[发明专利]锂离子二次电池的负极用碳材料的原料碳组合物及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池的负极用碳材料的原料碳组合物、及其原料碳组合物的制造方法。

背景技术

锂离子二次电池与作为现有的二次电池的镍镉电池、镍氢电池、铅电池等相比轻量且具有优异的输入输出特性，因此，近年来，作为混合动力车、电动车用的电源而受到期待。尤其，近年来，需求正在增长的混合动力车由于在都市圈的交通拥堵区域使燃油消耗降低至1/2以下，因此在解决能量和环境问题上受到关注。混合动力车用的电池用于在启动时、加速时放电，在刹车时充入再生能量（通过再生充电取得的能量）。

由于在这种启动时、加速时或减速时急剧（快速）地释放或吸收能量，因此作为混合动力车用电池，高速下的充放电特性优异的锂离子二次电池是理想的。

而另一方面，电动车仅以二次电池的电力作为动力源，因此作为电动车用电池，要求具有高能量密度以储存更多的电能。在这一点上，混合动力车并非仅以二次电池的电力作为动力源，因此混合动力车用电池不需要具有电动车用电池所要求的那样的高能量密度。

在构成锂离子二次电池的电极的活性物质中采用碳材料，为了提高锂离子二次电池的性能，迄今对碳材料进行了各种研究（例如专利文献1～2）。作为锂离子二次电池的负极材料使用的现有的碳材料通常大致分为石墨类和非晶质类。石墨类碳材料与非晶质类碳材料相比，具有每单位体积的能量密度高的优点。因此，在紧凑且要求大充电放电容量的手机、笔记本电脑用的锂离子二次电池中，作为负极材料通常使用石墨类碳材料。石墨具有碳原子的六角网面整齐层叠而成的结构，充放电时在六角网面的周缘部进行锂离子的嵌入脱嵌反应。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第3056519号公报

专利文献2：日本特公平4-24831号公报

专利文献3：日本特开2006-179697号公报

非专利文献

非专利文献1：Carbon,Vol.26,No.1,p49～55,1988

发明内容

发明要解决的问题

使用现有的石墨类碳材料作为锂离子二次电池的负极材料时，虽然能够如上所述提高每单位体积的能量密度，但特别是在高速放电特性方面存在改善的余地。可认为其主要原因是，石墨类碳材料的结晶性高，因此将其用于锂离子二次电池的负极时，碳层中的锂离子的扩散受到限制。

作为这种石墨类碳材料用的原料碳组合物，已对多种石油生焦（以下称为生焦）进行了研究（例如非专利文献1、3）。然而，作为原料碳组合物的生焦的性质会根据使用用途而大不相同，尤其，作为需要快速充放电特性的锂离子二次电池负极用碳材料，迄今为止的生焦是不充分的。

此外，提出了作为锂离子二次电池负极用碳材料的天然石墨、合成石墨、膨胀石墨等石墨材料、经碳化处理的中间相碳微球、中间相沥青类碳纤维、气相沉积碳纤维、热解碳、石油焦炭、沥青焦炭和针状焦炭等碳材料、以及对这些碳材料实施石墨化处理而得的合成石墨材料、或者它们的混合物等，但这些材料也难以在高速下以良好的再现性表现出高的充放电特性。

迄今，对于碳材料的结晶性，通过X射线衍射进行结晶性规定，但该结晶性规定不能说一定显示了原料碳组合物块状整体的特性。这也可以从稻垣道夫编著的《解说·碳族（解説·カーボンファミリー）》（AGNE承风社（アグネ承風社））中的“存在微晶的选择性取向时（几乎所有的碳材料都发生选择性取向），有可能由X射线衍射仅得到了有限的微晶的信息。”这一记载看出。可能是出于上述原因，现有的生焦等尤其无法以良好的再现性表现出高速下的充放电特性。

本发明是鉴于这种实际情况而做出的，其目的在于提供其能够以良好的再现性表现出尤其是混合动力车用电池等要求的、高速下的高充放电特性的锂离子二次电池用碳材。

用于解决问题的方案

本发明人等对于在具备用于确保适当的能量密度的优异的单轴取向（结晶性）的同时、具有有利于锂离子扩散的特异结构的碳材料用的原料碳组合物，着眼于其生成机理进行了研究。例如，作为原料碳组合物之一的针状焦炭经过如下过程制造：通过对重质油进行高温处理，引发热解和缩聚反应而生成被称为中间相的液晶球体，这些液晶球体合体而生成作为中间产物的被称为块状中间相（bulk mesophase）的较大液晶。