JP3322962B2 - Alkali ion adsorption / desorption material - Google Patents
Alkali ion adsorption / desorption materialInfo
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、アルカリイオン吸脱着
材料に関し、さらに詳細には二次電池用電極材料に、特
に非水電解液二次電池用電極材料に好適なアルカリイオ
ン吸脱着材料に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an alkali ion adsorbing / desorbing material, and more particularly, to an alkali ion adsorbing / desorbing material suitable for an electrode material for a secondary battery, particularly for an electrode material for a non-aqueous electrolyte secondary battery. .
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、電子機器の小型化が進み、これに
伴い電池の高エネルギー密度化が求められ、種々の非水
電解液電池が提案されている。例えば、従来より非水電
解液電池用負極として、主に一次電池用に金属リチウム
が知られており、またアルミニウム/リチウム合金に代
表されるリチウム合金、炭素負極なども知られている。
しかしながら、金属リチウムは、二次電池の負極として
用いた場合、デンドライトの生成などに起因してサイク
ル安定性に劣ることが知られている。また、アルミニウ
ム/リチウム合金に代表されるリチウム合金負極も、金
属リチウムよりはサイクル安定性の向上はみられるもの
の、リチウム電池の性能を充分に引き出すとはいえな
い。2. Description of the Related Art In recent years, downsizing of electronic equipment has been progressed, and accordingly, high energy density of batteries has been demanded, and various nonaqueous electrolyte batteries have been proposed. For example, conventionally, as a negative electrode for a non-aqueous electrolyte battery, lithium metal has been known mainly for a primary battery, and a lithium alloy represented by an aluminum / lithium alloy, a carbon negative electrode, and the like are also known.
However, when lithium metal is used as a negative electrode of a secondary battery, it is known that cycle stability is inferior due to generation of dendrites and the like. Further, a lithium alloy negative electrode represented by an aluminum / lithium alloy also has improved cycle stability compared to lithium metal, but does not sufficiently bring out the performance of a lithium battery.
【0003】このような問題を解決するため、リチウム
を吸脱着するものとして、リチウムの炭素層間化合物が
電気化学的に容易にできることを利用した炭素負極を用
いることも提案されている。従来のLi二次電池負極に
用いられる炭素系材料は、結晶構造的に分類すると、易
黒鉛化炭素と難黒鉛化炭素に分類される。これらの分類
方法としては、主にX線回折法によるD(002)の面
間隔およびC軸方向、a軸方向の結晶子の大きさ、レー
ザーラマンスペクトル解析による積層構造と乱層構造の
比率で分類する方法が用いられている。この2つの評価
方法は、充分に炭化が終了した炭素(焼成温度1,50
0℃以上)に対して有効である。また、現在までに公開
されている多くの特許は、これらの数値を規定した炭素
の構造で出願されている。[0003] In order to solve such a problem, it has been proposed to use a carbon negative electrode as a material for adsorbing and desorbing lithium, utilizing a fact that a carbon intercalation compound of lithium can be easily electrochemically formed. Carbon-based materials used in conventional Li secondary battery negative electrodes are classified into graphitizable carbon and hardly graphitizable carbon when classified by crystal structure. These classification methods are mainly based on the spacing of D (002) by X-ray diffraction, the crystallite size in the C-axis direction and the a-axis direction, and the ratio of the laminated structure to the turbostratic structure by laser Raman spectrum analysis. Classification methods are used. These two evaluation methods are based on a sufficiently carbonized carbon (calcination temperature 1,50).
0 ° C. or higher). Also, many patents published to date have been filed with carbon structures that define these numerical values.
【0004】このような炭素負極としては、多種・多様
なものがあり、例えば結晶セルロースをチッ素ガス流
下、1,800℃で焼成して得られる炭素物質(特開平
3−176963号公報)、石炭ピッチあるいは石油ピ
ッチを不活性雰囲気で2,500℃以上で黒鉛化処理し
たもの(特開平2−82466号公報)、2,000℃
を超える高温で処理されたグラファイト化の進んだもの
などが用いられ、金属リチウムやリチウム合金と比較し
て容量の低下はあるが、サイクル安定性のあるものが得
られている。しかしながら、このような負極でも、高電
流密度での充放電においては充分なサイクル安定性は得
られていない。[0004] There are many and various types of such carbon negative electrodes. For example, carbon materials obtained by calcining crystalline cellulose at 1,800 ° C under a nitrogen gas flow (Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-1769693), Coal pitch or petroleum pitch which has been graphitized at 2,500 ° C. or higher in an inert atmosphere (JP-A-2-82466), 2,000 ° C.
Graphite treated at a high temperature exceeding the above is used, and although the capacity is reduced as compared with lithium metal or a lithium alloy, a material having cycle stability is obtained. However, even with such a negative electrode, sufficient cycle stability has not been obtained in charging and discharging at a high current density.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】このような炭素負極
は、金属リチウムやリチウム合金に較べ、充電状態、す
なわち炭素にリチウムがインターカレーションされた状
態においても、水との反応が充分に穏やかで、充放電に
ともなうデンドライトの形成もほとんどみられず優れた
ものである。しかしながら、炭素の種類によっては、充
放電のほとんどできないものや、理論容量(充電時にL
iC6 の状態を最大容量と仮定)と比較して容量が極端
に低いものが多い。また、初期容量は比較的大きくて
も、充放電を繰り返すことで劣化し、急激に容量が低下
したり、また比較的容量の大きい炭素負極においても、
高電流密度で充放電を繰り返すと劣化が激しく、二次電
池としての性能を満足し得ないなど、従来の炭素負極で
は、満足すべき性能の負極は得られていない。Such a carbon anode has a sufficiently mild reaction with water even in a charged state, that is, in a state where lithium is intercalated into carbon, as compared with lithium metal or a lithium alloy. In addition, the formation of dendrites due to charge and discharge was hardly observed, and the product was excellent. However, depending on the type of carbon, one that can hardly be charged and discharged or the theoretical capacity (L
In many cases, the capacity is extremely low as compared to the state of iC 6 (assuming the maximum capacity). In addition, even if the initial capacity is relatively large, it deteriorates due to repeated charging and discharging, and the capacity rapidly decreases, and even in a carbon anode having a relatively large capacity,
A conventional carbon negative electrode has not obtained a negative electrode having satisfactory performance. For example, a conventional carbon negative electrode has not been able to achieve satisfactory performance as a secondary battery due to severe deterioration due to repeated charging and discharging at a high current density.
【0006】例えば、易黒鉛化炭素の特長は、放電電位
の平坦性に優れることであるが、充放電電流密度を上げ
るとその容量は極端に低下してしまう(第15回新電池
構想部会討論会p24〜31)。そこで、その用途とし
ては、メモリーバックアップなどの比較的電流密度の低
い用途に限定される。For example, the characteristic of graphitizable carbon is that it is excellent in flatness of discharge potential, but its capacity is extremely reduced when the charge / discharge current density is increased (discussed in the 15th New Battery Design Subcommittee Meeting). Society p24-31). Therefore, its application is limited to applications having a relatively low current density, such as memory backup.
【0007】一方、難黒鉛化炭素の特長は、放電電位の
平坦性には劣るものの、易黒鉛化炭素に比べ高い電流密
度で充放電できることである。しかしながら、電気自動
車などの大電流を必要とする用途に対しては充分ではな
い。この原因は、これらの炭素では充放電反応が炭素6
角網面へのLiイオンのインターカレーション−ディイ
ンターカレーション反応で進行するためである。そこ
で、Liイオンの層間への侵入、脱離は結晶のエッジ
(6角網面の積層方向に対して垂直な面)からのみしか
進行することができない。また、このため結晶の大きさ
が小さい方が反応速度は速くなるので、従来より提案さ
れているX線回折法やレーザーラマンスペクトル解析で
評価できるような炭素では結晶が大きいため充放電は速
やかに進行しないのである。On the other hand, the characteristic of non-graphitizable carbon is that it can be charged and discharged at a higher current density than that of graphitizable carbon, although the flatness of the discharge potential is poor. However, it is not sufficient for applications requiring a large current, such as electric vehicles. This is because the charge / discharge reaction of these carbons
This is because it proceeds by the intercalation-deintercalation reaction of Li ions on the square mesh surface. Therefore, intrusion and desorption of Li ions between layers can proceed only from the edge of the crystal (a plane perpendicular to the stacking direction of the hexagonal mesh plane). In addition, the smaller the size of the crystal, the higher the reaction rate. Therefore, the charge and discharge are promptly increased because the crystal is large with carbon that can be evaluated by the conventionally proposed X-ray diffraction method or laser Raman spectrum analysis. It does not progress.
【0008】また、アルカリイオンの吸蔵量がインター
カレーション化合物の組成比に制限されてしまい、容量
を大きくすることができないという問題もある。さら
に、インターカレーション時には層間が約10%増加
し、ディインターカレーション時には元に戻るので、充
放電を繰り返すと、炭素の構造破壊が生じ、サイクル安
定性が低下してしまうという問題もある。[0008] Further, there is another problem that the amount of occluded alkali ions is limited by the composition ratio of the intercalation compound, and the capacity cannot be increased. Furthermore, since the interlayer increases by about 10% during intercalation and returns to the original state during deintercalation, there is also a problem that repeated charging and discharging causes structural destruction of carbon and lowers cycle stability.
【0009】そこで、アルカリイオン吸蔵量が大きく、
吸蔵放出を繰り返しても構造が破壊されず、さらにまた
アルカリイオンの吸蔵放出反応速度の大きいアルカリイ
オン吸脱着材料が望まれていた。本発明は、以上のよう
な従来の技術的課題を背景になされたものであり、アル
カリイオン吸蔵量が大きく、アルカリイオンを吸脱着す
る化合物の構造変化が無く、吸蔵放出反応速度も大きい
優れたアルカリイオン吸脱着材料を得ることを目的と
し、これによって、高容量でサイクル安定性に優れ、高
出力(高電流密度)の充放電にも対応できる二次電池用
電極材料を得ることを目的とする。Therefore, the alkali ion occlusion amount is large,
There has been a demand for an alkali ion adsorbing / desorbing material which does not destroy its structure even after repeated occlusion / release and has a high occlusion / desorption reaction rate of alkali ions. The present invention has been made against the background of the above-mentioned conventional technical problems, and has a large alkali ion occlusion amount, no structural change of a compound capable of adsorbing and desorbing alkali ions, and an excellent occlusion / release reaction rate. The purpose is to obtain an alkali ion adsorbing / desorbing material, thereby obtaining a secondary battery electrode material which has a high capacity, excellent cycle stability, and can cope with high output (high current density) charge / discharge. I do.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】本発明は、縮環芳香族構
造を有し、無秩序積層構造よりなる炭素系材料であっ
て、フラクタル次元Dが、1.7≦D<2.0である該
材料がアルカリイオンを吸着した際に、吸着量が組成式
でC6A(式中、Aはアルカリ元素を示す)のとき、そ
のアルカリ原子核のNMRスペクトルの化学シフトδが
−3ppm<δ<10ppmの範囲にあることを特徴と
するアルカリイオン吸脱着材料を提供するものである。The present invention relates to a carbon-based material having a condensed aromatic structure and a disordered laminated structure, wherein the fractal dimension D is 1.7 ≦ D <2.0. When the material adsorbs an alkali ion and the amount of adsorption is C 6 A (where A represents an alkali element) in the composition formula, the chemical shift δ of the NMR spectrum of the alkali nucleus is −3 ppm <δ <. It is intended to provide an alkali ion adsorbing / desorbing material characterized by being in the range of 10 ppm.
【0011】本発明の炭素系材料は、縮環芳香族構造を
有し、かつその構造は無秩序積層構造となっている。こ
こで、無秩序積層構造とは、縮環芳香族平面の配向が全
く無秩序であるか、もしくは3枚を超えての配向を有し
ない構造をいう。無秩序積層構造でなく、積層構造が発
達しているものは、アルカリイオンを層間にインターカ
レートしてしまい、本発明の吸脱着材料とはいえない。The carbon-based material of the present invention has a condensed aromatic structure, and the structure is a disordered laminated structure. Here, the disordered laminated structure refers to a structure in which the orientation of the condensed aromatic plane is completely disordered or has no orientation of more than three sheets. If the layered structure is developed instead of the disordered layered structure, alkali ions are intercalated between the layers, and cannot be said to be the adsorption / desorption material of the present invention.
【0012】このような本発明に用いられる炭素系材料
としては、黒鉛化前駆段階の構造をもっているものが好
ましい。黒鉛化前駆段階の炭素は熱処理温度が低いため
結晶はまだ未発達であり、その大きさは小さく、大電流
を流すのに好適であり、実施例で示す様にインターカレ
ーション反応の理論限界値LiC6 (372Ah/k
g)を超える放電容量を示すものもある。しかしなが
ら、黒鉛前駆段階の炭素でもその特性には開きがある。
ところが、黒鉛化前駆段階の炭素はX線回折、レーザー
ラマンスペクトルでは黒鉛化が進行していないことは分
かるが、その構造を充分に解析することは困難である。
そこで、本発明では、これらの黒鉛前駆段階の炭素をよ
り詳細に解析する方法として、高分解能透過型電子顕微
鏡(TEM)でその格子像を撮影し、種々の炭素のフラ
クタル解析を行い、フラクタル次元Dで表すこととし
た。As such a carbon-based material used in the present invention, those having a structure in a graphitization precursor stage are preferable. Since the carbon in the graphitization stage has a low heat treatment temperature, the crystal is still undeveloped, its size is small, and it is suitable for flowing a large current, and the theoretical limit value of the intercalation reaction is shown in the Examples. LiC 6 (372 Ah / k
Some have a discharge capacity exceeding g). However, the characteristics of carbon in the graphite precursor stage also vary.
However, although carbon in the graphitization precursor stage has not been graphitized by X-ray diffraction and laser Raman spectra, it is difficult to sufficiently analyze its structure.
Therefore, in the present invention, as a method of analyzing the carbon in the graphite precursor stage in more detail, a lattice image is taken with a high-resolution transmission electron microscope (TEM), fractal analysis of various carbons is performed, and fractal dimension is obtained. D.
【0013】ここで、フラクタル理論について説明す
る。すなわち、複雑に入り組んだ線の長さを測定するの
に、長い物差しで測った場合と短い物差しで測った場合
では、短い物差しで測った方が線の長さは長くなる。逆
に、滑らかな線では物差しの長さを変えても、線の長さ
はほとんど変化しない。すなわち、線の形状が入り組ん
でいるほど、線の長さは測る物差しの長さに依存する。
これより、距離の複雑さの尺度として、物差しの長さを
短くしたとき、2点間の距離がどのような率で長くなる
かが、ある割合で表せることになる。この割合がフラク
タル次元Dに相当し、曲線の複雑さを表している。N次
元のフラクタル次元Dは次式で定義される。 D=N+logED/log(l/r) (式中、rは尺度比、ED=尺度比を変えた場合の距離
の増加分を示す。)本発明においては、フラクタル次元
をDとして、1.7≦D<2.0、好ましくは1.8≦
D<2.0を満たす炭素系材料である。フラクタル次元
がこの範囲にある炭素系材料は、充電時にLiの一部が
共有結合性のLiを形成するため、インターカレーショ
ン反応に比べ遙かに多くのLiを吸蔵することが可能で
ある。Here, the fractal theory will be described. That is, when measuring the length of a complicated and complicated line, when measuring with a long ruler and when measuring with a short ruler, the length of the line is longer when measured with a short ruler. Conversely, for a smooth line, changing the length of the ruler hardly changes the length of the line. That is, the more complicated the shape of the line, the more the length of the line depends on the length of the ruler to be measured.
Thus, as a measure of the complexity of the distance, when the length of the ruler is shortened, the rate at which the distance between the two points becomes longer can be expressed by a certain ratio. This ratio corresponds to the fractal dimension D and represents the complexity of the curve. The N-dimensional fractal dimension D is defined by the following equation. D = N + logE D / log (l / r) ( where, r is a measure ratio. Shows the increase in the distance when changing the E D = scale ratio) In the present invention, the fractal dimension as D, 1 . 7 ≦ D <2.0, good Mashiku is 1.8 ≦
It is a carbon-based material that satisfies D <2.0. A carbon-based material having a fractal dimension in this range can store much more Li than the intercalation reaction because part of Li forms covalent Li during charging.
【0014】このような炭素系材料は、本質的に易黒鉛
化材料である有機高分子化合物に積層を阻害する要因を
導入したものを焼成して得ることができ、例えばp−結
合のほかに、o−結合、m−結合、枝分かれおよび架橋
構造の群から選ばれた少なくとも1種の構造を含む芳香
族構造を有する有機高分子化合物を焼成したものが挙げ
られる。本質的に易黒鉛化材料である有機高分子化合物
としては、芳香族構造を有していればどのようなもので
もよいが、例えばポリ(フェニレン)、ポリ(フェニレ
ンビニレン)(PPV)、ポリ(フェニレンキシレン)
(PPX)、ポリスチレン、ノボラック樹脂などが挙げ
られる。積層構造を阻害する因子としては、上記のよう
に屈曲構造(o−,m−位結合)、分岐構造(枝分か
れ)、架橋構造などが挙げられる。また、これらの有機
高分子化合物には、5員間、7員間を持つ有機高分子化
合物を含んでいてもよい。Such a carbon-based material can be obtained by sintering an organic polymer compound which is essentially a graphitizable material, into which a factor that inhibits lamination has been introduced. And an organic polymer compound having an aromatic structure including at least one structure selected from the group consisting of an o-bond, an m-bond, a branched structure, and a cross-linked structure. The organic polymer compound which is essentially a graphitizable material may be any organic polymer compound as long as it has an aromatic structure. For example, poly (phenylene), poly (phenylenevinylene) (PPV), poly ( Phenylene xylene)
(PPX), polystyrene, novolak resin and the like. Factors that inhibit the laminated structure include a bent structure (o-, m-position bond), a branched structure (branched), and a cross-linked structure as described above. Further, these organic polymer compounds may include an organic polymer compound having between 5 and 7 members.
【0015】これらの有機高分子化合物の中でも、結晶
化度の低いものが好ましく、X線回折の2θ=20°付
近の回折ピークの半値幅が好ましくは0.75°以上、
さらに好ましくは0.95°以上であることが望まし
い。また、有機高分子化合物には、キノイド構造を含む
ことが好ましい。ここで、キノイド構造を含むことは、
有機高分子化合物の粉末の拡散反射スペクトルにおいて
600〜900nmの範囲に吸収端が観測されることで
確認できる。Among these organic polymer compounds, those having a low crystallinity are preferable, and the half value width of the diffraction peak near 2θ = 20 ° in X-ray diffraction is preferably 0.75 ° or more.
It is more preferable that the angle is 0.95 ° or more. The organic polymer compound preferably contains a quinoid structure. Here, including a quinoid structure means
This can be confirmed by observing the absorption edge in the range of 600 to 900 nm in the diffuse reflection spectrum of the organic polymer compound powder.
【0016】このような有機高分子化合物として好まし
いものとしては、ある程度重合度の高いポリフェニレン
が挙げられる。本発明においては、ポリフェニレンの重
合度の目安として次式で定義されるR値を適用するが、
なかでもこのR値が好ましくは2以上、さらに好ましく
は2.3〜20のものが望ましい。 R=A〔δ(para)〕/{A〔δ(mono1)〕
+A〔δ(mono2)〕} ここにおいて、A〔δ(para)〕は赤外吸収スペク
トルにおける804cm-1付近のC−H面外変角振動モ
ードの吸収帯の吸光度、A〔δ(mono1)〕、A
〔δ(mono2)〕はそれぞれ760cm-1付近、6
90cm-1付近の末端フェニル基の吸収帯の吸光度を示
す。Preferred as such an organic polymer compound is polyphenylene having a high degree of polymerization. In the present invention, the R value defined by the following formula is applied as a measure of the degree of polymerization of polyphenylene,
Among them, the R value is preferably 2 or more, and more preferably 2.3 to 20. R = A [δ (para)] / {A [δ (mono1)]
+ A [δ (mono2)]} where A [δ (para)] is the absorbance of the absorption band in the infrared out-of-plane bending mode around 804 cm −1 in the infrared absorption spectrum, A [δ (mono1) ], A
[Δ (mono2)] is around 760 cm -1 and 6
The absorbance of the terminal phenyl group near 90 cm -1 is shown.
【0017】これらの有機高分子化合物をあまり高温で
なく、電気伝導性の生じるのに限界の低い温度、通常、
300〜1,000℃で焼成すればよい。このような有
機高分子化合物は、焼成時に700℃までに溶融せず、
焼成物である炭素系材料の焼成到達温度(好ましくは7
00℃前後である)での収率が好ましくは40%以上、
さらに好ましくは70〜90%であることが望ましい。
700℃までに溶融してしまうものは、枝分かれしてい
ないので好ましくない。[0017] These organic polymer compounds are not so high in temperature and low in limit of electric conductivity, usually,
What is necessary is just to bake at 300-1000 degreeC. Such an organic polymer compound does not melt up to 700 ° C. during firing,
The sintering temperature (preferably 7) of the carbonaceous material which is the sintering product
(About 00 ° C.) is preferably 40% or more,
More preferably, it is desirable to be 70-90%.
Those that melt up to 700 ° C. are not preferred because they do not branch.
【0018】本発明のアルカリイオン吸脱着材料は、こ
のようにして得られた炭素系材料であるが、この材料が
アルカリイオンを組成式C6 Aだけ吸着した際のNMR
スペクトルの化学シフトδが、−3ppm<δ<10p
pmの範囲、好ましくは−1ppm<δ<2ppmにな
ければならない。ここにおいて、アルカリ元素がリチウ
ムの場合、観測核は 7Li、化学シフトの基準はLiC
lの1モル/l水溶液のピークを0としたときのもので
ある。化学シフトがこの範囲にあるということは、アル
カリイオン上の不対電子密度が殆ど0となっていること
を意味し、これは、アルカリイオンがインターカレーシ
ョンでなく、吸着によって吸蔵されており、炭素とアル
カリイオンが離れた距離をとっていることを示すもので
ある(本発明者は、これを「スプーンコンパウンド」と
呼ぶ)。The alkali ion adsorption-desorption material of the present invention is a carbon-based material thus obtained, NMR when this material is adsorbed alkali ions only formula C 6 A
When the chemical shift δ of the spectrum is −3 ppm <δ <10p
pm, preferably -1 ppm <δ <2 ppm. Here, when the alkali element is lithium, the observed nucleus is 7 Li, and the standard of the chemical shift is LiC
1 when the peak of 1 mol / l aqueous solution is 0. The fact that the chemical shift is within this range means that the unpaired electron density on the alkali ion is almost 0, which means that the alkali ion is occluded by adsorption rather than intercalation, This indicates that carbon and alkali ions are separated from each other (this is called "spoon compound" by the present inventor).
【0019】一方、インターカレートしたリチウム化学
シフトが正の値をとることは報告されており(例えば、
田中ら、1992年電気化学秋季大会講演要旨集p12
9)、本発明者らの測定においてもインターカレートし
たリチウム化学シフトは例外なく正の値をとることが分
かっている。この正の化学シフトの原因は、炭素系材料
のラジカルによる常磁性シフトである。リチウムが吸蔵
されると同時に炭素系材料は電子を受取り、電気的な中
性を保つ。電子を受け取った炭素は、ラジカルアニオン
となる。従って、リチウムを吸蔵した炭素系材料は不対
電子を持ち、電子の磁気モーメントと核の磁気モーメン
トの相互作用により、化学シフトが生じる。理論によれ
ば、電子スピンとの相互作用による化学シフトの符号
は、電子と当該核の超微細結合定数の符号と一致する。
7Liの超微細結合定数の符号は正であり、ラジカルに
よる化学シフトは正となる。化学シフトの大きさは、測
定核上の不対電子密度に比例する。インターカレートし
たリチウムイオンは黒鉛層間に閉じ込められているた
め、黒鉛層がラジカルアニオン化するとリチウムイオン
上にもある程度の不対電子密度が存在し正の化学シフト
をもたらす。On the other hand, it has been reported that the intercalated lithium chemical shift takes a positive value (for example,
Tanaka et al., Proceedings of the 1992 Electrochemical Fall Conference p12
9) In the measurement of the present inventors, it has been found that the intercalated lithium chemical shift takes a positive value without exception. The cause of this positive chemical shift is a paramagnetic shift due to radicals in the carbon-based material. At the same time as lithium is absorbed, the carbon-based material receives electrons and maintains electrical neutrality. The carbon that has received the electrons becomes a radical anion. Therefore, a carbon-based material that has absorbed lithium has an unpaired electron, and a chemical shift occurs due to the interaction between the magnetic moment of the electron and the magnetic moment of the nucleus. According to theory, the sign of the chemical shift due to the interaction with the electron spin matches the sign of the hyperfine coupling constant between the electron and the nucleus.
7 the sign of the hyperfine coupling constant of Li is positive, a chemical shift of a radical is positive. The magnitude of the chemical shift is proportional to the unpaired electron density on the measurement nucleus. Since the intercalated lithium ion is confined between the graphite layers, when the graphite layer is converted into a radical anion, some unpaired electron density also exists on the lithium ion, resulting in a positive chemical shift.
【0020】このように、前記の範囲を超えた化学シフ
トを持つものは、アルカリイオンをインターカレートに
より吸蔵しており、本発明の材料とはいえない。本発明
のアルカリイオン吸脱着材料は、アルカリイオンを吸脱
着するものであるが、中でもリチウムイオンにおいて、
優れた性能を発揮するものである。本発明のアルカリイ
オン吸脱着材料は、縮環芳香族をもつが、積層構造が発
達しておらず、リチウムのようなアルカリイオンをイン
ターカレーションによって吸蔵していないので、アルカ
リイオンは層間にではなく、縮環芳香族面上に吸脱着す
る。このような吸脱着反応はインターカレーション化合
物の組成比に制限されないので、アルカリイオンの吸脱
着量を非常に大きくすることができる。As described above, those having a chemical shift exceeding the above range occlude alkali ions by intercalation and cannot be said to be the material of the present invention. The alkali ion adsorbing and desorbing material of the present invention is one that adsorbs and desorbs an alkali ion.
It demonstrates excellent performance. Although the alkali ion adsorbing / desorbing material of the present invention has a condensed aromatic, the laminated structure has not been developed and alkali ions such as lithium are not occluded by intercalation. And adsorbs and desorbs on the condensed aromatic surface. Since the adsorption / desorption reaction is not limited by the composition ratio of the intercalation compound, the amount of adsorption / desorption of alkali ions can be extremely increased.
【0021】また、層間をアルカリイオンが出入りする
のではないので、吸脱着に伴う材料の構造変化が少な
く、さらに積層構造が発達してしていないので、アルカ
リイオンは積層している方向と平行な一方向に限定され
ず、どの方向からも侵入でき、吸脱着反応速度が大き
い。従って、このような本発明のアルカリイオン吸脱着
材料を電極材料に用いることによって、電池を非常に高
容量にし、サイクル安定性を向上し、大電流充放電を可
能とすることができ、本発明のアルカリイオン吸脱着材
料は、二次電池用電極の材料として非常に優れたもので
ある。Further, since alkali ions do not enter and exit between the layers, the structural change of the material due to adsorption and desorption is small, and since the laminated structure is not developed, the alkali ions are parallel to the laminating direction. It is not limited to one direction, but can penetrate from any direction, and the adsorption / desorption reaction speed is high. Therefore, by using such an alkali ion adsorbing / desorbing material of the present invention as an electrode material, the battery can have a very high capacity, cycle stability can be improved, and large current charging / discharging can be performed. Is very excellent as a material for an electrode for a secondary battery.
【0022】次に、本発明のアルカリイオン吸脱着材料
を製造する方法について具体的に説明する。本発明のア
ルカリイオン吸脱着材料は、前述したような、縮環芳香
族構造を有する有機高分子化合物を、通常、アルゴン、
ヘリウム、チッ素などの不活性ガス、あるいは水素など
の還元性ガス中で300〜1,000℃、好ましくは6
00〜800℃の温度で、0〜6時間、好ましくは0〜
1時間熱処理することにより得られる。Next, the method for producing the alkali ion adsorbing / desorbing material of the present invention will be specifically described. The alkali ion adsorption / desorption material of the present invention is, as described above, an organic polymer compound having a condensed aromatic structure, usually argon,
In an inert gas such as helium or nitrogen, or a reducing gas such as hydrogen, 300 to 1,000 ° C., preferably 6 ° C.
At a temperature of 00 to 800 ° C, 0 to 6 hours, preferably 0 to
It is obtained by heat treatment for one hour.
【0023】この具体的な熱処理方法としては、熱分析
において、原料の有機化合物の重量減少開始温度までは
どのような昇温速度でもよく、重量減少開始温度から熱
処理温度までは5℃/時間〜200℃/時間、好ましく
は20℃/時間〜100℃/時間の昇温速度で昇温する
方法が挙げられる。ここで、熱処理温度とは、熱分析に
おいて、重量が減少しなくなるまで減少した重量に対
し、70〜95重量%の重量減少を示す温度をいう。As a specific heat treatment method, in thermal analysis, any rate of temperature increase may be used up to the temperature at which the weight of the organic compound as a raw material starts to decrease, and the temperature from the temperature at which the weight starts to decrease to 5% / hour. A method of raising the temperature at a rate of 200 ° C./hour, preferably 20 ° C./hour to 100 ° C./hour. Here, the heat treatment temperature refers to a temperature at which, in a thermal analysis, a weight loss of 70 to 95% by weight with respect to the weight reduced until the weight no longer decreases.
【0024】このようにして得られる熱処理物は、通
常、粉体または固体であり、このアルカリイオン吸脱着
材料を機械的に粉砕し、優れた二次電池用電極材料を得
ることができる。この電極材料を用いて負極を作製する
場合、電極材料の粒径は必ずしも制限されるものではな
いが、平均粒径が5μm以下のものを用いることにより
高性能の負極を作ることができる。この場合、これらの
粉末に、ポリエチレン粉末などのバインダーを添加混合
し、ロールで圧延し、負極を作ることができる。バイン
ダーの配合量は、電極材料100重量部に対して5〜5
0重量部、好ましくは5〜30重量部である。The heat-treated product thus obtained is usually a powder or a solid, and the alkali ion adsorbing / desorbing material is mechanically pulverized to obtain an excellent electrode material for a secondary battery. When a negative electrode is manufactured using this electrode material, the particle size of the electrode material is not necessarily limited. However, by using an electrode material having an average particle size of 5 μm or less, a high-performance negative electrode can be manufactured. In this case, a binder such as polyethylene powder is added to these powders, mixed, and rolled with a roll to produce a negative electrode. The amount of the binder is 5 to 5 with respect to 100 parts by weight of the electrode material.
0 parts by weight, preferably 5 to 30 parts by weight.
【0025】ここで、バインダーとしては、有機、無機
いずれのバインダーも使用することができる。有機バイ
ンダーとしては、前記ポリエチレンのほかに、ポリテト
ラフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデンなどのフッ
素樹脂、ポリビニルアルコール、ポリ塩化ビニルなどの
多くのバインダーを使用することができる。また、無機
バインダーとしては、ケイ素ガラスなどのケイ素系バイ
ンダーが使用できるが、この場合もバインダーとしての
性能を発揮させるために融点を超えた温度での熱処理が
必要である。Here, any of organic and inorganic binders can be used as the binder. As the organic binder, in addition to the above-mentioned polyethylene, many binders such as a fluororesin such as polytetrafluoroethylene and polyvinylidene fluoride, polyvinyl alcohol, and polyvinyl chloride can be used. Further, as the inorganic binder, a silicon-based binder such as silicon glass can be used, but also in this case, a heat treatment at a temperature exceeding the melting point is required in order to exert the performance as the binder.
【0026】このようにして得られる負極体は、これに
リチウムまたはリチウムを主体とするアルカリ金属を担
持させて、リチウム電池用負極とすることができる。The negative electrode body thus obtained can be used as a negative electrode for a lithium battery by supporting lithium or an alkali metal mainly composed of lithium on the negative electrode body.
【0027】担持させる方法としては、リチウム箔を接
触させ熱拡散させたり、リチウム塩溶液中で電気化学的
にリチウムをドープさせたり、あるいは溶融リチウムに
浸漬させ炭素系材料中にリチウムを拡散させるなど、従
来より行われているどのような方法でもよい。本発明の
アルカリイオン吸脱着材料は、リチウム電池の負極とし
て広範囲に使用でき、各種の正極、例えば二酸化マンガ
ン、五酸化バナジウムなどの酸化物やポリピロールなど
の有機高分子を用いた正極などと組み合わせて使用する
ことができる。As a method of carrying the lithium metal, a lithium foil is contacted and thermally diffused, electrochemically doped with lithium in a lithium salt solution, or immersed in molten lithium to diffuse lithium into a carbon material. Any method conventionally used may be used. The alkali ion adsorbing and desorbing material of the present invention can be widely used as a negative electrode of a lithium battery, and is combined with various positive electrodes, for example, a positive electrode using an organic polymer such as oxides such as manganese dioxide and vanadium pentoxide or polypyrrole, and the like. Can be used.
【0028】また、本発明のアルカリイオン吸脱着材料
からなる電極材料を用いた電池に使用する非水系の電解
質としては、正極材料および負極材料に対して化学的に
安定であり、かつリチウムイオンが正極活物質と電気化
学反応をするために移動できる非水物質であればどのよ
うなものでも使用でき、特にカチオンとアニオンの組み
合わせよりなる化合物であって、カチオンとしてはLi
+ 、またアニオンの例としてはPF6 - 、AsF6 - 、
SbF6 - のようなVa族元素のハロゲン化物アニオ
ン、I- 、I3 - 、Br- 、Cl- のようなハロゲンア
ニオン、ClO4 - のような過塩素酸アニオン、HF2
- 、CF3 SO3 - 、SCN- などのアニオンを有する
化合物を挙げることができるが、必ずしもこれらのアニ
オンに限定されるものではない。このようなカチオン、
アニオンを持つ電解質の具体例としては、LiPF6 、
LiAsF6 、LiSbF6 、LiBF4 、LiClO
4 、LiI、LiBr、LiCl、LiAlCl4 、L
iHF2 、LiSCN、LiCF3 SO3 などが挙げら
れる。これらのうちでは、特にLiPF6 、LiAsF
6 、LiSbF6 、LiBF4 、LiClO4 、LiC
F3 SO3 が好ましい。The non-aqueous electrolyte used in the battery using the electrode material comprising the alkali ion adsorbing / desorbing material of the present invention is chemically stable with respect to the positive electrode material and the negative electrode material, and lithium ion is used. Any non-aqueous substance that can move to perform an electrochemical reaction with the positive electrode active material can be used, and in particular, a compound composed of a combination of a cation and an anion, and the cation is Li
+ And examples of anions include PF 6 − , AsF 6 − ,
SbF 6 - Va group element halide anions such as, I -, I 3 -, Br -, Cl - halogen anion, ClO 4, such as - perchlorate anions such as, HF 2
-, CF 3 SO 3 -, SCN - can be exemplified compounds having an anion such as, but not necessarily limited to these anions. Such a cation,
Specific examples of the electrolyte having an anion include LiPF 6 ,
LiAsF 6 , LiSbF 6 , LiBF 4 , LiClO
4, LiI, LiBr, LiCl, LiAlCl 4, L
iHF 2 , LiSCN, LiCF 3 SO 3 and the like. Among these, in particular, LiPF 6 , LiAsF
6, LiSbF 6, LiBF 4, LiClO 4, LiC
F 3 SO 3 is preferred.
【0029】なお、非水系の電解質は、通常、溶媒に溶
解された状態で使用され、この場合、溶媒は特に限定さ
れないが、比較的極性の大きい溶媒が良好に用いられ
る。具体的にはプロピレンカーボネート、エチレンカー
ボネート、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒド
ロフラン、ジオキソラン、ジオキサン、ジメトキシエタ
ン、ジエチレングリコールジメチルエーテルなどのグラ
イム類、γ−ブチロラクトンなどのラクトン類、トリエ
チルホスフェートなどのリン酸エステル類、ホウ酸トリ
エチルなどのホウ酸エステル類、スルホラン、ジメチル
スルホキシドなどのイオウ化合物、アセトニトリルなど
のニトリル類、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセト
アミドなどのアミド類、硫酸ジメチル、ニトロメタン、
ニトロベンゼン、ジクロロエタンなどの1種または2種
以上の混合物を挙げることができる。これらのうちで
は、特にプロピレンカーボネート、エチレンカーボネー
ト、ブチレンカーボネート、テトラヒドロフラン、2−
メチルテトラヒドロフラン、ジオキサン、ジメトキシエ
タン、ジオキソランおよびγ−ブチロラクトンから選ば
れた1種または2種以上の混合物が好適である。The non-aqueous electrolyte is usually used in a state of being dissolved in a solvent. In this case, the solvent is not particularly limited, but a solvent having a relatively large polarity is preferably used. Specifically, propylene carbonate, ethylene carbonate, tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran, dioxolane, dioxane, dimethoxyethane, glymes such as diethylene glycol dimethyl ether, lactones such as γ-butyrolactone, phosphates such as triethyl phosphate, boric acid Borates such as triethyl, sulfolane, sulfur compounds such as dimethyl sulfoxide, nitriles such as acetonitrile, amides such as dimethylformamide and dimethylacetamide, dimethyl sulfate, nitromethane,
One or a mixture of two or more such as nitrobenzene and dichloroethane can be mentioned. Among these, propylene carbonate, ethylene carbonate, butylene carbonate, tetrahydrofuran, 2-
One or a mixture of two or more selected from methyltetrahydrofuran, dioxane, dimethoxyethane, dioxolane and γ-butyrolactone is preferred.
【0030】さらに、この非水電解質としては、上記非
水電解質を、例えばポリエチレンオキサイド、ポリプロ
ピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイドのイソシア
ネート架橋体、エチレンオキサイドオリゴマーを側鎖に
持つホスファゼンポリマーなどの重合体に含浸させた有
機固体電解質、Li3 N、LiBCl4 などの無機イオ
ン誘導体、Li4 SiO4 、Li3 BO3 などのリチウ
ムガラスなどの無機固体電解質を用いることもできる。Further, as the non-aqueous electrolyte, the above-mentioned non-aqueous electrolyte is impregnated with a polymer such as polyethylene oxide, polypropylene oxide, a crosslinked isocyanate of polyethylene oxide, and a phosphazene polymer having an ethylene oxide oligomer in a side chain. Organic solid electrolytes, inorganic ion derivatives such as Li 3 N and LiBCl 4, and inorganic solid electrolytes such as lithium glass such as Li 4 SiO 4 and Li 3 BO 3 can also be used.
【0031】本発明のアルカリイオン吸脱着材料からな
る電極材料を使用したリチウム二次電池を、図面を参照
してさらに詳細に説明する。すなわち、本発明のアルカ
リイオン吸脱着材料からなる電極材料を負極に使用した
リチウム二次電池は、図17に示すように開口部10a
が負極蓋板20で密閉されたボタン形の正極ケース10
内を微細孔を有するセパレータ30で区画し、区画され
た正極側空間内に正極集電体40を正極ケース10側に
配置した正極50が収納される一方、負極側空間内に負
極集電体60を負極蓋板20側に配置した負極70が収
納されたものである。A lithium secondary battery using the electrode material comprising the alkali ion adsorbing / desorbing material of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. That is, in the lithium secondary battery using the electrode material made of the alkali ion adsorbing and desorbing material of the present invention for the negative electrode, as shown in FIG.
Is a button-shaped positive electrode case 10 sealed with a negative electrode cover plate 20
The inside is partitioned by a separator 30 having micropores, and the positive electrode 50 in which the positive electrode current collector 40 is arranged on the positive electrode case 10 side is stored in the partitioned positive electrode side space, while the negative electrode current collector is stored in the negative electrode side space. The negative electrode 70 in which the negative electrode 60 is disposed on the negative electrode cover plate 20 side is housed.
【0032】なお、セパレータ30としては、多孔質で
電解液を通したり含んだりすることのできる、例えばポ
リテトラフルオロエチレン、ポリプロピレンやポリエチ
レンなどの合成樹脂製の不織布、織布および編布などを
使用することができる。また、正極50に用いられる正
極材料としては、リチウム含有五酸化バナジウム、リチ
ウム含有二酸化マンガンなどの焼成体粒子を使用するこ
とができる。なお、符号80は、正極ケース10の内周
面に周設されて負極蓋板20を絶縁支持するポリエチレ
ン製の絶縁パッキンである。As the separator 30, a nonwoven fabric, a woven fabric, a knitted fabric, or the like made of a synthetic resin such as polytetrafluoroethylene, polypropylene, or polyethylene, which is porous and through which an electrolytic solution can be passed or used, is used. can do. As the positive electrode material used for the positive electrode 50, fired particles such as lithium-containing vanadium pentoxide and lithium-containing manganese dioxide can be used. Reference numeral 80 denotes a polyethylene insulating packing which is provided around the inner peripheral surface of the positive electrode case 10 and insulates and supports the negative electrode cover plate 20.
【0033】[0033]
【作用】本発明のアルカリイオン吸脱着材料は、縮環芳
香族構造をもつが、積層構造が発達しておらず、リチウ
ムのようなアルカリイオンは層間にインターカレートす
るのではなく、縮環芳香族面上に吸脱着する。吸脱着反
応はインターカレーション化合物の組成比に制限されな
いので、アルカリイオンの吸脱着量を非常に大きくする
ことができる。従って、これを電極材料に用いることに
よって、電池を非常に高容量にすることができる。The alkali ion adsorbing / desorbing material of the present invention has a condensed aromatic structure, but the lamination structure is not developed, and alkali ions such as lithium do not intercalate between the layers, but condensed. Adsorbs and desorbs on aromatic surfaces. Since the adsorption / desorption reaction is not limited by the composition ratio of the intercalation compound, the amount of adsorption / desorption of alkali ions can be extremely increased. Therefore, by using this as an electrode material, the battery can have a very high capacity.
【0034】また、層間をイオンが出入りするのではな
いので、吸脱着に伴う材料の構造変化が少なく、電極材
料に用いた場合、その電池はサイクル安定性に優れる。
さらに、積層構造が発達していないので、イオンは積層
している方向と平行な一方向に限定されず、どの方向か
らも侵入でき、反応速度が大きく、大電流充放電が可能
となる。従って、本発明のアルカリイオン吸脱着材料
を、二次電池、特に非水電解質液二次電池、例えばリチ
ウム電池の電極材料として用いることにより、高容量で
かつ充放電におけるサイクル安定性に優れ、しかも高電
流密度の充放電に耐え得る電池を得ることができる。Further, since ions do not enter and exit between the layers, the structural change of the material due to adsorption and desorption is small, and when used as an electrode material, the battery has excellent cycle stability.
Furthermore, since the lamination structure is not developed, ions are not limited to one direction parallel to the lamination direction, but can penetrate from any direction, the reaction speed is high, and large current charging / discharging is possible. Therefore, by using the alkali ion adsorbing / desorbing material of the present invention as an electrode material of a secondary battery, particularly a nonaqueous electrolyte liquid secondary battery, for example, a lithium battery, it has high capacity and excellent cycle stability in charge and discharge, and A battery capable of withstanding high current density charge / discharge can be obtained.
【0035】[0035]
【実施例】以下、実施例を挙げて本発明をさらに具体的
に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定される
ものではない。 実施例1 コバチック法(Kovacic)によりポリフェニレン
を合成した〔Kovacic,P.andKyriak
is,A.,Journal of theAmeri
can Chemical Society 85,4
54〜458(1963)による〕。すなわち、塩化第
2銅(CuCl2 )、塩化アルミニウム(無水)(Al
Cl3 )、ベンゼン(C6 H6 )をモル比で1:1:4
となるように混合し、不活性ガス雰囲気下で攪拌した。
得られた粉末を塩酸(6N−HCl)で数度洗浄し、水
洗、さらにアセトン洗浄、水洗を繰り返したのち、10
0℃にて真空乾燥した。このようにして合成したポリフ
ェニレンは、屈曲、分岐構造やキノイド構造のような積
層阻害要因を含んでいる。EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Example 1 Polyphenylene was synthesized by the Kovacic method [Kovacic, P. et al. andKyriak
is, A. , Journal of the Ameri
can Chemical Society 85,4
54-458 (1963)]. That is, cupric chloride (CuCl 2 ), aluminum chloride (anhydrous) (Al
Cl 3 ) and benzene (C 6 H 6 ) in a molar ratio of 1: 1: 4.
And stirred under an inert gas atmosphere.
The obtained powder is washed several times with hydrochloric acid (6N-HCl), washed with water, further washed with acetone, and washed with water.
Vacuum dried at 0 ° C. The polyphenylene synthesized in this manner contains stacking inhibition factors such as a bent, branched structure and a quinoid structure.
【0036】このように合成したポリフェニレンを水素
気流下700℃で焼成して炭素系材料を得た。具体的に
は、室温から500℃まで250℃/時間の昇温速度で
昇温し、500℃から700℃までは40℃/時間で昇
温し、700℃に到達した時点で加熱を中止し室温まで
冷却して炭素系材料を得た。得られた炭素系材料のX線
回折測定より求められる(002)面の面間距離は、約
3.65Åであった。(002)面の回折ピークは、非
常に幅が広くC軸方向の結晶子の大きさは10Å以下と
見積もられる。すなわち、積層枚数は3枚以下であっ
た。The thus synthesized polyphenylene was fired at 700 ° C. in a hydrogen stream to obtain a carbon-based material. Specifically, the temperature is raised from room temperature to 500 ° C. at a rate of 250 ° C./hour, from 500 ° C. to 700 ° C. at 40 ° C./hour, and when the temperature reaches 700 ° C., the heating is stopped. After cooling to room temperature, a carbon-based material was obtained. The inter-plane distance of the (002) plane obtained by X-ray diffraction measurement of the obtained carbon-based material was about 3.65 °. The diffraction peak of the (002) plane is very wide, and the crystallite size in the C-axis direction is estimated to be 10 ° or less. That is, the number of stacked layers was three or less.
【0037】この材料、およびこの材料に370Ah/
kgに相当するリチウムイオンを充電した状態で透過型
電子顕微鏡(TEM)により格子像を撮影した。その結
果を図1に示す。(a)がこの材料、(b)がこの材料
に充電した後のものである。黒い部分が炭素網面で白い
部分が空間である。This material, and 370 Ah /
A lattice image was taken with a transmission electron microscope (TEM) while lithium ions corresponding to kg were charged. The result is shown in FIG. (A) is the material after charging, and (b) is after charging the material. The black part is the carbon net surface and the white part is the space.
【0038】炭素網面と炭素網面との間隔とその間隔の
方向を、FFTパワースペクトル化したものを図2に示
す。(a)が充電前、(b)が充電後である。中心の白
い点が原点で中心からの距離が炭素網面の間隔を示し、
方向が炭素網面の方向を示している。白い点がリング状
になることにより、炭素網面の方向性に規則性がないこ
とが明らかである。充電後もこの状態はほとんど変化し
ない。さらに、FFTパワースペクトルの垂直成分の分
布を図3に示す。(a)が充電前、(b)が充電後であ
る。充電前後でその面間隔は広がっていない。FIG. 2 shows an FFT power spectrum of the distance between the carbon mesh planes and the direction of the gap. (A) is before charging, and (b) is after charging. The white point at the center is the origin, and the distance from the center indicates the distance between the carbon mesh planes.
The direction indicates the direction of the carbon net plane. It is clear that the direction of the carbon net surface is not regular because the white dots are ring-shaped. This state hardly changes after charging. FIG. 3 shows the distribution of the vertical component of the FFT power spectrum. (A) is before charging, and (b) is after charging. The surface spacing before and after charging is not widened.
【0039】この材料に、バインダーとしてポリエチレ
ン粉末を重量比で30%加えて加圧成形し電極とした。
作用極としてこの電極を、対極および参照極としてリチ
ウム箔を、電解液として、PC(プロピレンカーボネー
ト)とDME(ジメトキシエタン)(重量比=1:1)
の溶媒に、過塩素酸リチウムを1モル/lの濃度で溶解
したものを用いて、半電池セルを構成した。このセルを
用い、1.6mA/cm2 の電流密度、充電終止電位0
mV、放電終止電位3V、休止時間20分で充放電を繰
り返した。この電極はリチウムイオンを電気化学的に吸
蔵放出し、リチウム二次電池用負極として機能した。To this material, 30% by weight of a polyethylene powder was added as a binder, and the mixture was pressed and formed into an electrode.
This electrode was used as a working electrode, lithium foil was used as a counter electrode and a reference electrode, and PC (propylene carbonate) and DME (dimethoxyethane) (weight ratio = 1: 1) were used as electrolytes.
A half-battery cell was formed by using a solution prepared by dissolving lithium perchlorate at a concentration of 1 mol / l in the above solvent. Using this cell, a current density of 1.6 mA / cm 2 and a final charge potential of 0
The charging and discharging were repeated at mV, a discharge termination potential of 3 V, and a rest time of 20 minutes. This electrode electrochemically absorbed and released lithium ions and functioned as a negative electrode for a lithium secondary battery.
【0040】(容量) 図4に充放電電位曲線を示す。405Ah/kgの放電
容量を示している。積層枚数と容量の関係を図5に模式
的に示したが、この図からも分かるように、この容量は
インターカレーション反応の限界である372Ah/k
gを上回っている。さらに、X線回折測定から見積もら
れる積層枚数が高々3枚であることを考慮すれば、イン
ターカレーション反応の容量の限界は248Ah/kg
になる筈であり、405Ah/kgという高容量はイン
ターカレーション反応では説明できない。(Capacity) FIG. 4 shows a charge / discharge potential curve. It shows a discharge capacity of 405 Ah / kg. FIG. 5 schematically shows the relationship between the number of layers and the capacity. As can be seen from this figure, this capacity is 372 Ah / k, which is the limit of the intercalation reaction.
g. Further, considering that the number of laminated layers estimated from the X-ray diffraction measurement is at most three, the capacity limit of the intercalation reaction is 248 Ah / kg.
And the high capacity of 405 Ah / kg cannot be explained by the intercalation reaction.
【0041】(NMR)この電極に30Ah/kg、1
50Ah/kgおよび300Ah/kg充電した試料を
作製し、吸蔵されたリチウムの固体分解能NMRスペク
トルを測定した。測定試料は、乾燥アルゴン雰囲気グロ
ーブボックス内でDMEで洗浄乾燥し、電解液を除去し
たのち、KBrと混合しNMR試料管に充填した。観測
核は 7Liである。化学シフトの基準としてLiClの
1モル/l水溶液のピークを0ppmとした。スペクト
ルを図6に示す。図6から明らかなように、リチウムの
吸蔵量によらず化学シフトは0ppmである。約60p
pm間隔で最大ピークの左右に対照的に現れているピー
クはスピニンクサイドバンドである。(NMR) 30 Ah / kg, 1
Samples charged at 50 Ah / kg and 300 Ah / kg were prepared, and the solid-state NMR spectrum of the stored lithium was measured. The measurement sample was washed and dried with DME in a dry argon atmosphere glove box, and after removing the electrolytic solution, mixed with KBr and filled in an NMR sample tube. Observation nucleus is 7 Li. As a standard of the chemical shift, the peak of a 1 mol / l aqueous solution of LiCl was set to 0 ppm. The spectrum is shown in FIG. As is clear from FIG. 6, the chemical shift is 0 ppm regardless of the amount of stored lithium. About 60p
Peaks appearing symmetrically to the left and right of the maximum peak at pm intervals are spinning sidebands.
【0042】(電流密度依存性)この電極に、電流密度
を1mA/cm2 〜15mA/cm2 の範囲で変化させ
て充放電を行い、電位曲線を求めた。結果を図7に示
す。15mA/cm2 では一部金属リチウム析出による
と思われるノイズが出るが、10mA/cm2 という高
電流密度においても金属リチウム析出は無く、充放電可
能である。[0042] (current density dependence) to the electrode, were charged and discharged by changing the range of the current density of 1mA / cm 2 ~15mA / cm 2 , it was determined potential curve. FIG. 7 shows the results. At 15 mA / cm 2 , noise appears to be caused by deposition of metallic lithium, but even at a high current density of 10 mA / cm 2 , metallic lithium is not precipitated and charging and discharging are possible.
【0043】守田らは、各種炭素系材料について、充放
電電流密度を変えた時の放電容量を報告している〔守田
ら、第15回新電池構想部会討論会資料p24〜31
(1992)〕。その結果を実施例1の材料についての
発明者の測定結果とともに、表1に示す。Morita et al. Reported the discharge capacity of various carbon-based materials when the charge / discharge current density was changed. [Morita et al., 15th New Battery Design Working Group Discussion Papers p24-31.
(1992)]. The results are shown in Table 1 together with the measurement results of the inventor for the material of Example 1.
【0044】[0044]
【表1】 [Table 1]
【0045】炭素は、一般に黒鉛構造が発達するほどD
(002)は狭くなり、Lc (c軸方の結晶子の大き
さ)は大きくなる。表1から分かるように、電流密度を
上げると黒鉛構造の発達した炭素ほど容量の低下が激し
い。実施例1の材料はこれに反して電流密度を上げるほ
ど容量が大きくなる。これは電流密度が低いほど1サイ
クルに要する時間が長いため評価セル内への水分の侵入
量が多くなり、容量低下が生じるためである。水分の侵
入がない条件で評価を行えば、放電容量はほぼ同じと推
察される。このように実施例1の材料は、高い電流密度
においても容量の低下なしに充放電が可能である。Carbon generally has a higher D value as the graphite structure develops.
(002) becomes narrow, and Lc (the size of the crystallite in the c-axis direction) becomes large. As can be seen from Table 1, as the current density increases, the capacity of the carbon having a more developed graphite structure decreases more rapidly. On the contrary, the capacity of the material of Example 1 increases as the current density increases. This is because the lower the current density, the longer the time required for one cycle, the greater the amount of water entering the evaluation cell, resulting in a reduction in capacity. If the evaluation is performed under the condition that there is no intrusion of moisture, it is estimated that the discharge capacity is almost the same. As described above, the material of Example 1 can be charged and discharged without reducing the capacity even at a high current density.
【0046】比較例1 ポーラスカーボンを電極として、電解液として過塩素酸
リチウムの1モル/lのEC(エチレンカーボネート)
+DME(重量比=1:1)溶液を用いた以外は、実施
例1と同様にして半電池セルを構成し、充放電サイクル
試験を行った。この電極は、リチウムイオンを電気化学
的に吸蔵放出し、リチウム二次電池用負極として機能し
た。COMPARATIVE EXAMPLE 1 1 mol / l EC (ethylene carbonate) of lithium perchlorate was used as an electrolyte, using porous carbon as an electrode.
A half-battery cell was constructed in the same manner as in Example 1 except that a + DME (weight ratio = 1: 1) solution was used, and a charge / discharge cycle test was performed. This electrode electrochemically inserted and extracted lithium ions and functioned as a negative electrode for a lithium secondary battery.
【0047】この電極に、200Ah/kg充電した試
料を作製し、実施例1と同様にして7Liの固体高分解
能NMRスペクトルを測定した。結果を図8に示す。最
大ピークは26.1ppmの化学シフトを示している。
264.2ppmのピークは金属リチウムによるもので
あり、ポーラスカーボンではリチウムのインターカレー
ション以外にリチウムの鍍金反応が起きていることを示
す。[0047] In this electrode, to produce a 200 Ah / kg charged samples were measured high-resolution solid-state NMR spectra of to 7 Li in the same manner as in Example 1. FIG. 8 shows the results. The maximum peak shows a chemical shift of 26.1 ppm.
The peak at 264.2 ppm is due to metallic lithium, which indicates that the porous carbon has undergone a lithium plating reaction in addition to the lithium intercalation.
【0048】(NMR)インターカレートしたリチウム
の化学シフトが正の値をとることは、この比較例以外に
も報告されており(例えば、田中ら、1992年電気化
学秋季大会講演要旨集p129)、本発明の材料以外の
材料についての発明者らの測定においてもインターカレ
ートしたリチウムの化学シフトは例外なく正の値をとる
ことが分かっている。(NMR) In addition to this comparative example, it has been reported that the chemical shift of intercalated lithium takes a positive value (for example, Tanaka et al., P. 129 of the 1992 Electrochemical Fall Conference Abstracts). Also, it has been found that the chemical shift of intercalated lithium takes a positive value without exception in the measurement by the inventors of materials other than the material of the present invention.
【0049】この正の化学シフトの原因は、炭素系材料
のラジカルによる常磁性シフトである。リチウムが吸蔵
されると同時に炭素系材料は電子を受取り、電気的な中
性を保つ。電子を受け取った炭素はラジカルアニオンと
なる。従って、リチウムを吸蔵した炭素系材料は不対電
子を持ち、電子の磁気モーメントと核の磁気モーメント
の相互作用により、化学シフトが生じる。理論によれ
ば、電子スピンとの相互作用による化学シフトの符号は
電子と当該核の超微細結合定数の符号と一致する。 7L
iの超微細結合定数の符号は正であり、ラジカルによる
化学シフトは正となる。化学シフトの大きさは測定核上
の不対電子密度に比例する。インターカレートしたリチ
ウムイオンは黒鉛層間に閉じ込められているため、黒鉛
層がラジカルアニオン化するとリチウムイオン上にもあ
る程度の不対電子密度が存在し正の化学シフトをもたら
す。The cause of the positive chemical shift is a paramagnetic shift due to radicals of the carbon-based material. At the same time as lithium is absorbed, the carbon-based material receives electrons and maintains electrical neutrality. The carbon that has received the electrons becomes a radical anion. Therefore, a carbon-based material that has absorbed lithium has an unpaired electron, and a chemical shift occurs due to the interaction between the magnetic moment of the electron and the magnetic moment of the nucleus. According to theory, the sign of the chemical shift due to the interaction with the electron spin matches the sign of the hyperfine coupling constant of the electron and the nucleus. 7 L
The sign of the hyperfine coupling constant of i is positive, and the chemical shift due to the radical is positive. The magnitude of the chemical shift is proportional to the unpaired electron density on the measurement nucleus. Since the intercalated lithium ion is confined between the graphite layers, when the graphite layer is converted into a radical anion, some unpaired electron density also exists on the lithium ion, resulting in a positive chemical shift.
【0050】一方、本発明の炭素系材料の場合、インタ
ーカレーションではなく、吸着によってリチウムイオン
を吸蔵するため、炭素とリチウムが離れた距離を取りう
る。そのため、リチウムイオン上の不対電子密度はほと
んど0となり、化学シフトも0となる。On the other hand, in the case of the carbon-based material of the present invention, since lithium ions are absorbed by adsorption rather than by intercalation, the distance between carbon and lithium can be large. Therefore, the unpaired electron density on lithium ions is almost zero, and the chemical shift is also zero.
【0051】比較例2(電流密度依存性) 2,600℃で黒鉛化処理を行った気相成長炭素繊維
(VGCF)を負極として、実施例1と同様にして電流
密度を変化させて充放電電位曲線を求めた。結果を図9
に示す。電流密度9mA/cm2 では充電時に金属リチ
ウム析出による電位の平坦部が生じ、放電時はまず金属
リチウムの溶出反応が生じ次いで炭素からの放電が起き
た。Comparative Example 2 (Dependence on Current Density) Charge / discharge by changing the current density in the same manner as in Example 1 using a vapor grown carbon fiber (VGCF) subjected to graphitization at 2,600 ° C. as a negative electrode A potential curve was determined. FIG. 9 shows the results.
Shown in At a current density of 9 mA / cm 2 , a flat portion of the potential occurred due to the deposition of metallic lithium at the time of charging, and at the time of discharging, an elution reaction of metallic lithium occurred first, followed by discharging from carbon.
【0052】以上のことから、 7Liの固体分解能NM
Rの化学シフトがリチウム吸蔵量によらず0であるこ
と、および平均積層枚数が3枚以下でありながら、40
5Ah/kgの放電容量を示すことから、本発明の材料
は従来のインターカレーション反応によるリチウムイオ
ンの吸蔵放出とは異なる吸脱着による吸蔵放出機能を有
することが分かる。この新規の吸蔵放出機能のため、本
発明の材料はこれを電極材料として用いた場合、その電
池は高い充放電容量を持ち、高電流密度での充放電が可
能となり、充放電にともなう構造変化がないためサイク
ル安定性に優れている。[0052] From the above, 7 Li of solid resolution NM
The chemical shift of R is 0 irrespective of the amount of lithium occlusion.
From the fact that the material of the present invention exhibits a discharge capacity of 5 Ah / kg, it can be seen that the material of the present invention has a storage / release function by absorption / desorption different from the storage / release of lithium ions by the conventional intercalation reaction. Due to this new occlusion and release function, when the material of the present invention is used as an electrode material, the battery has a high charge / discharge capacity and can be charged / discharged at a high current density, and the structural change accompanying charge / discharge No cycle stability.
【0053】実施例2 実施例1と同様にしてコバチック法によりポリフェニレ
ンを得た。このようにして合成したポリフェニレンは原
料モノマーがベンゼンであるため、結合部位はパラ位に
限定されず、オルト、メタ位での結合や分岐、架橋構造
を含んでいる。コバチック法では、重合触媒の酸化力に
より、キノイド構造が生成することが知られている。本
実施例のポリマーは褐色であり、その粉末の拡散反射ス
ペクトルには820nmに吸収端が観測された。拡散反
射スペクトルを図10に示す。これはキノイド構造によ
る吸収である。Example 2 In the same manner as in Example 1, polyphenylene was obtained by the cobatic method. Since the raw material monomer of the polyphenylene synthesized in this way is benzene, the bonding site is not limited to the para-position, and includes a bond, a branch, and a cross-linked structure at the ortho and meta positions. It is known that the quinoid structure is generated by the oxidizing power of the polymerization catalyst in the Cobatic method. The polymer of this example was brown, and an absorption edge was observed at 820 nm in the diffuse reflection spectrum of the powder. FIG. 10 shows the diffuse reflection spectrum. This is absorption by the quinoid structure.
【0054】また、ポリフェニレンの赤外吸収スペクト
ルにおいては804cm-1付近にC−H面外変角振動モ
ード〔δ(para)〕に帰属される吸収帯、760c
m-1付近と690cm-1付近に、それぞれ末端フェニル
基の振動モード〔δ(mono1)〕と〔δ〔mono
2)〕に帰属される吸収帯が観測された。それぞれの吸
収の吸光度をそれぞれA〔δ(para)〕、A〔δ
(mono1)〕、A〔δ(mono2)〕とすると、 R=A〔δ(para)〕/{A〔ω(mono1)〕
+A〔ω(mono2)〕} で定義されるR値は、ポリフェニレンの重合度の目安に
なるが、この値は6.09であった。In the infrared absorption spectrum of polyphenylene, an absorption band belonging to the CH out-of-plane bending vibration mode [δ (para)] near 804 cm −1 , 760 c
In the vicinity of m -1 and 690 cm -1 , the vibration modes [δ (mono 1)] and [δ [mono
2)] was observed. The absorbance of each absorption is represented by A [δ (para)] and A [δ
(Mono1)] and A [δ (mono2)], R = A [δ (para)] / {A [ω (mono1)]
The R value defined by + A [ω (mono2)]} is a measure of the degree of polymerization of polyphenylene, and this value was 6.09.
【0055】さらに、X線回折の結果、2θ=19.4
°に半値幅2.372°の幅広い回折ピークを示してお
り、結晶化度が低かった。このようなコバチック法によ
り得られたポリフェニレンを水素気流下700℃で焼成
して炭素系材料を得た。焼成中の目視観察により、この
ポリマーは700℃に到達するまで融解しなかった。焼
成収率は84%であった。Further, as a result of X-ray diffraction, 2θ = 19.4
° shows a broad diffraction peak with a half-width of 2.372 °, and the crystallinity was low. The polyphenylene obtained by such a cobatic method was fired at 700 ° C. in a hydrogen stream to obtain a carbon-based material. By visual observation during calcination, the polymer did not melt until reaching 700 ° C. The firing yield was 84%.
【0056】この炭素系材料の格子像をTEM〔日本電
子(株)製〕により、400kVにて撮影した。その結
果を図11に示す。これをイメージスキャナーでコンピ
ューターに入力し、炭素を白、空間を黒に2値化処理し
た。この結果を図12に示す。図12中の全ての線につ
いてフラクタル次元を測定した。その結果を図13に示
す。これよりフラクタル次元は1.91であった。A lattice image of this carbon-based material was taken at 400 kV by TEM (manufactured by JEOL Ltd.). The result is shown in FIG. This was input to a computer with an image scanner, and binarized to white for carbon and black for space. The result is shown in FIG. The fractal dimension was measured for all the lines in FIG. The result is shown in FIG. From this, the fractal dimension was 1.91.
【0057】この炭素系材料に重量比で30重量%のポ
リエチレンバインダーを加え、直径10mmの電極を圧
粉成形により作製した。PC(プロピレンカーボネー
ト)/DME(ジメトキシエタン)(体積比=1:1)
の溶媒に、LiPF6を1モル/lの濃度で溶解し、電
解液とした。対極、参照極はLi金属を用いた。充放電
電流密度1.6mA/cm2、充電終止電位0V、放電
終止電位3Vで評価を行った。この電極の充放電曲線を
図14に示す。この炭素のフラクタル次元Dは1.91
であり、炭素6角網面の規則的な積層が全くないため、
放電容量は695Ah/kgになった。これは従来から
知られている、グラファイト層間へのインターカレーシ
ョン反応の理論容量372Ah/kgを大きく上回る値
である。A 30% by weight polyethylene binder was added to this carbon-based material, and an electrode having a diameter of 10 mm was produced by compacting . PC (propylene carbonate) / DME (dimethoxyethane) (volume ratio = 1: 1)
LiPF 6 was dissolved at a concentration of 1 mol / l in the above solvent to prepare an electrolytic solution. Li metal was used for the counter electrode and the reference electrode. The evaluation was performed at a charge / discharge current density of 1.6 mA / cm 2 , a charge termination potential of 0 V, and a discharge termination potential of 3 V. FIG. 14 shows a charge / discharge curve of this electrode. The fractal dimension D of this carbon is 1.91
And there is no regular stacking of carbon hexagonal meshes,
The discharge capacity became 695 Ah / kg. This is a value far exceeding the theoretical capacity of 372 Ah / kg of a conventionally known intercalation reaction between graphite layers.
【0058】比較例3 実施例2と同様にして得られたポリ(パラフェニレン)
を1,500℃で焼成し炭素系材料を得た。この炭素系
材料のフラクタル次元Dは1.6であり、無秩序積層構
造ではなかった。この炭素系材料について実施例2と同
様にして評価を行った。充放電曲線を図15に示す。こ
の炭素系材料は、炭素6角網面の積層構造がある程度規
則的に配列しているために、リチウムはインターカレー
ション反応で充電される。よって、その放電容量は37
2Ah/kgが限界となる。Comparative Example 3 Poly (paraphenylene) obtained in the same manner as in Example 2
Was fired at 1,500 ° C. to obtain a carbon-based material. The fractal dimension D of this carbon-based material was 1.6, and it was not a disordered laminated structure. This carbon-based material was evaluated in the same manner as in Example 2. FIG. 15 shows a charge / discharge curve. In this carbon-based material, lithium is charged by an intercalation reaction because the laminated structure of carbon hexagonal mesh planes is regularly arranged to some extent. Therefore, its discharge capacity is 37
2 Ah / kg is the limit.
【0059】比較例4 p−ジブロモベンゼンとマグネシウムを等モル、テトラ
ヒドロフラン中で反応させ、グリニャール試薬を合成し
た。これに触媒量の塩化ニッケル−2,2′−ビピリジ
ン錯体を加え4時間リフラックスした。反応混合物を希
塩酸中に投下し攪拌したのち、ろ過した。ろ別された固
形物を、蒸留水、エタノール、熱トルエン、エタノール
の順に溶剤で洗浄したのち、80℃にて真空乾燥した。
これにより、100%パラ位のみで結合し、分岐や橋架
けのないポリ(パラフェニレン)が得られた。Comparative Example 4 A Grignard reagent was synthesized by reacting p-dibromobenzene and magnesium in equimolar amounts in tetrahydrofuran. A catalytic amount of nickel chloride-2,2'-bipyridine complex was added thereto and refluxed for 4 hours. The reaction mixture was dropped into dilute hydrochloric acid, stirred, and then filtered. The filtered solid was washed with a solvent in the order of distilled water, ethanol, hot toluene, and ethanol, and then dried at 80 ° C. under vacuum.
As a result, poly (paraphenylene) having only 100% bond at the para position and no branch or bridge was obtained.
【0060】この方法は酸化剤を用いないため、キノイ
ド構造は生成しない。このポリマーの粉末は薄い黄色で
あり、拡散反射スペクトルは可視領域にほどんど吸収を
もたず、吸収端が470nmに観測された。拡散反射ス
ペクトルを図16に示す。赤外吸収スペクトルから求め
られるR値は1.91であった。X線回折は2θ=1
9.6°に半値幅0.72°の鋭い回折ピークを示して
おり、結晶化度が高い。このポリマーを実施例2と同様
にして焼成した。焼成中の目視観察により融解が認めら
れた。焼成収率は38%であった。実施例と同様にして
求めた初期放電容量は、150Ah/kgであった。Since this method does not use an oxidizing agent, no quinoid structure is formed. The powder of this polymer was light yellow, and the diffuse reflection spectrum had almost no absorption in the visible region, and the absorption edge was observed at 470 nm. FIG. 16 shows the diffuse reflection spectrum. The R value determined from the infrared absorption spectrum was 1.91. X-ray diffraction is 2θ = 1
At 9.6 °, a sharp diffraction peak with a half width of 0.72 ° is shown, indicating high crystallinity. This polymer was fired in the same manner as in Example 2. Melting was observed by visual observation during firing. The firing yield was 38%. The initial discharge capacity determined in the same manner as in the example was 150 Ah / kg.
【0061】[0061]
【発明の効果】本発明のアルカリイオン吸脱着材料によ
り、アルカリイオンの吸蔵量を大幅に増大することがで
き、吸脱着の際の構造変化もなくすことができる。さら
にアルカリイオン吸蔵放出反応を増大することもでき
る。そこで、この材料は電極材料として非常に有用で、
これを用いることによって、高容量で、サイクル安定性
に優れ、しかも高電流密度の充放電に耐え得る二次電池
を得ることができる。According to the alkali ion adsorbing / desorbing material of the present invention, the amount of occluded alkali ions can be greatly increased, and the structural change during adsorption / desorption can be eliminated. Further, the alkali ion storage / release reaction can be increased. Therefore, this material is very useful as an electrode material,
By using this, it is possible to obtain a secondary battery that has high capacity, excellent cycle stability, and can withstand charge and discharge at a high current density.
【図1】実施例1で得られた炭素系材料の透過型電子顕
微鏡(TEM)による格子像の写真である。FIG. 1 is a photograph of a lattice image of the carbon-based material obtained in Example 1 observed by a transmission electron microscope (TEM).
【図2】実施例1におけるFFTパワースペクトルの写
真である。FIG. 2 is a photograph of an FFT power spectrum in Example 1.
【図3】実施例1のFFTパワースペクトルの垂直成分
の分布を表すグラフである。FIG. 3 is a graph showing a distribution of a vertical component of an FFT power spectrum according to the first embodiment.
【図4】実施例1における充放電電位曲線である。FIG. 4 is a charge / discharge potential curve in Example 1.
【図5】積層枚数と容量の関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the number of stacked layers and the capacity.
【図6】実施例1におけるNMRスペクトルである。FIG. 6 is an NMR spectrum in Example 1.
【図7】実施例1における、電流密度を変化させたとき
の充放電電位曲線である。FIG. 7 is a charge / discharge potential curve when the current density is changed in Example 1.
【図8】比較例1におけるNMRスペクトルである。FIG. 8 is an NMR spectrum in Comparative Example 1.
【図9】比較例2における充放電電位曲線である。FIG. 9 is a charge / discharge potential curve in Comparative Example 2.
【図10】実施例2得られた炭素系材料粉末の拡散反射
スペクトルである。FIG. 10 is a diffuse reflection spectrum of the carbon-based material powder obtained in Example 2.
【図11】実施例2得られた炭素系材料の透過型電子顕
微鏡(TEM)による格子像の写真である。FIG. 11 is a photograph of a lattice image of the carbon-based material obtained in Example 2 observed by a transmission electron microscope (TEM).
【図12】実施例2における格子像の写真をコンピュー
ターで2値化処理したコンピューター画像の写真であ
る。FIG. 12 is a photograph of a computer image obtained by binarizing a photograph of the lattice image in Example 2 with a computer.
【図13】実施例2におけるフラクタル次元Dの解析結
果を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating an analysis result of a fractal dimension D according to the second embodiment.
【図14】実施例2における炭素系材料を用いた電極の
充放電曲線を示す図である。14 is a diagram showing a charge / discharge curve of an electrode using a carbon-based material in Example 2. FIG.
【図15】比較例3における炭素系材料を用いた電極の
充放電曲線を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a charge / discharge curve of an electrode using a carbon-based material in Comparative Example 3.
【図16】比較例4得られた炭素系材料粉末の拡散反射
スペクトルである。FIG. 16 is a diffuse reflection spectrum of the carbon-based material powder obtained in Comparative Example 4.
【図17】本発明のアルカリイオン吸脱着材料を負極に
用いたリチウム二次電池の一部断面図を含む正面図であ
る。FIG. 17 is a front view including a partial cross-sectional view of a lithium secondary battery using the alkali ion adsorbing / desorbing material of the present invention for a negative electrode.
30 セパレータ 50 正極 70 負極 30 Separator 50 Positive electrode 70 Negative electrode
フロントページの続き (72)発明者 出町 敦 埼玉県和光市中央一丁目4番1号 株式 会社 本田技術研究所内 (72)発明者 遠藤 守信 長野県須坂市北原町615 (56)参考文献 特開 昭61−147456(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01M 4/58 H01M 4/02 C01B 31/00 - 31/36 Continued on the front page (72) Inventor Atsushi Demachi 1-4-1 Chuo, Wako-shi, Saitama Pref. Inside Honda R & D Co., Ltd. (72) Inventor Morinobu Endo 615 Kitahara-cho, Suzaka City, Nagano Prefecture (56) References JP Akira 61-147456 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) H01M 4/58 H01M 4/02 C01B 31/00-31/36
Claims (5)
よりなる炭素系材料であって、フラクタル次元Dが、
1.7≦D<2.0である該材料がアルカリイオンを吸
着した際に、吸着量が組成式でC6A(式中、Aはアル
カリ元素を示す)のとき、そのアルカリ原子核のNMR
スペクトルの化学シフトδが−3ppm<δ<10pp
mの範囲にあることを特徴とするアルカリイオン吸脱着
材料。1. A carbon-based material having a condensed aromatic structure and a disordered laminated structure, wherein a fractal dimension D is
When the material satisfying 1.7 ≦ D <2.0 adsorbs an alkali ion, and the adsorbed amount is C 6 A (where A represents an alkali element) in the composition formula, NMR of the alkali nucleus is used.
The chemical shift δ of the spectrum is −3 ppm <δ <10 pp
m, an alkali ion adsorbing / desorbing material.
請求項1記載のアルカリイオン吸脱着材料。2. The alkali ion adsorbing / desorbing material according to claim 1, wherein the alkali ion is a lithium ion.
分かれおよび架橋構造の群から選ばれた少なくとも1種
の構造を含む芳香族構造を有する有機高分子化合物を焼
成したものである請求項1または2記載のアルカリイオ
ン吸脱着材料。3. A carbon-based material obtained by calcining an organic polymer compound having an aromatic structure including at least one structure selected from the group consisting of an o-bond, an m-bond, a branched structure, and a cross-linked structure. The alkali ion adsorption / desorption material according to claim 1 or 2.
が、そのX線回折の2θ=20°付近の回折ピークの半
値幅が0.75°以上のものであり、焼成時に700℃
までに溶融せず、かつその焼成物の焼成到達温度での収
率が40%以上となるものである請求項3記載のアルカ
リイオン吸脱着材料。4. The organic polymer compound having an aromatic structure has a half value width of a diffraction peak at around 2θ = 20 ° in X-ray diffraction of 0.75 ° or more, and 700 ° C. during firing.
The alkali ion adsorbing / desorbing material according to claim 3, wherein the material is not melted by the time, and the yield of the fired product at a firing temperature is 40% or more.
カリイオン吸脱着材料からなる二次電池用電極材料。5. An electrode material for a secondary battery comprising the alkali ion adsorbing / desorbing material according to claim 1. Description:
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