[发明专利]负极活性物质、负极、电池以及制造负极的方法

说明书

相关申请的参考

本发明包含于2008年1月10日向日本专利局提交的日本专利 申请JP 2008-003541涉及的主题，将其全部内容并入本文作为参考。

技术领域

本发明涉及一种包含中间相小球体的球晶石墨化物质的负极 活性物质、包括该负极活性物质的负极、电池以及制造负极的方法。

背景技术

近年来，已经广泛使用便携式装置，例如组合摄像机、移动电 话以及笔记本式个人计算机。因此，作为用于便携式装置的电源， 日益需求具有高容量的、小型且轻量化的二次电池。作为用来满足 这样的需求的二次电池，包括使用碳材料作为负极活性物质并利用 锂的嵌入和脱嵌反应的锂离子二次电池。

作为用作负极活性物质的碳材料，主要使用了具有高结晶性的 石墨颗粒。这是因为石墨颗粒具有高的电子传导性和优异的大电流 放电性能，并且伴随放电的电位变化较小，因此，石墨颗粒适合用 于诸如恒功率放电的用途。此外，其真密度高，因此容易获得高的 堆积密度。因此，石墨颗粒有利于实现高容量。而且，在包含具有 更高容量的硅、锡等的材料中，伴随充电和放电发生强烈的溶胀和 收缩。另一方面，碳材料具有这样的体积变化极小的优点。

这些年来为了解决锂离子二次电池的高能量密度，已经尝试实 现石墨的高性能。然而，对于天然的石墨颗粒，已经获得了非常接 近于石墨的理论容量(372mAh/g)的可逆容量。因此，已经考虑 通过在电池内的有限容积内填充高密度的石墨颗粒(例如通过调节 石墨形状)来实现电池的容量改善。通常，人造石墨颗粒的石墨化 程度不足，因此可逆容量劣于天然石墨颗粒。因此，对于人造石墨 颗粒，为了改善可逆容量，已经提出了各种考虑因素诸如改善原材 料的纯度、设定合适的石墨化条件、以及加入促进石墨化的催化剂 物质。使用碳材料的锂离子二次电池披露在例如日本未审查专利申 请公开号57-208079、58-93176、58-192266、62-90863、62-122066、 2-66856、2004-95529和2005-44775中。

通常，如下形成包括含有碳材料的负极活性物质层的负极。在 诸如铜箔的集电体用糊状浆料(其中，石墨颗粒、粘结剂、增稠剂 等溶解在水或有机溶剂中)涂覆并干燥之后，进行压缩成型、切割 等。压缩成型是为了获得负极活性物质层的预定厚度和密度所必要 的操作。为了实现电池更高的能量密度，期望进一步增加负极活性 物质层的体积密度。然而，如果负极活性物质层的体积密度增加， 则存在这样的可能性，即在压缩成型中，构成负极活性物质层的负 极活性物质颗粒被压碎或脱落。

因此，例如在日本未审查专利申请公开号7-272725中已经提出 了一种通过使用具有更高的压缩断裂强度(即，更高的硬度)的中 间相石墨小球体来避免伴随压制成型的负极活性物质颗粒的破碎 和脱落的方法。

发明内容

在如日本未审查专利申请公开号7-272725中使用具有高硬度 的中间相石墨小球体的情况下，当在压缩成型中能够避免负极活性 物质颗粒的破碎和脱落时，负极集电体作为在它上面形成负极活性 物质层的基体，作用于负极集电体的负载增大。因此，特别是在负 极活性物质层的端部附近可能会发生负极集电体的龟裂、断裂等。 因此，很难增大压制压力。结果，负极活性物质层的体积密度没有 得到改善。

同时，在使用具有小的颗粒硬度的石墨颗粒(诸如天然石墨、 鳞片状石墨、以及通过压碎鳞片状石墨并粒化该鳞片状石墨的颗粒 而获得的石墨)作为负极活性物质的情况下，能够以高密度填充， 并有利地实现电池的更高的能量密度。然而，当以高密度填充这样 的具有小的颗粒硬度的颗粒时，应关注如下问题。即，负极活性物 质层的空隙，特别是在表面附近的间隙在压缩成型中被减少，电解 液不充分地渗透或浸渍，并且在高负载下的充电和放电特性以及在 低温下的充电特性被降低。此外，鳞片状石墨、以及通过压碎鳞片 状石墨并粒化该鳞片状石墨的颗粒而获得的石墨比中间相石墨小 球体具有更大的比表面积。因此，存在这样的可能性，即可能会导 致负极集电体和负极活性物质层之间的剥离强度的降低，以及由于 电解液的分解引起的充电和放电效率的降低。

考虑到上述问题，在本发明中，期望提供一种具有更高容量和 优异的充电和放电效率的电池。此外，在本发明中，期望提供一种 适合于这样的电池的负极活性物质、具有该负极活性物质的负极、 以及制造该负极的方法。