适用于蓄电设备的负极活性物质的碳质材料、蓄电设备用负极、蓄电设备的制作方法

本专利申请针对日本专利申请第2020-154229号(申请日：2020年9月15日)要求巴黎公约的优先权，通过在此处进行参考而将其整体援引至本说明书中。本发明涉及适用于蓄电设备的负极活性物质的碳质材料、包含该碳质材料的蓄电设备用负极、具有该负极的蓄电设备。

背景技术：

1、锂离子二次电池等非水电解质二次电池因能量密度高、输出特性优异而被广泛用于便携电话、笔记本电脑之类的小型便携机器。作为锂离子二次电池的负极材料，公开了石墨的理论容量超过372mah/g的量且能够进行锂的掺杂(充电)和脱掺杂(放电)的含氮难石墨化性碳(例如专利文献1、专利文献2、专利文献3)。

2、现有技术文献

3、专利文献

4、专利文献1：日本特开2006-083012号公报

5、专利文献2：国际公开第2019/009332号公报

6、专利文献3：国际公开第2019/009333号公报。

技术实现思路

1、发明所要解决的课题

2、近年来，随着研究将锂离子二次电池应用于车载用途等，在要求上述高容量特性的基础上，还明显存在要求循环耐久性的需要。例如，车载用锂离子二次电池因体积大且价格昂贵而难以在使用过程中进行更换。因此，对锂离子二次电池要求至少与汽车同等水平的耐久性，尤其要求即便反复充放电其放电容量也难以降低、循环耐久性高。

3、对此，专利文献1～3所记载的碳材料中包含的氮元素成为锂离子吸储位点而能够提高放电容量，但其也可能成为与锂离子的反应位点，因此，有可能无法确保循环耐久性，难以兼顾高放电容量和高循环耐久性。

4、因此，本发明的目的在于，提供适合于具有高放电容量和高循环耐久性的蓄电设备(例如锂离子二次电池、钠离子二次电池、锂硫电池、锂空气电池、全固态电池、电容器等)的负极活性物质的碳质材料、包含该碳质材料的蓄电设备用负极、具有该负极的蓄电设备。

5、用于解决问题的手段

6、本发明人等经深入研究的结果发现：通过使用包含特定碳质材料的负极，从而能够解决上述课题，由此完成了本发明。

7、即，本发明包括以下的适合方式。

8、[1]碳质材料，其通过元素分析而求出的氮元素含量为1.0质量％以上且4.0质量％以下，氧元素含量为1.1质量％以上且2.1质量％以下，并且，通过x射线衍射测定而观测到的碳面间隔(d002)为以上。

9、[2]根据前述[1]所述的碳质材料，其通过元素分析而求出的氧元素含量为1.2质量％以上且2.0质量％以下。

10、[3]根据前述[1]或[2]所述的碳质材料，其通过元素分析而求出的氧含量与氮含量之比(ro/n)为0.30以上且1.0以下。

11、[4]根据前述[1]～[3]中任一项所述的碳质材料，其通过激光拉曼分光法而观测到的拉曼光谱的1360cm-1附近的峰的半峰宽度的值为250cm-1以上。

12、[5]根据前述[1]～[4]中任一项所述的碳质材料，其通过激光拉曼分光法而观测到的拉曼光谱的1650cm-1附近的峰的半峰宽度的值为98cm-1以上。

13、[6]根据前述[1]～[5]中任一项所述的碳质材料，其平均粒径d50为30μm以下。

14、[7]根据前述[1]～[6]中任一项所述的碳质材料，其中，碳质材料源自糖类。

15、[8]根据前述[1]～[7]中任一项所述的碳质材料，其用于蓄电设备的负极活性物质。

16、[9]蓄电设备用负极，其包含前述[8]所述的碳质材料。

17、[10]蓄电设备，其具有前述[9]所述的蓄电设备用负极。

18、发明效果

19、使用包含本发明的碳质材料的负极的蓄电设备具有高放电容量和高循环耐久性。需要说明的是，本说明书中的循环耐久性以对电池反复充放电并加以使用时的容量维持率(循环容量维持率)作为指标。

技术特征：

1.碳质材料，其通过元素分析而求出的氮元素含量为1.0质量％以上且4.0质量％以下，氧元素含量为1.1质量％以上且2.1质量％以下，并且，通过x射线衍射测定而观测到的碳面间隔(d002)为以上。

2.根据权利要求1所述的碳质材料，其通过元素分析而求出的氧元素含量为1.2质量％以上且2.0质量％以下。

3.根据权利要求1或2所述的碳质材料，其通过元素分析而求出的氧含量与氮含量之比(ro/n)为0.30以上且1.0以下。

4.根据权利要求1～3中任一项所述的碳质材料，其通过激光拉曼分光法而观测到的拉曼光谱的1360cm-1附近的峰的半峰宽度的值为250cm-1以上。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的碳质材料，其通过激光拉曼分光法而观测到的拉曼光谱的1650cm-1附近的峰的半峰宽度的值为98cm-1以上。

6.根据权利要求1～5中任一项所述的碳质材料，其平均粒径d50为30μm以下。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的碳质材料，其中，碳质材料源自糖类。

8.根据权利要求1～7中任一项所述的碳质材料，其用于蓄电设备的负极活性物质。

9.蓄电设备用负极，其包含权利要求8所述的碳质材料。

10.蓄电设备，其具有权利要求9所述的蓄电设备用负极。

技术总结
本发明提供适用于具有高放电容量和高循环耐久性的蓄电设备(例如锂离子二次电池、钠离子二次电池、锂硫电池、锂空气电池、全固态电池、电容器等)的负极活性物质的碳质材料、包含该碳质材料的负极、具有该负极的蓄电设备。公开如下的碳质材料，其通过元素分析而求出的氮元素含量为1.0质量％以上且4.0质量％以下，氧元素含量为1.1质量％以上且2.1质量％以下，并且，通过X射线衍射测定而观测到的碳面间隔(d002)为以上。

技术研发人员：西海洸介,西村启一,锻冶屋敷强
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：2024/1/13