[发明专利]碳材料、电池电极用碳材料以及电池

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料、电池电极用碳材料以及电池。进一步详细地说，涉及作为非水电解液二次电池的电极材料显示良好的电极填充性、高能量密度的碳材料和其制造方法、以及具有大容量、充放电循环特性、高库仑效率的二次电池。

背景技术

锂离子二次电池逐步扩展到各种各样的用途中，从便携设备等小型设备到电池电动车(BEV)和混合动力电动汽车(HEV)等大型设备，需求适合于多种多样的使用方法的性能。

在便携设备用途中，由于电气电子设备的小型化、轻量化，还有与功能的多样化相伴的消耗电力的增加等，需求具有更高的能量密度的锂离子二次电池。

另外，在BEV、PHEV用途中，以经过10年以上的长期间的循环特性和用于驱动高功率电动机的大电流负载特性为主要的要求特性，进而为了延长续航距离要求更高的体积能量密度，另外，由于大型的锂离子二次电池价格高，因此要求低成本化。

一般在该锂离子二次电池的负极活性物质中使用石墨、硬碳、软碳等碳材料。日本国专利第3653105号公报(美国专利第5587255号说明书；专利文献1)中记载的硬碳、软碳在大电流特性方面优异，循环特性也比较良好，但最广泛地使用的是石墨。

石墨有天然石墨和人造石墨。

在它们之中，天然石墨能够廉价地获得，石墨化度高，因而放电容量、电极密度高，但粒子形状为鳞片状，具有大的比表面积，由于反应性高的石墨的边缘面而导致电解液分解，存在的问题是初次充放电时的库仑效率非常低，产生气体。另外，循环特性也不好。为了解决这些问题，在日本国专利第3534391号公报(美国专利第6632569号；专利文献2)等中提出了在加工成球状的天然石墨的表面涂布碳的方法。

另一方面，对于人造石墨，能够举出日本国专利第3126030号公报(专利文献3)等中记载的中间相碳小球体的石墨化制品。

另外，石油、煤沥青、焦炭等石墨化制品能够比较便宜地获得。但是，结晶性良好的针状焦炭容易成为鳞片状而取向。为了解决该问题，日本国专利第3361510号公报(欧州专利第0918040号说明书；专利文献4)等中记载的方法取得了成果。

在日本国特开2003-77534号公报(专利文献5)中，进行了具有比较大的间隙、以高速地充放电为目的的研究。

在WO2011/049199(美国专利第8372373号说明书；专利文献6)中公开了循环特性优异的人造石墨。

在日本国专利第4945029号(美国专利第7141229号说明书；专利文献7)中公开了通过对具有塑变组织的生的针状焦炭添加硼而制造的人造石墨负极。

在日本国专利第3725662号(专利文献8)中，记载了针对通过添加硼而制造的人造石墨负极除去表面的氮化硼的方法。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本国专利第3653105号公报(美国专利第5587255号说明书)

专利文献2：日本国专利第3534391号公报

专利文献3：日本国专利第3126030号公报

专利文献4：日本国专利第3361510号公报(欧州专利第0918040号说明书)

专利文献5：日本国特开2003-77534号公报

专利文献6：WO2011/049199(美国专利第8372373号说明书)

专利文献7：日本国专利第4945029号公报(美国专利第7141229号说明书)

专利文献8：日本国专利第3725662号公报

发明内容

专利文献1中记载的负极材料，相对于大电流的特性优异，但体积能量密度低，价格也非常高，因此仅用于一部分特殊的大型电池。

由专利文献2中记载的方法制造的材料，能够应对移动(mobile)用途等要求的高容量、低电流、中循环特性，但非常难以满足如上述那样的大型电池的大电流、超长期循环特性这样的要求。

专利文献3中记载的石墨化制品，是均衡性非常良好的负极材料，能够制作高容量、大电流的电池，但是难以达成大型电池所要求的、远远超过移动用途的长期循环特性。

专利文献4中的方法，除了人造石墨原料的微粉以外，也能够使用天然石墨等的微粉，作为移动用负极材料，发挥非常优异的性能。但是，虽然该材料也能够应对移动用途等要求的高容量、低电流、中循环特性，但没有满足如上述那样的大型电池的大电流、超长期循环特性这样的要求。