非水电解质二次电池负极用碳质材料的制造方法技术

本发明专利技术的目的在于提供一种制造方法，其中，以咖啡豆为原料，将碱金属如钾元素等或碱土类金属如钙元素等充分进行脱矿，稳定且高收率制造具有高纯度且可确保可靠性的非水电解质二次电池负极用碳质材料以及为获得碳质材料的中间体。用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料的原料组合物含有来源于L值为18.0以下的烘焙咖啡豆的有机物。用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料的原料组合物由来源于L值为19.0以下的烘焙咖啡豆的有机物构成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种非水电解质二次电池负极用碳质材料的制造方法以及所获得的非水电解质二次电池负极用碳质材料。
技术介绍
近年来，人们对环境问题日益关注，因此业内正在研究电动汽车上搭载能量密度高、输出特性优异的大型锂离子二次电池。用于手机及笔记本电脑等小型便携式设备时，单位体积的容量变得重要，所以一直以来主要使用密度较大的石墨材料作为负极活性物质。但是，使用车载用锂离子二次电池时，由于其体积大并且价格高，所以中途更换困难。因此，需要其至少具有与汽车相同的耐久性，能够实现10年以上的寿命性能(高耐久性)。使用石墨材料或者石墨构造发达的碳质材料时，会因重复进行锂的掺杂、去掺杂而造成结晶膨胀收缩，因此容易引起破坏，会导致重复充放电性能的劣化，因此不适合作为需要具有高循环耐久性的车载用锂离子二次电池的负极材料使用。与此相对，从锂的掺杂、去掺杂反应所造成粒子的膨胀收缩小，具有高循环耐久性的观点考虑，不可石墨化碳适合用于汽车用途(专利文献1)。过去，作为不可石墨化碳的碳源，沥青类、高分子化合物、以及植物类有机物等被研究过。沥青类中分为石油类和煤炭类，其中含有大量金属杂质，因此使用时必须将这些杂质除去。石油类范畴中包括有塔底油，该塔底油在由石脑油等物质制造乙烯的工序中纯化而获得，其杂质少，是优质的碳原料，但存在轻质成分多、碳化产率低的问题。这些沥青类物质具有通过热处理会生成易石墨化碳(焦炭等)的性质，要制造不可石墨化碳必须经过交联处理。由此，要将沥青类物质调制成不可石墨化碳需要多项工序。高分子化合物中，通过对酚醛树脂或呋喃树脂等热硬化性树脂进行热处理，也可以获得不可石墨化碳。然而，从合成用以获得高分子化合物的聚合物开始，就需要经过聚合、碳化等众多工序，制造成本高，作为必须低价且大量制造的大型电池用负极材料的制造方法而言，存在众多问题。相对于此，本专利技术者等发现，来源于植物有机物的碳源可进行大量活性物质的掺杂，因此有望用作为负极材料(专利文献2)。进而，当使用来源于植物的有机物，作为负极用碳质材料的碳源时，有机物原料中存在的钾元素或钙元素等灰分会对作为负极使用的碳质材料的掺杂以及去掺杂特性带来不良影响，因此通过脱矿处理(以下称为“液相脱矿”)，即对来源于植物的有机物进行酸洗来降低钾元素的含量的方法被提案(专利文献2及3)。另一方面，专利文献4中提出了使用未经过300℃以上热处理的废弃咖啡豆，用温水进行脱矿的方法。在使用未经高温热处理原料的该方法中，即使使用了粒径在1mm以上的原料，也可将钾的含量降低至0.1质量％以下，过滤性也得到改善。现有技术文献专利文献专利文献1：日本专利特开平8-64207号公报专利文献2：日本专利特开平9-161801号公报专利文献3：日本专利特开平10-21919号公报专利文献4：日本专利特开平2000-268823号公报专利技术概要专利技术拟解决的问题但是，与来源于合成原料的材料相比，以来源于植物的有机物为原料的碳质材料会因原料的不均一性等，存在质量难以稳定的倾向。此外，非水电解质二次电池的碳质材料要求放电容量始终较大，且不可逆容量始终较小的优异充放电特性，但与合成原料相比，以来源于植物的有机物为原料时，通过制造工序改质的方法受到限制，充放电特性等电池性能的改善幅度有限。此外还存在以下问题，即利用来源于植物的有机物生产碳质材料的情况下，其大部分会作为挥发性气体或焦油被除去，因此最终获得的碳质材料仅为少量。另一方面，对于由咖啡豆高效且大量生产上述有用的碳质材料的方法，目前尚未研讨过。进而，作为以咖啡豆为原料的碳质材料的负极活性物质，其特性尚有改善的余地，以往的改善方案偏向制造工艺的改良，作为原料的咖啡豆的差异对负极活性物质特性造成的影响，还尚未研讨过。本专利技术的一个目的在于提供一种技术，其能够获得以来源于植物的有机物为原料，并且充放电性能优异、质量稳定的非水电解质二次电池负极用碳质材料。本专利技术的另一个目的在于提供一种制造方法，其中以咖啡豆为原料，将碱金属如钾元素或碱土类金属如钙元素充分脱矿，稳定且高收率制造具有高纯度且可确保可靠性的非水电解质二次电池负极用碳质材料以及用来获得其的中间体。
技术实现思路
本专利技术者等发现，通过使用2种以上烘焙度不同的烘焙植物的混合物(掺合物)的提取残渣或2种以上烘焙度不同的烘焙植物的提取残渣的混合物(掺合物)，可使碳质材料的质量稳定化，进一步，与根据掺合比计算不掺合时的充放电特性所得出的数值相比，使用了在未分别掺合烘焙植物的提取残渣的情况下调制成的碳质材料时，非水电解质二次电池的充放电特性(放电容量和不可逆容量)的性能得到改善，并最终完成了本专利技术。此外，饮用的咖啡豆在实施通常烘焙时，根据烘焙的程度，咖啡豆受到的热处理各不相同。本专利技术者等发现咖啡豆的烘焙度对制造效率(收率)有较大影响，并最终完成本专利技术。因此，本专利技术涉及：[1]一种用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料的原料组合物，其含有来源于L值为18.0以下的烘焙咖啡豆的有机物；[2]根据[1]所述的用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料的原料组合物，其由来源于L值为19.0以下的烘焙咖啡豆的有机物构成：[3]一种用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料的原料组合物，其含有2种以上具有不同烘焙度的烘焙植物混合物的提取残渣或者2种以上具有不同烘焙度的烘焙植物的提取残渣的混合物；[4]根据[3]所述的原料组合物，其中所述烘焙植物为烘焙咖啡豆；[5]根据[4]所述的原料组合物，其中所述2种以上烘焙植物的混合物的L值为16以上19以下；[6]一种用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料中间体的制造方法，其含有将[1]至[5]中任一项所述的原料组合物进行脱矿的工序、以及将所述脱矿后的原料组合物在300℃以上1000℃以下进行脱焦油的工序；[7]根据[6]所述的用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料中间体的制造方法，其中所述脱矿使用酸性溶液进行；[8]根据[6]或[7]所述的用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料中间体的制造方法，其中进一步含有将实施所述脱矿后的原料组合物粉碎的工序；[9]一种中间体，其利用[6]至[8]中任一项所述的方法获得；[10]一种非水电解质二次电池负极用碳质材料的制造方法，其中，含有将按照[6]或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料的原料组合物，其中，含有来源于L值为18.0以下的烘焙咖啡豆的有机物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.09.06 JP 2012-196569;2012.09.06 JP 2012-196561.一种用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料的原料组合
物，其中，含有来源于L值为18.0以下的烘焙咖啡豆的有机物。
2.根据权利要求1所述的用来制造非水电解质二次电池负极用碳质
材料的原料组合物，其中，由来源于L值为19.0以下的烘焙咖啡豆的有
机物构成。
3.一种用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料的原料组合
物，其中，含有2种以上具有不同烘焙度的烘焙植物的混合物的提取残
渣或者2种以上具有不同烘焙度的烘焙植物的提取残渣的混合物。
4.根据权利要求3所述的原料组合物，其中，所述烘焙植物为烘焙
咖啡豆。
5.根据权利要求4所述的原料组合物，其中，所述2种以上烘焙植
物的混合物的L值为16以上19以下。
6.一种用来制造非水电解质二次电池负极用碳质材料的中间体的
制造方法，其中，含有将权利要求1至5中任一项所述的原料组合物进
行脱矿的工序、以及将所述脱矿后的原料组合物在300℃以上1000℃以
下进行脱焦油的工序。
7.根据权利要求6所述的用来制造非水电解质二次电池负极用碳质
材料的中间体的制造方法，其中，所述脱矿使用酸性溶液实施。
8.根据权利要求6或7所述的用来制造非水电解质二次电池负极...

【专利技术属性】
技术研发人员：小松真友，若穗围尚志，多田靖浩，园部直弘，长谷川和幸，
申请(专利权)人：株式会社吴羽，株式会社吴羽·电池·材料·日本，
类型：发明
国别省市：日本;JP