[發明專利]鋰二次電池用負極活性物質、鋰二次電池用負極電極、使用其而成的車載用鋰二次電池、及鋰二次電池用負極活性物質的制造方法

無效

• 申請號: 201080021301.2
• 申請日: 2010-05-14
• 公開（公告）號: CN102428594A
• 公開（公告）日: 2012-04-25
• 發明（設計）人: 池田大佐;田川和樹;川野陽一
• 申請（專利權）人: 新日鐵化學株式會社
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/133;H01M4/62
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 孫秀武;高旭軼

技術領域

本發明涉及鋰二次電池用負極活性物質、鋰二次電池用負極電極、使用其而成的車載用鋰二次電池、及鋰二次電池用負極活性物質的制造方法。

背景技術

鋰二次電池與其他二次電池相比，具有高的能量密度，因此可以小型化/輕量化，多用作手機、個人電腦、便攜信息終端(PDA：Personal?Digital?Assistant)和便攜式攝影機等移動電子儀器的電源，預期今后這種需求會越來越高。

另外，為了應對能源問題和環境問題，開發了電動汽車、組合了鎳氫電池驅動的電動機和汽油發動機的混合電動汽車(HEV：Hybrid?Electric?Vehicle)，其普及臺數不斷增長。這些汽車要求所使用的電池的進一步高性能化，作為應對這種要求的電池，鋰二次電池備受關注。

對鋰二次電池來說，作為負極材料(負極活性物質)，一般使用安全性和壽命方面優良的碳材料。碳材料中，石墨材料是在至少2,000℃左右以上、通常在2,600~3,000℃左右的高溫下獲得的、具有高能量密度的優異的材料，但在高輸入輸出特性和循環特性方面存在問題。為此，在例如電力貯藏用和電動汽車等的高輸入輸出用途方面，正在著重研究在比石墨材料更低的溫度下燒成、且石墨化度低的低結晶碳材料的應用。

近年來，從混合電動汽車進一步高性能化的觀點出發，對鋰二次電池也要求進一步高性能化，其性能的提高成為當務之急。作為鋰二次電池的特性，特別要求充分降低負電極側的電位、提高電池實際電壓、充分呈現高的輸出特性。

另外，為了充分供給作為混合電動汽車的能源的電流，可提高作為重要特性的鋰二次電池的放電容量。而且，為了使得與充電電流量相比，放電電流量充分得以提高，也要求充電容量相對于放電容量的比例、即初始效率高。

進而，為了能夠在短時間內充電，優選鋰二次電池直至到達高電流密度為止維持高充電容量，還要求容量維持率高。

即，要求均衡地提高這樣的輸出特性、放電容量、初始效率、容量維持率等特性。

以這樣的鋰二次電池為目的，作為負極材料大量研究了焦炭和石墨等碳材料，雖然能夠增大上述的放電容量，但初始效率卻不足。另外，電池實際電壓不足，不能滿足近年來的高輸出特性或容量維持率的條件。

例如，在專利文獻1中，作為利用夾層或摻雜劑而成的負極材料，公開了由有機化合物的熱分解或燒成碳化得到的規定了特定的比表面積和X射線衍射結晶厚度等的碳質材料，但在HEV用等車載用途方面尚不充分。

另外，在專利文獻2中，作為負極材料，公開了將焙燒的焦炭作為原料，通過在惰性氣氛下進行熱處理除去雜質，由此得到循環特性優良的具有比較高的放電容量的碳材料，但在HEV用等車載用途中在輸出特性等方面仍不充分。

在專利文獻3中，公開了作為負極材料，使用在具有石墨類似結構的碳質等上設置特定的被覆層、再經熱處理而得到的碳質材料，在專利文獻4中，作為負極材料，公開了將在低溫下進行熱處理而成焦炭作為原料，通過在惰性氣氛下進行熱處理而更高程度地除去雜質，由此得到具有較高的放電容量的碳材料，但它們均不是在HEV用等車載用途中具有充分的電池特性的材料。

另外，在專利文獻5中，公開了通過以將石油或煤的生焦炭(green?coke)在500~850℃下熱處理而得的熱處理焦炭作為負極材料，可提供充/放電容量大的鋰二次電池，但在HEV用等車載用途中在輸出特性方面不足。

實際情況是，以上述這樣的焦炭等作為原料的低結晶碳材料的鋰二次電池用負極材料的研究幾乎均致力于作為小型便攜儀器用電源的二次電池用負極材料的特性改善，但還沒有開發出適于以HEV用二次電池為代表的大電流輸入輸出的鋰二次電池用的具有充分特性的負極材料。

另一方面，還研究了向有機材料或碳質材料中添加各種化合物以提高電池特性的方案。

例如，在專利文獻6中，公開了通過向有機材料或碳質材料中添加磷化合物并進行碳化而得到的負極材料，在專利文獻7中，公開了將含有硼和硅的碳材料進行石墨化而得到的負極材料，但它們均與上述同樣地，在HEV用等車載用途中在輸出特性等方面還不能充分地實用化。

專利文獻?

專利文獻1：日本特開昭62-90863號公報

專利文獻2：日本特開平1-221859號公報

專利文獻3：日本特開平6-5287號公報

專利文獻4：日本特開平8-102324號公報

專利文獻5：日本特開平9-320602號公報

專利文獻6：日本特開平3-137010號公報