[发明专利]碳材料、电池电极用材料以及电池

说明书

技术领域

本发明涉及碳材料、电池电极用材料以及电池。更详细而言，涉及作为非水电解液二次电池的电极材料很理想的碳材料和电池电极用材料、以及充放电循环特性、大电流负载特性优异的二次电池。

背景技术

作为便携式设备等的电源主要使用锂离子二次电池。便携式设备等，其功能多样化，消耗功率变大。因此，对于锂离子二次电池，要求增加其电池容量，同时提高充放电循环特性。

另外，电钻等电动工具、混合动力车用等，对高输出且大容量的二次电池的要求不断提高。该领域一直以来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待高，需求大电流负载特性优异的锂离子二次电池。

特别是在纯电动车(BEV)、混合动力车(HEV)等的汽车用途上，以10年以上的长期的循环特性和用于使高功率电动机驱动的大电流负载特性为主要的要求特性，进而也要求用于延长续航距离的高的体积能量密度，比移动用途苛刻。

该锂离子二次电池，一般作为正极活性物质使用钴酸锂等锂盐，作为负极活性物质使用石墨等碳质材料。

石墨有天然石墨和人造石墨。

其中，天然石墨能够便宜地获得。但是，由于天然石墨呈鳞片状，因此如果与粘合剂一同制成糊，并将其涂布于集电体，则天然石墨会在一个方向上取向。如果用那样的电极进行充电，则电极只在一个方向上膨胀，使作为电极的性能降低。曾提出了将天然石墨造粒而制成球状的方案，但通过电极制作时的压制，球状化天然石墨崩溃而取向。另外，由于天然石墨的表面活跃，因此在初次充电时大量产生气体，初始效率低，而且循环特性也不好。为了解决这些问题，日本专利第3534391号公报(美国专利第6632569号，专利文献1)等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，首先可举出日本特开平4-190555号公报(专利文献2)等中所记载的中间相碳小球体的石墨化制品。

以石油、煤沥青、焦炭等石墨化制品为代表的人造石墨也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，日本专利第3361510号公报(专利文献3)等中所记载的方法取得了成果。

另外，日本特开平7-320740号公报(美国专利第5587255号，专利文献4)中所记载的、使用了所谓的硬碳、非晶质碳的负极材料，相对于大电流的特性优异，并且循环特性也比较良好。

在日本特开2003-77534号公报(专利文献5)中，记载了通过使用细孔高度发达的人造石墨，能够实现优异的高速率放电特性。

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

日本特开2002-270169号公报(美国专利第7141229号，专利文献7)中公开了一种人造石墨负极，其是由具有基于流动结构组织的各向异性的生的针状焦炭制造的。

WO2003/064560说明书(美国专利第7323120号，日本特表2005-515957号公报：专利文献8)中公开了一种人造石墨负极，其是由以液相涂布了石油沥青的焦炭制造的。

在先技术文献

专利文献1：日本专利第3534391号公报

专利文献2：日本特开平4-190555号公报

专利文献3：日本专利第3361510号公报

专利文献4：日本特开平7-320740号公报

专利文献5：日本特开2003-77534号公报

专利文献6：WO2011/049199说明书

专利文献7：日本特开2002-270169号公报

专利文献8：WO2003/064560说明书(日本特表2005-515957号公报)

发明内容

由专利文献1中记载的方法制造的材料，能够对应移动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2中记载的石墨化制品是平衡性非常良好的负极材料，能够制作高容量、大电流的电池，但难以实现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3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，作为手机用负极材料发挥非常优异的性能。但是，该材料也能够对应移动用途等要求的高容量、低电流、中循环特性，但不能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。