[发明专利]球形碳材料和球形碳材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及球形碳材料及其制造方法。

背景技术

近年，作为特殊碳材料用途及锂离子二次电池的负极材料，要求球形碳材料。

在为特殊碳材料的情况下，为了提高强度，要求成型体的各向同性。一直以来，通过经过对用粘合剂将碳材料进行混炼而成的成型物进行CIP（Cold Isostatic Pressing（冷均压加工法））成型等各向同性成型的步骤，或经过反复烧制和沥青等的含浸的工序的长工序，来生产各向同性的特殊碳制品。另外，近年来，要求不通过特殊的各向同性成型而得到各向同性碳的方法。报告有例如不使用粘合剂而从MCMB（中间相碳微珠）得到各向同性的碳材料的方法（非专利文献1），MCMB是各向异性的球状的碳材料，由于是球状的小颗粒而被随机填充，从而可以得到各向同性的成型体，另外，由于是昂贵的材料，所以可以应用的用途受到限定。

作为锂离子二次电池的负极材料，为了改善用于提高电极密度或提高工厂中的成品率的处理性，需要球形碳材料。另外，在速率特性及寿命特性方面，需要各向同性的材料。此外，MCMB等现有的球形碳材料在石墨化时的结晶生长几乎不进行，在作为锂离子二次电池的负极材料使用时，相对于石墨的理论容量，表现不出足够的容量也是问题之一。结晶生长差的情况下，相比于结晶充分成长的石墨材料，导电性和热传导性也低。

从这样的背景出发，现在要求有廉价、结晶性良好、各向同性的结晶结构的球形碳材料。

在专利文献1中，作为高密度、高强度的各向同性石墨材料公开了对将生焦炭和沥青类粘合剂混炼而成的成型粉进行成型、烧制使其石墨化得到的材料。但是，供给成型体材料的成型粉不具备各向同性，需要采用各向同性成型。

专利文献2中公开了将生焦炭粉碎并石墨化而成的长径比为1.00～1.32的石墨材料，但在碳化和石墨化的过程中颗粒形状被扁平化，得不到球状的颗粒。

专利文献3中公开了颗粒截面的圆度为0.6～0.9的碳颗粒，但由于是通过对石墨颗粒实施机械处理而提高圆度的颗粒，因此是颗粒截面的轮廓线具有直线的部分和棱角部的、难以说是球形的颗粒。另外，为了使成型体具有各向同性，需要进行各向同性加压处理。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2005－298231号公报

专利文献2：日本特开2007－172901号公报

专利文献3；日本特开2009－238584号公报

非专利文献

非专利文献1：藤本宏之、“メソカーボンマイクロビーズの工業的製造法とその応用”（译文：中间相碳微球的工业制造法及其应用）碳、碳材料学会、Vol.2010No.241pp.10～14

发明内容

发明所要解决的课题

本发明的目的在于，得到结晶结构为各向同性的、即使经过碳化或石墨化也能够维持球形的颗粒形状的球形碳材料。

用于解决课题的方法

上述技术性课题能够通过如下的本发明实现。

即，本发明提供一种生焦炭球形碳材料，其为利用扫描型电子显微镜观察的颗粒的俯视方向的球形化率和正视方向的球形化率的平均值为60％以上的生焦炭球形碳材料，在1200℃经过5小时的加热和在2800℃经过3小时的加热后的形状维持率为70％以上（本发明1）。

另外，本发明提供一种碳质球形碳材料，其为利用扫描型电子显微镜观察的颗粒的俯视方向的球形化率和正视方向的球形化率的平均值为55％以上的碳质球形碳材料，在2800℃经过3小时加热后的形状维持率为70％以上（本发明2）。

另外，本发明提供一种石墨质球形碳材料，利用扫描型电子显微镜观察的颗粒的俯视方向的球形化率和正视方向的球形化率的平均值为50％以上，利用透射型电子显微镜观察的朝向相同的结晶方向的结晶区面积为80％以下（本发明3）。

另外，本发明提供本发明1所述的生焦炭球形碳材料的制造方法，其中，对生焦炭粉末施加压缩剪切应力，以干式进行造粒球形化处理，该生焦炭粉末含有5％以上的平均粒径（D50）的1/3以下的粒径的颗粒（本发明4）

另外，本发明提供本发明2所述的碳质球形碳材料的制造方法，其中，对生焦炭粉末施加压缩剪切应力，以干式进行造粒球形化处理，得到生焦炭球形碳材料，将该生焦炭球形碳材料进行碳化，该生焦炭粉末含有5％以上的平均粒径（D50）的1/3以下的粒径的颗粒（本发明5）。