碳质材料的制作方法

本专利申请针对日本专利申请第2022-024678(申请日：2022年2月21日)要求巴黎公约的优先权，通过参照至此而将其整体援引至本说明书中。本发明涉及碳质材料。

背景技术：

1、碳质材料被用于铅碳电池之类的水系电解质电池、锂离子电池和钠离子电池之类的非水系电解质电池、全固态电池和燃料电池等各种电池的电极，寻求具有与用途相符的特性的碳质材料。例如，对于电动汽车或混合动力汽车中搭载的非水系电解质电池而言，在满足受限的空间和质量的条件的基础上，为了将续航距离更长的电池搭载于该汽车，也寻求高放电容量。另外，这种电池在踩踏制动踏板和加速踏板时进行充放电，因此，寻求电阻低的电池在短时间内的快速充放电。

2、非水系电解质电池的电极使用源自难石墨化碳的碳质材料。至今为止，作为难石墨化碳的碳源，使用了石油沥青或煤沥青等。但近年来，担心对地球环境造成的影响和石油储藏量的减少，寻求利用代替它们的碳源得到的碳质材料。在造纸业的纸浆制造工序中，将作为副产物而大量排放的木质素用作碳源的碳质材料是其一例。

3、例如，非专利文献1中记载了通过如下操作而得到的碳质材料：通过将经丙酮萃取的木质素在氮气气氛下以300℃进行加热而实现稳定化，接着，通过在氮气气氛下以800℃进行加热而实现碳化，其后，通过以800℃进行氢还原来获得，非专利文献2中记载了将通过使木质素和三聚氰胺溶解于甲醛而制备的木质素-三聚氰胺树脂进行碳化和烧结而得到的碳质材料。专利文献1中记载了下述碳质材料，其硫元素含量为0.8质量％以上，通过丁醇法而求出的真密度为1.48g/cm3以上且1.62g/cm3以下，并记载了：作为碳质材料的起始原料，可以使用硫元素含量为0.1质量％以上的木质素。

4、另外，专利文献2中公开了下述非水电解质二次电池用碳质材料的制造方法，其包括：煅烧工序，其将碳前体或者该碳前体与挥发性有机物的混合物在800～1400℃的非活性气体气氛下进行煅烧，得到碳质材料；以及后粉碎工序和/或后分级工序，其通过粉碎和/或分级，将利用氮吸附bet三点法而求出的前述碳质材料的比表面积调整至20～75m2/g。

5、现有技术文献

6、专利文献

7、专利文献1：国际公开第2020/218250号

8、专利文献2：日本特开2017-084707号公报

9、非专利文献

10、非专利文献1：electrochimica acta、2015年、第176卷、p.1352-1357

11、非专利文献2：journal of energy chemistry、2018年、第27卷、第1号、p.1-7

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、但是，根据本发明人等的研究，非专利文献1和2中记载的碳质材料存在不可逆容量大、锂效率低的问题。专利文献1中记载了：通过使碳质材料具有特定的硫元素含量和特定的真密度，从而包含含有该碳质材料而成的电极的电池的放电容量、充放电效率、电阻和输出特性优异，但没有碳质材料中的硫元素的分布状态的相关记载。另外，专利文献2中没有硫元素含量的相关记载。

3、并且，一直存在对于更高电池特性而言的要求，关于上述任意专利文献中记载的碳质材料，有时也寻求进一步提高的电池特性(例如放电容量、充放电效率、电阻和放电容量维持率)。

4、因此，本发明的课题在于，提供会实现具有得以提高的放电容量、充放电效率、电阻(例如初始直流电阻)和放电容量维持率的电池的碳质材料。

5、用于解决课题的手段

6、本发明人等为了解决前述课题，针对碳质材料反复进行详细研究，结果完成了本发明。即，本发明包括以下的适合实施方式。

7、[1]碳质材料，其中，通过xps法而求出的硫元素含量sxps相对于通过ndir法而求出的硫元素含量sndir之比(sxps/sndir)为0.20以上且0.78以下，通过bet法而求出的比表面积为40m2/g以下。

8、[2]根据前述[1]所述的碳质材料，其中，sndir相对于碳质材料的总质量为2.00质量％以下。

9、[3]根据前述[1]或[2]所述的碳质材料，其中，sxps相对于碳质材料的总质量为1.40质量％以下。

10、[4]根据前述[1]～[3]中任一项所述的碳质材料，其中，通过bet法而求出的比表面积为1.0m2/g以上。

11、[5]根据前述[1]～[4]中任一项所述的碳质材料，其体积平均粒径为2μm以上且40μm以下。

12、[6]根据前述[1]～[5]中任一项所述的碳质材料，其中，使用cukα射线而测得的前述碳质材料的(002)面的面间隔d002为以上且以下。

13、[7]根据前述[1]～[6]中任一项所述的碳质材料，其中，前述碳质材料的拉曼光谱中的1360cm-1附近的d光带的半值宽度为200cm-1以上且270cm-1以下。

14、[8]根据前述[1]～[7]中任一项所述的碳质材料，其中，通过丁醇法而求出的真密度ρbt相对于通过氦法而求出的真密度ρhe之比(ρbt/ρhe)为0.71以上且0.85以下。

15、[9]电极，其包含前述[1]～[8]中任一项所述的碳质材料。

16、[10]电池，其包含前述[9]所述的电极。

17、发明效果

18、根据本发明，可提供会实现具有得以提高的放电容量、充放电效率、电阻(例如初始直流电阻)和放电容量维持率的电池的碳质材料。

技术特征：

1.碳质材料，其中，通过xps法而求出的硫元素含量sxps相对于通过ndir法而求出的硫元素含量sndir之比(sxps/sndir)为0.20以上且0.78以下，

2.根据权利要求1所述的碳质材料，其中，sndir相对于碳质材料的总质量为2.00质量％以下。

3.根据权利要求1所述的碳质材料，其中，sxps相对于碳质材料的总质量为1.40质量％以下。

4.根据权利要求1所述的碳质材料，其中，通过bet法而求出的比表面积为1.0m2/g以上。

5.根据权利要求1所述的碳质材料，其体积平均粒径为2μm以上且40μm以下。

6.根据权利要求1所述的碳质材料，其中，使用cukα射线而测得的所述碳质材料的(002)面的面间隔d002为以上且以下。

7.根据权利要求1所述的碳质材料，其中，所述碳质材料的拉曼光谱中的1360cm-1附近的d光带的半值宽度为200cm-1以上且270cm-1以下。

8.根据权利要求1所述的碳质材料，其中，通过丁醇法而求出的真密度ρbt相对于通过氦法而求出的真密度ρhe之比(ρbt/ρhe)为0.71以上且0.85以下。

9.电极，其包含权利要求1所述的碳质材料。

10.电池，其包含权利要求9所述的电极。

技术总结本发明涉及碳质材料，其中，通过XPS法而求出的硫元素含量SXPS相对于通过NDIR法而求出的硫元素含量SNDIR之比(SXPS/SNDIR)为0.20以上且0.78以下，通过BET法而求出的比表面积为40m2/g以下。技术研发人员：岩崎秀治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：2024/9/29