[发明专利]锂离子二次电池负极用非晶质碳材料和石墨质碳材料、用这些材料制成的锂离子二次电池、以及锂离子二次电池负极用碳材料的制备方法

说明书

技术领域

本说明书所公开的技术涉及一种锂离子二次电池的负极等所使用的碳材料及其制备方法。

背景技术

与现有的二次电池即镍镉电池、镍氢电池、铅电池相比，锂离子二次电池重量轻、容量高，因此该锂离子二次电池已被作为例如手机、笔记本型电脑等便携式电子设备的驱动用电源投入使用。

锂离子二次电池的负极一般使用石墨系碳材料作为能够吸藏、释放锂离子的碳材料。

已知石墨系材料存在以下问题：锂离子与电解液同时共同嵌入石墨层之间而引起电解液分解、石墨剥离等。为解决该问题而反复进行了各种改进，例如有人提出了以下方法：用沥青(pitch)优先覆盖石墨的边缘部分(参照专利文献1)，对石墨前体机械化学处理后再将它石墨化，由此而使表面的结晶性比核的结晶性低(参照专利文献2)等。

专利文献1：日本公开专利公报特开2012-46419公报

专利文献2：日本专利第4171259号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

与特征为放电电位平缓且容量高的石墨材料相比，近年来，在重视倾斜式的放电电位与输出入特性的车载用电池等用途上，采用非晶质系碳材料的场合在不断增加。

于是，本申请发明人对在以上列举的石墨材料的制造过程中得到的非晶质碳材料做了评价，结果为：很难得到具有充分的初期效率和填充性的非晶质碳材料。

在现有方法下，石墨材料也一样，也很难得到初期效率、循环特性以及高密度化等特性水平较高且相互间的平衡性良好的材料。

本发明的目的在于：提供一种初期效率和循环特性水平都较高且相互间的平衡性良好，又能够高密度化的锂离子二次电池负极用碳材料。

－用以解决技术问题的技术方案－

本申请发明人专心研究分析了：原料和热处理制品中含有的杂质的量以及粒子形状伴随着碳材料表面的改质处理(reformingprocess)所产生的变化对填充性和电池特性造成的影响，而想到了本发明。

亦即，本发明的一实施方式所涉及的非晶质碳材料是用于锂离子二次电池负极的材料，圆形度在0.7以上且0.9以下，平均粒径在1μm以上且30μm以下，过渡金属的合计含量在700ppm以上且2500ppm以下。

将该非晶质碳材料石墨化后而制得的石墨质碳材料是用于锂离子二次电池负极的材料，圆形度在0.7以上且0.9以下，平均粒径在1μm以上且30μm以下，由广角X射线衍射线计算出的微晶大小Lc(006)在20nm以上且27nm以下，且被定义为表示锂在微晶中的吸藏位置量的值的Lc(006)/C0(006)在30以上且40以下。

本发明的一实施方式所涉及的锂离子二次电池负极用碳材料的制备方法，包括以下工序：将光学各向同性组织率在75％以上、过渡金属的合计含量在1000ppm以上且2500ppm以下的非针状生石油焦粉碎和分级的工序；对已粉碎和分级的所述非针状生石油焦施加压缩剪切应力而使所述针状生石油焦的圆形度在0.7以上且0.9以下的工序；以及在900℃以上且1500℃以下的温度下将已被施加压缩剪切应力的所述非针状生石油焦碳化来生成非晶质碳材料的工序。

－发明的效果－

根据本发明的一实施方式所涉及的非晶质碳材料，能够提供一种可降低锂离子二次电池的不可逆容量，且填充密度较高的锂离子二次电池的负极。

根据将该非晶质碳材料石墨化后而得到的石墨质碳材料，能够提供一种例如锂离子二次电池的初期效率、输出入特性以及循环特性优良、能量密度较高的锂离子二次电池的负极。

附图说明

图1(a)是表示被粉碎和分级后又刚刚进行完压缩剪切处理的生焦的扫描型显微镜图像，图1(b)是表示在对生焦进行完表面处理后又进行了碳化的非晶质碳材料的扫描型显微镜图像，图1(c)是将图1(b)所示非晶质碳材料石墨化后而得到的石墨质碳材料的扫描型显微镜图像。

图2(a)是表示被粉碎和分级后未进行压缩剪切处理的生焦的扫描型显微镜图像，图2(b)是表示将图2(a)所示生焦碳化后的非晶质碳材料的扫描型显微镜图像，图2(c)是表示将图2(b)中所示非晶质碳材料石墨化后而得到的石墨质碳材料的扫描型显微镜图像。

图3是表示包括用本实施方式的碳材料制得的负极的锂离子二次电池之一例的图。

图4是概略地表示碳材料的碳化(及石墨化)温度、与将该碳材料用作负极材料时的容量之间的关系的图。

具体实施方式