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公開番号2024173980
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-13
出願番号2024164964,2021211116
出願日2024-09-24,2021-12-24
発明の名称リン-炭素複合材料、リン-炭素複合材料の製造方法、負極活物質、リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池
出願人住友化学株式会社,国立大学法人京都大学
代理人個人,個人,個人,個人
主分類C01B 25/00 20060101AFI20241206BHJP(無機化学)
要約【課題】リンと炭素とを含む新規なリン-炭素複合材料、リン-炭素複合材料の製造方法、リン-炭素複合材料を含む負極活物質、リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池の提供。
【解決手段】リン原子と、炭素原子とを含むリン-炭素複合材料であって、リン-炭素複合材料におけるリン原子の含有率が、10～95質量%であり、リン-炭素複合材料における炭素原子の含有率が、5～90質量%であり、下記条件の熱重量測定で求められる620℃の重量減少率WL₆₂₀と、780℃の重量減少率WL₇₈₀との比WL₆₂₀/WL₇₈₀が、0.1～0.9であるリン-炭素複合材料。(熱重量測定)10mgのリン-炭素複合材料を、熱重量測定装置を用いN₂下で50℃から780℃まで10℃/分で加熱したときの重量変化を測定する。(重量減少率)精秤した試料の重量に対する、測定温度の試料の重量の割合を、測定温度の重量減少率(重量%)とする。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
リン原子と、炭素原子とを含むリン－炭素複合材料であって、
前記リン－炭素複合材料におけるリン原子の含有率が、１０質量％以上９５質量％以下であり、
前記リン－炭素複合材料における炭素原子の含有率が、５質量％以上９０質量％以下であり、
下記条件の熱重量測定で求められる測定温度６２０℃における重量減少率ＷＬ
６２０
と、測定温度７８０℃における重量減少率ＷＬ
７８０
との比ＷＬ
６２０
／ＷＬ
７８０
が、０．１以上０．９以下であるリン－炭素複合材料。
（熱重量測定）
１０ｍｇのリン－炭素複合材料を精秤して試料とし、熱重量測定装置を用い、窒素気流下で５０℃から７８０℃まで１０℃／分の昇温速度で加熱したときの重量変化を測定する。
（重量減少率）
精秤した試料の重量に対する、測定温度における試料の重量の割合を、測定温度における重量減少率（重量％）とする。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
上記熱重量測定で求められる測定温度３００℃における重量減少率ＷＬ
３００
と、測定温度６００℃における重量減少率ＷＬ
６００
との比ＷＬ
３００
／ＷＬ
６００
が、－０．１以上０．１以下である請求項１に記載のリン－炭素複合材料。
【請求項３】
ＸＰＳスペクトルにおいて、リン原子と炭素原子との結合を示すピークを有する請求項１又は２に記載のリン－炭素複合材料。
【請求項４】
ＣｕＫα線を用いて測定したＸＲＤプロファイルにおいて、２θ＝２０°の強度Ｉ
２０
、２θ＝２６．３°の強度Ｉ
２６．３
、及び２θ＝４０°の強度Ｉ
４０
が、以下の式（１）～（３）を満たす請求項１から３のいずれか１項に記載のリン－炭素複合材料。
｜Ｐ｜／｜Ｂ｜＜２ …（１）
Ｐ＝Ｉ
２６．３
－Ｉ
４０
…（２）
Ｂ＝（Ｉ
２０
－Ｉ
４０
）×（２６．３－４０）／（２０－４０） …（３）
【請求項５】
リン原子を含むコア粒子と、
前記コア粒子の表面を覆う炭素皮膜と、を有する請求項１から４のいずれか１項に記載のリン－炭素複合材料。
【請求項６】
炭素材料と、リンとを圧縮を伴う混合粉砕処理により複合化する工程を有するリン－炭素複合材料の製造方法。
【請求項７】
炭素材料と、リンとをボールミル混合する工程を有するリン－炭素複合材料の製造方法。
【請求項８】
前記炭素材料が、アモルファスカーボン、黒鉛、多孔性カーボン、メソカーボンマイクロビーズ、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラフェン、グラフェンオキサイド、カーボンナイトライト（Ｃ
３
Ｎ
４
）及び積層カーボンナノファイバーからなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項６又は７に記載のリン－炭素複合材料の製造方法。
【請求項９】
前記リンが黒リンである請求項６から８のいずれか１項に記載のリン－炭素複合材料の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から５のいずれか１項に記載のリン－炭素複合材料を含む負極活物質。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リン－炭素複合材料、リン－炭素複合材料の製造方法、負極活物質、リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池は、携帯電話やノートパソコンなどの小型電子機器の電源として用いられている。近年では、リチウム二次電池は、自動車用途や電力貯蔵用途などの中型又は大型電源においても、実用化が進められている。
【０００３】
リチウム二次電池の負極活物質として、炭素材料が知られている。従来、電池性能の向上を目的として、炭素材料にさらにリンを含有させた負極活物質が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の負極活物質では、炭素材料を含む負極活物質がさらにリンを含有することにより、充放電容量に優れた負極とすることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開平１１－６７２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
信頼性が高く高性能なリチウム二次電池を得るため、負極活物質としては、充放電容量の他に、耐久性にも優れた材料が求められている。従来の負極活物質は、リチウム二次電池の性能を向上させるため、未だ改善の余地がある。
【０００６】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、リンと炭素とを含む新規なリン－炭素複合材料を提供することを目的とする。また、このような新規なリン－炭素複合材料を好適に製造可能とするリン－炭素複合材料の製造方法を提供することを併せて目的とする。さらに、このような新規なリン－炭素複合材料を含む負極活物質、リチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池を提供することを併せて目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明の一態様は、以下の態様を包含する。
【０００８】
［１］リン原子と、炭素原子とを含むリン－炭素複合材料であって、前記リン－炭素複合材料におけるリン原子の含有率が、１０質量％以上９５質量％以下であり、前記リン－炭素複合材料における炭素原子の含有率が、５質量％以上９０質量％以下であり、下記条件の熱重量測定で求められる測定温度６２０℃における重量減少率ＷＬ
６２０
と、測定温度７８０℃における重量減少率ＷＬ
７８０
との比ＷＬ
６２０
／ＷＬ
７８０
が、０．１以上０．９以下であるリン－炭素複合材料。
（熱重量測定）
１０ｍｇのリン－炭素複合材料を精秤して試料とし、熱重量測定装置を用い、窒素気流下で５０℃から７８０℃まで１０℃／分の昇温速度で加熱したときの重量変化を測定する。
（重量減少率）
精秤した試料の重量に対する、測定温度における試料の重量の割合を、測定温度における重量減少率（重量％）とする。
【０００９】
［２］上記熱重量測定で求められる測定温度３００℃における重量減少率ＷＬ
３００
と、測定温度６００℃における重量減少率ＷＬ
６００
との比ＷＬ
３００
／ＷＬ
６００
が、－０．１以上０．１以下である［１］に記載のリン－炭素複合材料。
【００１０】
［３］ＸＰＳスペクトルにおいて、リン原子と炭素原子との結合を示すピークを有する［１］又は［２］に記載のリン－炭素複合材料。
（【００１１】以降は省略されています）

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