳，由于是比石墨等结晶性碳取向性低的碳材料，所以能够容易地将细孔的比表面积调整到本专利技术的范围。此外，特别是在比表面积为1m2/g以上、优选10m2/g以上那样大时，具有与石墨相比、不容易产生由电解质分解造成性能降低的优点。再者，关于碳材料的原料等，在对制造方法的记载中有具体记载。本专利技术的电极材料中使用的多孔质碳材料(下面为了方便，有时也称作“本专利技术的多孔质碳材料”或简称为“多孔质碳材料”。)，具有碳骨架和孔隙分别呈连续结构的共连续结构部分。即、例如将在液氮中充分冷却了的试样通过小钳子等切断，用扫描电镜(SEM)等对截面进行表面观察，此时，碳骨架和作为该骨架以外的部分而形成的孔隙呈所谓的共连续结构，具体如图1的实施例1的多孔质碳材料的扫描电镜照片所例示那样，作为观察到的部分具有沿着深度方向碳骨架和孔隙分别连续的结构。本专利技术的多孔质碳材料，通过向共连续结构部分的孔隙填充和/或流入电解液，能够发挥电解质的快速移动特性。此外通过使碳骨架连续，能够提供导电性和导热性变高、电阻低、损失少的电极材料。此外能够使热快速地与体系外进行交换，保持较高的温度均匀性。而且通过碳骨架部分彼此支撑结构体的效果，成为即使对于拉伸、压缩等变形也耐性大的材料。作为这些共连续结构，可以列举出格子状、整块状。没有特殊限定，但从能够发挥前述效果方面考虑，优选整块状。本专利技术中所谓的整块状是指在共连续结构中碳骨架形成三维立体网状结构的形态，可以分成：各个粒子凝聚·连结而成的结构，和相反地，通过除去凝聚·连结了的模板粒子，由所生成的孔隙和其周围的骨架形成的结构那样的不规则结构。此外，共连续结构部分的结构周期优选为0.002μm～3μm。本专利技术中、结构周期是指，对本专利技术的多孔质碳材料试样通过X射线散射法照射波长λ的X射线，通过散射强度峰的极大值所对应的散射角度θ根据下述式算出的值。在结构周期大于1μm、不能观察到X射线的散射强度峰时，通过X射线CT法对多孔质碳材料的共连续结构部分进行三维撮影、进行傅里叶变换而得到谱图，同样地算出结构周期。即本专利技术中所谓的谱图是指通过X射线散射法得到的、或根据X射线CT法经傅里叶变换得到的显示1维的散射角度和散射强度之间的关系的数据。L＝λ/(2sinθ)结构周期：L。λ：入射X射线的波长。θ：散射强度峰的极大值所对应的散射角度。共连续结构部分的结构周期为0.002μm以上时，不仅电解液向孔隙部填充和/或流入变得容易，而且碳骨架带来的导电性、导热性的提高变得显著。此外在呈后述的含有金属的形态时，能够有效吸收伴随充放电而发生的膨胀收缩。结构周期更优选为0.01μm以上、进而优选0.1μm以上。此外，结构周期为3μm以下时，容易得到高表面积、物性。结构周期更优选2μm以下、进而优选1μm以下。再者，在通过X射线进行结构周期的解析时，对于不具有共连续结构的部分，由于结构周期在前述范围外，所以不影响解析。因此将前述式算出的结构周期作为共连续结构形成部的结构周期。此外，共连续结构部分，平均孔隙本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电极材料，含有多孔质碳材料，所述多孔质碳材料具有碳骨架和孔隙分别呈连续结构的共连续结构部分，并且由BET法计测的比表面积为1～4500m2/g，由BJH法计测的细孔容积为0.01～2.0cm3/g。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.15 JP 2014-1447901.一种电极材料，含有多孔质碳材料，所述多孔质碳材料具有碳骨架和孔隙分别呈连续结构的共连续结构部分，并且由BET法计测的比表面积为1～4500m2/g，由BJH法计测的细孔容积为0.01～2.0cm3/g。2.如权利要求1所述的电极材料，所述多孔质碳材料的共连续结构部分的结构周期为0.002μm～3μm。3.如权利要求1或2所述的电极材料，所述多孔质碳材料的、由MP法计测的细孔容积Vm与由BJH法计测的细孔容积Vb之比即Vm/Vb为1.0以下。4.如权利要求1～3的任一项所述的电极材料，所述多孔质碳材料主要以聚丙烯腈作为原料。5.一种电极材料，...
【专利技术属性】
技术研发人员：三原崇晃，田中健太郎，竹内康作，堀口智之，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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