[发明专利]锂二次电池的负电极活性材料、使用该材料的二次电池以及其制备方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请以2010年11月12日提交的在先日本专利申请No. 2010-254036为基础并要求其优先权的权益；该专利申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及锂二次电池的负电极活性材料、使用该负电极活性材料的二次电池以及该负电极活性材料的制备方法。 

背景技术

由于锂二次电池相比于另一种二次电池具有高的能量密度，因而锂二次电池可以减小尺寸并降低重量。就这一观点而言，锂二次电池常常被用作诸如手机、个人电脑、个人数字助理(PDA)和便携式摄影机的移动电子装置的电源，在将来，作为电源的需求有希望比以往进一步增加。

而且，为了解决能量问题和环境问题，电动车或具有由镍氢化物电池驱动的电动机和汽油发动机的组合的混合电动车得以开发并显著普及。此外，显著需要锂二次电池作为电力存储用蓄电池。在这些用途中，要求待使用的电池的高性能比以往得以进一步发展，因而，关注锂二次电池。

在锂二次电池中，通常使用各种具有优异的安全性和寿命的碳材料作为负电极活性材料。在碳材料当中，石墨可在至少高于2000℃、通常在约2600至3000℃范围内的温度下获得，石墨由于具有高能量密度而为优异的材料，但是其在高输入/输出特性和循环特性方面存在一些问题。就这一观点而言，对于需要高输入/输出特性的电动车和蓄电池的用途，主要研究和使用例如在比石墨更低的温度下烧制的具有低石墨化程度的低结晶碳。

最近，为了响应对电动车的高性能的要求，需要锂二次电池在性能方面得以高度发展，这要求迫切的关注。针对锂二次电池的特性，负电极侧的电势被充分降低以提高实际的电池电压并由此表现出高度和充分的输出特性。

而且，就作为电动车能源的电流的充分供给而言，锂二次电池的放电容量是一种重要的特性。此外，由于放电电流的量比充电电流的量较大，因而需要将充电容量与放电容量之比（亦即初始效率）设置较高。

另外，优选锂二次电池即使在高电流密度下也保持较高的充电容量，从而在短时间段内实现充电过程，因而要求发展锂二次电池的容量保持率。

即，对于锂二次电池而言需要在适当的平衡条件下发展输出特性、放电容量、初始效率和容量保持率。

为了达到上述要求，深入研究并且开发了诸如焦炭或石墨等碳材料作为锂二次电池的负电极活性材料。在这种情况下，放电容量可得以发展，但是初始效率无法充分发展。而且，实际的电池电压不足而不能满足目前对于高输出特性和容量保持率以及循环时间的要求。

例如，在文件1中，作为利用嵌插或掺杂的负电极材料，公开了一种限定了比表面和X射线衍射晶体厚度的碳质材料，所述碳质材料通过有机化合物的热分解或碳化获得。然而，如此获得的负电极材料对于诸如电动车等车辆的使用而言不够充分。

在文件2中，公开了一种具有优异的循环特性和较高放电容量的碳材料作为负电极材料，所述碳材料通过热处理作为原料的煅烧焦以在非反应性气氛下从中去除杂质获得。然而，如此获得的负电极材料的输出特性等对于诸如电动车等车辆的使用而言不够充分。

在文件3中，公开了一种碳材料作为负电极材料，所述碳材料通过热处理具有覆盖层的碳质材料获得，其中所述碳质材料的晶体结构与石墨的晶体结构类似。在文件4中，公开了一种具有高放电容量的碳材料作为负电极材料，所述碳材料通过在非反应性气氛下低温热处理作为原料的焦炭以从中去除杂质获得。然而，两种碳材料的电池特性对于诸如电动车等车辆的使用而言均不够充分。

在文件5中，公开了一种经热处理的焦炭作为负电极材料用以提供具有高充电容量和放电容量的锂二次电池，所述焦炭通过在500至850℃的温度范围内热处理由石油或煤衍生的生焦获得。然而，所述焦炭的输出特性对于诸如电动车等车辆的使用而言不够充分。

对于由使用焦炭等作为原料的低结晶碳材料制成的锂二次电池的负电极材料的研究和开发旨在改善锂二次电池的负电极材料用于小型移动装置的电源的特性，但是迄今为止，对于锂二次电池的负电极材料的研究和开发并未针对提高具有适用于电动车电源的大电流输入/输出特性的锂二次电池的负电极材料的特性。

另一方面，进行了如向有机材料或碳质材料中加入各种化合物以提高电池性能这样的尝试。

例如，在文件6中，公开了一种负电极材料，其通过将磷化合物加入有机材料或碳质材料中并且碳化该材料获得。然而，所述负电极材料的输出特性对于诸如电动车等车辆的使用而言不够充分。

[文件列表]

       文件1：JP-A 62-90863