[發明專利]鋰離子二次電池負極用非晶質碳材料和石墨質碳材料、用這些材料制成的鋰離子二次電池、以及鋰離子二次電池負極用碳材料的制備方法

在審

• 申請號: 201480018903.0
• 申請日: 2014-03-20
• 公開（公告）號: CN105144442A
• 公開（公告）日: 2015-12-09
• 發明（設計）人: 八木下洋平;山口浩平;片山美和;小田亙;井波明美;久保祥記;岡崎精二;坂本明男
• 申請（專利權）人: MT碳素株式會社
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M10/0525
• 代理公司: 北京聿宏知識產權代理有限公司 11372
• 代理人: 吳大建;劉華聯

技術領域

本說明書所公開的技術涉及一種鋰離子二次電池的負極等所使用的碳材料及其制備方法。

背景技術

與現有的二次電池即鎳鎘電池、鎳氫電池、鉛電池相比，鋰離子二次電池重量輕、容量高，因此該鋰離子二次電池已被作為例如手機、筆記本型電腦等便攜式電子設備的驅動用電源投入使用。

鋰離子二次電池的負極一般使用石墨系碳材料作為能夠吸藏、釋放鋰離子的碳材料。

已知石墨系材料存在以下問題：鋰離子與電解液同時共同嵌入石墨層之間而引起電解液分解、石墨剝離等。為解決該問題而反復進行了各種改進，例如有人提出了以下方法：用瀝青(pitch)優先覆蓋石墨的邊緣部分(參照專利文獻1)，對石墨前體機械化學處理后再將它石墨化，由此而使表面的結晶性比核的結晶性低(參照專利文獻2)等。

專利文獻1：日本公開專利公報特開2012-46419公報

專利文獻2：日本專利第4171259號公報

發明內容

－發明要解決的技術問題－

與特征為放電電位平緩且容量高的石墨材料相比，近年來，在重視傾斜式的放電電位與輸出入特性的車載用電池等用途上，采用非晶質系碳材料的場合在不斷增加。

于是，本申請發明人對在以上列舉的石墨材料的制造過程中得到的非晶質碳材料做了評價，結果為：很難得到具有充分的初期效率和填充性的非晶質碳材料。

在現有方法下，石墨材料也一樣，也很難得到初期效率、循環特性以及高密度化等特性水平較高且相互間的平衡性良好的材料。

本發明的目的在于：提供一種初期效率和循環特性水平都較高且相互間的平衡性良好，又能夠高密度化的鋰離子二次電池負極用碳材料。

－用以解決技術問題的技術方案－

本申請發明人專心研究分析了：原料和熱處理制品中含有的雜質的量以及粒子形狀伴隨著碳材料表面的改質處理(reformingprocess)所產生的變化對填充性和電池特性造成的影響，而想到了本發明。

亦即，本發明的一實施方式所涉及的非晶質碳材料是用于鋰離子二次電池負極的材料，圓形度在0.7以上且0.9以下，平均粒徑在1μm以上且30μm以下，過渡金屬的合計含量在700ppm以上且2500ppm以下。

將該非晶質碳材料石墨化后而制得的石墨質碳材料是用于鋰離子二次電池負極的材料，圓形度在0.7以上且0.9以下，平均粒徑在1μm以上且30μm以下，由廣角X射線衍射線計算出的微晶大小Lc(006)在20nm以上且27nm以下，且被定義為表示鋰在微晶中的吸藏位置量的值的Lc(006)/C0(006)在30以上且40以下。

本發明的一實施方式所涉及的鋰離子二次電池負極用碳材料的制備方法，包括以下工序：將光學各向同性組織率在75％以上、過渡金屬的合計含量在1000ppm以上且2500ppm以下的非針狀生石油焦粉碎和分級的工序；對已粉碎和分級的所述非針狀生石油焦施加壓縮剪切應力而使所述針狀生石油焦的圓形度在0.7以上且0.9以下的工序；以及在900℃以上且1500℃以下的溫度下將已被施加壓縮剪切應力的所述非針狀生石油焦碳化來生成非晶質碳材料的工序。

－發明的效果－

根據本發明的一實施方式所涉及的非晶質碳材料，能夠提供一種可降低鋰離子二次電池的不可逆容量，且填充密度較高的鋰離子二次電池的負極。

根據將該非晶質碳材料石墨化后而得到的石墨質碳材料，能夠提供一種例如鋰離子二次電池的初期效率、輸出入特性以及循環特性優良、能量密度較高的鋰離子二次電池的負極。

附圖說明

圖1(a)是表示被粉碎和分級后又剛剛進行完壓縮剪切處理的生焦的掃描型顯微鏡圖像，圖1(b)是表示在對生焦進行完表面處理后又進行了碳化的非晶質碳材料的掃描型顯微鏡圖像，圖1(c)是將圖1(b)所示非晶質碳材料石墨化后而得到的石墨質碳材料的掃描型顯微鏡圖像。

圖2(a)是表示被粉碎和分級后未進行壓縮剪切處理的生焦的掃描型顯微鏡圖像，圖2(b)是表示將圖2(a)所示生焦碳化后的非晶質碳材料的掃描型顯微鏡圖像，圖2(c)是表示將圖2(b)中所示非晶質碳材料石墨化后而得到的石墨質碳材料的掃描型顯微鏡圖像。

圖3是表示包括用本實施方式的碳材料制得的負極的鋰離子二次電池之一例的圖。

圖4是概略地表示碳材料的碳化(及石墨化)溫度、與將該碳材料用作負極材料時的容量之間的關系的圖。

具體實施方式