JP2676173B2 - Carbon electrode - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、一般に炭素電極に関
するものであり、より特定的には、層状構造部分を多く
含み、電極としての十分な強度をもつように改良された
炭素電極に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates generally to a carbon electrode, and more specifically to a carbon electrode containing a large number of layered structure parts and improved to have sufficient strength as an electrode.
【0002】[0002]
【従来の技術】電子機器等の小型、省電力化に伴って、
リチウム等のアルカリ金属を利用した二次電池が注目さ
れている。ところで、負極に、リチウムなどのアルカリ
金属を単体で用いた場合、充放電の繰返し、つまりアル
カリ金属の溶解−析出過程により、金属の溶解−析出面
上にデンドライト(樹脂状結晶)が生成し、成長する。
このデンドライトは、セパレータを貫通し、正極と接す
ることにより、電池内部の短絡を誘発させるという問題
点があった。2. Description of the Related Art With the miniaturization and power saving of electronic devices,
Secondary batteries using alkali metals such as lithium are drawing attention. By the way, in the case of using an alkali metal such as lithium alone in the negative electrode, charge / discharge is repeated, that is, the dissolution-precipitation process of the alkali metal causes the formation of dendrites (resin-like crystals) on the dissolution-precipitation surface of the metal, grow up.
This dendrite has a problem that it causes a short circuit inside the battery by penetrating the separator and coming into contact with the positive electrode.
【0003】アルカリ金属の代わりにアルカリ金属合金
を二次電池用の負極に用いると、単体のときに比べ、デ
ンドライトの発生が抑制され、充放電サイクル特性が向
上することが判明した。しかし、合金を使用しても、完
全にデンドライトが生成しなくなるわけではなく、電池
内部の短絡が起こることもある。It has been found that when an alkali metal alloy is used for the secondary battery negative electrode instead of the alkali metal, the generation of dendrites is suppressed and the charge / discharge cycle characteristics are improved as compared with the case of a single substance. However, the use of the alloy does not completely prevent the generation of dendrite, and may cause a short circuit inside the battery.
【0004】アルカリ金属やその合金からなる負極は、
これらの金属の溶解−析出過程あるいは溶解−析出−固
体内拡散過程を利用するものであるが、近年になって、
負極として、アルカリ金属イオンの吸収−放出過程を利
用した炭素や導電性高分子等の有機材料が開発された。
これにより、アルカリ金属やその合金を用いた場合に発
生していたデンドライトの生成が原理上起こらなくな
り、電池内部の短絡の問題が激減するに至った。A negative electrode made of an alkali metal or its alloy is
It utilizes the dissolution-precipitation process or dissolution-precipitation-diffusion process in solids of these metals, but in recent years,
As a negative electrode, an organic material such as carbon or a conductive polymer utilizing an absorption-desorption process of alkali metal ions has been developed.
As a result, the generation of dendrites that occurred when an alkali metal or its alloy was used did not occur in principle, and the problem of short circuit inside the battery was drastically reduced.
【0005】炭素は化学的に安定であり、電子供与性物
質、電子受容性物質のいずれもドープすることが可能で
あるため、電極として、特に電池用電極として有望な材
料である。Since carbon is chemically stable and can be doped with both an electron donating substance and an electron accepting substance, it is a promising material as an electrode, particularly as a battery electrode.
【0006】炭素は、基本的に、黒鉛構造からなる層状
構造部分と、sp3 混成軌道を含む構造あるいは層の重
なり方が歪んだ欠陥構造など黒鉛構造と異なる無定形部
分とからなっている。炭素には、また、これらのマクロ
的またはミクロ的配置の仕方あるいはこれらの割合、無
定形部分の構造的違い、酸素や硫黄などの不純物の割合
などによって、易黒鉛化性炭素から難黒鉛化性炭素ま
で、多くの種類の炭素が存在する。[0006] Carbon is basically composed of a layered structure portion having a graphite structure and an amorphous portion different from the graphite structure such as a structure including sp 3 hybrid orbitals or a defect structure in which layers are distorted. Carbon can also be changed from easily graphitizable carbon to non-graphitizable carbon depending on the macro or micro arrangement, the ratio of these, the structural difference of the amorphous parts, and the ratio of impurities such as oxygen and sulfur. There are many types of carbon, up to carbon.
【0007】このような、ミクロな構造あるいはマクロ
な構造の異なった種々の炭素を製造するにも、多くの方
法がある。There are many methods for producing various carbons having different microstructures or macrostructures.
【0008】炭素を製造する方法は、出発物質の状態に
より分類される。それは、固相炭素化、液相炭素化、気
相炭素化である。The method for producing carbon is classified according to the state of the starting material. They are solid-phase carbonization, liquid-phase carbonization, and gas-phase carbonization.
【0009】固相炭素化は、炭素源としての出発原料に
固体を用いた炭素化であり、木質、フラン樹脂やフェノ
ール樹脂等の樹脂類、セルロース類、PAN、ピッチ、
レーヨン等の高分子化合物などが出発原料として用いら
れる。Solid-phase carbonization is carbonization using a solid as a starting material as a carbon source, and includes wood, resins such as furan resin and phenol resin, celluloses, PAN, pitch,
A polymer compound such as rayon is used as a starting material.
【0010】液相炭素化は、ピッチ類やタール類の液状
物質を用いて焼成し、炭素を製造する方法である。Liquid-phase carbonization is a method of producing carbon by firing using a liquid substance such as pitch or tar.
【0011】気相炭素化は、出発原料として種々の炭化
水素ガスを用いて、気相中で炭素を生成させる方法、あ
るいは基体上に炭素を堆積させる方法である。The vapor-phase carbonization is a method of producing carbon in the vapor phase or a method of depositing carbon on a substrate using various hydrocarbon gases as starting materials.
【0012】気相炭素化で製造できる主な炭素は、煤と
熱分解炭素である。煤は、気相中で原料が分解・結合し
て芳香族多核ラジカルを形成し、さらにこれらが結合・
集合することにより生成する。熱分解炭素は、煤の生成
と同様に、芳香族多核ラジカルあるいは芳香族ラジカル
を経由し、反応管中に設置した基体上に、これらが堆積
したものである。熱分解炭素を製造する際、基体に金属
を用いると、他と異なった堆積挙動を示す場合がある。
たとえば、チタン、タングステン、タンタルなどを基体
として用いる場合、基体金属と炭素とが反応し、炭化物
が生成し、その上に炭素が堆積する。また、ニッケル、
コバルト、鉄を用いた場合、これらが炭素堆積における
触媒として働き、300〜500℃という低温で、炭素
が堆積することが認められている。The main carbons that can be produced by gas phase carbonization are soot and pyrolytic carbon. In soot, raw materials decompose and combine in the gas phase to form aromatic polynuclear radicals, and these combine and combine.
It is generated by gathering. Pyrolytic carbon is, as with the formation of soot, those deposited via aromatic polynuclear radicals or aromatic radicals on a substrate placed in a reaction tube. When a metal is used as a substrate in the production of pyrolytic carbon, the deposition behavior may be different from the others.
For example, when titanium, tungsten, tantalum, or the like is used as the base, the base metal and carbon react with each other to generate a carbide, and carbon is deposited thereon. Also, nickel,
When cobalt or iron is used, it acts as a catalyst in carbon deposition, and it is recognized that carbon deposits at a low temperature of 300 to 500 ° C.
【0013】[0013]
【発明が解決しようとする課題】炭素に対する電子供与
性物質や電子受容性物質の吸収・放出は、主として炭素
中に存在する層状構造部分における層間への、上述物質
のインターカレーション、デインターカレーションによ
って起こっている。したがって、炭素を、電子供与性物
質や電子受容性物質の吸収・放出を行なうことのできる
電極として使用する場合には、炭素中に存在する層状構
造部分を多く有する物質、さらに、配向性の良い炭素を
選択する必要がある。The absorption and release of the electron-donating substance and the electron-accepting substance with respect to carbon is carried out by intercalation and deintercalation of the substance between the layers in the layered structure portion mainly present in carbon. Is happening by Therefore, when carbon is used as an electrode capable of absorbing and releasing an electron-donating substance or an electron-accepting substance, a substance having a large number of layered structure portions existing in carbon and having a good orientation It is necessary to select carbon.
【0014】しかしながら、上述の固相炭素化において
は、たとえば木質材料やフェノール樹脂等を用いると、
生成する炭素は出発原料である固体中での形体をそのま
ま受け継ぎ、その結果、無定形部分の多い炭素になると
いう不都合がある。However, in the above solid-phase carbonization, for example, if a wood material or a phenol resin is used,
The carbon produced has the disadvantage that the form in the solid, which is the starting material, is inherited as it is, resulting in carbon having a large amount of amorphous portions.
【0015】また、上述の液相炭素化においては、メソ
フェーズと呼ばれる芳香族多核体からなる液滴が炭素化
の途中で生成し、これが成長、合体により大きくなると
いう過程を繰返すことにより、炭素化するため、固相炭
素化により生成する炭素に比べ、層状構造部分の多い炭
素が生成する、が、一方で、配向性が良くないという欠
点を有する。Further, in the above liquid-phase carbonization, a droplet called an mesophase, which is composed of an aromatic polynuclear body, is generated during the carbonization, and the droplets grow and coalesce to become larger, thereby repeating the carbonization. Therefore, compared with the carbon generated by solid-phase carbonization, carbon with more layered structure is generated, but on the other hand, it has a drawback that the orientation is not good.
【0016】また、気相炭素化では、反応管中に基体を
設置すれば、この基体上に炭素が堆積し、ひいては層状
構造部分が多く、かつ配向性の良い熱分解炭素が生成す
る。その結果、優れた電極が得られる。しかし、一方
で、膜厚を大きくすると、剥がれやすいという、強度面
での問題がある。In vapor-phase carbonization, if a substrate is placed in the reaction tube, carbon is deposited on the substrate, and as a result, pyrolytic carbon having many layered structure portions and good orientation is produced. As a result, an excellent electrode can be obtained. However, on the other hand, when the film thickness is increased, there is a problem in strength that the film is easily peeled off.
【0017】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、層状構造部分が多く含まれ、
かつ電極としての十分な強度を持つように改良された炭
素電極を提供することを目的とする。The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and includes many layered structure portions,
Moreover, it aims at providing the carbon electrode improved so that it might have sufficient strength as an electrode.
【0018】[0018]
【課題を解決するための手段】本発明に係る炭素電極
は、炭素材料の層間へのインタカレーション・デインタ
カレーションを利用する電池用電極に係る。上記炭素電
極は金属と炭素が複合化されてなり、該金属は有機化合
物が炭素化する過程において、炭素と相互作用を起こす
金属から選択されている。A carbon electrode according to the present invention relates to a battery electrode which utilizes intercalation / deintercalation between layers of a carbon material. The carbon electrode is a composite of metal and carbon, and the metal is selected from the metals that interact with carbon in the process of carbonization of an organic compound.
【0019】上記炭素電極の製造方法においては、ま
ず、有機化合物粉体を分散粒子とするメッキ浴から、基
板上に複合メッキ皮膜を形成する。上記基板より上記複
合メッキ皮膜を剥がす。上記複合メッキ皮膜を焼成す
る。In the above-mentioned carbon electrode manufacturing method, first, a composite plating film is formed on a substrate from a plating bath containing organic compound powder as dispersed particles. The composite plating film is peeled off from the substrate. The composite plating film is fired.
【0020】この発明において好ましく使用できる有機
化合物粉体は、脂肪族化合物、脂環式化合物、芳香族化
合物、ヘテロ環化合物、樹脂等の高分子化合物、カルボ
ン酸およびその誘導体、ピッチ等である。特に、フラン
樹脂やフェノール樹脂等の樹脂類、セルロース類、PA
N、ピッチ、レーヨン等の有機高分子化合物が好ましく
用いられる。Organic compound powders that can be preferably used in the present invention are aliphatic compounds, alicyclic compounds, aromatic compounds, heterocyclic compounds, high molecular compounds such as resins, carboxylic acids and their derivatives, pitch and the like. In particular, resins such as furan resin and phenol resin, celluloses, PA
Organic polymer compounds such as N, pitch and rayon are preferably used.
【0021】メッキによって得られる金属としては、ク
ロム、マンガン、銅、銀、金、鉄、コバルト、ニッケル
等およびこれらを含む合金が好ましく用いられる。特
に、鉄、ニッケル、コバルトの単独、あるいは、主成分
として鉄、ニッケル、コバルトからなるものが特に好ま
しい。As the metal obtained by plating, chromium, manganese, copper, silver, gold, iron, cobalt, nickel and the like and alloys containing these are preferably used. In particular, iron, nickel, and cobalt are preferable, or those containing iron, nickel, and cobalt as the main components are particularly preferable.
【0022】電解メッキでは、クロムメッキ浴、マンガ
ンメッキ浴、銅メッキ浴、銀メッキ浴、金メッキ浴、鉄
メッキ浴、コバルトメッキ浴、ニッケルメッキ浴およ
び、Co−Mn、Co−Mo、Co−Ni、Co−W、
Cu−Ni、Fe−Cr、Fe−Mn、Fe−Ni、F
e−Ni−Cr、Fe−W、Ni−Cr、Ni−Mo、
Ni−Wなどのメッキ浴が好ましく使用される。In electrolytic plating, chromium plating bath, manganese plating bath, copper plating bath, silver plating bath, gold plating bath, iron plating bath, cobalt plating bath, nickel plating bath and Co-Mn, Co-Mo, Co-Ni , Co-W,
Cu-Ni, Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-Ni, F
e-Ni-Cr, Fe-W, Ni-Cr, Ni-Mo,
A plating bath such as Ni-W is preferably used.
【0023】無電解メッキにおいては、銅メッキ浴、銀
メッキ浴、金メッキ浴、酸性・中性・塩基性の各々のニ
ッケルメッキ浴、コバルトメッキ浴、Ni−Coメッキ
浴、Ni−Feメッキ浴、Ni−X−Pメッキ浴、鉄メ
ッキ浴、およびこれらを改良したメッキ浴や他のメッキ
浴が用いられる。In electroless plating, a copper plating bath, a silver plating bath, a gold plating bath, an acidic / neutral / basic nickel plating bath, a cobalt plating bath, a Ni-Co plating bath, a Ni-Fe plating bath, Ni-X-P plating baths, iron plating baths, and modified plating baths and other plating baths are used.
【0024】メッキ皮膜を焼成する方法としては、非酸
化性雰囲気下(たとえば減圧下、不活性ガス雰囲気下)
で300℃以上の温度で加熱し、分解し、炭素化する方
法が好ましく採用される。The method of baking the plating film is performed in a non-oxidizing atmosphere (for example, under reduced pressure or in an inert gas atmosphere).
The method of heating at a temperature of 300 ° C. or higher, decomposing, and carbonizing is preferably adopted.
【0025】上記炭素電極の他の製造方法においては、
三次元網目状構造を有する有機高分子発泡体または不織
布に金属を被覆し、それによって有機高分子発泡体と金
属との複合体を形成する。上記複合体を焼成する。In another method for producing the above carbon electrode,
An organic polymer foam or nonwoven fabric having a three-dimensional network structure is coated with a metal, thereby forming a composite of the organic polymer foam and the metal. The composite is fired.
【0026】金属を被覆する方法には、蒸着、スパッ
タ、無電解メッキ等が好ましく採用される。特に、無電
解メッキは、製造上使用しやすいという点において、好
ましい。As a method for coating a metal, vapor deposition, sputtering, electroless plating or the like is preferably adopted. In particular, electroless plating is preferable because it is easy to use in manufacturing.
【0027】被覆する金属には、チタン、タングステ
ン、クロム、ニオブ、モリブデン、バナジウム、鉄、コ
バルト、ニッケル等およびこれらを含む合金が好ましく
用いられ、特に、鉄、ニッケル、コバルトの単独あるい
は、主成分として鉄、ニッケル、コバルトを含むものが
好ましい。As the metal to be coated, titanium, tungsten, chromium, niobium, molybdenum, vanadium, iron, cobalt, nickel and the like and alloys containing these are preferably used. Particularly, iron, nickel and cobalt alone or as a main component. Those containing iron, nickel and cobalt are preferable.
【0028】無電解メッキには、酸性・中性・塩基性ニ
ッケルメッキ浴、コバルトメッキ浴、Ni−Coメッキ
浴、Ni−Feメッキ浴、Ni−X−Pメッキ浴、鉄メ
ッキ浴、およびこれらを改良したメッキ浴や他のメッキ
浴が好ましく用いられ、これによって、三次元網目状構
造を有する有機高分子発泡体または不織布を被覆するこ
とができる。For electroless plating, acidic, neutral and basic nickel plating baths, cobalt plating baths, Ni-Co plating baths, Ni-Fe plating baths, Ni-X-P plating baths, iron plating baths, and these An improved plating bath or other plating bath is preferably used, which enables coating of an organic polymer foam or nonwoven fabric having a three-dimensional network structure.
【0029】金属を被覆した三次元網目状構造を有する
有機高分子発泡体または不織布から成る複合体を焼成す
る方法としては、非酸化性雰囲気下(たとえば減圧下、
不活性ガス雰囲気下)で300℃以上の温度で加熱し、
分解し、炭素化する方法が好ましく用いられる。As a method for firing a composite made of an organic polymer foam or a non-woven fabric having a three-dimensional network structure coated with a metal, a non-oxidizing atmosphere (for example, under reduced pressure,
Heating in an inert gas atmosphere) at a temperature of 300 ° C or higher,
A method of decomposing and carbonizing is preferably used.
【0030】上記炭素電極のさらに他の製造方法におい
ては、金属を被覆して成る固体有機化合物を成形し、そ
れによって金属と固体有機化合物との複合体を形成す
る。上記複合体を焼成する。In still another method for producing the above carbon electrode, a solid organic compound formed by coating a metal is molded to form a composite of the metal and the solid organic compound. The composite is fired.
【0031】この発明において使用し得る固体有機化合
物は、脂肪族化合物、脂環式化合物、芳香族化合物、ヘ
テロ環化合物、樹脂等の高分子化合物、カルボン酸およ
びその誘導体、ピッチ等である。特に、フラン樹脂やフ
ェノール樹脂等の樹脂類、セルロース類、PAN、ピッ
チ、レーヨン等の有機高分子化合物が好ましく用いられ
る。Solid organic compounds which can be used in the present invention are aliphatic compounds, alicyclic compounds, aromatic compounds, heterocyclic compounds, polymer compounds such as resins, carboxylic acids and their derivatives, pitch and the like. In particular, resins such as furan resin and phenol resin, celluloses, organic polymer compounds such as PAN, pitch and rayon are preferably used.
【0032】金属を被覆する方法としては、蒸着、スパ
ッタ、無電解メッキ等がある。特に、無電解メッキは製
造上使用しやすいので、好ましく用いられる。As a method for coating the metal, there are vapor deposition, sputtering, electroless plating and the like. In particular, electroless plating is preferably used because it is easy to use in manufacturing.
【0033】被覆する金属には、チタン、タングステ
ン、クロム、ニオブ、モリブデン、バナジウム、鉄、コ
バルト、ニッケル等およびこれらを含む合金が好ましく
用いられる。特に、鉄、ニッケル、コバルトの単独、あ
るいは主成分として鉄、ニッケル、コバルトからなるも
のが好ましい。As the metal to be coated, titanium, tungsten, chromium, niobium, molybdenum, vanadium, iron, cobalt, nickel and the like and alloys containing these are preferably used. In particular, iron, nickel, and cobalt are preferable, or those containing iron, nickel, and cobalt as the main components are preferable.
【0034】無電解メッキにおいては、酸性・中性・塩
基性ニッケルメッキ浴、コバルトメッキ浴、Ni−Co
メッキ浴、Ni−Feメッキ浴、Ni−X−Pメッキ
浴、鉄メッキ浴、およびこれらを改良したメッキ浴や他
のメッキ浴が好ましく用いられ、これによって有機化合
物を金属で被覆することができる。In electroless plating, acidic / neutral / basic nickel plating baths, cobalt plating baths, Ni--Co
A plating bath, a Ni-Fe plating bath, a Ni-X-P plating bath, an iron plating bath, and a plating bath improved from these and other plating baths are preferably used, whereby an organic compound can be coated with a metal. .
【0035】成形した複合体を焼成する方法としては、
非酸化性雰囲気下(たとえば減圧下、不活性ガス雰囲気
下)で300℃以上の温度で加熱し、分解し、炭素化す
る方法が採用される。As a method for firing the molded composite,
A method of heating at a temperature of 300 ° C. or higher in a non-oxidizing atmosphere (for example, under reduced pressure, in an inert gas atmosphere) to decompose and carbonize is adopted.
【0036】[0036]
【作用】この発明に係る炭素電極によれば、金属と炭素
が複合化されてなるので、電極強度の優れた電極とな
る。また、上記金属が有機化合物が炭素化する過程にお
いて、炭素と相互作用を起こす金属から選択されている
ので、層状構造の多い炭素体となる。ひいては、電極の
導電性が向上する。According to the carbon electrode of the present invention, since the metal and carbon are compounded, the electrode has excellent electrode strength. Moreover, since the metal is selected from the metals that interact with carbon in the process of carbonization of the organic compound, it becomes a carbon body with many layered structures. As a result, the conductivity of the electrode is improved.
【0037】上記炭素電極の製造方法によれば、金属を
マトリックスにし、その中に有機化合物粉体を分散粒子
として分散させて作成した、分散メッキ皮膜を焼成す
る。この方法によると、層状構造部分の多い炭素体を含
む、金属と炭素との複合電極が得られる。これに対する
解釈としては、詳しいことは明らかでないが、一応、次
のことが考えられる。有機化合物が炭素化する過程にお
いて、金属の存在しない場合は、有機化合物が分解およ
び結合して、炭素を生成する。一方、有機化合物が炭素
化する過程において、金属が存在する場合、すなわち固
溶体を形成する金属、特に鉄、ニッケル、コバルトを主
成分とした金属を用いた場合には、有機化合物の分解お
よび結合時に、炭素が金属と相互作用を起こす。この相
互作用によって、炭素析出時に、層状構造部分の多い炭
素体ができると考えられる。According to the above method for producing a carbon electrode, a dispersed plating film formed by using a metal as a matrix and dispersing organic compound powder as dispersed particles therein is fired. According to this method, a composite electrode of metal and carbon containing a carbon body having many layered structure portions can be obtained. As for the interpretation of this, although the details are not clear, the following may be considered. In the process of carbonizing an organic compound, if no metal is present, the organic compound decomposes and bonds to form carbon. On the other hand, in the process of carbonizing an organic compound, when a metal is present, that is, when a metal forming a solid solution, particularly a metal containing iron, nickel, or cobalt as a main component, is used, the decomposition and bonding of the organic compound , Carbon interacts with metals. It is considered that due to this interaction, a carbon body having many layered structure portions is formed during carbon deposition.
【0038】また、有機化合物粉体を分散粒子として分
散メッキを行なう、ことにより得られる分散メッキ皮膜
は、分散粒子がその内部に取込まれた形体をとっている
ために、このもの自体、導電性を有している。これを焼
成することによって、金属の焼結が起こり、炭素と金属
体が結合する結果、炭素電極の導電性の向上および電極
自体の強度の増大を確保することができる。Further, the dispersion plating film obtained by carrying out dispersion plating with the organic compound powder as dispersed particles has a form in which the dispersed particles are taken into the inside thereof, and therefore this itself is electrically conductive. Have sex. By firing this, the metal is sintered and the carbon and the metal body are bonded to each other. As a result, it is possible to ensure the improvement of the conductivity of the carbon electrode and the increase of the strength of the electrode itself.
【0039】上記炭素電極の他の製造方法によれば、金
属を被覆した三次元網目状構造を有する有機高分子発泡
体または不織布からなる複合体を焼成する。この方法に
よると、層状構造部分の多い炭素体を含む、金属と炭素
の複合電極が得られる。これに対する解釈としては、詳
しいことは明らかでないが、一応、次のことが考えられ
る。有機高分子が炭素化する過程において、金属が存在
しない場合には、有機高分子が水素、一酸化炭素、メタ
ン等の低分子有機化合物に分解し、または高分子がより
低分子へ解離し、さらに残っている炭素やヘテロ原子が
結合して、炭素体を形成する。一方、炭素と結合して化
合物を作るか、または固溶体を形成する金属を用いた場
合には、有機高分子の低分子量分子への分解時および炭
素の結合時に、炭素が金属と相互作用を起こす。この相
互作用によって、炭素生成時に、層状構造部分の多い炭
素体ができると考えられる。According to another method of manufacturing the carbon electrode, a composite made of an organic polymer foam or non-woven fabric having a three-dimensional network structure coated with a metal is fired. According to this method, a composite electrode of metal and carbon containing a carbon body having many layered structure portions can be obtained. As for the interpretation of this, although the details are not clear, the following may be considered. In the process of carbonization of an organic polymer, when a metal is not present, the organic polymer decomposes into a low molecular weight organic compound such as hydrogen, carbon monoxide, or methane, or the polymer dissociates into a lower molecular weight, Further, the remaining carbon and heteroatoms combine to form a carbon body. On the other hand, when a metal that binds to carbon to form a compound or forms a solid solution is used, carbon interacts with the metal when the organic polymer is decomposed into low molecular weight molecules and when carbon is bound. . It is considered that this interaction produces a carbon body having many layered structure portions at the time of carbon generation.
【0040】ところで、三次元網目状構造を有する有機
高分子発泡体または不織布を金属で被覆することによ
り、金属の三次元網目状構造が形成される。この金属の
三次元網目状構造自体、導電性を有している。これを焼
成すると被覆している金属が焼結し、炭素と金属が結合
する。これによって、導電性が向上し、かつ電極自体の
強度が増大した炭素電極が得られる。By coating an organic polymer foam or nonwoven fabric having a three-dimensional network structure with a metal, a three-dimensional network structure of metal is formed. This metal three-dimensional network structure itself has conductivity. When this is fired, the coating metal is sintered and carbon and metal are bonded. As a result, a carbon electrode having improved conductivity and increased strength of the electrode itself can be obtained.
【0041】上記炭素電極のさらに他の製造方法によれ
ば、金属を被覆した固体有機化合物を成形し、これを焼
成する。この方法によると、層状構造部分の多い炭素体
を含む、金属と炭素の複合電極が得られる。これに対す
る解釈としては、詳しいことは明らかでないが、一応次
のことが考えられる。According to still another method for producing the above-mentioned carbon electrode, a solid organic compound coated with a metal is molded and then fired. According to this method, a composite electrode of metal and carbon containing a carbon body having many layered structure portions can be obtained. The interpretation of this is not clear, but the following may be considered.
【0042】有機化合物が炭素化する過程において、金
属の存在しない場合には、有機化合物が分解および結合
して、炭素を生成する。一方、炭素と結合して化合物を
作るか、または固溶体を形成する金属を用いた場合に
は、有機化合物の分解および結合時に、炭素と金属が相
互作用を起こす。この相互作用によって、炭素析出時
に、層状構造部分の多い炭素体ができると考えられる。In the process of carbonizing an organic compound, if no metal is present, the organic compound decomposes and bonds to form carbon. On the other hand, when a metal that bonds with carbon to form a compound or forms a solid solution is used, the carbon and the metal interact with each other when the organic compound is decomposed and bonded. It is considered that due to this interaction, a carbon body having many layered structure portions is formed during carbon deposition.
【0043】またこの方法によると、金属で被覆された
固体有機化合物を焼結するので、金属の焼結時に、炭素
と金属とが結合し、導電性が向上した炭素電極が得られ
る。。また、炭素と金属体とが結合する結果、炭素電極
自体の強度が増大する。Further, according to this method, since the solid organic compound coated with metal is sintered, carbon and metal are bound to each other during sintering of the metal, and a carbon electrode having improved conductivity can be obtained. . Further, as a result of the carbon and the metal body being bonded, the strength of the carbon electrode itself is increased.
【0044】[0044]
【実施例】以下、実施例により、本発明を説明するが、
本発明はこれに限定されるものではない。Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples.
The present invention is not limited to this.
【0045】実施例1 粉末状のフェノール樹脂の分散粒子5g/lを、電解ニ
ッケルメッキ浴であるワット浴に加え、ニッケルを電極
に用いて、5mA/cm2 の電流密度で、分散メッキを
行なった。こうしてできた複合体を、電極より剥がし、
これをアルゴン雰囲気下で、20℃/時間の昇温速度
で、900℃まで昇温し、900℃で10時間保つこと
により、焼成した。こうしてできた炭素電極の炭素量は
7.3mg、金属量34.5mgであった。このペレッ
トを、電極とした場合の特性を、表1に示す。ペレット
は、200℃で10時間減圧乾燥した後、充放電測定に
供した。充放電測定には、3極法を用いた。参照極には
Li/Li+ 、電解液には1M LiClO4 を含むプ
ロピレンカーボネートを用い、充電終止電位を0V、放
電終止電位を2Vとして、充放電を行なった。Example 1 5 g / l of dispersed particles of powdered phenolic resin were added to a Watts bath which is an electrolytic nickel plating bath, and nickel was used as an electrode to carry out dispersion plating at a current density of 5 mA / cm 2. It was Peel the composite thus created from the electrode,
In an argon atmosphere, this was heated to 900 ° C. at a heating rate of 20 ° C./hour, and kept at 900 ° C. for 10 hours to be fired. The carbon electrode thus produced had a carbon amount of 7.3 mg and a metal amount of 34.5 mg. Table 1 shows the characteristics when the pellet was used as an electrode. The pellet was dried under reduced pressure at 200 ° C. for 10 hours and then subjected to charge / discharge measurement. A three-pole method was used for charge / discharge measurement. Li / Li + was used as the reference electrode, propylene carbonate containing 1 M LiClO 4 was used as the electrolytic solution, and the charge end potential was set to 0 V and the discharge end potential was set to 2 V to perform charge / discharge.
【0046】実施例2 粉末状のフェノール樹脂の分散粒子20g/lを、無電
解ニッケルメッキ浴である中性の硫酸ニッケル浴に加
え、ニッケル基板上に分散メッキを行なった。こうして
できた複合体をニッケル基板より剥がし、これを実施例
1と同様の方法で焼成した。できた電極の炭素量は9.
2mg,金属量20.3mgであった。このペレットを
電極とした場合の特性を、表1に示す。測定方法は、実
施例1と同様であった。Example 2 20 g / l of powdery phenol resin dispersed particles were added to a neutral nickel sulfate bath which is an electroless nickel plating bath, and dispersion plating was performed on a nickel substrate. The composite thus produced was peeled off from the nickel substrate and fired in the same manner as in Example 1. The carbon content of the resulting electrode was 9.
The amount was 2 mg and the amount of metal was 20.3 mg. Table 1 shows the characteristics when the pellet is used as an electrode. The measuring method was the same as in Example 1.
【0047】実施例3 発泡ウレタン樹脂に、無電解ニッケルメッキをするに先
立ち、樹脂にアルコール脱脂、溶剤処理、エッチング、
パラジウム触媒化処理を施した。無電解ニッケルメッキ
は、中性の硫酸ニッケル浴を用いて行なった。メッキ反
応は、樹脂中に含有させて行なった。このようにしてで
きた複合体をペレット状に成形し、アルゴン雰囲気下
で、20℃/時間の昇温速度で、900℃まで昇温し、
900℃で10時間保つことにより焼成した。できた炭
素電極の炭素量は25.2mg,金属量20.3mgで
あった。このペレットを電極とした場合の特性を、表1
に示す。ペレットは200℃で、10時間減圧乾燥した
後、充放電測定に供された。充放電測定の方法は実施例
1と同様である。Example 3 Prior to electroless nickel plating on a urethane foam resin, the resin was degreased with alcohol, treated with a solvent, etched,
Palladium catalyzed treatment was applied. The electroless nickel plating was performed using a neutral nickel sulfate bath. The plating reaction was carried out by incorporating it in the resin. The composite thus formed is molded into pellets, heated to 900 ° C. at a heating rate of 20 ° C./hour in an argon atmosphere,
It was fired by keeping it at 900 ° C. for 10 hours. The carbon amount of the produced carbon electrode was 25.2 mg and the amount of metal was 20.3 mg. The characteristics when this pellet is used as an electrode are shown in Table 1.
Shown in The pellet was dried under reduced pressure at 200 ° C. for 10 hours and then subjected to charge / discharge measurement. The charging / discharging measurement method is the same as in the first embodiment.
【0048】実施例4 線状のポリエステルに、無電解ニッケル−コバルトメッ
キをするに先立ち、実施例3と同様の方法で前処理を行
ない、硫酸浴を用いて、メッキを行なった。これを実施
例3と同様の方法で焼成した。できた電極の炭素量は1
0.3mg,金属量9.7mgであった。このペレット
を電極とした場合の特性を表1に示す。充放電測定の方
法は実施例1と同様である。Example 4 Prior to electroless nickel-cobalt plating on linear polyester, pretreatment was carried out in the same manner as in Example 3, and plating was performed using a sulfuric acid bath. This was fired in the same manner as in Example 3. The carbon content of the electrode is 1
The amount was 0.3 mg and the amount of metal was 9.7 mg. Table 1 shows the characteristics when the pellet is used as an electrode. The charging / discharging measurement method is the same as in the first embodiment.
【0049】実施例5 粉末状のフェノール樹脂に、無電解ニッケルメッキをす
るに先立ち、これをアルコール脱脂、溶剤処理、エッチ
ング、パラジウム触媒化処理を施した。無電解ニッケル
メッキは、中性の硫酸ニッケル浴を用いた。メッキ反応
は、浴の攪拌を行ないながら行なった。このようにして
できた複合体をペレット状に成形し、アルゴン雰囲気下
で、20℃/時間の昇温速度で、900℃まで昇温し、
900℃で10時間保つことにより、焼成した。できた
炭素電極の炭素量は、11.5mg,金属量7.9mg
であった。このペレットを電極とした場合の特性を表1
に示す。ペレットは200℃で10時間減圧乾燥した
後、充放電測定に供した。測定方法は、実施例1と同様
である。Example 5 A powdered phenolic resin was subjected to alcohol degreasing, solvent treatment, etching and palladium catalyzed treatment prior to electroless nickel plating. For electroless nickel plating, a neutral nickel sulfate bath was used. The plating reaction was performed while stirring the bath. The composite thus formed is molded into pellets, heated to 900 ° C. at a heating rate of 20 ° C./hour in an argon atmosphere,
It was fired by keeping it at 900 ° C. for 10 hours. The carbon amount of the produced carbon electrode was 11.5 mg, and the metal amount was 7.9 mg.
Met. Table 1 shows the characteristics when this pellet is used as an electrode.
Shown in The pellet was dried under reduced pressure at 200 ° C. for 10 hours and then subjected to charge / discharge measurement. The measuring method is the same as in the first embodiment.
【0050】実施例6 粉末状のフェノール樹脂に、無電解ニッケル−コバルト
メッキをするに先立ち、実施例5と同様の方法で樹脂の
前処理を行ない、硫酸塩浴を用いてメッキを行なった。
これを、実施例5と同様の方法で、焼成した。できた炭
素電極の炭素量は13.2mg,金属量21.4mgで
あった。このペレットを電極とした場合の特性を表1に
示す。測定方法は、実施例1と同様である。Example 6 Prior to electroless nickel-cobalt plating of a powdery phenolic resin, the resin was pretreated in the same manner as in Example 5 and plated with a sulfate bath.
This was fired in the same manner as in Example 5. The carbon amount of the produced carbon electrode was 13.2 mg and the amount of metal was 21.4 mg. Table 1 shows the characteristics when the pellet is used as an electrode. The measuring method is the same as in the first embodiment.
【0051】実施例7 ポリエステルの布に、実施例5と同様の方法で前処理を
行ない、中性の硫酸ニッケル浴を用いて、ニッケルメッ
キを行なった。これを実施例5と同様の方法で焼成を行
なった。できた炭素電極の炭素量は5.8mg,金属量
7.6mgであった。これを電極とした使用した場合の
特性を、表1に示す。測定方法は実施例1と同様であ
る。Example 7 A polyester cloth was pretreated in the same manner as in Example 5 and nickel-plated using a neutral nickel sulfate bath. This was fired in the same manner as in Example 5. The carbon amount of the produced carbon electrode was 5.8 mg and the metal amount was 7.6 mg. Table 1 shows the characteristics when this is used as an electrode. The measuring method is the same as in Example 1.
【0052】比較例 フェノール樹脂を、アルゴン雰囲気下で、20℃/時間
の昇温速度で、900℃まで昇温し、900℃で10時
間保つことにより、焼成した。これから10.3mgを
とり、ペレットに成形した。このペレットを電極とした
場合の特性を、表1に示す。測定方法は、実施例1と同
様である。なお、集電を取るために、ニッケルメッシュ
に挟み込んで測定を行なった。Comparative Example A phenol resin was fired in an argon atmosphere at a heating rate of 20 ° C./hour up to 900 ° C. and kept at 900 ° C. for 10 hours. From this, 10.3 mg was taken and formed into pellets. Table 1 shows the characteristics when the pellet is used as an electrode. The measuring method is the same as in the first embodiment. In addition, in order to collect the current, the measurement was performed by sandwiching it between nickel meshes.
【0053】 [0053]
【0054】[0054]
【発明の効果】以上説明したとおり、この発明に係る炭
素電極によれば、金属と炭素が複合化されてなるもので
構成しているので、電極強度の優れた電極が得られる。
また、上記金属は有機化合物が炭素化する過程におい
て、炭素と相互作用を起こす金属から選択されているの
で、層状構造の多い炭素体が得られる。その結果、電極
の導電性が向上するという効果を奏する。As described above, the carbon electrode according to the present invention is composed of a composite of metal and carbon, so that an electrode having excellent electrode strength can be obtained.
Further, since the metal is selected from the metals that interact with carbon in the process of carbonization of the organic compound, a carbon body having many layered structures can be obtained. As a result, the conductivity of the electrode is improved.
【0055】[0055]
フロントページの続き (72)発明者 山田 和夫 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−97553(JP,A)Front page continuation (72) Kazuo Yamada, Inventor Kazuo Yamada, 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka, Osaka (56) References JP-A-60-97553 (JP, A)
Claims (4)
・デインタカレーションを利用する電池用電極におい
て、 金属と炭素が複合化されてなり、該金属は有機化合物が
炭素化する過程において、炭素と相互作用を起こす金属
から選択されていることを特徴とする炭素電極。1. In a battery electrode utilizing intercalation / deintercalation between layers of a carbon material, a metal and carbon are compounded, and the metal is mixed with carbon in the process of carbonization of an organic compound. A carbon electrode characterized by being selected from metals that interact with each other.
炭素電極は、前記金属と有機材料の複合体を焼成してな
ることを特徴とする、請求項1に記載の炭素電極。2. The carbon electrode according to claim 1, wherein the carbon electrode formed by combining the metal and the carbon is formed by firing a composite of the metal and the organic material.
金、鉄、コバルト、ニッケル、チタン、タングステン、
ニオブ、モリブデンおよびバナジウムから選ばれる1種
以上の金属あるいはそれらの合金であることを特徴とす
る、請求項1または2に記載の炭素電極。3. The metal is chromium, manganese, copper, silver,
Gold, iron, cobalt, nickel, titanium, tungsten,
The carbon electrode according to claim 1 or 2, which is one or more kinds of metal selected from niobium, molybdenum and vanadium or an alloy thereof.
ルから選ばれる1種以上あるいはその合金からなること
を特徴とする、請求項1に記載の炭素電極。4. The carbon electrode according to claim 1, wherein the metal is at least one selected from iron, cobalt and nickel or an alloy thereof.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP3286343A JP2676173B2 (en) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | Carbon electrode |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3286343A JP2676173B2 (en) | 1991-10-31 | 1991-10-31 | Carbon electrode |
Related Child Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP9060250A Division JPH09219194A (en) | 1997-03-14 | 1997-03-14 | Carbon electrode and manufacturing method thereof |
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| Publication Number | Publication Date |
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| JPH05129018A JPH05129018A (en) | 1993-05-25 |
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Family Cites Families (1)
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|---|---|---|---|---|
| JPS6097553A (en) * | 1983-11-01 | 1985-05-31 | Mitsubishi Pencil Co Ltd | Manufacture of electrode for fuel cell |
-
1991
- 1991-10-31 JP JP3286343A patent/JP2676173B2/en not_active Expired - Fee Related
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| JPH05129018A (en) | 1993-05-25 |
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