复合碳粒子及其用途制造技术

课题是提供一种可得到循环特性良好且电极膨胀小的锂离子二次电池的复合碳粒子。解决手段是一种包含多孔质碳材料和硅成分的复合碳粒子，平均长宽比为1.25以下，采用拉曼光谱分析测定的470cm

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】复合碳粒子及其用途


[0001]本专利技术涉及新型复合碳粒子和包含所述复合碳粒子的锂离子二次电池用电极材料、以及锂离子二次电池。

技术介绍

[0002]作为在智能手机、平板电脑等IT设备、吸尘器、电动工具、电动自行车、无人机、汽车中使用的二次电池，需要兼具高容量和高输出的负极活性物质。作为负极活性物质，理论比容量比目前使用的石墨(理论比容量：372mAh/g)更高的硅(理论比容量：4200mAh/g)受到关注。
[0003]但是，随着锂的电化学嵌入和脱嵌，硅(Si)的体积最大会膨胀和收缩到约3～4倍。由此，硅粒子发生自毁和/或从电极上剥离，因此，已知使用硅的锂离子二次电池的循环特性极低。为此，不是简单地由石墨替换为硅来使用，而是形成作为负极材料整体降低了膨胀和收缩的程度的结构来使用的研究目前正在活跃地进行。其中进行了许多将其与碳材料复合化的尝试。
[0004]作为高容量且长寿命的负极材料，公开了以下硅
‑
碳复合材料，其是通过将多孔质碳粒子在高温下暴露于硅烷气体中而在多孔质碳的细孔中生成硅的方法(日本特表2018
‑
534720号公报；专利文献1)来得到的。
[0005]另外，日本专利第6328107号公报的专利文献2中公开了一种包含核壳复合体的电池电极组合物，该复合体包含活性物质、可压碎型核以及壳，所述活性物质在电池工作过程中积蓄和释放金属离子，该金属离子的该积蓄和释放引起该活性物质超过7％的体积变化，该可压碎型核以适应所述体积变化的方式与所述活性物质组合配置，并且根据所述金属离子的所述积蓄和释放而不可逆地变形，所述壳至少部分地包围所述活性物质和所述核并由相对于通过所述活性物质积蓄和释放的所述金属离子为实质上透过性的材料形成。
[0006]此外，日本专利第3897709号公报的专利文献3公开了一种电极材料，其由复合体粒子构成，所述复合体粒子包含含有能够与锂合金化的元素(硅等)的材料以及导电性材料，含有能够与所述锂合金化的元素的材料的比例相对于所述复合体粒子的总质量为30质量％以上且80质量％以下，所述复合体粒子的形状为球形，且内部具有空隙，在所述复合体粒子基于JIS R1628测定出的振实体积密度为D1(g/cm3)，所述复合体粒子的真密度为D2(g/cm3)，且所述复合体粒子的空隙体积占有率(％)为Vs＝(1
‑
1.35
×
D1/D2)
×
100的情况下，Vs为35％以上且70％以下。
[0007]现有技术文献
[0008]专利文献1：日本特表2018
‑
534720号公报
[0009]专利文献2：日本专利第6328107号公报
[0010]专利文献3：日本专利第3897709号公报

技术实现思路

[0011]专利文献1所公开的硅碳复合材料通过使多孔质碳材料浸渗硅来抑制与锂离子的吸附脱嵌相伴的体积变化。但是，由于多孔质碳材料本身的结构没有受到控制，因此，存在制成电极时膨胀收缩大，循环特性不足的课题。
[0012]尽管专利文献2和3在附图等公开了球状硅碳复合粒子，但对于粒子内的细孔分布和硅的存在状态并未充分掌握，在循环特性方面未必能够令人满意。
[0013]因此，本专利技术的课题是提供一种循环特性优异的硅碳复合体粒子。
[0014]本专利技术人为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现通过满足规定要件能够充分解决上述课题，从而完成了本专利技术。
[0015]本专利技术的构成如下。
[0016][1]一种复合碳粒子，包含多孔质碳材料和硅成分，平均长宽比为1.25以下，采用拉曼光谱分析测定的470cm
‑1附近的峰强度(I
Si
)与1580cm
‑1附近的峰强度(I
G
)之比(I
Si
/I
G
)为0.30以下。
[0017]其中，所述多孔质碳材料在氮吸附试验中，
[0018]将相对压力P/P0为最大值时的细孔总容积设为V0(P0是饱和蒸气压)，
[0019]将相对压力P/P0＝0.1时的累计细孔容积设为V1，
[0020]并将相对压力P/P0＝10
‑7时的累计细孔容积设为V2时，
[0021]V1/V0>0.80，且V2/V0<0.10，
[0022]BET比表面积为800m2/g以上。
[0023][2]根据[1]的复合碳粒子，
[0024]所述多孔质碳材料在氮吸附试验中，
[0025]将相对压力P/P0＝10
‑2时的累计细孔容积设为V3时，V3/V0>0.50。
[0026][3]根据[1]或[2]的复合碳粒子，其是硅成分附着在多孔质碳材料的细孔内而得到的。
[0027][4]根据[1]～[3]的复合碳粒子，采用激光衍射法得到的体积基准累计粒度分布中的50％粒径(D
V50
)为4.0μm以上且30.0μm以下，10％粒径(D
V10
)为1.0μm以上，BET比表面积为0.50m2/g以上且40.0m2/g以下。
[0028][5]根据[1]～[4]的复合碳粒子，拉曼光谱中1350cm
‑1附近的峰强度(I
D
)与1580cm
‑1附近的峰强度(I
G
)之比(I
D
/I
G
)即R值为0.80以上且1.50以下。
[0029][6]根据[1]～[5]的复合碳粒子，在使用Cu
‑
Kα射线的XRD图案中，Si的111面的半峰宽为3.00
°
以上，(SiC的111面的峰强度)/(Si的111面的峰强度)为0.01以下。
[0030][7]根据[1]～[6]的复合碳粒子，复合碳粒子中的硅成分的含有率为15质量％以上且85质量％以下。
[0031][8]根据[1]～[7]的复合碳粒子，所述复合碳粒子的平均圆度为0.95以上且1.00以下。
[0032][9]根据[1]～[8]的复合碳粒子，在所述复合碳粒子的部分表面或全部表面，还存在无机粒子和聚合物，所述无机粒子含有选自石墨和炭黑中的一种以上，聚合物含量为0.1～10.0质量％。
[0033][10]一种锂离子二次电池用电极材料，包含[1]～[9]的复合碳粒子。
[0034][11]一种负极材料，包含[1]～[9]的复合碳粒子。
[0035][12]一种负极合剂层，包含[11]的负极材料。
[0036][13]一种锂离子二次电池，包含[12]的负极合剂层。
[0037]根据本专利技术的复合碳粒子，能够提供一种平均长宽比低且在规定的多孔质碳材料的细孔内附着有硅的复合材料。通过使用该复合材料，能够提供循环特性良好且电极膨胀小的锂离子二次电池。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种复合碳粒子，包含多孔质碳材料和硅成分，平均长宽比为1.25以下，采用拉曼光谱分析测定的470cm
‑1附近的峰强度I
Si
与1580cm
‑1附近的峰强度I
G
之比I
Si
/I
G
为0.30以下，其中，所述多孔质碳材料在氮吸附试验中，将相对压力P/P0为最大值时的细孔总容积设为V0，其中P0是饱和蒸气压，将相对压力P/P0＝0.1时的累计细孔容积设为V1，并将相对压力P/P0＝10
‑7时的累计细孔容积设为V2时，V1/V0>0.80，且V2/V0<0.10，BET比表面积为800m2/g以上。2.根据权利要求1所述的复合碳粒子，所述多孔质碳材料在氮吸附试验中，将相对压力P/P0＝10
‑2时的累计细孔容积设为V3时，V3/V0>0.50。3.根据权利要求1或2所述的复合碳粒子，其是硅成分附着在多孔质碳材料的细孔内而得到的。4.根据权利要求1～3中任一项所述的复合碳粒子，采用激光衍射法得到的以体积为基准的累计粒度分布中的50％粒径D
V50
为4.0μm以上且30.0μm以下，10％粒径D
V10
为1.0μm以上，BET比表面积为0.50m2/g以上且40.0m2/g以下。5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：栗田贵行，秋本航平，伊藤祐司，井上浩文，白镇硕，
申请(专利权)人：昭和电工株式会社，
类型：发明
国别省市：