[发明专利]石墨材料、电池电极用碳材料以及电池

说明书

技术领域

本申请是基于在2005年12月5日申请的日本国专利申请2005-3501 38、在2005年12月20日申请的日本国专利申请2005-365878、以及在2005 年12月21日申请的日本国专利申请2005-368727的申请，在本申请中援 引这些日本国专利申请的公开内容。

背景技术

作为便携式设备等的电源，主要使用锂二次电池。便携式设备等其功 能多样化，耗电不断增大。因此，对于锂二次电池要求增加其电池容量， 同时提高充放电循环特性。此外，电钻等电动工具和混合动力汽车等对高 输出且大容量的二次电池的需求不断提高。该领域以往主要使用铅二次电 池、镍镉二次电池、镍氢二次电池，但对小型轻量且高能量密度的锂离子 二次电池的期望较高，正寻求大电流负荷特性优异的锂离子二次电池。

该锂二次电池，一般在正极活性物质中使用钴酸锂等锂盐，在负极活 性物质中使用石墨等碳质材料。

作为负极活性物质的石墨，广泛使用中间相碳小球体。但是，中间相 碳小球体的制造工艺复杂，使其价格低是非常难的。

石墨有天然石墨和人造石墨。其中天然石墨可廉价地得到。然而，由 于天然石墨呈鳞片状，因此当其与粘合剂一同形成膏，将该膏涂布在集电 体上时，天然石墨沿一个方向取向。当使用这样的电极充电时，电极只在 一个方向膨胀，使作为电极的性能降低。有人曾经提出将天然石墨造粒使 之成为球状的方案，但由于制作电极时的压制，导致球状化的天然石墨破 碎，并进行取向。另外，由于天然石墨的表面为活性的，因此在初次充电 时大量地发生气体，初期效率低，而且循环特性也不好。

由石油、煤沥青、焦炭等石墨化制品所代表的人造石墨也可以比较廉 价地得到。并且强度高，难以破碎。但是，结晶性好的针状焦炭为鳞片状， 容易取向。另外，非针状焦炭容易得到接近于球形的粒子，但放电容量低 一些、初期效率也不良好的较多。

在这样的状况下，进行了种种的替代中间相碳小球体的廉价的电池电 极用石墨材料的开发。专利文献1曾经提出了一种锂二次电池负极用碳材 料，是在硼化合物共存下对以沥青为原料的碳粉末进行热处理而制备的石 墨化碳粉末，其特征在于，该碳粉末的热膨胀系数(CTE)、X射线衍射 法中的碳网面层的面间距(d₀₀₂)以及微晶的C轴方向的大小(Lc)、采 用氩激光器的拉曼光谱法中的1360cm^-1谱带相对于1580cm^-1谱带的强度比 (R＝I₁₃₆₀/I₁₅₈₀)分别为CTE≤3.0×10^-6/℃、d₀₀₂≤0.337nm、Lc≥40nm、R≥0.6。

专利文献2曾经提出了一种锂二次电池负极用碳材料，是将由石油系 或煤系重质油之中的至少一种焦炭原料制造的生焦炭的粉末在氧化性气体 气氛下加热、氧化后，进行石墨化而成的石墨化碳粉末，其特征在于，该 碳粉末的X射线广角衍射法中的碳网面层的面间距(d₀₀₂)、微晶的C轴 方向的大小(Lc)、热膨胀系数(CTE)、以及采用氩激光器的拉曼光谱 法中的1360cm^-1附近的峰相对于1580cm^-1附近的峰的强度比(R＝I₁₃₆₀/I₁₅₈₀) 分别为d₀₀₂≤0.337nm、Lc≥30nm、CTE≥3.0×10^-6/℃、R≥0.3。

另外，本申请人曾经在专利文献3中提出了一种由通过将煅烧焦炭粉 碎并石墨化而得到的比表面积为3m²/g以下、纵横尺寸比为6以下、振实 体积密度为0.8g/cm³以上的石墨粉末制成的锂电池用碳材料。

专利文献1：日本特开平8-31422号公报

专利文献2：日本特开平10-326611号公报

专利文献3：国际公开WO00/22687号公报

发明内容