碳质材料、蓄电设备用负极、蓄电设备和碳质材料的制造方法与流程

本发明涉及碳质材料、蓄电设备用负极、蓄电设备和碳质材料的制造方法。

背景技术：

1、蓄电设备是利用电化学现象的二次电池和电容器等设备，其被广泛利用。例如，作为蓄电设备之一的锂离子二次电池被广泛用于便携电话、笔记本电脑之类的小型便携机器。作为锂离子二次电池的负极材料，开发了能够掺杂(充电)和脱掺杂(放电)石墨的理论容量超过372mah/g的量的锂的难石墨化性碳(例如专利文献1)，并逐渐加以使用。

2、难石墨化性碳可以将例如石油沥青、煤沥青、酚醛树脂、植物作为碳源来获得。在这些碳源之中，尤其是例如糖化合物等植物来源的原料是可通过栽培而持续稳定供给的原料，其能够廉价获取，因此备受关注。另外，将植物来源的碳原料煅烧而得到的碳质材料存在多个细孔，因此，可期待良好的充放电容量(例如专利文献1和专利文献2)。

3、另外，作为可作为锂离子二次电池等的负极而使用的碳质材料，以除碳元素之外的各种元素的含量为特定量的方式加以调整的碳质材料(专利文献3)等是已知的。

4、现有技术文献

5、专利文献

6、专利文献1：国际公开第2019/009332号

7、专利文献2：国际公开第2019/009333号

8、专利文献3：日本特开2009-200014号公报

技术实现思路

1、发明所要解决的问题

2、虽然作为负极材料而使用的碳质材料是已知的，但在蓄电设备的各种用途中，对于负极的高容量化和电流效率的提高而言的要求依然存在。进而，寻求即便历经反复的充放电也维持高放电容量。因此，本发明的目的在于，提供在用作负极层时具有每单位重量的高放电容量和高电流效率，且能够提供即便历经反复充放电也可维持高放电容量的蓄电设备的碳质材料。另外，本发明的目的在于，提供包含这种碳质材料的蓄电设备用负极、以及包含这种蓄电设备用负极的蓄电设备。

3、用于解决问题的手段

4、本发明人等进行了深入研究，结果可知：通过将碳质材料中的氮元素含量、氢元素含量和磷元素含量设为规定范围内，从而得到适合于具有每单位重量的高放电容量和优异电流效率、且即便历经反复充放电也能够维持高放电容量的蓄电设备的碳质材料。

5、即，本发明包括以下的适合方式。

6、〔1〕碳质材料，其基于元素分析的氮元素含量为1.0质量％以上、氢元素含量为0.1质量％以下，基于荧光x射线分析的磷元素含量为0.5质量％以上且2.0质量％以下。

7、〔2〕根据〔1〕所述的碳质材料，其基于x射线衍射测定的碳面间距(d002)为以上。

8、〔3〕根据〔1〕或〔2〕所述的碳质材料，其基于元素分析的氧元素含量小于1.0质量％。

9、〔4〕根据〔1〕～〔3〕中任一项所述的碳质材料，其基于xps的氧元素含量小于18质量％。

10、〔5〕根据〔1〕～〔4〕中任一项所述的碳质材料，其中，在通过激光拉曼分光法而观测到的拉曼光谱中，1360cm-1附近的峰的半值宽度的值为210cm-1以上。

11、〔6〕根据〔1〕～〔5〕中任一项所述的碳质材料，其为蓄电设备的负极用碳质材料。

12、〔7〕蓄电设备用负极，其包含〔1〕～〔6〕中任一项所述的碳质材料。

13、〔8〕蓄电设备，其包含〔7〕所述的蓄电设备用负极。

14、〔9〕〔1〕～〔6〕中任一项所述的碳质材料的制造方法，其至少包括以下的工序：

15、(1)将具有糖类骨架的化合物和含氮化合物混合而得到混合物的工序；

16、(2)在非活性气体气氛下，将前述混合物在500～900℃下进行热处理，得到碳化物的工序；

17、(3)将前述碳化物粉碎和/或分级的工序；以及

18、(4)在非活性气体气氛下，将经粉碎和/或分级的前述碳化物在1200～1600℃下进行热处理，得到碳质材料的工序，

19、所述碳质材料的制造方法包括：

20、(a)在前述工序(4)中的热处理之前，将具有糖类骨架的化合物、包含该化合物的混合物或该混合物的碳化物与含磷化合物混合的工序。

21、〔10〕根据〔9〕所述的制造方法，其中，在挥发性有机物的存在下进行前述工序(4)，或者，在前述工序(4)之后，还包括在挥发性有机物的存在下进一步进行热处理的工序(5)。

22、发明效果

23、根据本发明，可提供适合于具有每单位重量的高放电容量和优异电流效率、且即便历经反复充放电也能够维持高放电容量的蓄电设备的碳质材料。需要说明的是，在本说明书中，将初次的电流效率和反复充放电后的容量维持率一并定义为总效率，将总效率高的电池视作上述特性优异的电池。

技术特征：

1.碳质材料，其基于元素分析的氮元素含量为1.0质量％以上、氢元素含量为0.1质量％以下，基于荧光x射线分析的磷元素含量为0.5质量％以上且2.0质量％以下。

2.根据权利要求1所述的碳质材料，其基于x射线衍射测定的碳面间距(d002)为以上。

3.根据权利要求1或2所述的碳质材料，其基于元素分析的氧元素含量小于1.0质量％。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的碳质材料，其基于xps的氧元素含量小于18质量％。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的碳质材料，其中，

6.根据权利要求1～5中任一项所述的碳质材料，其为蓄电设备的负极用碳质材料。

7.蓄电设备用负极，其包含权利要求1～6中任一项所述的碳质材料。

8.蓄电设备，其包含权利要求7所述的蓄电设备用负极。

9.权利要求1～6中任一项所述的碳质材料的制造方法，其至少包括以下的工序：

10.根据权利要求9所述的制造方法，其中，在挥发性有机物的存在下进行所述工序(4)，或者，在所述工序(4)之后，还包括在挥发性有机物的存在下进一步进行热处理的工序(5)。

技术总结本发明涉及碳质材料，其基于元素分析的氮元素含量为1.0质量％以上、氢元素含量为0.1质量％以下，基于荧光X射线分析的磷元素含量为0.5质量％以上且2.0质量％以下。技术研发人员：西村启一,西村尚大,西海洸介受保护的技术使用者：株式会社可乐丽技术研发日：技术公布日：2024/5/19