[發明專利]球形碳材料和球形碳材料的制造方法

有效

• 申請號: 201280048881.3
• 申請日: 2012-10-02
• 公開（公告）號: CN103842292A
• 公開（公告）日: 2014-06-04
• 發明（設計）人: 岡崎精二;小田互;浦井智明;坂本明男
• 申請（專利權）人: 戶田工業株式會社
• 主分類號: C01B31/04
• 分類號: C01B31/04;H01M4/587
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及球形碳材料及其制造方法。

背景技術

近年，作為特殊碳材料用途及鋰離子二次電池的負極材料，要求球形碳材料。

在為特殊碳材料的情況下，為了提高強度，要求成型體的各向同性。一直以來，通過經過對用粘合劑將碳材料進行混煉而成的成型物進行CIP（Cold?Isostatic?Pressing（冷均壓加工法））成型等各向同性成型的步驟，或經過反復燒制和瀝青等的含浸的工序的長工序，來生產各向同性的特殊碳制品。另外，近年來，要求不通過特殊的各向同性成型而得到各向同性碳的方法。報告有例如不使用粘合劑而從MCMB（中間相碳微珠）得到各向同性的碳材料的方法（非專利文獻1），MCMB是各向異性的球狀的碳材料，由于是球狀的小顆粒而被隨機填充，從而可以得到各向同性的成型體，另外，由于是昂貴的材料，所以可以應用的用途受到限定。

作為鋰離子二次電池的負極材料，為了改善用于提高電極密度或提高工廠中的成品率的處理性，需要球形碳材料。另外，在速率特性及壽命特性方面，需要各向同性的材料。此外，MCMB等現有的球形碳材料在石墨化時的結晶生長幾乎不進行，在作為鋰離子二次電池的負極材料使用時，相對于石墨的理論容量，表現不出足夠的容量也是問題之一。結晶生長差的情況下，相比于結晶充分成長的石墨材料，導電性和熱傳導性也低。

從這樣的背景出發，現在要求有廉價、結晶性良好、各向同性的結晶結構的球形碳材料。

在專利文獻1中，作為高密度、高強度的各向同性石墨材料公開了對將生焦炭和瀝青類粘合劑混煉而成的成型粉進行成型、燒制使其石墨化得到的材料。但是，供給成型體材料的成型粉不具備各向同性，需要采用各向同性成型。

專利文獻2中公開了將生焦炭粉碎并石墨化而成的長徑比為1.00～1.32的石墨材料，但在碳化和石墨化的過程中顆粒形狀被扁平化，得不到球狀的顆粒。

專利文獻3中公開了顆粒截面的圓度為0.6～0.9的碳顆粒，但由于是通過對石墨顆粒實施機械處理而提高圓度的顆粒，因此是顆粒截面的輪廓線具有直線的部分和棱角部的、難以說是球形的顆粒。另外，為了使成型體具有各向同性，需要進行各向同性加壓處理。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005－298231號公報

專利文獻2：日本特開2007－172901號公報

專利文獻3；日本特開2009－238584號公報

非專利文獻

非專利文獻1：藤本宏之、“メソカーボンマイクロビーズの工業的製造法とその応用”（譯文：中間相碳微球的工業制造法及其應用）碳、碳材料學會、Vol.2010No.241pp.10～14

發明內容

發明所要解決的課題

本發明的目的在于，得到結晶結構為各向同性的、即使經過碳化或石墨化也能夠維持球形的顆粒形狀的球形碳材料。

用于解決課題的方法

上述技術性課題能夠通過如下的本發明實現。

即，本發明提供一種生焦炭球形碳材料，其為利用掃描型電子顯微鏡觀察的顆粒的俯視方向的球形化率和正視方向的球形化率的平均值為60％以上的生焦炭球形碳材料，在1200℃經過5小時的加熱和在2800℃經過3小時的加熱后的形狀維持率為70％以上（本發明1）。

另外，本發明提供一種碳質球形碳材料，其為利用掃描型電子顯微鏡觀察的顆粒的俯視方向的球形化率和正視方向的球形化率的平均值為55％以上的碳質球形碳材料，在2800℃經過3小時加熱后的形狀維持率為70％以上（本發明2）。

另外，本發明提供一種石墨質球形碳材料，利用掃描型電子顯微鏡觀察的顆粒的俯視方向的球形化率和正視方向的球形化率的平均值為50％以上，利用透射型電子顯微鏡觀察的朝向相同的結晶方向的結晶區面積為80％以下（本發明3）。

另外，本發明提供本發明1所述的生焦炭球形碳材料的制造方法，其中，對生焦炭粉末施加壓縮剪切應力，以干式進行造粒球形化處理，該生焦炭粉末含有5％以上的平均粒徑（D50）的1/3以下的粒徑的顆粒（本發明4）

另外，本發明提供本發明2所述的碳質球形碳材料的制造方法，其中，對生焦炭粉末施加壓縮剪切應力，以干式進行造粒球形化處理，得到生焦炭球形碳材料，將該生焦炭球形碳材料進行碳化，該生焦炭粉末含有5％以上的平均粒徑（D50）的1/3以下的粒徑的顆粒（本發明5）。