[发明专利]基于石墨的负电极活性材料、负电极和锂离子二次电池

说明书

该基于石墨的负电极活性材料包括：被球状地形成的第一石墨颗粒；以及具有比第一石墨颗粒低的圆度的第二石墨颗粒。第二石墨颗粒的含量是第一石墨颗粒和第二石墨颗粒的总和的在质量上的1％至30％。在第一石墨颗粒的累积分布中第一石墨颗粒的中值颗粒大小（D₅₀）与累积5％处的第一石墨颗粒的颗粒大小（D₅）的比率（D₅₀/D₅）小于在第二石墨颗粒的累积分布中第二石墨颗粒的中值颗粒大小（D₅₀）与累积5％处的第二石墨颗粒的颗粒大小（D₅）的比率（D₅₀/D₅）。通过混合第一石墨颗粒和第二石墨颗粒而获得的混合颗粒的饱和振实密度比第一石墨颗粒的饱和振实密度和第二石墨颗粒的饱和振实密度这两者大。

技术领域

本发明涉及基于石墨的负电极活性材料、负电极和锂离子二次电池。

背景技术

锂离子二次电池具有高能量密度和优良的充电/放电循环特性，并因此广泛地用于针对诸如蜂窝电话和膝上型计算机之类的紧凑移动设备的电源。此外，近来增加的环境方面的考虑和增长的能源节约的意识已经促进了针对在电动车辆、混合型电动车辆、电力存储等的领域中的具有大容量和长寿命的大电池的需求。

一般而言，锂离子二次电池主要由如下组成：负电极，其包括能够吸藏和释放锂离子的碳材料的负电极活性材料；正电极，其包括能够吸藏和释放锂离子的锂复合氧化物的正电极活性材料；隔离物，其分离负电极和正电极；以及非水电解液，其是通过在非水溶剂中溶解锂盐而制备的。

无定形碳或石墨被用于用作负电极活性材料的碳材料，并且石墨典型地特别在要求高能量密度的应用中被使用。

例如，专利文献1公开了为了获得表现出高容量和高充电/放电效率的非水电解液二次电池而使用一种负电极活性材料，其包括包含鳞片状石墨颗粒和表面被覆盖有无定形碳并且不是鳞片状的石墨材料的至少两种材料的碳材料，负电极的充填密度在1.3至1.8g/cc的范围内，负电极的比表面面积在2.1至4.1 cm²/g的范围内，并且鳞片状石墨颗粒的基于碳材料的整体的分数在10wt％至70wt％的范围内。

专利文献2公开了为了获得具有高容量和高循环特性并且甚至在以大电流放电的情况下表现出高体积能量密度的非水电解质电池而使用一种负电极活性材料，其包括鳞片状石墨和从球状石墨、块状石墨、纤维状石墨、非可石墨化碳以及炭黑中所选择的至少一种或多种碳材料的负电极活性材料混合物，负电极活性材料混合物中的所述一种或多种碳材料的含量在1wt％或更多且50wt％或更少的范围内。

专利文献3公开了包括具有1 g/cm³或更高的振实密度的人造石墨颗粒和具有大的圆度的球状石墨颗粒的混合物的活性材料被用于显著地改进高能量密度锂二次电池的充电/放电循环特性并且同时增强或维持放电率特性、在低温下的放电特性、以及耐热性的目的。专利文献3也公开了球状石墨颗粒的基于活性材料的整体的分数优选地按质量为5％至45％。

专利文献4公开了一种用于锂离子二次电池的负电极活性材料，其中负电极活性材料是如下的石墨粉末A和石墨粉末B的粉末混合物：石墨粉末A通过混合鳞片状天然石墨和粘合剂沥青并且使所得物经受模制、用于石墨化的煅烧和粉碎而获得并具有0.4至0.9g/cm³的振实密度、3.5至7.0的D₉₀/D₁₀和10至20μm的D₅₀；石墨粉末B通过利用沥青覆盖球状化的天然石墨并且煅烧所得物以用于石墨化而获得并具有0.9至1.4 g/cm³的振实密度、2.0至3.5的D₉₀/D₁₀、10至20μm的D₅₀和0.91或更高的圆度，并且石墨粉末A的按重量的混合比为20％至80％并且石墨粉末B的按重量的混合比为20％至80％。专利文献4还公开了目的是提供一种用于具有高电极密度、优良的电解液渗透性、小的由于充电/放电所致的容量损失和良好的循环特性的锂离子二次电池的负电极活性材料。