[發明專利]鋰離子電池用負極材料和其用途

有效

• 申請號: 201480044252.2
• 申請日: 2014-08-04
• 公開（公告）號: CN105453314B
• 公開（公告）日: 2017-10-20
• 發明（設計）人: 村田浩一;武內正隆;石井伸晃;山姆·斯奧;尼古拉斯·馬克斯;斯特金·普特
• 申請（專利權）人: 昭和電工株式會社;優美科
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134;H01M10/0525;C01B32/05;C01B32/20
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙)11277
• 代理人: 劉新宇,李茂家

技術領域

本發明涉及鋰離子電池用負極材料和其用途。更詳細而言，本發明涉及能夠得到充放電容量大、充放電循環特性優異的鋰離子電池的負極材料、含有該負極材料的糊劑、涂布該糊劑而成的負極片和具有該負極片的鋰離子電池。

背景技術

由于便攜式電子設備的多功能化正在以超出電子部件的節能化的速度推進，因此便攜式電子設備的功耗正在增加。因此，比迄今為止更加強烈地要求作為便攜式電子設備的主電源的鋰離子電池的高容量化和小型化。另外，電動汽車的需求增加，對其使用的鋰離子電池也強烈要求高容量化。

現有的鋰離子電池中主要使用石墨作為負極材料。石墨雖然顯示優異的循環特性，但在化學計量學上只能夠吸藏鋰至LiC₆的比率，因此將石墨用于負極的鋰離子電池的理論容量為372mAh/g。

為了謀求鋰離子電池的高容量化，正在研究將理論容量大的包含Si、Sn等金屬元素的顆粒用于負極材料。例如，將包含Si的顆粒用于負極材料時的鋰離子電池的理論容量為4200mAh/g。將金屬鋰用于負極的鋰電池的理論容量為3900mAh/g，因此若能夠將Si等用于負極材料，則可以期待能夠得到比鋰電池小型且高容量的鋰離子電池。然而，Si等負極材料伴隨鋰離子的嵌入/脫嵌(吸藏/釋放)的膨脹率和收縮率大。因此，顆粒間產生間隙，不能得到所期待那樣的容量。另外，由于反復進行較大的膨脹和收縮，顆粒破碎而微粉化，因此電接觸被切斷，內部電阻增加，因此得到的鋰離子電池具有充放電循環壽命短的缺點。

于是，提出了各種將碳質材料和Si組合而成的復合電極材料的方案。作為例子，提出了以下方案等：在石墨顆粒的表面固定Si超微粒，混合石油中間相瀝青之后，進行碳化來制備復合材料(專利文獻1)；將Si粉末和天然石墨用行星式球磨機進行機械性粉碎，將Si埋設于石墨中之后，將碳纖維和煤焦油瀝青溶解于THF中，然后進行碳化，從而制備復合材料(專利文獻2)；將球狀天然石墨、Si和作為空隙形成劑的PVA進行混合，將粘結劑瀝青加熱混合并進行碳化之后，進一步將粘結劑瀝青和乙炔黑混合，然后進行碳化，從而制備復合材料(專利文獻3)；將Si和粉末狀瀝青混合，進一步干式混合人造石墨之后，通過在600℃下進行脫焦油然后在900℃下進行碳化這樣的2階段焙燒來制備復合材料(專利文獻4)；將使石墨分散于二甲苯而成的溶液、使石油瀝青溶解于二甲苯而成的溶液和使瀝青和Si分散于二甲苯而成的溶液混合之后，進行碳化來制備復合材料(專利文獻5)；利用雙軸混煉機將鱗片狀天然石墨、Si、煤焦油瀝青和焦油混合，在450℃下進行脫焦油后粉碎，接著，利用Mechano-Fusion(注冊商標)系統施加壓縮力和剪切力，然后在1000℃下進行碳化來制備復合材料(專利文獻6)；等。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2005-108774號公報(美國專利申請公開第2005/074672號說明書)

專利文獻2：日本特開2000-272911號公報

專利文獻3：日本特開2008-186732號公報

專利文獻4：日本特開2004-213927號公報

專利文獻5：美國專利第7785661號說明書

專利文獻6：日本特開2005-243508號公報

發明內容

發明要解決的問題

本發明的課題在于，提供作為鋰離子電池用負極材料具有優異特性的材料。

用于解決問題的方案

本發明如以下所述。

[1]一種鋰離子電池用負極材料，其包含具有含硅顆粒、人造石墨顆粒和碳覆蓋層的復合材料，前述含硅顆粒為在顆粒表面具有SiOx層(0<x≤2)的硅顆粒，所述含硅顆粒的含氧率為1質量％以上且18質量％以下，以具有200nm以下的一次粒徑的顆粒作為主要成分，前述人造石墨顆粒具有鱗片狀的形狀。

[2]根據前述1所述的鋰離子電池用負極材料，其中，將人造石墨顆粒設為100質量份時，含硅顆粒的含量為5質量份以上且30質量份以下。