锂离子二次电池用负极材料、使用该负极材料的锂离子二次电池用负极和锂离子二次电池制造技术

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及锂离子二次电池用负极材料、使用该负极材料的锂离子二次电池用负极和锂离子二次电池。更详细而言，涉及适合于需要具有高输入输出特性的二次电池的电动汽车、电力工具等用途的锂离子二次电池和用于获得该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的锂离子二次电池用负极。
技术介绍
锂离子二次电池与作为其他二次电池的镍镉电池、镍氢电池、铅蓄电池相比质量轻、具有高输入输出特性，因此近年期待其作为电动汽车、混合动力型电动汽车用电源这样的高输入输出用电源。作为混合动力型电动汽车用的电源，需要的是输入输出特性的平衡 优异且循环特性、保存特性等寿命特性优异的锂离子二次电池。锂离子二次电池中使用的负极活性物质通常大致分为石墨系和无定形系。石墨具有碳原子的六角网面有规律性地层叠而成的结构，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。但是，由于插入脱离反应仅在端部进行，因而输入输出性能低。此外，由于结晶性高、表面缺陷少，因此存在与电解液的反应性高、锂离子二次电池的寿命特性变差这样的问题。另一方面，对于无定形碳而言，由于六角网面的层叠不规则或者不具有网眼结构，因此锂的插入脱离反应是在粒子的整个表面进行的，容易获得输入输出特性优异的锂离子二次电池(例如，参照专利文献I、2。)。无定形碳通常大致分为硬碳和软碳两种。硬碳是即使在直至2500°C以上这样的高温进行热处理结晶也难以扩展的碳，软碳是通过高温处理而容易变成高结晶性的石墨结构的碳。此外，由于无定形碳与石墨相比粒子表面的结晶性低、能够抑制与电解液的反应，因此使用其作为负极材料的锂离子二次电池与使用石墨的情况相比，具有寿命特性更胜一筹这样的特征。但另一方面，由于结构不规则，故而不可逆容量大且比重小，因而难以提高电极密度，存在能量密度低这样的问题。因此，要求一种不可逆容量小且能量密度大、输入输出特性和寿命特性优异的锂离子二次电池和用于获得该锂离子二次电池的负极材料。现有技术文献专利文献专利文献I :日本特开平4-370662号公报专利文献2 :日本特开平5-307956号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题本专利技术的目的在于，提供与现有的锂离子二次电池相比不可逆容量小、输入输出特性和寿命特性优异的锂离子二次电池，以及用于获得该锂离子二次电池的锂离子二次电池用负极材料和使用该负极材料而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深入研究，结果发现，通过将在成为核的碳材料的表面具有低结晶碳层的锂离子二次电池用负极材料的、低结晶碳层比率和比表面积控制在特定的范围，能够解决本课题。具体而言，以下述的(I) (7)中记载的事项为特征。(I) 一种锂离子二次电池用负极材料，其特征在于，其为在成为核的碳材料的表面具有碳层的锂离子二次电池用负极材料， (A)由XRD测定求得的碳002面的面间隔为3 40 ~ 3.70 A，(B)前述碳层相对于前述碳材料的比率(质量比)为0. 005 0. 1，(C)由77K下的氮吸附测定求得的比表面积为0. 5 10. 0m2/g，(D)由273K下的二氧化碳吸附求得的比表面积Y和前述碳层相对于前述碳材料的比率(质量比)X满足下述式(I)。0〈Y〈AX+2. 5式(I)(2)—种锂离子二次电池用负极材料，其特征在于，其为在成为核的碳材料的表面具有碳层的锂离子二次电池用负极材料，(A)由XRD测定求得的碳002面的面间隔为3.40 3.70 A5(B)由干燥空气流通过下的TG分析获得的100 600°C下的失重率为3. 5 90%，(C)由77K下的氮吸附测定求得的比表面积为0. 5 10. Om2/g,(D)由干燥空气流通过下的TG分析获得的100 600°C下的失重率Z和前述碳层相对于前述碳材料的比率(质量比)X满足下述式(II)。3. 5 彡 Z〈BX+10 式(II)(3)根据前述(I)或(2)所述的锂离子二次电池用负极材料，其特征在于，在通过激发波长为532nm的激光拉曼光谱测定求得的谱图中，将1360cm—1附近出现的峰的强度设为Id、将1580CHT1附近出现的峰的强度设为Ig、将这两个峰的强度比Id/Ig设为R值时，该R值为0. 5 I. 5。(4)根据前述(I) (3)中任意一项所述的锂离子二次电池用负极材料，其特征在于,平均粒径(50%D)为5 50 ii m。(5)根据前述(I) (4)中任意一项所述的锂离子二次电池用负极材料，其特征在于，真密度为I. 80 2. 20g/cm3。(6) 一种锂离子二次电池用负极，其特征在于，使用前述(I) (5)中任意一项所述的锂离子二次电池用负极材料而形成。(7) 一种锂离子二次电池，其特征在于，使用前述(6)中所述的锂离子二次电池用负极而形成。本申请的公开与2010年2月25日在日本提出的申请日本特愿2010-40228和2010年3月I日在日本提出的申请日本特愿2010-44622中记载的主题是相关的，上述申请中的公开内容通过引用而被援用于此。专利技术的效果根据本专利技术，能够提供与现有的锂离子二次电池相比不可逆容量小、输入输出特性和寿命特性优异的锂离子二次电池，以及用于获得该锂离子二次电池的锂离子二次电池用负极材料、和使用该负极材料而形成的锂离子二次电池用负极。具体实施例方式以下详细说明本专利技术。首先，对锂离子二次电池用负极材料(以下有时仅称为“负极材料”。)进行说明。〈锂离子二次电池用负极材料〉 根据第一方式，本专利技术的锂离子二次电池用负极材料的特征在于，其为在成为核的碳材料的表面具有碳层的锂离子二次电池用负极材料，(A)由XRD测定求得的碳002面的面间隔为3.40 ~ 3.70 A，(B)前述碳层相对于前述碳材料的比率(质量比)为0. 005 0. 1，(C)由77K下的氮吸附测定求得的比表面积为0. 5 10. Om2/g,(D)由273K下的二氧化碳吸附求得的比表面积Y和前述碳层相对于前述碳材料的比率(质量比)X满足下述式(I)。0〈Y〈AX+2. 5式(I)就本专利技术的负极材料而言，(A)由XRD测定求得的碳002面的面间隔d002为3.40 A ~ 3.70A即可，但优选为3.40A ~ 3.60 A,更优选为3.40 A ~ 3.50A。若面间隔d002为3.40A以上，则输入输出特性、寿命特性优异。此外，若为3.70A以下，则不可逆容量降低。予以说明的是，碳002面的面间隔d002可以如下算出，S卩，对试样照射X射线(CuKa线)，基于利用测角器测定衍射线而得的衍射谱图，由出现在衍射角2 0 =24 26°附近的与碳002面对应的衍射峰，使用布拉格公式算出。碳002面的面间隔d002例如具有通过提高对负极材料的热处理温度而值变小的倾向，可以利用该性质将面间隔d002设定在上述范围内。本专利技术的负极材料的一个特征是在成为核的碳材料的表面具有低结晶碳层，(B)前述碳层相对于前述碳材料的比率(质量比)为0. 005 0. 1，优选为0. 005 0. 09，更优选为0. 005 0. 08。若前述碳层相对于前述碳材料的比率(质量比)为0. 005以上，则输入输出特性、初期效率、寿命特性优异。此外，若为0. I以下，则输入输出特性优异。作为前述成为核的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：冈部圭儿，石井义人，井田百合子，
申请(专利权)人：日立化成工业株式会社，
类型：发明
国别省市：