專利名稱：電池部件和電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電池部件和電池，并特別涉及一種包括鋰離子電池、燃料電池的各種電池的負極活性物質(zhì)以及具有該負極活性物質(zhì)的電池。
背景技術(shù)：
專利文獻1公開了一種使用咖啡豆燒成體作為鋰離子電池的負極活性物質(zhì)的技術(shù)。該技術(shù)是使用細菌來干燥廢咖啡豆，并使其碳化，形成鋰離子電池的負極活性物質(zhì)。根據(jù)該技術(shù)，通過利用細菌的發(fā)酵熱，從而能夠幾乎不需要能量、費用地使包含大量水分的廢咖啡豆干燥，因此在充放電容量和充放電效率方面也很優(yōu)異。專利文獻1 日本特開平1H83620號公報

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明要解決的問題然而，專利文獻1中公開的技術(shù)，畢竟還需要使用細菌干燥廢咖啡豆這樣的復(fù)雜操作。因此，本發(fā)明課題在于不需要使用細菌進行干燥的操作，而制造電池的負極活性物質(zhì)。此外，在電池中，除了負極活性物質(zhì)以外，還存在有以碳作為原材料的電池部件。 例如，可用于正極活性物質(zhì)、電極活性物質(zhì)的導(dǎo)電劑、隔片等。因此，本發(fā)明課題還在于制造這些電池部件。用于解決問題的方法為了解決上述問題，本發(fā)明的電池部件包含大豆皮、油菜籽粕、棉籽殼、芝麻、棉籽中任一種的燒成物。具體來說，可以僅以上述燒成物作為電池部件，也可以將碳黑等其它碳以及必要的添加物等與其混合，作為電池部件。另外，前述燒成體的內(nèi)皮是網(wǎng)目狀結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明的電池具有上述電池部件。電池部件，具體來說，例如為正極活性物質(zhì)、負極活性物質(zhì)、或位于它們之間的隔片，但是除此之外，只要是包含碳的部件的即可。
具體實施例方式以下，參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。在本實施方式中，首先，通過對大豆皮、油菜籽粕、棉籽殼、芝麻、棉籽中的任一種進行碳化燒成而制造燒成物。此處，例如，通過以大豆等作為原材料制造食用油等，而產(chǎn)生了大量的大豆皮、油菜籽粕等。雖然它們的大部分被再利用于畜牧用的飼料或農(nóng)業(yè)用的肥料，但更進一步的用途還正在摸索。另外可知，對太豆皮、油菜籽粕、棉籽殼、芝麻、棉籽中的任一種進行碳化燒成而制造的燒成物，其具有和大豆皮等情況同樣的成分分析、體積固有電阻率。因此可以認(rèn)為，對于以它們作為原材料的燒成物，也同樣適合于二次電池的材料。本發(fā)明人從生態(tài)學(xué)的觀點進行了日日夜夜的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)作為大豆皮等更進一步的再利用，可以將燒成大豆皮等所得的燒成物有效用作鋰離子電池的負極活性物質(zhì)。以下，主要對使用燒成大豆皮所得的燒成物的鋰離子電池進行說明。



圖1是本發(fā)明實施方式的鋰離子電池的負極活性物質(zhì)的模式制造工序圖。另外， 在圖1中還記載了對上述燒成物進行后述各種實驗、測定的工序。首先，將制造食用油等所產(chǎn)生的生大豆皮，S卩，燒成前狀態(tài)的大豆皮，放置在包括焚燒爐或燒窯等的碳化裝置中，在包括氮氣的非活性氣體氛圍下或真空中，以每分鐘rc 50°C的速度達到300°C 3000°C (例如900°C )。另外，嚴(yán)格來說，3000°C的溫度，實際上是石墨化處理所需的溫度。然后，通過在該溫度下保持1 30小時左右，實施碳化燒成處理。接著，對燒成的大豆皮進行粉碎，然后進行篩分處理，例如使用106 μ m的方形篩進行篩分。這樣，可以得到在大豆皮的燒成物全體中其80%左右為85μπι以下的大豆皮燒成物，并且可以得到中值粒徑例如為60 μ m的大豆皮燒成物。另外，就中值粒徑而言，使用 SHIMADZU公司的激光衍射式粒度分布測定裝置SALD-7000進行測定。其中，中值粒徑可以為例如約4 μ m 約80 μ m左右。使該大豆皮燒成體包含在已知的粘結(jié)劑中，將其涂布在與鋰離子電池的負極弓I線連接的金屬箔兩面上，并使其干燥，由此制造鋰離子電池的負極。接著，對“生大豆皮”和“大豆皮燒成物”進行以下測定等。(1) “生大豆皮”和“大豆皮燒成物”的成分分析、(2) “生大豆皮”和“大豆皮燒成物”的組織觀察、(3) “大豆皮燒成物”的導(dǎo)電性試驗、(4)使用“大豆皮燒成物”作為負極材料的鋰電池(紐扣電池)的充放電特性的評價。圖2(a)是表示大豆皮、油菜籽粕、芝麻粕、棉籽粕、棉籽殼在燒成前使用ZAF定量分析法的成分分析結(jié)果的圖表。圖2(b)是表示圖2(a)所示的大豆皮等在燒成后使用ZAF 定量分析法的成分分析結(jié)果的圖表。另外，“大豆皮燒成物”的制造條件，如使用圖1的說明所述，“規(guī)定的溫度”為900°C，“中值粒徑”為60 μ m。如圖2(a)所示，燒成前的大豆皮，其碳(C)成分為51. 68%，氧(0)成分為 45. 98%，它們各占約一半。其它無機成分等為剩余的2. 35%。另外，在使用有機微量元素分析法的成分分析中，碳(C)成分、氫(H)成分、氮(N)成分，分別為39. 98%,6. 11%、1.50%。因此可知，燒成前的大豆皮，原本碳成分就多。燒成前的油菜籽粕等，和燒成前的大豆皮同樣，碳(C)成分、氧(0)成分各占整體的大約一半。具體觀察可知，圖2(a)的“C” 對于全部植物來說，包含50% 60%。此外還可知，對于全部植物來說，含有較多“0”，并且僅次于“C”。此外，如圖2(b)所示，燒成后的大豆皮，其碳(C)成分為61. 73%，增加至燒成前的接近1.5倍。另外，在使用有機微量元素分析法的成分分析中，碳(C)成分、氫(H)成分、氮 (N)成分，分別為73. 57%、0. 70%、1.55%。因此可知，碳成分通過燒成而增加。此外，燒成后的大豆皮，通過燒成，其氧(0)成分減少至近一半。進一步，其它成分則為從減半到增加至5倍的各種形式，但也都還在總體的百分之幾以內(nèi)。燒成后的油菜籽粕等，只是程度上有差異，其和燒成后的大豆皮同樣，可以看出碳(C)成分增加，氧(0)成分減少的傾向。此外，對于測定對象的元素來說，所有植物都和大豆皮的情況相同，除了 “C” 和“0”外，看不到其它在量上的特征。如上所說明，圖2(a)、圖2(b)所示的成分分析結(jié)果，總的來說可以評價為相同的結(jié)果。這可以認(rèn)為是由于大豆皮和油菜籽粕等都為植物，沒什么變化。盡管如此，對于油菜籽粕、芝麻粕、棉籽粕來說，由于具有同為油粕的共同點，因此“N”相對多、燒成前后的“C” 增加率相對低等的圖表更為相似。另一方面，對于大豆皮、棉籽殼來說，由于具有同為外皮的共同點，因此“N”相對少、燒成前后的“C”增加率相對高等圖表相似。此外，作為有機元素分析法的結(jié)果，觀察“C” 可知，棉籽殼最高(約83% )，芝麻粕最低(約63% )。另外可知，在鋰離子電池的負極活性物質(zhì)中以較好的平衡性組合纖維素和若干礦物質(zhì)的材料是合適的。由于本實施方式的大豆皮燒成物與纖維素和若干礦物質(zhì)以較好的平衡進行組合，因此其適合用于鋰離子電池的負極活性物質(zhì)。圖3是表示“生大豆皮”的組織觀察結(jié)果的掃描型電子顯微鏡(farming Electron Microscope :SEM)照片。圖3 (a) 圖3(c)分別為“生大豆皮”以1000倍的倍率進行拍照的外皮照片、以1000倍的倍率進行拍照的內(nèi)皮照片、以500倍的倍率進行拍照的截面照片。 另外，此處所述的截面，是指外皮和內(nèi)皮界面附近的正交截面。圖3(a)所示的生大豆皮外皮，具有部分隔絕外界和內(nèi)皮間水分的功能。僅觀察該外皮照片，作為整體形狀，可以確認(rèn)表面上具有凹凸分散。圖3(b)所示的生大豆皮內(nèi)皮，形成網(wǎng)目狀結(jié)構(gòu)。僅觀察該內(nèi)皮照片，作為整體形狀，可以確認(rèn)表面上具有緩和并且高低差較小的起伏。圖3(c)所示的生大豆皮的截面，僅觀察該截面照片，可以確認(rèn)一端與外皮相連， 另一端與內(nèi)皮相連的多個柱狀結(jié)構(gòu)。圖4是表示“大豆皮燒成物”的組織觀察結(jié)果的SEM照片。圖4(a) 圖4(c)分別為“大豆皮燒成物”以1000倍的倍率進行拍照的外皮照片、以1000倍的倍率進行拍照的內(nèi)皮照片、以500倍的倍率進行拍照的截面照片。另外，此處用于得到“大豆皮燒成物”的燒成溫度約為1500度。圖4(a)所示的大豆皮燒成物的外皮，作為整體形狀，可以確認(rèn)并沒有在“生大豆皮”時所確認(rèn)的凹凸。其中，“大豆皮燒成物”的外皮不光滑。圖4(b)所示的大豆皮燒成物的內(nèi)皮，依然可以確認(rèn)網(wǎng)目狀的結(jié)構(gòu)，但由于沒有水分，因此網(wǎng)目變細。此外，對于“大豆皮燒成物”的內(nèi)皮，也可以評價為網(wǎng)目狀結(jié)構(gòu)坍塌。圖4(c)所示的大豆皮燒成物的截面，依然可以確認(rèn)柱狀結(jié)構(gòu)，但各個柱狀部分變細，其長度也縮短，并且間隙顯著減少。還可以觀察到柱狀部分坍塌，并變化為纖維質(zhì)。此處，鋰離子電池，是在鋰離子通過具有很多間隙的負極活性物質(zhì)時，反復(fù)充電 放電而形成電源。大豆皮燒成物，如上所述，由于為網(wǎng)目狀結(jié)構(gòu)，因此具有很多間隙。因此，大豆皮燒成物可以適當(dāng)用于負極活性物質(zhì)。圖5是以1500倍的倍率對“大豆皮燒成物”的大豆皮燒成物的截面進行拍照的截面SEM照片。此處，進行使得到“大豆皮燒成物”的燒成溫度約為3000度的石墨化處理。圖5所示的“大豆皮燒成物”，和圖4 (C)所示物質(zhì)相比可知，其凹凸感增加，比表面
5積變大。此外，對圖5所示的“大豆皮燒成物”，檢查其各種物性。結(jié)果是，碳成分(C)約為100%，氮成分(N)為不到0.3%，氫成分(H)也不到 0.3%，至于氧成分(0)約為0.05%。此外，在進行熒光X射線分析(XRF :X-ray Fluorescence Analysis)時，并未從大豆皮燒成物中檢測出鎂(Mg)、鋁(Al)、硅(Si)、磷(P)、硫(S)、鉀(K)、鈣(Ca)、鐵(Fe)。進一步，該大豆皮燒成物的比表面積約為5m2/g，平均粒系為23.7 μ m，松密度(振實密度)為 0. 5132g/ml，真密度為 2. 06g/ml。表1是表示大豆皮燒成物的3種制造條件以及對它們的各種檢驗的評價的表。表 1中總結(jié)了通過3種燒成方法所得的大豆皮燒成體的比表面積、細孔分布的測定結(jié)果。另外，試料1 3的中值粒徑分別為33. 9μπι、26. 7μπι、23. 7μπι。表 權(quán)利要求
1.一種電池部件，其包含大豆皮、油菜籽粕、棉籽殼、芝麻、棉籽中任一種的燒成物。
2 如權(quán)利要求1所述的電池部件，其中，所述燒成體的內(nèi)皮為網(wǎng)目狀結(jié)構(gòu)。
3.一種具有權(quán)利要求1所述的電池部件的電池。
4.一種電池，其中，所述電池部件是正極活性物質(zhì)、負極活性物質(zhì)或位于它們之間的隔
全文摘要
本發(fā)明是一種簡易地制造以大豆皮、油菜籽粕、棉籽殼、芝麻、棉籽中任一種的燒成體作為負極活性物質(zhì)的鋰離子電池的方法。通過對大豆皮、油菜籽粕、棉籽殼、芝麻、棉籽中任一種的燒成體進行粉碎，而得到碳含有率為70％以上的負極活性物質(zhì)。燒成體的內(nèi)皮，形成網(wǎng)目狀結(jié)構(gòu)。將該負極活性物質(zhì)涂布在金屬箔的兩面上，制造鋰離子電池的負極。然后，制造使用該負極的鋰離子電池。
文檔編號H01M4/96GK102165632SQ20098013798
公開日2011年8月24日 申請日期2009年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月29日
發(fā)明者佐伯明德, 后藤浩之 申請人:日清奧利友集團株式會社