电池负极材料和电池制造技术

在现有技术中期望不损害碳材料所具有的放电容量密度而实现输入特性优异的电池负极材料和电池。本公开提供一种电池负极材料和电池，所述电池负极材料含有碳材料，所述碳材料含有硼，在采用X射线光电子能谱法得到的B1s谱中，所述碳材料在结合能187.0eV～188.5eV的范围出现的峰的峰面积相对于在结合能184.0eV～196.5eV的范围出现的峰的全部峰面积的合计的比例为50％以上。

Battery anode material and battery

Battery negative electrode material and battery capable of achieving excellent input characteristics without damaging the discharge capacity density of carbon material in the prior art. The present invention provides a battery anode material and battery, the battery anode material containing carbon material, the carbon material containing boron, the photoelectron spectrum method obtained by X radiation in the B1s spectrum, the binding energy of carbon materials in the peak area of 187.0eV ~ 188.5eV range the peak phase for 184.0eV ~ the proportion of the total peak area of all the range of 196.5eV the peak is above 50% in combination.

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及电池负极材料和电池。
技术介绍
专利文献1公开了一种硼置换石墨，其是将混合添加有硼化合物的不熔化碳质材料碳化后，在不与硼反应的惰性气氛中快速进行升温，进行了石墨化处理后快速冷却得到的硼置换石墨，在采用XPS(X射线光电子能谱分析)测定出的硼1s谱中，由188eV附近的B1s峰的强度比得到的硼的比例，为采用XPS检测出的表面层元素之中的5原子％以下。在先技术文献专利文献1：日本特开2000-313609号公报
技术实现思路
现有技术中，期望不损失碳材料所具有的放电容量密度而实现输入特性优异的电池负极材料和电池。本公开的一方案中的电池负极材料含有碳材料，所述碳材料含有硼，在采用X射线光电子能谱法得到的B1s谱中，所述碳材料在结合能187.0eV～188.5eV的范围出现的峰的峰面积相对于在结合能184.0eV～196.5eV的范围出现的峰的全部峰面积的合计的比例为50％以上。根据本公开，能够不损失碳材料所具有的放电容量密度而实现输入特性优异的电池负极材料和电池。附图说明图1是表示实施方式2中的电池的一例即电池10的概略结构的截面图。图2是表示采用X射线光电子能谱法对实施例3的电池负极材料进行测定的结果的图。图3是表示采用X射线光电子能谱法对比较例2的电池负极材料进行测定的结果的图。标号说明10电池11负极集电体12负极合剂层13负极14正极集电体15正极合剂层16正极17隔板18外装体具体实施方式以下，对本公开的实施方式进行说明。(实施方式1)实施方式1中的电池负极材料包含含有硼的碳材料。此时，在实施方式1中的电池负极材料中，在采用X射线光电子能谱法得到的B1s谱中，碳材料在结合能187.0eV～188.5eV的范围出现的峰的峰面积相对于在结合能184.0eV～196.5eV的范围出现的峰的全部峰面积的合计的比例为50％以上。根据以上的技术方案，能够不损失碳材料(例如石墨材料)所具有的放电容量密度而实现输入特性优异的电池负极材料和电池。实施方式1中的电池负极材料的特征在于所含有的硼的存在状态。本专利技术人对碳材料中所含的硼的各种化学状态分析、以及这些碳材料与锂离子的反应性进行了研讨。结果发现通过含有更多的特定状态的硼，作为电池负极材料，不会损失碳材料(例如石墨材料)所具有的放电容量密度，显示比以往优异的输入特性。根据实施方式1中的电池负极材料可得到比以往优异的输入特性的原因推测如下。硼原子比碳原子少1个电子。因此，认为通过使硼适当地存在于碳材料内，碳材料的电子密度减少。如果电子密度减少，则来自具有正电荷的锂离子等阳离子的电子容易被接受。其结果，预测输入特性提高。在此，作为硼的存在状态，可列举与碳结合的硼、与硼结合的硼、与微量含有的氧和/或氮结合的硼等。另外，例如在与碳结合的硼中，可列举在碳层内固溶的硼、在碳层间固溶的硼、B4C等碳化物中的硼等。在采用X射线光电子能谱法得到的B1s谱中，认为在结合能187.0eV～188.5eV的范围出现的峰是由碳与在碳层内固溶的硼的结合引起的。因此，在该峰面积的比例为50％以上的情况下，碳材料中所含的硼之中、与碳结合的在碳层内固溶的硼的比例变得充分大。其结果，能够使碳材料的电子密度充分减少。其结果，能够不损失碳材料(例如石墨材料)所具有的放电容量密度而得到优异的输入特性。另一方面，在结合能187.0eV～188.5eV的峰面积的比例小于50％的情况下，碳材料中所含的硼之中、具有不需要使电子密度减少的化学状态的硼的比例增加。因此，认为放电容量密度与输入特性之中的一者或两者会减少。X射线光电子能谱法是光电子能谱法的1种。向样品的表面照射X射线，测定以照射的X射线为基准时的光电子的能量(结合能)和光电子的个数。由此，能够分析样品的构成元素及其化学状态。此外，通过求算某一结合能时的峰面积比，能够对该元素的化学状态进行定量。在求算峰面积比时，首先计算在结合能184.0eV～196.5eV的B1s谱出现的各峰的积分强度。用高斯型函数或洛伦兹函数规定各化学状态的峰，进行拟合。由此，求算各峰的积分强度，计算峰面积比。在峰为非对称的情况下，也可以将非对称性考虑在内而进行计算。再者，在由其它元素和/或化合物被覆碳材料(例如石墨材料)的情况下，也可以一边使用Ar离子枪等对试料表面进行离子蚀刻一边测定。另外，在实施方式1中的电池负极材料中，碳材料的硼的含量也可以按相对于碳材料整体的硼原子质量换算为1％以上。根据以上的技术方案，能够实现放电容量密度更大且具有更优异的输入特性的电池。另外，在实施方式1中的电池负极材料中，碳材料的硼的含量也可以按相对于碳材料整体的硼原子质量换算为3％以上。根据以上的技术方案，能够实现具有更优异的输入特性的电池。另外，在实施方式1中的电池负极材料中，碳材料可以为石墨材料。根据以上的技术方案，能够实现具有石墨材料所具备的高放电容量密度、并且输入特性也优异的电池负极材料和电池。再者，硼含量可以采用电感耦合等离子体发射(ICP)光谱分析法求出。再者，在实施方式1中，采用X射线光电子能谱法得到的谱中，在结合能187.0eV～188.5eV的范围出现的峰面积相对于在结合能184.0eV～196.5eV的范围出现的B1s谱的总峰面积的比例可以尽量大(例如可以大于83％)。[碳材料的制作方法]作为实施方式1中的电池负极材料所含有的碳材料的制作方法的一例，对石墨材料的制作方法进行说明。石墨材料例如可以通过向成为碳源的有机材料或非晶质碳材料添加硼源并混合，在惰性气氛下进行烧成来制作。作为成为碳源的有机材料，可以是聚乙烯醇等的合成树脂。合成树脂的形状可以为片状、纤维状、粒子状等。如果考虑烧成后的加工，则优选为数μm～数十μm大小的粒子状或短纤维状的合成树脂。热处理温度优选为2100℃～3000℃，烧成气氛适合使用氮气、氩气、氦气、氖气等之类的惰性气体。通过直到1000℃左右的热处理，从用作碳源的原料中使碳以外的元素蒸发，由此进行原料的碳化。通过2100℃～3000℃的热处理进行碳的石墨化。与此同时，通过碳源与硼源反应，进行硼向碳层内的固溶。作为非晶质碳材料，可以是石油焦炭或煤焦炭等软碳。软碳的形状可以为片状、纤维状和粒子状等。如果考虑烧成后的加工，则优选为数μm～数十μm大小的粒子状或短纤维状的合成树脂。热处理温度优选为2100℃～3000℃，烧成气氛适合使用氮气、氩气、氦气、氖气等之类的惰性气体。通过热处理进行碳的石墨化。与此同时，通过碳源与硼源反应，进行硼向碳层内的固溶。再者，石墨形成由碳原子构成的六角网面层规则重叠的结构。碳层与碳层的面间距为以下，碳层的微晶厚度为以上的高结晶碳成为石墨。另外，为了负极用碳材料的高容量化，提高碳材料的石墨化度很重要。碳层与碳层的面间距、以及碳层的微晶厚度可以通过材料的X射线衍射测定等求出。作为硼源，可以为二硼化铝、二硼化镁等二硼化物。这些二硼化物具有与石墨类似的晶体结构，并且在低温下分解。因此，能够使硼向碳层的固溶和石墨化有效地进行。关于上述的碳源与硼源的比例，相对于碳源，可以按硼原子质量换算为1.0～30％。如果按硼原子质量换算小于1.0％，则使碳层的电子密度减少的硼原子的数量有可能变得过少。如果按硼原子量换算超过30％，则B4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池负极材料，含有碳材料，所述碳材料含有硼，在采用X射线光电子能谱法得到的B1s谱中，所述碳材料在结合能187.0eV～188.5eV的范围出现的峰的峰面积相对于在结合能184.0eV～196.5eV的范围出现的峰的全部峰面积的合计的比例为50％以上。

【技术特征摘要】
2015.10.22 JP 2015-2077011.一种电池负极材料，含有碳材料，所述碳材料含有硼，在采用X射线光电子能谱法得到的B1s谱中，所述碳材料在结合能187.0eV～188.5eV的范围出现的峰的峰面积相对于在结合能184.0eV～196.5eV的范围出现的峰的全部峰面积的合计的比例为50％以上。2.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：蚊野聪，梅谷幸宏，伊藤修二，北条伸彦，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP