[发明专利]二次电池用负极活性材料、含有该材料的二次电池及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二次电池用负极活性材料，特别是碳芯材料边缘的至少一部分涂覆有碳涂覆材料的二次电池用负极活性材料，还涉及含有该材料的二次电池以及制造该二次电池的方法。

背景技术

近来，随着使用电池的电子器件如手机、便携式计算机或电动车等的广泛应用，对于小型、质轻且容量更高的二次电池的需求日益增加。特别是，锂二次电池质轻且能量密度高，因此其被广泛用作便携式电子器具的能源。因此，正积极对其进行研发以提高锂二次电池的性能。

锂二次电池包括含有能够嵌入和脱出锂离子的活性材料的阳极和阴极以及填充在两者之间的有机电解质溶液或聚合物电解质溶液。锂二次电池通过氧化和还原反应在锂离子于阳极和阴极处的嵌入和脱出过程中产生电能。

锂二次电池主要使用过渡金属化合物例如LiCoO₂、LiNiO₂或LiMnO₂作为阴极活性材料。

而且，锂二次电池使用高柔软性结晶性碳材料作为阳极活性材料，所述碳材料例如是天然石墨或人造石墨、或通过在1000℃～1500℃温度下对烃或聚合物进行碳化而获得的具有伪石墨结构(pseudo-graphite structure)或乱层结构(turbostratic structure)的低结晶度碳材料。

结晶性碳材料的真密度高，有利于装填(pack)活性材料，且其具有优异的电势平坦性(potential flatness)、初始容量和充/放电可逆性。然而，随着电池使用次数的增加，充/放电效率和循环性能会下降。经分析，这是由于重复充/放电循环时，电解质溶液于结晶性碳材料边缘处发生分解而导致。

日本专利特开2002-348109号公开了一种基于碳材料的负极活性材料，其中结晶性碳材料涂覆有碳化物层以防止电解质溶液于结晶性碳材料边缘处发生分解。基于碳材料的负极活性材料的碳化物层是通过用涂覆材料(衍生自煤或石油的重油，如沥青)涂覆碳材料，并在1000℃或以上的温度下进行热处理而形成的。此时，用碳化物层涂覆碳材料会略微降低二次电池的初始容量，但这样能够提高二次电池的充/放电效率和循环性能。特别是，高温热处理促使形成人造石墨的涂覆层，从而降低初始容量的减少量并有效抑制电解质溶液的分解。

为了有效抑制电解质溶液的分解，现有技术限定了碳材料和碳化物层之间的质量比、碳化物层的涂覆和加热条件、碳化物层的晶体学特性(通过XRD(X-射线衍射)和拉曼分析)或碳化物层的比表面积条件。

同时，本发明人还发现，使用基于碳材料的负极活性材制造二次电池用阳极时，负极活性材料粉末的粒度分布和堆密度特性以及形成碳化物层的条件和碳化物层的各种特性都很重要，这是由于它们对二次电池的电学和化学特性有相当的影响。

然而，现有技术未曾提及碳材料粉末的粒度分布和堆密度特性与二次电池的电学和化学特性之间的密切关系。

发明概述

本发明的目的是解决上述问题。因此，本发明的目的是提供粒度分布和堆密度特性最优化的基于碳材料的负极活性材料，以获得电学和化学特性良好的二次电池，本发明的目的还包括提供该二次电池的制造方法。

本发明的另一目的是提供使用粒径分布和堆密度特性最优化的基于碳材料的负极活性材料制造的电极，本发明的另一目的还包括提供含有该电极的二次电池。

为了实现上述目的，提供了二次电池用负极活性材料，在该负极活性材料中，碳芯材料边缘的至少一部分涂覆有由碳化物层组成的碳涂覆材料，且负极活性材料的粒度分布中，d₁为0.5μm或以上、d_max为60μm或以下，且堆密度为1.0g/cm³～1.3g/cm³。