[發明專利]鋰離子二次電池負極材料用石墨質粒子、鋰離子二次電池負極和鋰離子二次電池

有效

• 申請號: 201580058234.4
• 申請日: 2015-10-15
• 公開（公告）號: CN107078288B
• 公開（公告）日: 2020-01-17
• 發明（設計）人: 江口邦彥;間所靖;高木嘉則
• 申請（專利權）人: 杰富意化學株式會社
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/587;H01M4/133;H01M10/0525;C01B32/205
• 代理公司: 11219 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 滿鳳;金龍河

本發明要提供具有優良的初始充放電效率、快速充電性、快速放電性和長期的循環特性中的至少一種特性的負極材料、使用該負極材料的負極和鋰二次電池。一種鋰離子二次電池負極材料用石墨質粒子，其是在賦形為球狀或大致球狀的球化石墨質粒子(A)的該粒子內部和/或該粒子表面的至少一部分具有碳質材料(B1)的復合石墨質粒子(C1)與在賦形為球狀或大致球狀的球化石墨質粒子(A)的該粒子內部和/或該粒子表面的至少一部分具有石墨質材料(B2)的復合石墨質粒子(C2)的混合物，該混合物滿足下述(1)～(5)。(1)碳網面層的面間距(d₀₀₂)為0.3360nm以下、(2)振實密度為1.0g/cm³以上、(3)平均粒徑為5～25μm、(4)平均長徑比為1.2以上且小于4.0、以及(5)利用壓汞儀得到的細孔徑0.5μm以下的細孔容積為0.08ml/g以下。

技術領域

本發明涉及鋰離子二次電池負極材料、包含該負極材料的鋰離子二次電池負極和使用該負極而成的鋰離子二次電池。

背景技術

近年來，隨著電子設備的小型化或高性能化，提高電池的能量密度的期望日益增高。特別是鋰離子二次電池與其他二次電池相比能夠高電壓化，因此能夠實現高能量密度，因而備受關注。鋰離子二次電池以負極、正極和電解液(非水電解質(non-aqueouselectrolyte))作為主要的構成要素。

負極一般由包含銅箔的集電材料(current collector)和利用結合劑粘結的負極材料(活性物質(working substance for the anode))構成。通常，負極材料使用碳材料。作為這樣的碳材料，廣泛應用充放電特性(charge-discharge characteristics)優良、顯示出高放電容量和電位平坦性的石墨。

對于最近的便攜式電子設備中搭載的鋰離子二次電池，在要求高能量密度的同時，要求優良的快速充電性、快速放電性，并且要求即使反復充放電，初始的放電容量也不會劣化(循環特性)。

在專利文獻1中公開了由石墨的基面(basal plane)在與直徑方向垂直的方向以層狀排列而成的布魯克斯-泰勒型(Brooks-Taylor type)的單晶構成的中間相炭小球體的石墨化物。在申請人在此之前提出的專利文獻2中公開了在石墨造粒物中填充和/或包覆含有結晶性低于該石墨造粒物的碳質微粒的碳質層而成的復合石墨質粒子。在專利文獻3中公開了球狀的石墨造粒物被石墨質包覆材料包被(epiboly)并且在外側表面具有結晶性低的石墨質表層的復合石墨質材料。在專利文獻4中公開了石墨復合體粉末與由該石墨復合體粉末的一部分構成材料構成的人造石墨粉末的石墨復合體混合粉末。

在專利文獻5中記載了將硬度、形狀不同的三種石墨粒子A、B和C的混合物用于負極來實現提高電解液的滲透速度的發明。石墨粒子A使用由焦炭和粘結瀝青構成的人造石墨塊、使用最外殼表面的結晶性低于內部的石墨粉末。

在專利文獻6中記載了將不同物性的石墨粒子(A)、(B)的混合物用于負極材料的技術。在實施例中，將在1000℃進行煅燒而得到的石墨粒子(A)進一步在3000℃進行煅燒后的石墨粒子作為石墨粒子(B)使用。這種情況下，在更高溫度下煅燒后的石墨粒子(B)中的碳質材料的殘炭率(carbonization yield)更小，因此認為石墨粒子(B)中的石墨化后的碳質材料的量少于石墨粒子(A)中的碳質材料。

在負極中使用不同物性的石墨粒子的混合物的情況下，認為鋰二次電池的電池特性受到構成混合物的石墨粒子的物性左右，因此，為了得到鋰二次電池的特性優良的混合物，期望進一步對適當的石墨粒子的組合進行研究。