[发明专利]碳材料、其制造方法以及其用途

说明书

一种非鳞片状碳材料，是由粉末XRD测定得到的石墨晶体的(110)面的峰强度I110和(004)面的峰强度I004的比I110/I004为0.10以上0.35以下、平均圆形度为0.80以上0.95以下、d002为0.337nm以下的碳材料，由氮气吸附法测定的直径0.4μm以下的细孔的总细孔容积为25.0μL/g以上40.0μL/g以下，具有特有的光学组织。该碳材料是能够得到维持高的循环特性，并且具有高容量、高能量密度、高库仑效率，并能够以高速进行充放电的低电阻的电池电极的电池电极用碳材料。

技术领域

本发明涉及碳材料、其制造方法以及其用途。更详细地讲，涉及作为 非水电解液二次电池的电极材料显示良好的电极填充性、高能量密度、高 输入输出特性的碳材料和其制造方法、以及具有充放电循环特性、高库仑 效率的二次电池。

背景技术

锂离子二次电池逐渐扩展到各种各样的用途中，从便携式设备等的小 型设备到纯电动车(BEV)和混合动力电动车(HEV)等的大型设备，对 其要求适于多种多样的使用方法的性能。

在便携式设备用途中，由于与电气电子设备的小型化、轻量化、以及 功能的多样化相伴的消耗电力的增加等，需求具有更高的能量密度的锂离 子二次电池。

另外，在电钻等的电动工具、混合动力车等的用途中，对高输出且大 容量的二次电池的需求正在提高。在该领域，以往主要使用铅二次电池、 镍镉二次电池、镍氢二次电池，但对小型轻量且高能量密度的锂离子二次 电池的期待较高，需求大电流负载特性优异的锂离子二次电池。

特别是在BEV、PHEV用途中，以10年以上的长期间的循环特性、 和用于使高功率电机驱动的大电流负载特性为主要的要求特性，进而为了 延长续航距离而要求更高的体积能量密度，另外，大型的锂离子二次电池 较昂贵，因此要求低成本化。

作为该锂离子二次电池的负极活性物质，一般使用石墨、硬碳、软碳 等碳材料。日本国专利第3653105号公报(美国专利第5587255号，专利 文献1)中记载的硬碳、软碳，大电流特性优异，循环特性也比较良好， 但被最广泛地使用的是石墨。

石墨有天然石墨和人造石墨。

这些石墨之中，天然石墨能够比较廉价地得到，由于石墨化度高，因 此放电容量和电极密度高，但存在以下问题：粒子形状为鳞片状，具有大 的比表面积，通过反应性高的石墨的边缘面，电解液被分解，初次充放电 时的库仑效率非常低，发生气体。另外，循环特性也不好。为了解决这些 问题，日本国专利第3534391号公报(美国专利第6632569号，专利文献 2)等提出了在加工成球状的天然石墨的表面涂敷碳的方法。

另一方面，关于人造石墨，日本国专利第3126030号公报(专利文献 3)等中记载的中间相碳小球体的石墨化品。

另外，石油、煤沥青、焦炭等的石墨化品，能够比较廉价地获得。但 是，结晶性好的针状焦炭，成为鳞片状而容易取向。为了解决该问题，日 本国专利第3361510号公报(专利文献4)等中记载的方法取得了成果。

在日本国特开2003－77534号公报(专利文献5)中，通过使用具有 比较大的间隙的石墨，进行了以高速地充放电为目的的研究。

WO2011/049199(美国专利第8372373号，专利文献6)公开了一种 循环特性优异的人造石墨。

日本国专利第4945029号(美国专利第7141229号，专利文献7)公 开了一种人造石墨负极，其是通过向具有流动型组织的生的针状焦炭添加 硼来制造的。

WO2014/003135(专利文献8)公开了一种鳞片状碳材料，其是对具 有特有的光学组织的碳材料实施表面涂敷而成的。

WO2014/058040(美国专利申请公开第2015/0263348号，专利文献9) 公开了一种具有特有的光学组织、且含有硼的碳材料。