锂二次电池用电极材料及锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂二次电池用负极材料，其可极大地降低电极材料的电阻，可高容量且大电流充放电（高输出功率），并且可实现用作车载用途的循环寿命，所述锂二次电池用负极材料由复合活性物质（7）构成，所述复合活性物质（7）将下述各成分的各自的该石墨烯相或非晶相8a、8b熔融结合且包合选自包合金属的金属氧化物和合金材料的至少一种活性物质：（a）被碳材料覆盖且至少在表面具有石墨烯相或非晶相8的、选自包合金属的金属氧化物和合金材料中的至少一种活性物质（4），（b）至少在表面具有石墨烯相或非晶相的石墨系碳材料（5），和（c）至少在表面具有石墨烯相或非晶相的所述石墨系碳材料以外的碳材料（6）。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种锂二次电池的电极材料及使用该电极材料的锂二次电池。
技术介绍
使用可吸留和释放锂离子的材料形成负极的锂二次电池与使用金属锂形成负极的锂电池相比，可以抑制树枝状晶体的析出。因此，作为提高了安全性的二次电池，已投入市场。近年来，在车载用途方面对该锂二次电池的开发正不断进行，大电流充放电和高容量化以及其重复带来的长寿命化的全部性能的提高正成为大的课题。针对该课题，设计有各种锂二次电池。正极材料除锂金属氧化物的正极材料以外，特别是研究了直至绝缘氧化物和电阻高的正极材料。另外，负极材料除碳系、钛氧化物和合金系等自身的高容量化以外，研究有能使大电流流通的负极材料。通过构成正极材料和负极材料的活性物质粒子的小粒径化带来的比表面积的增加及由电极设计带来的电极面积的增加等设计，实现了锂二次电池的电流密度负荷降低。通过这些设计提高了高容量化和大电流充放电，但对于锂二次电池的长寿命的对策并不充分。因此，对于正极，研究了锂金属氧化物的金属元素的替代配比及掺杂金属的替代。另外，对于碳系负极，提出了用于防止由电解液分解而生成电阻膜的添加剂。对于具有半导体特性的合金系负极，提出了添加合金组分或导电材料，以及添加用于抑制合金的体积膨胀的粘合剂。例如，已知一种二次电池用电极，其特征在于，具有电极材料，所述电极材料具有活性物质粉末、由碳材料形成的附着在活性物质粉末表面的导电材料和粘合于导电材料的纤维状导电材料（专利文献1）。但是，在上述建议的装置中，可以将数百个循环的循环寿命制成3000～4000个循环水平，但对于实现作为车载用的10年、5000个循环以上来说并不充分。特别是对于使用聚酰亚胺等作为合金系负极的粘合剂，并通过增强粘合剂的粘合力来缓和合金的体积膨胀的建议，作为合金活性物质的微细化以及从集电箔的防剥离技术，粘合剂的使用量增加且不能满足设计容量或成本上升，难以满足作为车载用电池的要求性能。难以改善分别使用电阻高的锂金属氧化物正极、和具有绝缘、半导体特性的钛氧化物负极或合金系负极以及即使具有导电性但通过微细化接触电阻也能增大的碳系负极的电池的高容量化、高输出功率和寿命性能。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2008-277128号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题本专利技术是为了应对如上所述的问题而完成的，其目的在于，提供一种锂二次电池用电极材料及使用该电极材料的锂二次电池，所述锂二次电池用电极材料可以极大地降低电极材料电阻，除了大电流充放电（高输出功率）以外，可高容量化，同时能够实现可用作车载用途的循环寿命。解决课题的手段本专利技术的锂二次电池用电极材料用于在与正极板接触的正极材料以及与负极板接触的负极材料之间隔着隔膜卷绕或层叠而成的电极组中浸透或浸渍有机电解液而反复进行锂离子的吸留和释放的二次电池。上述负极板的负极材料含有如下所示的成分（a）、成分（b）和成分（c）。其特征在于，这些各成分具有选自石墨烯相和非晶相中的至少一相（以下，称为石墨烯相等）作为表面相，所述负极材料含有使这些表面相彼此之间熔融结合而得到的复合负极活性物质。在此，石墨烯相是指sp2键合的碳原子的平面6元环结构层，非晶相是指该6元环结构以三维构成，他们之间熔融结合是指利用石墨烯相和/或非晶相的紊乱而粘合。成分（a）为被碳材料覆盖且至少在表面具有石墨烯相等的选自包合金属的金属氧化物和合金材料中的至少一种活性物质，成分（b）为至少在表面具有石墨烯相等的石墨系碳材料，成分（c）为所述石墨系碳材料以外的且至少在表面具有石墨烯相等的碳材料。特别是其特征在于，所述活性物质为包合金属锡的锡氧化物的粉体或包合金属硅的硅氧化物的粉体。另外，上述正极材料的特征在于，含有使如下所示的成分（d）和成分（e）的表面的石墨烯相等彼此之间熔融结合而得到的复合正极活性物质。成分（d）为被碳材料覆盖且至少在表面具有石墨烯相等的橄榄石形锂金属磷氧化物，成分（e）为石墨系碳材料以外的、且至少在表面具有石墨烯相等的碳材料。其特征在于，所述石墨系碳材料为选自人造石墨、天然石墨、易石墨化碳材料和非晶质碳材料中的至少一种碳材料。另外，其特征在于，所述成分（c）或成分（e）为选自乙炔黑、科琴黑（ketjen black）、含有石墨晶体的粉体和导电性碳纤维中的至少一种。特别是其特征在于，所述导电性碳纤维为选自碳纤维、石墨纤维、气相生长碳纤维、碳纳米纤维和碳纳米管中的至少一种纤维。本专利技术的锂二次电池为在与正极板接触的正极材料以及与负极板接触的负极材料之间隔着隔膜卷绕或层叠而成的电极组中浸透或浸渍有机电解液并反复进行锂离子的吸留和释放的二次电池，其特征在于，正极材料为上述本专利技术的正极材料、或负极材料为上述本专利技术的负极材料、或者正极材料和负极材料为上述本专利技术的锂二次电池用电极材料。专利技术效果本专利技术的锂二次电池用电极材料的正极材料为在表面具有石墨烯相等的橄榄石形锂金属磷氧化物正极材料。另外，负极材料为在表面具有石墨烯相等的包合金属的金属氧化物或者合金材料负极材料。这些电极材料经由存在于各个表面的石墨烯相等与碳材料类在界面中互相结合。因此，与混合有仅作为电极体的各个粉体的接触导电产生的电阻相比，各个粉体间的电阻成为低电阻。结果，对使用这些作为电极的锂二次电池而言，（a）与粉体混合接触的电极相比，可进行大电流充放电；（b）由于活性物质的利用率提高而成为高容量的二次电池；（c）充放电循环引起的膨胀收缩导致的导电性的变化消失；（e）通过使各种碳材料存在于正·负极粉体表面，由此，由于没有因电解液的分解而产生电阻膜，因此，充放电时的电阻增加几乎消失，可以实现长寿命化。另外，作为负极材料，用具有石墨烯相等的碳材料覆盖包合金属硅或金属锡的硅或锡氧化物的粉体的表面层，通过碳原子使石墨系碳材料与该石墨烯相等相结合，因此，负极活性物质成为被熔融的石墨烯相等包围的粉体。其结果，可以通过碳的牢固结合改善硅或锡系中成为大的课题的由体积膨胀引起的短寿命。进而，在正极活性物质或负极活性物质中电阻较高的橄榄石形锂金属磷氧化物或硅氧化物、作为绝缘体已知的钛氧化物系、以及具有半导体性质的金属氧化物负极粉体中，用石墨烯相等碳材料覆盖，使该石墨烯相等与导电性的碳材料的石墨烯相等熔融。其结果，改善具有相对导电性的锂金属氧化物正极活性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.04.13 JP 2011-0895441.一种锂二次电池用电极材料，其为在正极板和负极板之间隔着隔
膜卷绕或层叠而成的电极组中浸透或浸渍有机电解液并反复进行锂离子
的吸留和释放的二次电池中所使用的锂二次电池用电极材料，其特征在
于，
所述负极板的负极材料含有如下所示的成分（a）、成分（b）和成分
（c），所述各成分具有选自石墨烯相和非晶相中的至少一相作为表面相，
所述负极材料含有使这些表面相彼此之间熔融结合而得到的复合负极活
性物质，
成分（a）为被碳材料覆盖、且至少在表面具有选自石墨烯相和非晶
相中的至少一相的、选自包合金属的金属氧化物和合金材料中的至少一种
活性物质，
成分（b）为至少在表面具有选自石墨烯相和非晶相中的至少一相的
石墨系碳材料，
成分（c）为所述石墨系碳材料以外的、且至少在表面具有选自石墨
烯相和非晶相中的至少一相的碳材料。
2.权利要求1所述的锂二次电池用电极材料，其特征在于，所述活
性物质为包合金属锡的锡氧化物的粉体。
3.权利要求1所述的锂二次电池用电极材料，其特征在于，所述活
性物质为包合金属硅的硅氧化物的粉体。
4.权利要求1所述的锂二次电池用电极材料，其特征在于，所述石
墨系碳材料为选自人造石墨、天然石墨、易石墨化碳材料和非晶质碳材料
中的至少一种碳材料。
5.权利要求1所述的锂二次电池用电极材料，其特征在于，所述成

\t分（c）为选自乙炔黑、科琴黑、含有石墨晶体的粉体和导电性碳纤维中
的至少一种碳材料。
6.权利要求5所述的锂二次电池用电极材料，其特征在于，所述导
电性碳纤维为选自碳纤维、石墨纤维、气相生长碳纤维、碳纳米纤维和碳
纳米管中的至少一种纤维。
7.一种锂二次电池用电极材料，其为在与正极板接触的正极材料以
及与负极板接触的负极材料之间隔着隔膜卷绕或层叠而成的电极组中浸
透或浸...

【专利技术属性】
技术研发人员：泽井岳彦，齐藤慎治，浦尾和宪，川崎卓，
申请(专利权)人：SEI株式会社，电气化学工业株式会社，
类型：
国别省市：