锂离子二次电池负极材料用的原料炭组合物制造技术

提供对达成优异的高速充放电特性有用的锂离子二次电池负极材料用的原料炭组合物。提供对原料油组合物进行焦化处理而形成的原料炭组合物，所述原料油组合物是将温度为15℃时的密度为0.96～1.05g/cm3、芳香碳分率(fa)为0.40～0.65的范围的原料油(1)和利用薄层色谱分析法展开而得到的饱和成分为40～80质量％的原料油(2)以原料油(1)相对于上述原料油(1)和上述原料油(2)的总和的比率为55～80容积％的方式混合而得到的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及作为锂离子二次电池的负极材料的原料的原料炭组合物。
技术介绍
锂离子二次电池与作为以往的二次电池的镍镉电池、镍氢电池、铅电池相比，重量轻且具有高输入输出特性，因而近年来作为电动汽车、混合动力车用的电源而受到期待。构成锂离子二次电池的电极的活性物质使用碳材料，为了提高锂离子二次电池的性能，迄今为止对于碳材料做了种种研究(例如，参照专利文献1、2)。用作锂离子二次电池的负极材料的碳材料一般大致分为石墨类和非晶质类。石墨类碳材料与非晶质类碳材料相比，有每单位体积的能量密度高的优点。因此，在要求既小型又有大的充电放电容量的便携电话、笔记本电脑用的锂离子二次电池中，一般使用石墨类碳材料作为负极材料。石墨具有碳原子的六角网面有规则地层叠的结构，充放电时在六角网面的边缘部进行锂离子的插入脱离反应。 _4] 现有技术文献 _5] 专利文献专利文献I :特许第3056519号公报专利文献2 :特公平4-24831号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题但是，在将石墨类碳材料用作锂离子二次电池的负极材料的情况下，要应用于如上所述能够提高每单位体积的能量密度的混合动力车等汽车领域，还须在高速充放电特性、特别是高速充电特性方面加以改善。能够想到其主要原因是，石墨类碳材料结晶性高， 所以在将其用于锂离子二次电池的负极的情况下，碳层中的锂离子的扩散被限制。本专利技术是鉴于这样的实际情况而完成的，目的在于提供对达成锂离子二次电池的优异的高速充放电特性有用的锂离子二次电池负极材料用原料炭组合物。用于解决问题的方案为制造充放电容量大且高速充电放电特性优异的锂离子二次电池，需要使得用作负极材料的碳材料的结晶结构极其发展，并且溶剂和锂离子的扩散路径以排列许多的方式形成在其碳层内。即，需要碳层面的发展和更多秩序性高的碳边缘面的形成。本专利技术的专利技术人对于具备优异的结晶结构的碳材料，着眼于结晶结构的生成机理而进行了研究。例如针状焦是经过对重质油进行高温处理从而发生热分解和聚缩反应而生成被称为中间相的液晶球体，它们合并而作为中间生成物生成被称为整体中间相的大的液晶的过程而制造的。本专利技术的专利技术人对于用于碳材料的制造的原料油组合物和原料炭组合物给予结晶结构的影响进行了广泛的研究。研究的结果是，本专利技术的专利技术人得知，为得到满足上述要求性能的锂离子二次电池,使用将生成良好的整体中间相的重质油和能够产生对在该整体中间相聚缩而碳化和固化时在碳层内形成锂离子的扩散路径有贡献的气体的重质油混合了的具有特定的组合的原料油组合物来进行焦化处理是有效的。本专利技术的专利技术人基于该见解完成了下面的专利技术。本专利技术提供对原料油组合物进行焦化处理而形成的锂离子二次电池的负极用碳材料的原料炭组合物，上述原料油组合物是将温度15°C时的密度为O. 96 I. 05g/cm3、芳香碳分率(fa)为O. 40 O. 65的范围的原料油(I)和利用薄层色谱分析法展开而得到的饱和成分为40 80质量％的原料油(2)以原料油(I)相对于上述原料油(I)和上述原料油(2)的总和的比率为55 80容积％的方式混合而得到的。另外，本专利技术提供具备由该原料炭组合物得到的碳材料负极构件的锂离子二次电池。将由上述组合的原料炭组合物得到的碳材料用作负极的锂离子二次电池能够达成优异的高速充放电特性。推测其主要原因在于，在原料油组合物的焦化过程中的热分解以及聚缩反应中，生成良好的中间相并且在其整体化和固化时产生适量的气体，从而锂离子的扩散路径在碳层内充分发展。专利技术效果根据本专利技术，可提供对达成锂离子二次电池的优异的高速充放电特性有用的锂离子二次电池负极材料用原料炭组合物。具体实施方式原料油(I)在温度为15°C时的密度为O. 96 I. 05g/cm3，更优选O. 94 I. 04g/ cm3。若不足O. 96g/cm3，则来自原料油组合物的焦炭的收获率变得极低，工业上不优选。若密度超过I. 05g/cm3，则有引起急剧的焦化、诱发在加热炉炉管等处的闭塞的倾向，运转上不优选。另外，若偏离该范畴，则中间相生长、合并和来自原料油(2)的气体产生的时机会偏离，不能够使中间相在单轴方向充分取向，变为随机的组织，使锂离子的扩散路径疏远， 因而不优选。此外，密度是指依据JIS K2249 “原油和石油制品的密度试验方法及密度/质量/ 容量换算表”而测定的密度。芳香碳分率(fa)是利用Knight法来求出的。在Knight法中，作为利用13C-NMR 法的芳香族碳的谱，将碳的分布分割为3种成分(A1;A2，A3)。在此，A1是芳香族环内部碳数的未与被置换的芳香族碳置换的芳香族碳的一半(相当于13C-NMR的约40 60ppm的峰值)，A2是未置换的其余一半芳香族碳(相当于13C-NMR的约60 SOppm的峰值)，A3是脂肪族碳数(相当于13C-NMR的约930 990ppm的峰值)，由此,根据fa = (A1+A2) / (A1+A2+A3)求出fa。文献(“浙青的表征II.化学结构(匕。f Q今Y 9夕夕丨J七'一'> 3 >II.化学構造)”横野、真田、(碳，1981 (No. 105)，p73 81)中示出，13C-NMR法是能够定量求出浙青类的化学结构参数的最基本的量fa的最好的方法。原料油(I)的芳香碳分率(fa)优选为O. 40 O. 65，更优选O. 45 O. 60。该条件是良好的中间相的生成和生长不可或缺的，且对形成基本碳骨架很重要。若芳香碳分率(fa)不足O. 40，则来自原料油组合物的焦炭的收获率变得极低。另一方面，若芳香族成分的含有量超过O. 65，则在焦炭的制造过程中，在矩阵中急剧地产生许多中间相。在这种情况下，比起中间相球体的单体生长，合并迅速发生，从而得到焦炭组织小且变形、被称为马赛克的组织的焦炭。这样的焦炭即使在碳化石墨化后，碳层面也不发展，反应性高的边缘面变得极多。若将这样的材料用于负极，则发生由于电解液和碳边缘面的反应而导致的气体产生，因而不优选。另外，不能在充电时向碳层面较多地吸收锂离子，充电容量变小，因而不优选。本专利技术中所说的饱和成分的量是利用TLC-FID法来测定的。TLC-FID法是利用薄层色谱(TLC)将试料分割为饱和成分、芳香成分、树脂成分以及浙青烯成分4种，之后用氢火焰离子化检测器(Flame Ionization Detector FID)检测各成分的方法,作为饱和成分的量，采用基于TLC-FID法的饱和成分量相对于所有成分量的百分率。首先，将O. 2g±0. Olg试料溶解于IOml甲苯，调制试料溶液。在事先空烧的硅胶棒状薄层(色谱棒)的下端(棒支架的O. 5cm的位置)使用微量注射器点射I μ 1，利用干燥机等使之干燥。然后，将10根该色谱棒作为I组，在展开溶剂中进行试料的展开。作为展开溶剂，例如在第I展开槽中使用己烧，在第2展开槽中使用己烷/甲苯(体积比20 80)， 在第3展开槽中使用二氯甲烷/甲醇(体积比95/5)。饱和成分在将己烷作为溶剂的第I 展开槽中溶出到溶剂中而展开。将展开后的色谱棒设于棒状薄层色谱扫描仪(iatiOscan)， 用氢火焰离子化检测器(FID)测定各成分量。合计各成分量则得到所有成分量。原料油(2)利用薄层色谱分析法展开本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：田野保，小泽广，大山隆，桥坂博光，坂本明男，
申请(专利权)人：吉坤日矿日石能源株式会社，
类型：
国别省市：