[发明专利]锂离子电池用电极材料的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池用电极材料的制造方法。

背景技术

作为便携式装置的电源，锂离子二次电池由于其能量密度大、循环寿命长等而大致成为主流。便携式装置等，其功能多样化、电力消耗增大。因此，对于锂离子二次电池，要求其能量密度进一步增加，同时充放电循环特性提高。另外，最近，进而电钻等电动工具、混和动力车用等对输出功率高且容量大的二次电池的要求提高。该领域虽然迄今主要使用铅二次电池、镍镉二次电池、镍氢二次电池，但是对小型轻量且能量密度高的锂离子二次电池的期待高，寻求大电流负荷特性优异的锂离子二次电池。

特别是电池电动汽车(BEV)、混和动力电动汽车(HEV)等汽车用途中，将持续10年以上的长期循环特性、和用于驱动高功率电动机的大电流负荷特性作为主要要求特性，进而也要求用于延长续航距离的高的体积能量密度，与移动用途相比要求特性苛刻。

关于该锂离子二次电池，通常正极活性物质使用钴酸锂、锰酸锂等金属氧化物、它们的复合氧化物，电解液使用锂盐，负极活性物质使用石墨等碳质材料。

作为负极活性物质中使用的石墨，有天然石墨和人造石墨。

天然石墨通常廉价，具有由于结晶性高而容量高的优点。但是，由于形状为鳞片状，若与粘结剂一起形成糊剂，将其涂布于集电体，则天然石墨在单向定向。利用这种电极充电时，电极仅在单向膨胀，电流特性、循环寿命等作为电极的性能降低。虽然提出了将天然石墨造粒为球状的球状化天然石墨，但是由于电极制作时的压制(press)、球状化天然石墨被压碎而定向。另外，作为高结晶性的缺点，由于天然石墨的表面活性高，初次充电时产生大量的气体，初始效率低，由此，进而循环寿命变差。为了解决这些问题，日本专利第3534391号公报(美国专利第6632569号说明书、专利文献1)等中提出了在加工为球状的天然石墨的表面涂覆人造碳的方法。然而，利用本方法制作的材料，虽然能够应对移动用途等所要求的高容量、低电流、中循环特性，但是非常难以满足上述大型电池的大电流、长期循环特性等要求。另外，对于天然石墨而言，铁等金属杂质多，在品质稳定性方面也存在问题。

作为人造石墨，可列举出日本特开平4-190555号公报(专利文献2)等记载的中间相碳小球体的石墨化品。其是平衡非常良好的负极材料，能够达成高容量、大电流的电池，但是电极粉末之间的导电性接点容易变差等，难以达成大型电池所要求的长期的循环特性。

作为人造石墨，将石油、煤沥青、焦炭等石墨化处理而得到的人造石墨可以比较廉价地获得。但是，结晶性良好的针状焦炭容易形成鳞片状而定向。为了解决这种问题，日本专利第3361510号公报(欧洲专利第0918040号说明书、专利文献3)等中记载的方法提高了成果。该方法，除了人造石墨原料的微粉之外，还能够使用天然石墨等的微粉，作为迄今的小型锂离子二次电池用石墨，容量高且具有优异的特性。但是为了满足汽车用途的要求特性，面向用量增加的生产率提高、制造成本降低、杂质管理、循环特性、保存特性提高等是必须的。

锂离子二次电池的负极所使用的人造石墨系材料的制造工序中，作为将未石墨化物、即碳原料粉体石墨化的方法，例如已知以下的方法。

(1)将碳原料粉体填充于石墨制坩埚，用艾奇逊炉石墨化(日本专利第3838618号公报(美国专利第6783747号说明书)、专利文献4)。

(2)使用沥青、聚合物等粘结剂将碳原料粉体成型为一定形状，用艾奇逊炉石墨化，然后将成型体破碎(专利文献3)。

(3)将碳原料粉体装入到石墨材料的容器中，通过作为热源的加热器加热而石墨化。

(4)使碳原料粉体或其成型体在通过加热器加热的空间中移动。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利第3534391号公报(美国专利第6632569号说明书)

专利文献2：日本特开平4-190555号公报

专利文献3：日本专利第3361510号公报(欧洲专利第0918040号说明书)

专利文献4：日本专利第3838618号公报(美国专利第6783747号说明书)

发明内容

发明要解决的问题

对汽车等中使用的大型的锂离子二次电池期待大的发展。因此，作为其负极中使用的石墨材料，用量增加伴随的生产率提高、制造成本降低、杂质管理、品质管理、循环特性、保存特性的提高等是必须的。

但是，前述(1)～(4)所示的以往的用于锂离子电池用负极的人造石墨的石墨化方法存在以下的问题。