JP6805440B2 - 層状物質を改質する方法およびそのための装置、ならびに改質されたグラファイトおよびそれを用いた二次電池用電極材料 - Google Patents
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Description
(1)層状物質を分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して、原料導入部から供給する工程、前記原料導入部から供給された前記懸濁液を層間距離拡張モジュールに通過させて、前記層状物質の層間距離を拡張する工程、前記層間距離拡張モジュールを通過した後の前記懸濁液を回収部で回収する工程、および得られた懸濁液を精製部で精製する工程を含み、前記原料導入部および前記層間距離拡張モジュールとして、前記懸濁液が流れる通液路の内径が0.15mm以上であり、ジェット流を発生させないものを用いることを特徴とする層状物質の改質方法。
(2)前記懸濁液を5MPa以上の圧力で高圧処理することを特徴とする(1)に記載の層状物質の改質方法。
(3)前記層間距離拡張モジュールが、2つ以上の通液部材を直列的に連結した構造を有し、前記懸濁液の流れに関して上流側の通液部材の通液路の内径よりも下流側の通液部材の通液路の内径が大きいことを特徴とする(1)または(2)に記載の層状物質の改質方法。
(4)前記層間距離拡張モジュールが冷却手段を備えることを特徴とする(1)から(3)のうちのいずれかに記載の層状物質の改質方法。
(5)前記回収部で回収した前記懸濁液を前記原料導入部に再び供給して、前記層間距離拡張モジュールを通過させる工程をさらに含むことを特徴とする(1)から(4)のうちのいずれかに記載の層状物質の改質方法。
(6)前記層状物質がグラファイトであることを特徴とする(1)から(5)のうちのいずれかに記載の層状物質の改質方法。
(7)前記精製部が遠心分離機であることを特徴とする(1)から(6)のうちのいずれかに記載の層状物質の改質方法。
(8)前記懸濁液を、前記遠心分離機を用いて異なる回転数で2回精製することを特徴とする(7)に記載の層状物質の改質方法。
(9)前記精製工程において、第一の遠心分離操作時に沈殿物を回収し、第二の遠心分離操作時に上澄みを回収することを特徴とする(8)に記載の層状物質の改質方法。
(10)前記精製工程において、第一の遠心分離操作では回転数5000〜12000rpmで行うことを特徴とする(8)または(9)に記載の層状物質の改質方法。
(11)前記精製工程において、第二の遠心分離操作では回転数300〜3000rpmで行うことを特徴とする(8)から(10)のうちのいずれかに記載の層状物質の改質方法。
(12)層状物質を分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して供給する原料導入部、前記原料導入部から供給された前記懸濁液を通過させて、前記層状物質の層間距離を拡張する層間距離拡張モジュール、前記層間距離拡張モジュールを通過した後の前記懸濁液を回収する回収部、および得られた懸濁液を精製する精製部を備え、前記原料導入部および前記層間距離拡張モジュールは、前記懸濁液が流れる通液路の内径が0.15mm以上であり、ジェット流を発生させないことを特徴とする層状物質の改質装置。
(13)ラマン分光法に基づくDピークとGピークとの強度比(ID/IG)が原料グラファイトの2倍以上であり、X線回折法に基づくXRDチャートにおいて、C軸(002)面に相当する回折ピークが、原料グラファイトのC軸(002)面に相当する回折ピークに対して低角度側にシフトし、前記C軸(002)面に相当する回折ピークの半値全幅が、前記原料グラファイトのC軸(002)面に相当する回折ピークよりも増加してなることを特徴とする改質されたグラファイト。
(14)窒素吸着法に基づくBET比表面積が原料グラファイトの4倍以上であることを特徴とする(13)に記載の改質されたグラファイト。
(15)(13)または(14)に記載の改質されたグラファイトを用いることを特徴とする二次電池用電極材料。
原料懸濁液として、グラファイト(新越化成製、鱗片状黒鉛BF−5A、面方向の平均直径5μm)を、N−メチル−2−ピロリドン(NMP;Wako製)を用いて10mg/mLの濃度に調製した。この原料懸濁液を、表1に示すパターン2の層間距離拡張モジュールを備える改質装置を用いて、圧力25MPaまたは100MPaで原料供給部から供給して、層間距離拡張モジュールを連続的に120分間通液させた。なお、通液時の原料懸濁液の流速は、約140ml/minであった。
本実施例で得られた改質グラファイト(以下、「サンプルグラファイト」という。)を負極材として用い、正極材として金属リチウムを用い、電解質としてLiPF6を用いて、試験用のハーフセル(以下、「テスト用セル」という。)を作製し、その特性を評価した。また、サンプルグラファイトの代わりに原料のグラファイトを用いたこと以外はテスト用セルと同様の構成を有する比較用セルを作製した。
2 原料導入部
21 溶液タンク
22 高圧ポンプ
3 層間距離拡張モジュール
31、32、33 通液部材
4 回収部
5 精製部
Claims (14)
- グラファイトを分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して、原料導入部から供給する工程、
前記原料導入部から供給された前記懸濁液を層間距離拡張モジュールに通過させて、前記グラファイトの層間距離を拡張する工程、
前記層間距離拡張モジュールを通過した後の前記懸濁液を回収部で回収する工程、および
得られた懸濁液を精製部で精製する工程を含み、
前記原料導入部および前記層間距離拡張モジュールとして、前記懸濁液が流れる通液路の内径が0.15mm以上であり、ジェット流を発生させないものを用いることを特徴とするグラファイトの改質方法。 - 前記懸濁液を5MPa以上の圧力で高圧処理することを特徴とする請求項1に記載のグラファイトの改質方法。
- 前記層間距離拡張モジュールが、2つ以上の通液部材を直列的に連結した構造を有し、前記懸濁液の流れに関して上流側の通液部材の通液路の内径よりも下流側の通液部材の通液路の内径が大きいことを特徴とする請求項1または2に記載のグラファイトの改質方法。
- 前記層間距離拡張モジュールが冷却手段を備えることを特徴とする請求項1から3のうちのいずれか一項に記載のグラファイトの改質方法。
- 前記回収部で回収した前記懸濁液を前記原料導入部に再び供給して、前記層間距離拡張モジュールを通過させる工程をさらに含むことを特徴とする請求項1から4のうちのいずれか一項に記載のグラファイトの改質方法。
- 前記精製部が遠心分離機であることを特徴とする請求項1から5のうちのいずれか一項に記載のグラファイトの改質方法。
- 前記懸濁液を、前記遠心分離機を用いて異なる回転数で2回精製することを特徴とする請求項6に記載のグラファイトの改質方法。
- 前記精製工程において、第一の遠心分離操作時に沈殿物を回収し、第二の遠心分離操作時に上澄みを回収することを特徴とする請求項7に記載のグラファイトの改質方法。
- 前記精製工程において、第一の遠心分離操作では回転数5000〜12000rpmで行うことを特徴とする請求項7または8に記載のグラファイトの改質方法。
- 前記精製工程において、第二の遠心分離操作では回転数300〜3000rpmで行うことを特徴とする請求項7から9のうちのいずれか一項に記載のグラファイトの改質方法。
- グラファイトを分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して供給する原料導入部、
前記原料導入部から供給された前記懸濁液を通過させて、前記グラファイトの層間距離を拡張する層間距離拡張モジュール、
前記層間距離拡張モジュールを通過した後の前記懸濁液を回収する回収部、および
得られた懸濁液を精製する精製部を備え、
前記原料導入部および前記層間距離拡張モジュールは、前記懸濁液が流れる通液路の内径が0.15mm以上であり、ジェット流を発生させないことを特徴とするグラファイトの改質装置。 - ラマン分光法に基づくDピークとGピークとの強度比(ID/IG)が原料グラファイトの2倍以上であり、X線回折法に基づくXRDチャートにおいて、C軸(002)面に相当する回折ピークが、原料グラファイトのC軸(002)面に相当する回折ピークに対して低角度側にシフトし、前記C軸(002)面に相当する回折ピークの半値全幅が、前記原料グラファイトのC軸(002)面に相当する回折ピークよりも増加してなる改質されたグラファイトであって、
前記改質されたグラファイトは、原料グラファイトを分散媒に懸濁させた懸濁液を高圧処理して原料導入部から供給し、前記原料導入部から供給された前記懸濁液を層間距離拡張モジュールに通過させて前記原料グラファイトの層間距離を拡張し、前記層間距離拡張モジュールを通過した後の前記懸濁液を回収部で回収し、得られた懸濁液を精製部で精製して得られ、
前記原料導入部および前記層間距離拡張モジュールは、前記懸濁液が流れる通液路の内径が0.15mm以上であり、ジェット流を発生させないものであることを特徴とする改質されたグラファイト。 - 窒素吸着法に基づくBET比表面積が原料グラファイトの4倍以上であることを特徴とする請求項12に記載の改質されたグラファイト。
- 請求項12または13に記載の改質されたグラファイトを用いることを特徴とする二次電池用電極材料。
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