包覆碳材料制造技术

本发明专利技术是鉴于相关的背景技术而完成的，其课题在于提供能够得到与现有技术相比在保持容量的同时初始效率优异的二次电池的包覆碳材料，作为其结果，提供高性能的二次电池

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包覆碳材料、负极及二次电池


[0001]本专利技术涉及包覆碳材料
、
使用了该包覆碳材料的负极
、
具备该负极的二次电池
、
以及该包覆碳材料的制造方法
。

技术介绍

[0002]近年来，伴随着电子设备的小型化，对于高容量的二次电池的需求越来越高
。
特别是，与镍镉电池
、
镍氢电池相比能量密度更高
、
大电流充放电特性更优异的锂离子二次电池，已越来越受到关注
。
以往，锂离子二次电池的高容量化已得到了广泛研究，而近年来，对锂离子二次电池的进一步高性能化的要求越来越高，要求实现进一步的高容量化
、
高输入输出化
、
高寿命化
。
[0003]关于锂离子二次电池，使用石墨等碳材料作为负极用活性物质是已知的
。
其中，已知在使用石墨化度大的石墨作为锂离子二次电池用的负极用活性物质的情况下，可得到接近于石墨的锂吸留的理论容量
372mAh/g
的容量，并且由于在成本
、
耐久性上也优异，因此优选作为负极用活性物质
。
另一方面，存在下述的问题点：如果为了高容量化而使包含负极材料的活性物质层高密度化，则会由于材料的破坏
、
变形而导致初始循环时的充放电不可逆容量增加
、
大电流充放电特性降低
、
循环特性降低
。
[0004]另外，在使用如上所述的碳材料作为锂离子二次电池的负极用活性物质的情况下，通常会在碳材料的表面通过与用于粘结剂等的高分子化合物
、
非水电解液的反应而形成被称为
SEI(Solid Electrolyte Interface
，固体电解质界面
)
的保护被膜
。
已知通过
SEI
，可防止碳材料与电解液的接触，抑制由活性的碳材料引起的电解液的分解等，从而保持负极表面的化学稳定性
。
[0005]然而，在使用碳材料作为负极用活性物质的锂离子二次电池中，存在由于
SEI
被膜生成
、
作为副反应产物的气体产生而导致初始循环时的充放电不可逆容量增大
、
结果导致无法实现高容量化这样的课题
。
进一步，还存在由于形成稳定的
SEI
被膜而导致负极的表面电阻上升
、
电池的输入输出特性降低这样的课题
。
[0006]为了解决上述问题，例如在专利文献1中开发了通过使用天然石墨实施球形化处理
(
力学能量处理
)
而制造球形化天然石墨
、
进而将球形化天然石墨作为核石墨在其表面包覆非晶碳的技术
。
然而，对于专利文献1中公开的球形化天然石墨而言，尽管可得到高容量且良好的快速充放电特性，但由于会发生电解液的过度分解，因此初次不可逆容量
、
充放电循环特性不足，副反应生成气体的产生量也多，需要进一步的改良
。
[0007]另一方面，作为抑制电解液的过度分解的技术，已知有利用高分子等包覆作为负极用活性物质的碳材料的方法
。
例如，在专利文献2中，出于抑制非水电解液的分解以及其分解产物在负极表面上沉积
、
提高初始充放电效率
、
充放电循环特性的目的，公开了在碳材料的表面设置由聚氧乙烯等离子传导性高分子
、
聚乙烯醇等水溶性高分子形成的包覆层的方法
。
[0008]另外，出于抑制非水电解液的分解而提高初始充放电效率的目的，在专利文献3中
公开了对赋予表面氧官能团而提高了与水溶性高分子的粘接性后的球形化天然石墨添附水溶性高分子的方法
。
在专利文献4中，出于抑制充放电循环后的内阻的增大
、
提高循环特性的目的，公开了在碳材料的表面赋予具备硼原子
、
和具有
C
‑
O
‑
C
的键合部分且介于上述硼原子与上述负极活性物质之间的交联部位的被膜的方法
。
[0009]现有技术文献
[0010]专利文献
[0011]专利文献1：日本专利第
3534391
号公报
[0012]专利文献2：日本特开平
11
‑
120992
号公报
[0013]专利文献3：日本特开
2011
‑
198710
号公报
[0014]专利文献4：日本特开
2019
‑
87443
号公报

技术实现思路

[0015]专利技术要解决的问题
[0016]然而，本专利技术人等经研究发现，对于专利文献1中公开的球形化天然石墨而言，尽管可得到高容量且良好的快速充放电特性，但由于会发生非水电解液的过度分解，因此初始充放电效率
、
充放电循环特性不足，副反应生成气体的产生量也多，需要进一步的改良
。
[0017]另外，利用专利文献2中公开的离子传导性高分子
、
水溶性高分子对碳材料进行包覆时，由于对碳材料的粘接性不充分
、
并且相对于电解液具有溶胀性，因此，在使用这样的碳材料作为负极用活性物质时，初始充放电效率
、
充放电循环特性及稳定性仍不充分
。
[0018]对于专利文献3中公开的使高分子附着于碳材料而得到的碳材料而言，已明确，尽管通过使高分子与碳材料的粘接性提高而提高了初始充放电效率
、
稳定性，但由于过度地覆盖了
Li
离子的嵌入脱离位点，并且所使用的高分子的离子传导性也不充分，因此低温输入输出特性不充分
。
[0019]在专利文献4所记载的技术中，会发生所包覆的硼的溶出
、
聚乙烯醇的溶胀，浆料粘度的上升引起涂布性下降，初始效率的改善不充分
。
[0020]本专利技术是鉴于上述
技术介绍
而完成的，其课题在于提供能够得到与现有技术相比在保持容量的同时初始效率优异的二次电池的包覆碳材料，进而提供高性能的二次电池
。
[0021]解决问题的方法
[0022]本专利技术人等为了解决上述课题而进行了深入研究，结果发现，在碳材料表面形成有特定被膜的包覆碳材料
、
使用了该包覆碳材料的负极以及具备该负极的二次电池能够解决上述课题，进而完成了本专利技术
。
[0023]关于本专利技术涉及的包覆碳材料可取得上述效果的理由，本专利技术人等考虑如下
。
[0024]即，本专利技术人等认为，包覆于碳材料的被膜满足选自下述条件
(1)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种包覆碳材料，其是被膜包覆于碳材料的包覆碳材料，其中，所述被膜包含选自下述
(X)
的化合物及下述
(Y)
的化合物组的交联物中的至少一种，
(X)
：含乙酰乙酰基的树脂；
(Y)
：聚乙烯醇类树脂及含硅元素化合物
。2.
根据权利要求1所述的包覆碳材料，其中，所述碳材料为石墨
。3.
根据权利要求1或2所述的包覆碳材料，其中，所述被膜包覆于所述碳材料的基面
。4.
根据权利要求1～3中任一项所述的包覆碳材料，其中，所述被膜包含所述
(X)
的化合物
。5.
根据权利要求4所述的包覆碳材料，其中，所述含乙酰乙酰基的树脂包含羟基
。6.
根据权利要求4或5所述的包覆碳材料，其中，所述含乙酰乙酰基的树脂是包含乙酰乙酰基的聚乙烯醇类树脂
。7.
根据权利要求1～3中任一项所述的包覆碳材料，其中，所述被膜包含所述
(Y)
的化合物组的交联物
。8.
根据权利要求7所述的包覆碳材料，其中，所述聚乙烯醇类树脂包含乙酰乙酰基
。9.
根据权利要求7或8所...

【专利技术属性】
技术研发人员：长谷川辰弥，志藤庆治，加藤波奈子，椋木一词，畠山宏毅，关敬一，
申请(专利权)人：三菱化学株式会社，
类型：发明
国别省市：