一种电池用电极，其特征在于，它采用由Ｘ射线衍射测得的微晶厚度在１３＊以上、１７＊以下的碳纤维。（*该技术在2014年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及电池用电极和使用该电池用电极的可以进行充放电的二次电池。
技术介绍
近年来，随着摄象机和笔记本式个人电脑等便携式电器的普及，对小型高容量的二次电池的需求大大增高。现在所用的二次电池，几乎都是采用碱性电解液的镍镉电池，当电池电压低到约1.2V时，能量密度就很难提高了。因此，有人进行了用贱金属中的锂金属作为负极的高能量二次电池的研究。然而，将锂金属用于负极的二次电池中，由于反复地进行充放电操作，锂生长为树枝状(枝晶)，存在着引起短路而起火的危险性。而且，由于使用高活性的金属锂，实际上使危险性增大，作为民用品来使用时有很多问题。近年来，对于能够解决这种安全性问题并且具有锂电池特有的高能量的电池，提出了采用各种碳素体的锂离子二次电池的方案。该方法利用了这样的原理，即，由于充电时锂离子被掺杂到碳素体中，变成与金属锂相同的电位，因此可以代替金属锂而用于负极。而且，放电时，掺杂的锂离子从负极上脱掺，重新变成基体碳素体。这样，将掺杂了锂离子的碳素体作为负极使用时，由于既没有生成树枝状的问题，也不存在金属锂，因此具有优良安全性的特点，目前，该研究开发很活跃。作为上述的采用了利用向碳素体中掺杂锂离子的电极制成的二次电池，特开昭62-90863号公报、特开昭62-122066号公报等都是公知的。这种碳素体一般选用粉末形状，为了便于电极成型，还必须使用聚四氟乙烯或聚偏二氟乙烯等的聚合物粘合剂。然而，作为碳素体，如果使用非粉末的碳纤维或是碳纤维结构体，就可以不用粘合剂，或者也可以只用少量粘合剂来制作电极。再有，从对于电解质的化学稳定性、对于由掺杂引起体积膨胀的结构稳定性、反复充放电特性等问题出发，碳纤维或碳纤维结构体也是优良的。作为采用这种电极的二次电池，特开昭60-54181号公报、特开昭62-103991号公报等是公知的。另一方面，对于向碳素体中的夹杂(或掺杂)从很早以前就开始研究了，并且积累了大量的经验，一直以来，认为可以进行掺杂的碳素体只限于高石墨化度(结晶化度)的碳素体。但是，近年来，已经判明可以向有机物烧成体那样的低结晶性碳素体中进行掺杂，对这种碳素体的关心正日益提高。然而，目前关于向碳素体中掺杂的机理还有很多疑点，尚未确立探索二次电池用高性能碳素体的指导方针，仍处于一边反复遇到试行错误一边开发碳素体的阶段。现在，作为高性能碳素体的探索方向，既有以非结晶性碳素体为目标方向，也有以结晶性碳素体为目标方向，但是，就有关的先有技术来讲，碳素体的充放电容量尚不够大，因此，还存在着以这些碳素体作为活性电极的电池容量低的问题。本专利技术的目的是要消除所说先有技术的缺点，提供具有用碳纤维作电极的优点，且充放电容量优良的电池用电极，以及使用这种电极的二次电池。实施本专利技术的最佳实施方案本专利技术为了解决上述课题，具有以下构成，即，本专利技术涉及采用由X射线衍射测定的结晶厚度Lc为13～17 的碳纤维构成的电池用电极、使用这种电极的二次电池，以及电池用电极的制造方法。此处，结晶厚度Lc是从由X射线衍射测得的晶面指数(002)峰的半值幅度的值，用下面的Scherrer公式计算出来的。Lc(002)＝Kλ/β0cosθB(1)Lc(002)微结晶在垂直于(002)面方向上的平均厚度;K1.0;λX射线的波长(CuKα时，为1/54)，β0＝(β2E-β21) ，βE表观半值幅度(测定值)，β1修正值，θB布喇格角。作为本专利技术中所用的碳纤维没有特别的限制，但以焙烧纤维状有机物而得到的纤维状有机物烧成物为好。一般地，所谓碳纤维的结晶度，随着结晶厚度Lc的增大而提高，Lc越小，则结晶度越低。碳素体的结晶度高则碳素体中的离子迁移率低，因此存在放电容量降低的问题。反之，结晶度过低则由于炭化不充分而使碳素体很难用作为电极。因此，本专利技术中使用由X射线衍射测得的结晶厚度Lc在13 以上，17 以下的碳纤维。而且，一般地，取向度P为表示碳纤维中的碳素层面相对于碳纤维轴向的取向程度的指标，它可以按下面的方法来测定。将碳纤维轴垂直地置于纤维试样台上，从直角方向照射X射线(Cu，Kα)，则在水平面内，在衍射角2θ＝26°附近出现(002)的强衍射线。然后，在垂直于入射X射线的平面内，一边使碳纤维旋转，一边在水平面内衍射角2θ＝26°附近的位置上测定衍射强度对旋转角度依赖性。将由该强度的角度依赖性求出的半值幅度作为角度H，取向度P由下式算出。P＝｛(180-H)/180｝×100(%) (2)碳纤维一般皆具有取向性，它表示碳素层面在一定方向上排列。在利用碳纤维作为活性电极材料的场合下，取向性过高，则造成结构上各向异性强，由于方向性而易引起掺杂不同，因此，存在着容量不能增高的倾向。因此，采用取向度P在70以上，85以下的碳纤维较好。而且，碳纤维的电阻率ρ，就体积电阻率而言，为纤维长度方向上的电阻率，可以按下面的方法测定。由碳纤维束中选取适当长度的试样，将其固定在绝缘板上按相互距离为500mm来设置的铜电极上，并在试样的一端加上适当的负荷，使试样处于不弯曲的状态。由电阻测定器读取电极间的电阻值Rb(Ω)，以L(cm)表示电极间距离，以m(g)表示试样质量，以1(cm)表示长度，并以A(g/cm3)表示密度，则电阻率ρ(Ω·cm)可由下式算出。ρ＝(Rb/L)×｛m/(1×A)｝ (3)一般地，碳纤维作为电的良导体已为人所共知，其电阻率根据制造方法等的不同而有很大的变化。在利用电阻率大的碳纤维作为活性电极的情况下，由于电极的电阻而使电位降变大，因此存在着容量不能提高的倾向。另一方面，电阻率过小则存在着结晶度提高，碳素体中的离子迁移度降低，从而导致容量降低的倾向。因此，电阻率在1.0×10-3Ω·cm以上，4.0×10-3Ω·cm以下较好，最好是使用1.0×10-3Ω·cm以上，2.5×10-3Ω·cm以下的碳纤维。作为本专利技术的碳纤维没有特别的限制，可以使用一般的有机物烧成物。具体地说，可以举出由聚丙烯腈(PAN)制得的PAN类碳纤维、由煤或石油等的沥青制得的沥青类碳纤维、由纤维素制得的纤维素类碳纤维、由低分子量有机物的气体制得的气相生长碳纤维等，除此之外，也可以使用将聚乙烯醇、木质素、聚氯乙烯、聚酰胺、聚酰亚胺、酚醛树脂、糠醇等焙烧而得到的碳纤维。这些碳纤维中，根据使用碳纤维的电极和电池的特性，可以适宜地选择并使用能满足其特性的碳纤维。上述的碳纤维中，在用于采用含有碱金属盐非水电解液的二次电池的负极的场合下，以PAN类碳纤维、沥青类碳纤维较好。特别是从碱金属离子的掺杂，尤其是从锂离子的掺杂良好的观点来看，以PAN类碳纤维为好用。采用PAN类碳纤维的场合下，含氮量和含碳量的元素重量比优选在0.07以上，0.22以下。低于0.07时，容易进行结晶，有容量降低的倾向。而高于0.22时，炭化程度变得不充分，很难作为碳素体电极来使用。元素数量比可以通过使用例如柳木制作所CHNコ-ダ-MT-3型等常用的元素分析装置来测定。作为PAN系碳纤维的制造方法，可以举出特公昭37-4405号、特公昭44-21175号、特公昭47-24185号、特公昭51-6244号，以及其他许多的公知方法。在本专利技术中，采用这些方法也可得到所希望的碳纤维，但特别是在制造本专利技术的这种低结晶本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：铃木达彦，本遵，小野惠三，猿山秀夫，山崎胜己，
申请(专利权)人：东丽株式会社，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。