专利名称：电池部件和电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电池部件和电池，并特别涉及一种包括锂离子电池、燃料电池的各种电池的负极活性物质以及具有该负极活性物质的电池。
背景技术：
专利文献1公开了一种使用咖啡豆烧成体作为锂离子电池的负极活性物质的技术。该技术是使用细菌来干燥废咖啡豆，并使其碳化，形成锂离子电池的负极活性物质。根据该技术，通过利用细菌的发酵热，从而能够几乎不需要能量、费用地使包含大量水分的废咖啡豆干燥，因此在充放电容量和充放电效率方面也很优异。专利文献1 日本特开平1H83620号公报
发明内容
发明要解决的问题然而，专利文献1中公开的技术，毕竟还需要使用细菌干燥废咖啡豆这样的复杂操作。因此，本发明课题在于不需要使用细菌进行干燥的操作，而制造电池的负极活性物质。此外，在电池中，除了负极活性物质以外，还存在有以碳作为原材料的电池部件。 例如，可用于正极活性物质、电极活性物质的导电剂、隔片等。因此，本发明课题还在于制造这些电池部件。用于解决问题的方法为了解决上述问题，本发明的电池部件包含大豆皮、油菜籽粕、棉籽壳、芝麻、棉籽中任一种的烧成物。具体来说，可以仅以上述烧成物作为电池部件，也可以将碳黑等其它碳以及必要的添加物等与其混合，作为电池部件。另外，前述烧成体的内皮是网目状结构。此外，本发明的电池具有上述电池部件。电池部件，具体来说，例如为正极活性物质、负极活性物质、或位于它们之间的隔片，但是除此之外，只要是包含碳的部件的即可。
具体实施例方式以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。在本实施方式中，首先，通过对大豆皮、油菜籽粕、棉籽壳、芝麻、棉籽中的任一种进行碳化烧成而制造烧成物。此处，例如，通过以大豆等作为原材料制造食用油等，而产生了大量的大豆皮、油菜籽粕等。虽然它们的大部分被再利用于畜牧用的饲料或农业用的肥料，但更进一步的用途还正在摸索。另外可知，对太豆皮、油菜籽粕、棉籽壳、芝麻、棉籽中的任一种进行碳化烧成而制造的烧成物，其具有和大豆皮等情况同样的成分分析、体积固有电阻率。因此可以认为，对于以它们作为原材料的烧成物，也同样适合于二次电池的材料。本发明人从生态学的观点进行了日日夜夜的研究，结果发现作为大豆皮等更进一步的再利用，可以将烧成大豆皮等所得的烧成物有效用作锂离子电池的负极活性物质。以下，主要对使用烧成大豆皮所得的烧成物的锂离子电池进行说明。
图1是本发明实施方式的锂离子电池的负极活性物质的模式制造工序图。另外， 在图1中还记载了对上述烧成物进行后述各种实验、测定的工序。首先，将制造食用油等所产生的生大豆皮，S卩，烧成前状态的大豆皮，放置在包括焚烧炉或烧窑等的碳化装置中，在包括氮气的非活性气体氛围下或真空中，以每分钟rc 50°C的速度达到300°C 3000°C (例如900°C )。另外，严格来说，3000°C的温度，实际上是石墨化处理所需的温度。然后，通过在该温度下保持1 30小时左右，实施碳化烧成处理。接着，对烧成的大豆皮进行粉碎，然后进行筛分处理，例如使用106 μ m的方形筛进行筛分。这样，可以得到在大豆皮的烧成物全体中其80%左右为85μπι以下的大豆皮烧成物，并且可以得到中值粒径例如为60 μ m的大豆皮烧成物。另外，就中值粒径而言，使用 SHIMADZU公司的激光衍射式粒度分布测定装置SALD-7000进行测定。其中，中值粒径可以为例如约4 μ m 约80 μ m左右。使该大豆皮烧成体包含在已知的粘结剂中，将其涂布在与锂离子电池的负极弓I线连接的金属箔两面上，并使其干燥，由此制造锂离子电池的负极。接着，对“生大豆皮”和“大豆皮烧成物”进行以下测定等。(1) “生大豆皮”和“大豆皮烧成物”的成分分析、(2) “生大豆皮”和“大豆皮烧成物”的组织观察、(3) “大豆皮烧成物”的导电性试验、(4)使用“大豆皮烧成物”作为负极材料的锂电池(纽扣电池)的充放电特性的评价。图2(a)是表示大豆皮、油菜籽粕、芝麻粕、棉籽粕、棉籽壳在烧成前使用ZAF定量分析法的成分分析结果的图表。图2(b)是表示图2(a)所示的大豆皮等在烧成后使用ZAF 定量分析法的成分分析结果的图表。另外，“大豆皮烧成物”的制造条件，如使用图1的说明所述，“规定的温度”为900°C，“中值粒径”为60 μ m。如图2(a)所示，烧成前的大豆皮，其碳(C)成分为51. 68%，氧(0)成分为 45. 98%，它们各占约一半。其它无机成分等为剩余的2. 35%。另外，在使用有机微量元素分析法的成分分析中，碳(C)成分、氢(H)成分、氮(N)成分，分别为39. 98%,6. 11%、1.50%。因此可知，烧成前的大豆皮，原本碳成分就多。烧成前的油菜籽粕等，和烧成前的大豆皮同样，碳(C)成分、氧(0)成分各占整体的大约一半。具体观察可知，图2(a)的“C” 对于全部植物来说，包含50% 60%。此外还可知，对于全部植物来说，含有较多“0”，并且仅次于“C”。此外，如图2(b)所示，烧成后的大豆皮，其碳(C)成分为61. 73%，增加至烧成前的接近1.5倍。另外，在使用有机微量元素分析法的成分分析中，碳(C)成分、氢(H)成分、氮 (N)成分，分别为73. 57%、0. 70%、1.55%。因此可知，碳成分通过烧成而增加。此外，烧成后的大豆皮，通过烧成，其氧(0)成分减少至近一半。进一步，其它成分则为从减半到增加至5倍的各种形式，但也都还在总体的百分之几以内。烧成后的油菜籽粕等，只是程度上有差异，其和烧成后的大豆皮同样，可以看出碳(C)成分增加，氧(0)成分减少的倾向。此外，对于测定对象的元素来说，所有植物都和大豆皮的情况相同，除了 “C” 和“0”外，看不到其它在量上的特征。如上所说明，图2(a)、图2(b)所示的成分分析结果，总的来说可以评价为相同的结果。这可以认为是由于大豆皮和油菜籽粕等都为植物，没什么变化。尽管如此，对于油菜籽粕、芝麻粕、棉籽粕来说，由于具有同为油粕的共同点，因此“N”相对多、烧成前后的“C” 增加率相对低等的图表更为相似。另一方面，对于大豆皮、棉籽壳来说，由于具有同为外皮的共同点，因此“N”相对少、烧成前后的“C”增加率相对高等图表相似。此外，作为有机元素分析法的结果，观察“C” 可知，棉籽壳最高(约83% )，芝麻粕最低(约63% )。另外可知，在锂离子电池的负极活性物质中以较好的平衡性组合纤维素和若干矿物质的材料是合适的。由于本实施方式的大豆皮烧成物与纤维素和若干矿物质以较好的平衡进行组合，因此其适合用于锂离子电池的负极活性物质。图3是表示“生大豆皮”的组织观察结果的扫描型电子显微镜(farming Electron Microscope :SEM)照片。图3 (a) 图3(c)分别为“生大豆皮”以1000倍的倍率进行拍照的外皮照片、以1000倍的倍率进行拍照的内皮照片、以500倍的倍率进行拍照的截面照片。 另外，此处所述的截面，是指外皮和内皮界面附近的正交截面。图3(a)所示的生大豆皮外皮，具有部分隔绝外界和内皮间水分的功能。仅观察该外皮照片，作为整体形状，可以确认表面上具有凹凸分散。图3(b)所示的生大豆皮内皮，形成网目状结构。仅观察该内皮照片，作为整体形状，可以确认表面上具有缓和并且高低差较小的起伏。图3(c)所示的生大豆皮的截面，仅观察该截面照片，可以确认一端与外皮相连， 另一端与内皮相连的多个柱状结构。图4是表示“大豆皮烧成物”的组织观察结果的SEM照片。图4(a) 图4(c)分别为“大豆皮烧成物”以1000倍的倍率进行拍照的外皮照片、以1000倍的倍率进行拍照的内皮照片、以500倍的倍率进行拍照的截面照片。另外，此处用于得到“大豆皮烧成物”的烧成温度约为1500度。图4(a)所示的大豆皮烧成物的外皮，作为整体形状，可以确认并没有在“生大豆皮”时所确认的凹凸。其中，“大豆皮烧成物”的外皮不光滑。图4(b)所示的大豆皮烧成物的内皮，依然可以确认网目状的结构，但由于没有水分，因此网目变细。此外，对于“大豆皮烧成物”的内皮，也可以评价为网目状结构坍塌。图4(c)所示的大豆皮烧成物的截面，依然可以确认柱状结构，但各个柱状部分变细，其长度也缩短，并且间隙显著减少。还可以观察到柱状部分坍塌，并变化为纤维质。此处，锂离子电池，是在锂离子通过具有很多间隙的负极活性物质时，反复充电 放电而形成电源。大豆皮烧成物，如上所述，由于为网目状结构，因此具有很多间隙。因此，大豆皮烧成物可以适当用于负极活性物质。图5是以1500倍的倍率对“大豆皮烧成物”的大豆皮烧成物的截面进行拍照的截面SEM照片。此处，进行使得到“大豆皮烧成物”的烧成温度约为3000度的石墨化处理。图5所示的“大豆皮烧成物”，和图4 (C)所示物质相比可知，其凹凸感增加，比表面
5积变大。此外，对图5所示的“大豆皮烧成物”，检查其各种物性。结果是，碳成分(C)约为100%，氮成分(N)为不到0.3%，氢成分(H)也不到 0.3%，至于氧成分(0)约为0.05%。此外，在进行荧光X射线分析(XRF :X-ray Fluorescence Analysis)时，并未从大豆皮烧成物中检测出镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)、磷(P)、硫(S)、钾(K)、钙(Ca)、铁(Fe)。进一步，该大豆皮烧成物的比表面积约为5m2/g，平均粒系为23.7 μ m，松密度(振实密度)为 0. 5132g/ml，真密度为 2. 06g/ml。表1是表示大豆皮烧成物的3种制造条件以及对它们的各种检验的评价的表。表 1中总结了通过3种烧成方法所得的大豆皮烧成体的比表面积、细孔分布的测定结果。另外，试料1 3的中值粒径分别为33. 9μπι、26. 7μπι、23. 7μπι。表 权利要求
1.一种电池部件，其包含大豆皮、油菜籽粕、棉籽壳、芝麻、棉籽中任一种的烧成物。
2 如权利要求1所述的电池部件，其中，所述烧成体的内皮为网目状结构。
3.一种具有权利要求1所述的电池部件的电池。
4.一种电池，其中，所述电池部件是正极活性物质、负极活性物质或位于它们之间的隔
全文摘要
本发明是一种简易地制造以大豆皮、油菜籽粕、棉籽壳、芝麻、棉籽中任一种的烧成体作为负极活性物质的锂离子电池的方法。通过对大豆皮、油菜籽粕、棉籽壳、芝麻、棉籽中任一种的烧成体进行粉碎，而得到碳含有率为70％以上的负极活性物质。烧成体的内皮，形成网目状结构。将该负极活性物质涂布在金属箔的两面上，制造锂离子电池的负极。然后，制造使用该负极的锂离子电池。
文档编号H01M4/96GK102165632SQ20098013798
公开日2011年8月24日 申请日期2009年9月28日 优先权日2008年9月29日
发明者佐伯明德, 后藤浩之 申请人:日清奥利友集团株式会社