[发明专利]锂离子二次电池用负极活性物质和负极

说明书

技术领域

本发明涉及在笔记本电脑、移动电话等上使用的锂离子 二次电池用的碳系负极活性物质，涉及高容量且容量损失少、充放电 的重复特性(循环特性)优异的负极和负极活性物质，进而本发明涉及 电动车(E-bike)、混合动力电动汽车(HEV)用等的大中型锂离子二次电 池用的碳负极，涉及高容量、高输出功率的负极和负极活性物质。

背景技术

锂离子二次电池作为高容量、高电压、小型轻量的二次 电池常被用于移动电话、摄像机等可搬型机器类。并且，近来，作为 必须具有强大电力的电动工具用电源，高输出功率型的电源也得到了 普及。 可搬型机器类向小型化和高性能化、高功能化发展的趋势并未 停止，对锂离子二次电池也要求小型·轻量化、以及高容量化。 谋求锂离子二次电池的各部件、材料的高性能化，其中作为控 制电池的性能的方法，提出了重视负极材料的高密度化·高容量化而 将石墨颗粒球形化等的方案。 专利文献1：日本专利第2983003号公报 专利文献2：日本专利第3588354号公报 专利文献3：日本专利第3716830号公报 专利文献4：日本专利第3716818号公报 专利文献5：日本特开平11-73963号公报

发明内容

从碳系负极材料每单位重量的放电容量来看，谋求虽然 放电容量达到了大致理论值附近，但为了提高电池的容量而将更多的 负极材料填充在电池内，即以能够构成电极密度为1.7g/cm³进而 1.8g/cm³以上的负极的方式进行填充，并且谋求在生产率优异的同时 能够维持高容量的低成本的负极和能够实现这样的负极的负极材料。

另一方面，从环境问题出发开发出了电动汽车、特别是 组合镍氢电池和汽油发动机的混合动力电动汽车(HEV)，能量密度更 高、电压更高的锂离子电池作为新一代的HEV用电源受到瞩目。 与现有的可搬型机器类中使用的小型锂离子电池相比，对作为 HEV用电源的锂离子电池要求高输入输出特性，但是仅刚开始进行开 发。

为了制造低成本的电池，在维持性能的同时需要使用低 成本的材料，对于负极材料也是同样的。 由于价格低、不用担心大量供给且能实现高容量，所以优选利 用鳞片状天然石墨，但鳞片状天然石墨的充放电效率不足90％，作为 电极涂在铜箔上时，颗粒在面方向上进行极端的取向，所以在循环特 性方面存在问题，并且在低温特性上也存在问题。 并且，如果提高电极密度，则颗粒之间固着，应该电解液通过 的颗粒间的连续的流路闭塞，导致电池的特性降低等问题，因而，实 际应用中不能直接使用鳞片状天然石墨。

为了解决该问题，开发出了将鳞片状天然石墨制成球形 并对其表面进行了被覆处理的石墨颗粒，但因被覆方法的不同而使成 本有较大差异。例如，利用CVD在石墨颗粒表面蒸镀热分解碳的方法 需要昂贵的设备和高度的操作技术，并且在生产率方面存在缺点，所 以难以以低成本提供制品。 被覆树脂、沥青的方法是利用例如加热捏合机或机械处理(机械 力化学法(mechanochemical process))来进行的。利用加热捏合机 进行被覆时，可以以较低成本进行制造，但利用机械力化学法时，从 生产率的方面考虑比利用加热捏合机时差。 通过上述任一方法制造的石墨颗粒的表面所形成的覆膜都是平 滑的。

通过现有的被覆方法制造的石墨颗粒为大致球形，表面 平滑，所以使用该石墨颗粒构成电极并反复进行充放电时，由于负极 材料反复膨胀收缩，所以负极材料颗粒间的接点数减少，电极内的导 电性网络崩溃，易在循环特性方面产生问题。 本发明提供了一种石墨颗粒和使用该石墨颗粒的负极，该石墨 颗粒为单位体积的放电容量高、初期充放电时的容量损失小且急速充 放电性等负荷特性优异的锂离子二次电池用负极材料。

作为锂离子二次电池的负极材料，使用碳或石墨，但碳 质材料一般较硬，对应电池的高性能化而必须的高密度化是困难的， 另一方面，石墨质材料软，易于高密度化。并且，为了加速电池的电 解液向电极材料渗透，必须确保空隙，但是高密度化和空隙的确保是 相反的要求，满足两者而得到高性能的负极材料是非常困难的。 本发明的课题是提供锂离子二次电池用的负极和构成该负极的 负极活性物质，该负极的电极密度高，电解液的渗透性优异，充放电 导致的容量损失少，且循环性能良好。