[发明专利]锂离子二次电池负极碳材料用的原料油组合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造能够发现高充放电容量的锂离子二次电池的负极碳材料的原料油组合物。

背景技术

锂离子二次电池与作为以往的二次电池的镍镉电池、镍氢电池、铅电池相比，由于轻量且具有优异的输入输出特性，所以近年来被期待作为电动汽车、混合动力车用的电源。构成锂离子二次电池的电极的活性物质采用碳材料，为了提高锂离子二次电池的性能，迄今为止对碳材料进行了各种研究（例如参照专利文献1、2）。

作为锂离子二次电池的负极材料使用的碳材料通常大致分为石墨系和无定形系。石墨系碳材料与无定形系碳材料相比，具有每单位体积的能量密度高的优点。因此，在小型但需要很大充电放电容量的移动电话、笔记本型电脑用的锂离子二次电池中，通常使用石墨系碳材料作为负极材料。石墨具有碳原子的六边形网面规则地层叠而成的结构，充放电时在六边形网面的棱边部进行锂离子的插入脱离反应。

【现有技术文献】

专利文献

专利文献1：日本专利第3056519号公报

专利文献2：日本特公平4-24831号公报

发明内容

【发明要解决的技术问题】

然而，在使用石墨系碳材料作为锂离子二次电池的负极材料的情况下，虽然如上述那样能够提高每单位体积的能量密度，但在应用于混合动力车等汽车领域时，在快速充放电特性，特别是快速充电特性方面还有改善的余地。其主要原因被认为是：由于石墨系碳材料的结晶性高，因而将其用于锂离子二次电池的负极中时，溶剂和锂离子在碳层中的扩散受到限制。

本发明是鉴于这样的实际情况而进行的，其目的在于提供一种益于实现锂离子二次电池的优异的充放电特性的锂离子二次电池的负极碳材料用的原料油组合物。

【解决问题的技术手段】

为了制造充放电容量大且快速充电放电特性优异的锂离子二次电池，需要使作为负极碳材料使用的碳材料的晶体结构非常发达，同时在其碳层内溶剂和锂离子的扩散路径以多个排列的方式形成。即，需要碳层面的发达和更多秩序性高的碳棱面的形成。

本发明者们着眼于晶体结构的产生机理，对具备优异的晶体结构的碳材料进行了研究。例如针状焦是经过如下过程而制造的：通过高温处理重质油而引起热裂化及缩聚反应，生成被称为中间相的液晶球体，它们相互结合而生成被称为体中间相的大液晶作为中间产物。本发明者们对用于制造碳材料的原料油组合物以及原料碳组合物对晶体结构造成的影响进行了广泛的研究。

研究的结果是，本发明者们得到如下见解：为了获得满足上述要求性能的锂离子二次电池，使用适量地含有由下述两种成分的原料油组合物是有效的：芳香族成分，其为在焦化过程中不生成不会成为中间相的被称为“Non-Mesogen”那样的各向同性的成分的、而生成良好的体中间相的馏分；饱和成分，其能够产生有助于在该体中间相缩聚而碳化及固化时在碳层内形成锂离子的扩散路径的气体。

又，本发明者们发现：虽然通过流化催化裂化（Fluid Catalytic Cracking：FCC）的残油处理由于催化剂的劣化或运行温度调节的困难一直被认为不适合，但专心研究之后，令人吃惊的是残油流化催化裂化（RFCC）装置的塔底油适合于作为上述原料油组合物的原料。

本发明提供一种锂离子二次电池的负极碳材料用的原料油组合物，其作为以残油流化催化裂化装置的塔底油为原料的、锂离子二次电池的负极碳材料用的原料油组合物，在将其通过薄层色谱法展开得到的饱和成分、芳香族成分、树脂成分和沥青质成分中，该饱和成分为30～50质量％的范围，该芳香族成分为50～70质量％的范围且平均分子量为400～600的范围。

另外，本发明提供一种通过热处理该原料油组合物得到的锂离子二次电池的负极碳材料用的原料碳组合物，并提供一种至少包含以下两种工序的锂离子二次电池的负极碳材料的制造方法：将该原料碳组合物粉碎到平均粒径30μm以下而形成原料碳组合物粉末的工序；对上述原料碳组合物粉末进行碳化和/或石墨化的工序。

本发明还提供将通过该制造方法得到的碳材料作为负极材料使用的锂离子二次电池。

将由上述组成的原料油组合物制造的碳材料使用于负极中的锂离子二次电池能够实现优异的快速充放电特性。推测其主要原因是由于在原料油组合物的焦化过程中的热裂化和缩聚反应中，生成良好的中间相的同时在其整体化和固化时产生适量的气体，从而使得碳层内锂离子的扩散路径十分发达。

【发明的效果】