[發明專利]鋰二次電池用碳陰極材料及其制造方法，以及利用該材料的鋰二次電池

有效

• 申請號: 200980123853.1
• 申請日: 2009-04-16
• 公開（公告）號: CN102067360A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 韓京熙;吳政勳;金宗成;廉哲;韓貞敏;武內正隆;須藤彰孝;外輪千明
• 申請（專利權）人: LS美創有限公司;昭和電工株式會社
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

技術領域

本發明涉及一種鋰二次電池用碳陰極材料(陰極活性物質)，更具體是涉及一種包含碳纖維而能防止電極受損并能提高導電性能的鋰二次電池用碳陰極材料及其制造方法，以及利用該材料的鋰二次電池。

背景技術

近幾年，隨著如移動電話、筆記本電腦、電動車輛等的使用電池的電子器件的快速普及，對于小型、質輕且相對具有高容量的鋰二次電池的需求日益增加，并且這種趨勢日益加速。

作為鋰二次電池用陰極活性物質的芯碳材料被廣泛使用的天然石墨，雖然其初期放電容量優異，但是隨著反復的充放電循環，其充放電效率以及充放電的容量急劇下降。根據已知技術，這種問題是由發生在高結晶性天然石墨的邊緣(edge)部分的電解液分解反應所導致的。

為了克服這一問題而廣泛使用的技術就是在天然石墨上被覆瀝青的技術。并且，在天然石墨上被覆瀝青而制造陰極活性物質之后，還使用一種制造電池的極板時為了提高導電率而在極板制造用漿料(slurry)中添加Kerjen?Black，Super?P等導電材料的方法。

并且，最近還出現一種在使用天然石墨的鋰二次電池用陰極上添加碳纖維等導電性添加劑，以此來提高導電性能的技術。關于此種技術，在PCT/JP2004-019835號專利申請中記載有如下方案，即：在制造碳質陰極活性物質之后，混合并混煉苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)等粘合劑和纖維直徑為1～1000nm的碳纖維，其后，將其涂覆在金屬集電板上，由此構成鋰二次電池用陰極。

然而，根據如上所述的現有技術，碳纖維并非均勻分散在鋰電池用碳質陰極活性物質上，因此會發生碳纖維的再凝集，并發生電化學特性劣化的問題。而且，作為電極粘合劑使用SBR水分散液時，疏水性碳纖維很難充分分散在陰極活性物質上。

發明內容

本發明旨在解決上述問題，因此，本發明的目的在于提供在制造碳陰極材料時添加碳纖維并使其充分且均勻地分散，由此能防止電極受損并提高電化學特性的鋰二次電池用碳陰極材料，該鋰二次電池用碳陰極材料的制造方法，以及利用該材料的鋰二次電池。

為了實現上述目的，本發明揭示一種鋰二次電池用碳陰極材料，其具備：芯碳材料；以及，被覆上述芯碳材料并包含被覆用碳材料及碳纖維的被覆層。

優選的是，上述芯碳材料為天然石墨，上述被覆用碳材料為瀝青。

優選的是，上述芯碳材料在其晶系的C軸方向的微晶尺寸為90nm以上。

優選的是，上述芯碳材料的所有粒子中的90％以上的粒子具有5～50μm范圍的直徑。

優選的是，上述芯碳材料的BET比表面積為0.5～30m²/g。

優選的是，上述芯碳材料為，各纖維纖絲的縱橫比為10～15000，并通過2000℃以上的熱處理而被石墨化的氣相成長碳纖維。該氣相成長碳纖維的各纖維纖絲包含沿著其中心軸延長的中空部，并且，包含分歧狀碳纖維纖絲。在該氣相成長碳纖維中，通過X射線衍射法測定的(002)結晶面上的平均層(面)間距離為0.344nm以下。

優選的是，上述碳纖維可含有0.1～100000ppm的硼。

作為被覆用碳材料而使用的瀝青是石油類瀝青，其通過粉碎而被加工成平均粒徑為1～20μm，其具有如下特性。

1)V.M(Volatile?matter)含量：20～60wt％，F.C(Fixed?Carbon)含量：40～80wt％，KS方式[KS?E?2197-96]

2)軟化點：80～300℃，metra法[ASTM-D3104-77]

3)QI(quinoline?insoulable)含量：0.01～6.0wt％，[ASTM-D2318-98]

4)TI(toluene?insoulble)含量：20～70wt％，[ASTM-D4027-98]

優選的是，作為上述被覆用碳材料而使用的瀝青中，包含在該碳材料內部的芳香族化合物相對于包含在該碳材料內部的脂肪族化合物的摩爾比為0.5以上。

優選的是，在上述瀝青中，包含在該碳材料內部的碳元素個數相對于包含在該碳材料內部的全體元素個數的比例為60％以上。

優選的是，在上述瀝青中，相對于該碳材料全體重量的喹啉不溶部分(QI)的含量為5wt％以下。

優選的是，上述瀝青的軟化點為100℃以上。

優選的是，上述芯碳材料，被覆用碳材料以及碳纖維的總量為基準的上述被覆用碳材料的量為0.01～20wt％。