碳納米結構體、負載金屬的碳納米結構體、鋰離子二次電池、碳納米結構體的制造方法和負載金屬的碳納米結構體的制造方法技術

本發明專利技術制造含碳的棒狀體和/或板狀體三維地結合而成、在上述棒狀體和/或上述板狀體中形成了用石墨烯多層膜壁劃定的肺胞狀的孔的碳納米結構體。此外，制造在上述碳納米結構體的上述孔中負載有金屬體的負載金屬的碳納米結構體。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】
本專利技術涉及碳納米結構體、負載金屬的碳納米結構體和它們的制造方法。此外，本專利技術涉及使用了負載金屬的碳納米結構體的鋰離子二次電池。
技術介紹
碳材料作為低溫型燃料電池、超級電容、鋰離子二次電池的電極、或液相催化劑反應中的催化劑負載體使用，其重要性和制作成本的廉價性的必要性日益提高。對于作為電極、催化劑載體的使用，孔率高、氣體或液體的流動性高變得重要。除此之外，作為電極材料，要求高導電特性和高電流密度。作為能夠實現高容量的鋰離子二次電池的負極材料，要使用錫、硅等的納米粒子或納米管，具體地，研究了銅被覆硅、碳被覆硅等。但是，金屬吸收了鋰時的體積膨脹極大，通常，金屬零散地被破壞，急速地失去與電極的接觸狀態，也導致電容量的大幅的降低。該問題成為了真正的實用化的障礙。再有，硅嚴格上講屬于半導體，但也顯示半金屬的性質，因此本申請中作為金屬處理。從這樣的觀點出發，非專利文獻I中，在采用丙烯氣的高溫分解法得到的顆粒狀碳的表面米用CVD (Chemical Vapor Deposition)法堆積附著的娃-碳復合物,在20小時放電速度(C/20)下，顯示l，270mAh/cm3這樣的高容量維持率，盡管固定于碳材的表面，但得到了 98%以上的充放電效率。但是，在高電流密度區域中，存在如下問題:該容量維持率顯著地降低，而且由于比表面積不足，因此來自空洞內部的空間的對比表面積的貢獻大，不能穩定地獲得上述特性。另ー方面，報道了將娃結晶加熱成為蒸氣，在凹凸多的銅薄膜上在真空中使娃微晶以數微米的厚度堆積而成的負極材料(非專利文獻2)。其也存在無法避免高電流密度區域中的充放電劣化，而且由于制造成本變得極高，因此難以實業化的問題(非專利文獻3)。此外，專利文獻I中公開了通過在活性炭的微孔內負載能夠與鋰形成合金的金屬，例如錫、鈣、鍶、鋇、銥等活性物質，從而制造鋰離子二次電池的負極的技木。但是，對于上述的活性物質的添加量，構成活性炭的碳的重量的30%為上限，存在不能得到充分的容量維持率，結果不能得到充分的充放電效率的問題。現有技術文獻專利文獻專利文獻1:專利第4069465號 非專利文獻專ネ1J又獻 I:High-performance Litnium-1on anodes using a hierarchicalbottom—up approach, A.Magasinski, P.Dixon, B.Hertzberg, A.Kvitj J.Ayala, andG.Yushin, Nature Materials, 9 (2010) 353-358非專利文獻2: Thick vacuum deposited silicon films suitable forthe anode of L1-1on battery, Mikiko Uedaj Junji Suzuki, Kohki Tamura, KyoichiSekine，Tsutomu Takamura，Journal of Power Sources，146 (2005) 441-444非專利文獻3 ；Nano-and bulk-silicon-based insertion anodes forLithium-1on secondary cells, Uday Kasavaj jula, Chunsheng Wang,and A.JohnAppleby,Journal of Power Sources,163 (2007) 1003-1039
技術實現思路
專利技術要解決的課題本專利技術的目的在于提供能夠作為鋰離子二次電池的負極材料等使用的新型結構的碳納米結構體和負載金屬的碳納米結構體。用于解決課題的手段為了實現上述目的，本專利技術涉及碳納米結構體，其特征在于，含碳的棒狀體和/或板狀體三維地結合而成，在上述棒狀體和/或上述板狀體中形成了由石墨烯多層膜壁劃定的肺胞狀的孔。 此外，本專利技術涉及負載金屬的碳納米結構體，其特征在于，具有:含碳的棒狀體或板狀體三維地結合而成、在上述棒狀體或上述板狀體中形成了由石墨烯多層膜壁劃定的肺胞狀的孔而成的碳納米結構體；和在上述孔內負載的金屬體。本專利技術的碳納米結構體，含碳的棒狀體和/或板狀體三維地結合而形成結構體，同時在棒狀體和/或板狀體中形成了肺胞狀的孔。因此，通過在肺胞狀的孔中根據目的使各種物質負載，從而能夠將上述碳納米結構體供給到各種用途。此外，本專利技術的負載金屬的碳納米結構體，在上述碳納米結構體的肺胞狀的孔內負載金屬體。因此，通過適當地使金屬體的種類變化，從而能夠將上述負載金屬的碳納米結構體供給到各種用途。特別地，通過由能夠可逆地吸藏放出鋰金屬的金屬體構成金屬體，上述負載金屬的碳納米結構體能夠用作鋰離子二次電池的負極材料。通過這些，上述碳納米結構體和負載金屬的碳納米結構體能夠用作鋰離子二次電池的負極材料。再有，所謂本專利技術中的“納米結構體”，如以下詳述那樣，來源于該結構體的特征構成要素包含從nm級至幾百nm級的尺度的納米粒子而命名。此外，所謂本專利技術中的“肺胞狀的孔”，是指劃定孔的石墨烯多層膜壁的、任意的層反復分支，鄰接的孔之間相互連通的狀態。上述碳納米結構體能夠成為任意的形狀，使用了以下說明的制造方法的情況下，一般地形成為三維網狀結構的一體型結構物(整體物)。這種情況下，上述負載金屬的碳納米結構體也同樣地，形成為三維網狀結構的一體型結構物(整體物)。上述的碳納米結構物和負載金屬的碳納米結構體能夠采用以下的制造方法得到。即，碳納米結構物的制造方法，其特征在干，具有:對于包含金屬鹽的溶液，吹入甲基こ炔氣，制作金屬甲基こ炔化物的棒狀結晶體和/或板狀結晶體的エ序；對上述棒狀結晶體和/或上述板狀結晶體實施第I加熱處理，使上述金屬甲基こ炔化物中的金屬偏祈，同時使上述棒狀結晶體和/或上述板狀結晶體中的碳偏析，得到含碳的棒狀體和/或板狀體三維地結合而成的碳納米結構中間體，同時制作在該碳納米結構中間體中將上述金屬被內包而成的內包金屬的碳納米結構體的エ序；使上述內包金屬的碳納米結構體與硝酸接觸，使上述內包金屬的碳納米結構體中的上述金屬的至少一部分溶出的エ序；和對于上述內包金屬的碳納米結構物實施第2加熱處理，使上述內包金屬的碳納米結構物中內包的上述金屬噴出的エ序。此外，負載金屬的碳納米結構體的制造方法，其特征在于，具有:對于含金屬鹽的溶液吹入甲基こ炔氣，制作金屬甲基こ炔化物的棒狀結晶體和/或板狀結晶體的エ序；對上述棒狀結晶體和/或上述板狀結晶體實施第I加熱處理，使上述金屬甲基こ炔化物中的金屬偏祈，同時使上述棒狀結晶體和/或上述板狀結晶體中的碳偏析，得到含碳的棒狀體和/或板狀體三維地結合而成的碳納米結構中間體，同時制作在該碳納米結構中間體中將上述金屬內包而成的內包金屬的碳納米結構體的エ序；使上述內包金屬的碳納米結構物與硝酸接觸，使上述內包金屬的碳納米結構體中的上述金屬的至少一部分溶出，同時實施第2加熱處理，使上述內包金屬的碳納米結構物中內包的上述金屬噴出，得到含碳的上述棒狀體和/或上述板狀體三維地結合而成、在上述棒狀體或上述板狀體中形成了用石墨烯多層膜壁劃定的肺胞狀的孔的碳納米結構體的エ序；使金屬氯化物在溶劑中溶解，得到含上述金屬氯化物的溶液，將該溶液與上述碳納米結構體混合，通本文檔來自技高網...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2010.08.10 JP 2010-179686;2011.08.04 JP 2011-170831.納米結構體，其特征在于，含碳的棒狀體和/或板狀體三維地結合而成，在上述棒狀體和/或上述板狀體中形成了用石墨烯多層膜壁劃定的肺胞狀的孔。2.載金屬的碳納米結構體，其特征在于，具有: 含碳的棒狀體或板狀體三維地結合而成、在上述棒狀體或上述板狀體中形成了用石墨烯多層膜壁劃定的肺胞狀的孔的碳納米結構體，和 在上述肺胞狀的孔內負載的金屬體。3.權利要求2中所述的負載金屬的碳納米結構體，其特征在干，上述金屬體包含從S1、Ge、Sn、In、Sb和Zn中選擇的至少一種金屬。4.權利要求2或3所述的負載金屬的碳納米結構體，其特征在于，上述碳納米結構體是三維網狀結構的一體型結構物，上述負載金屬的碳納米結構體是三維網狀結構的一體型結構物。5.權利要求2 4的任一項所述的負載金屬的碳納米結構體，其特征在干，上述孔包含孔徑為Inm以上20nm以下的第I孔和孔徑為IOnm以上80nm以下的第2孔。6.權利要求2 5的任一項所述的負載金屬的碳納米結構體，其特征在干，上述金屬體至少包含在第一孔或第二孔內以比孔尺寸小的大小被負載的部分。7.離子二次電池，其特征在于，將權利要求2 6的任一項所述的負載金屬的碳納米結構體用于負扱。8.納米結構體的制造方法，其特征在于，具有: 對于含金屬鹽的溶液吹入甲基こ炔氣，制作金屬甲基こ炔化物的棒狀結晶體和/或板狀結晶體的エ序； 對上述棒狀結晶體和/或上述板狀結晶體實施第I加熱處理，使上述金屬甲基こ炔化物中的金屬偏祈，同時使上述棒狀結晶體和/或上述板狀結晶體中的碳偏析，得到含碳的棒狀體和/或板狀體三維地結合而成的碳納米結構中間體，同時制作在該碳納米結構中間體中將上述金屬內包而成的內包金屬的碳納米結構體的エ序； 使上述內包金屬的碳納米結構體與硝酸接觸的エ序；和 對于上述內包金屬的碳納米結構物實施第2加熱處理，使上述內包金屬的碳納米結構物中內包的上述金屬噴出的エ序。9.權利要求8所述的碳納米結構體的制造方法，其特征在于，上述第I加熱處理在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：西信之，安達紀和，大場保幸，山田學，加美謙一郎，水內和彥，
申請(專利權)人：大學共同利用機關法人自然科學研究機構，株式會社電裝，新日鐵住金化學株式會社，
類型：
國別省市：