锂离子二次电池用负极材料、锂离子二次电池用负极以及锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂离子二次电池用负极材料、锂离子二次电池用负极以及锂离子二次电池。本发明专利技术的锂离子二次电池用负极材料含有碳材料，所述碳材料通过X射线衍射法所求出的平均面间隔d002为0.335nm～0.340nm，体积平均粒径(50％D)为1μm～40μm，最大粒径Dmax为74μm以下，并且在空气气流中进行差热分析时，在300℃以上1000℃以下的温度范围内具有至少两个放热峰。

【技术实现步骤摘要】
锂离子二次电池用负极材料、锂离子二次电池用负极以及锂离子二次电池本专利技术是申请号为201180037184.3(国际申请号为PCT/JP2011/067552)、申请日为2011年7月29日、专利技术名称为“锂离子二次电池用负极材料、锂离子二次电池用负极以及锂离子二次电池”的专利技术申请的分案申请。
本专利技术涉及一种锂离子二次电池用负极材料、锂离子二次电池用负极以及锂离子二次电池。
技术介绍
锂离子二次电池由于比镍氢电池、铅蓄电池等其它二次电池轻便，并且具有高输入输出特性，因此近年来作为可用于电动汽车、混合动力型电动汽车等的高输入输出用电源而受到关注。作为可用于锂离子二次电池的负极活性物质，例如，可以列举石墨、非晶质碳。石墨具有碳原子的六角网面有规律性地层叠而成的结构，并且从层叠的网面的端部进行锂离子的插入、脱离反应，从而进行充放电。此外，对于非晶质碳，由于六角网面的层叠不规则或者不具有网眼结构，因此锂离子的插入、脱离反应是在整个表面上进行的，容易获得输入输出特性优异的锂离子二次电池(例如，参见日本特开平4－370662号公报和日本特开平5－307956号公报)。此外，非晶质碳具有如下特征：相对于石墨来说，其结晶性低，可以将与电解液的反应抑制为低水平，并且寿命特性优异。
技术实现思路
专利技术要解决的问题然而，对于石墨而言，由于锂离子的插入脱离反应仅在端部进行，因此可以说输入输出性能并不充分。此外，由于结晶性高，表面的反应性高，因此特别是在高温下，与电解液的反应性有时变高，在锂离子二次电池的寿命特性方面还有改善的余地。另一方面，非晶质碳由于结晶性比石墨低，因此晶体结构不规则，可以说能量密度并不充分。由此，依然需要能量密度大，输入输出特性、寿命特性和热稳定性优异的锂离子二次电池以及用于得到这种锂离子二次电池的负极材料。本专利技术目的在于提供一种能量密度大，输入输出特性、寿命特性和热稳定性优异的锂离子二次电池，用于得到这种锂离子二次电池的锂离子二次电池用负极材料，以及使用该负极材料所形成的锂离子二次电池用负极。解决问题的方法专利技术人等进行了积极的研究，结果发现可以解决本问题。也就是说，根据本专利技术的各形式，可提供下述的锂离子二次电池用负极材料、锂离子二次电池用负极以及锂离子二次电池。[1]一种锂离子二次电池用负极材料，其含有碳材料，所述碳材料通过X射线衍射法所求出的平均面间隔d002为0.335nm～0.340nm，体积平均粒径(50％D)为1μm～40μm，最大粒径Dmax为74μm以下，并且在空气气流中进行差热分析时，在300℃以上1000℃以下的温度范围内具有至少两个放热峰。[2]如[1]所述的锂离子二次电池用负极材料，前述至少两个放热峰包含在300℃以上且不到700℃的温度范围内具有峰的放热峰、和在700℃以上1000℃以下的温度范围内具有峰的放热峰。[3]如[1]或[2]所述的锂离子二次电池用负极材料，在前述至少两个放热峰中，在最高温度下具有峰的放热峰和在最低温度下具有峰的放热峰的峰温度差为300℃以内。[4]如[1]～[3]任一项所述的锂离子二次电池用负极材料，前述碳材料在77K下通过氮吸附测定所求出的比表面积为0.5m2/g～25m2/g。[5]如[1]～[4]任一项所述的锂离子二次电池用负极材料，前述碳材料在273K下通过二氧化碳吸附测定所求出的吸附量为0.1cm3/g～5.0cm3/g。[6]如[1]～[5]任一项所述的锂离子二次电池用负极材料，前述碳材料的振实密度(tapdensity)为0.3g/cm3～2.0g/cm3。[7]如[1]～[6]任一项所述的锂离子二次电池用负极材料，前述碳材料由拉曼光谱分析所得的R值为0.10～1.5。[8]如[1]～[7]任一项所述的锂离子二次电池用负极材料，前述碳材料包含形成核的第一碳相、和存在于该第一碳相表面并且结晶性低于该第一碳相的第二碳相。[9]如[8]所述的锂离子二次电池用负极材料，前述第二碳相的含有率为前述碳材料总质量的0.1质量％～30质量％。[10]一种锂离子二次电池用负极，其含有包含[1]～[9]任一项所述的锂离子二次电池用负极材料的负极材料、和集电体。[11]一种锂离子二次电池，其含有[10]所述的锂离子二次电池用负极、正极和电解质。专利技术效果根据本专利技术，可以提供一种能量密度大，输入输出特性、寿命特性和热稳定性优异的锂离子二次电池，用于得到这种锂离子二次电池的锂离子二次电池用负极材料，以及使用该负极材料所形成的锂离子二次电池用负极。具体实施方式本专利技术的锂离子二次电池用负极材料(以下，有时仅称为“负极材料”)含有碳材料，所述碳材料通过X射线衍射法所求出的平均面间隔d002为0.335nm～0.340nm，体积平均粒径(50％D)为1μm～40μm，最大粒径Dmax为74μm以下，并且在空气气流中进行差热分析时，在300℃以上1000℃以下的温度范围内具有至少两个放热峰。本专利技术的前述负极材料，通过含有满足这些各物性值的碳材料，从而可以提供一种能量密度大，输入输出特性、寿命特性和热稳定性优异的锂离子二次电池。在本说明书中，术语“工序”不仅包含独立的工序，而且即使在与其它工序无法明确区分时，如果可实现该工序的预期作用，则也包含在该用语中。此外，在本说明书中，使用“～”所表示的数值范围，表示包含“～”前后所记载的数值分别作为最小值和最大值的范围。另外，在本说明书中，提及组合物中各成分的量时，在组合物中存在多个相当于各成分的物质的情况下，只要没有特别说明，则是指组合物中存在的该多个物质的合计量。以下，对本专利技术进行说明。<负极材料>本专利技术的负极材料含有具有规定的平均面间隔d002、规定的体积平均粒径、规定的最大粒径、规定的放热峰的碳材料。本专利技术的负极材料(负极活性物质)只要含有前述碳材料即可，但前述碳材料在全部的负极材料中优选含有50质量％以上，更优选含有80质量％以上，进一步优选含有90质量％以上，并特别优选由前述碳材料构成(100质量％)。前述碳材料通过X射线衍射法所求出的平均面间隔d002为0.335nm～0.340nm。平均面间隔d002的值中，0.3354nm是石墨晶体的理论值，越接近该值，则有能量密度越大的倾向，无法得到前述平均面间隔d002的值不到0.335nm的碳材料。另一方面，如果超过0.340nm，则可以说锂离子二次电池的首次充放电效率和能量密度这两方面都不充分。前述平均面间隔d002，从锂离子二次电池的能量密度的观点考虑，优选为0.335nm～0.337nm。前述平均面间隔d002，可以根据对碳粒子粉末试样照射X射线(CuKα线)、并使用测角计测定衍射线所得的衍射图，使用布拉格公式由出现在衍射角2θ＝24°～27°附近的与碳002面对应的衍射峰而算出。前述平均面间隔d002，例如，具有通过提高对前述碳材料的热处理温度而其值变小的倾向，利用该性质，可以将平均面间隔d002设定在上述范围内。前述负极材料所含的碳材料的体积平均粒径(50％D)为1μm～40μm。当体积平均粒径不到1μm时，比表面积变大，锂离子二次电池的首次充放电效率降低，同时粒子彼此的接触变差，输入输出特性下降。另一方面，当体积平均粒径超过40μm时本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池用负极材料，其含有碳材料，所述碳材料通过X射线衍射法所求出的平均面间隔d002为0.335nm～0.340nm，体积平均粒径即50％D为1μm～40μm，最大粒径Dmax为74μm以下，并且在空气气流中进行差热分析时，在300℃以上1000℃以下的温度范围内具有至少两个放热峰。

【技术特征摘要】
2010.07.30 JP 2010-171912;2010.12.21 JP 2010-284421.一种锂离子二次电池用负极材料，其含有碳材料，所述碳材料通过X射线衍射法所求出的平均面间隔d002为0.335nm～0.340nm，体积平均粒径即50％D为1μm～40μm，最大粒径Dmax为74μm以下，并且在空气气流中进行差热分析时，在300℃以上1000℃以下的温度范围内具有至少两个放热峰。2.如权利要求1所述的锂离子二次电池用负极材料，所述至少两个放热峰包含在300℃以上且不到700℃的温度范围内具有峰的放热峰、和在700℃以上1000℃以下的温度范围内具有峰的放热峰。3.如权利要求1或权利要求2所述的锂离子二次电池用负极材料，在所述至少两个放热峰中，在最高温度下具有峰的放热峰和在最低温度下具有峰的放热峰的峰温度差为300℃以内。4.如权利要求1～权利要求3中任一项所述的锂离子二次电池用负极材料，所述碳材料在77K下通过氮吸附...

【专利技术属性】
技术研发人员：中村喜重，石井义人，本棒英利，冈部圭儿，井田百合子，
申请(专利权)人：日立化成株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP